Введение к работе
Актуальность темы
Продолжительность жизненного цикла (ЖЦ) крупных систем энергетики (федеральных и региональных компаний, региональных энергетических комплексов, энергетических корпораций) значительна и измеряется десятилетиями Эти системы постоянно эволюционируют В течение всего жизненного цикла возникают и решаются задачи управ ления развитием систем, включая задачи проектирования При этом формирование эффективных и обоснованных решений, направленных на совершенствование и развитие систем знеріегики, затрудняется их многоуровневой иерархической структурой, территориальной распределенностью, большой размерностью, а также многоаспектностью решаемых задач, многосвязанностью исследуемых объектов, нечеткостью и неоднозначностью критериев, неполнотой исходной информации Такое положение наряду с ограниченностью формализованных подходов к управлению обусловливает необходимость и значимость организации информационной поддержки принятия решений на основе мониторинга и оценки состояния в рамках систем поддержки принятия решений (СППР)
Мониторинг и оценка состояния систем открывают перспективы выполнения предпроектных и предынвестиционных исследований в целях поиска обоснованного решения задач, направленных на совершенствование систем энергетики Актуальными среди них являются задачи оценки угроз энергетической безопасности территориальных образований, проведения политики энергоресурсосбережения, планирования энергопотребления, организации технического контроллинга (внугреннего аудита) производственной деятельности и ряд других
Интеграция САПР в общую архитектуру проектно-производственной среды крупных систем энергетики может быть обеспечена посредством организации информационного взаимодействия с системой поддержки принятия решений При этом определяется информация для формирования технического задания на развитие и реконструкцию системы Кроме того, многоаспектный анализ информации в рамках СППР обеспечивает формирование шаблонов новых знаний для использования в экспертных компонентах САПР
Современный подход к автоматизации поддержки принятия решений основан на использовании концепции хранилищ данных (ХД) корпоративных информационно-аналитических систем (НАС), развитой зарубежными учеными Э Коддом, У Инмоном, К Дейтом, Р Кимбаллом, Э Спирли Арсенал средств СППР включает средства администрирования хранилища данных, средства интеграции данных
(англ Extract Transformation Load, ETL), инструменты генерации запросов и отчетов, средства оперативной аналитической обработки данных (англ On-Line Anahtical Processing, OLAP), средства интеллектуального анализа данных (ИАД) (англ Data Mining)
В настоящий момент на рынке платформ для построения СППР имеется несколько десятков продуктов (SAS Institute, SAP, Microsoft, Oracle. Hyperion Solutions, Cognos, Business Objects и др ) Однако существует ряд проблем, ограничивающих применение большинства появившихся за рубежом инструментальных программных средств в условиях нашей страны Прежде всего, большинство средств предназначено для решения задач управления торгово-промышленными корпорациями, а не для задач отраслевого и регионального управления Кроме того, зарубежные платформы СППР дороги, не русифицированы, в основном ориентированы на конкретный сервер баз данных (IBM, Microsoft, Oracle) Важными являются проблемы обеспечения национальной безопасности В связи с этим потребность в разработке корпоративных информационно-аналитических систем, предназначенных для информационной поддержки принятия решений и удовлетворяющих требованиям задач управления и проектирования в крупных отраслевых и региональных системах, и в частности в энергетической сфере, представляется актуальной
Методологической основой исследования послужили труды отече
ственных ученых В В Александрова, Ю Б Бородулина,
В А Кострова, И П Норенкова, В Н Нуждина, Э В Попова,
Д А Поспелова, И В Прангишвили, В И Скурихина, Б Ф. Фомина,
Н В Чичварина, Н А Ярмоша идр Вклад в решение научной про
блемы автоматизации поддержки принятия решений в сфере энерге
тики внесли А А Башлыков, В Н Вагин, А Г Вакулко, А Ф.Дьяков,
А П Еремеев, Е Л Ерофеев, А В Клименко, Ю Я Любарский,
Ю И Моржин, В К Паули, Г В Попов, В А Семенов, А И Эрлих
и др При этом следует отметить, что основное внимание преимущест
венно уделялось вопросам создания интеллектуальных информацион
ных систем, основанных на представлении знаний Вместе с тем во
просы организации информационной поддержки принятия решений,
основанные на консолидации отраслевой информации и ее многоас
пектной аналитической обработке в целях подготовки информации для
принятия решений, а также извлечения шаблонов новых знаний, ис
следованы недостаточно Несмотря на глубокую теоретическую про
работку концепций хранения и анализа корпоративных данных и на
личие платформ для построения СППР, их реализация не имеет в на
стоящее время комплексного решения, совмещающего гибкость
5 информационных моделей хранилища данных, удобство манипулирования данными при использовании адекватных методов анализа, развитые средства извлечения данных из разнородных источников с учетом информационных потребностей создаваемой СППР в сфере энергетики
Масштаб и сложность исследуемых систем, а также длительность их жизненного цикла требуют совершенствования средств автоматизированного проектирования СППР Необходима разработка развитых инструментальных средств, обеспечивающих проектирование информационно-аналитических систем и их последующий реинжиниринг с учетом изменений в исследуемой предметной области для удовлетворения расширяющихся информационных потребностей лиц, принимающих решения
Цель и задачи работы
Разработка моделей и методов организации информационной поддержки принятия решений по совершенствованию и развитию систем энергетики в рамках корпоративных информационно-аналитических систем, обеспечивающих интеграцию данных и их многоаспектную аналитическую обработку
Достижение указанной цели предполагает решение следующих задач
-
Типизация ориентированных на эффективную поддержку принятия решений в сфере энергетики задач интеграции данных
-
Анализ существующих подходов к автоматизации информационной поддержки принятия решений и функциональных возможностей распространенных платформ СППР
-
Разработка проблемно-ориентированной информационно-аналитической модели хранилища, составляющей основу функционирования операционного окружения СППР
-
Разработка методов организации информационного наполнения хранилища данных, обеспечивающих взаимодействие с определенными видами поставщиков информационных ресурсов и извлечение данных в контексте задач их последующей обработки
-
Унификация и разработка методов организации интеллектуального анализа в сфере агрегированных и детализированных данных с построением библиотеки аналитических модулей для применения в сфере энергетики
-
Разработка методики автоматизированного проектирования корпоративных информационно-аналитических систем
-
Разработка отраслевых решений - корпоративных информационно-аналитических систем, ориентированных на применение в энергетической сфере
Объект исследования
Технический контроллинг в системах энергетики, а также предпро-ектные и предынвестиционные исследования систем, направленные на их совершенствование и развитие
Предмет исследования
Интеграция корпоративных данных и организация комплексной аналитической обработки накопленной информации в целях информационной поддержки принятия решений в сфере энергетики
Методы исследования
При решении поставленных задач в диссертационной работе использованы теория и методы автоматизированного проектирования систем, методы системного анализа, теория баз данных, теория построения информационных систем, методы искусственного интеллекта, теория множеств, теория графов, методы прикладной статистики, методы объектно-ориентированного проектирования
Научная новизна
В диссертации предложены научно обоснованные технологические решения, практическое использование которых вносит значительный вклад в решение проблемы поддержания эффективного жизненного цикла систем энергетики
Получены следующие основные результаты, обладающие научной новизной
-
Определены и методически обоснованы типы задач интеграции данных для автоматизации информационной поддержки принятия решений в сфере энергетики, включая задачи технического контроллинга, индуктивного обучения и систематизации ведомственного учета
-
Предложена метауровневая архитектура хранилища данных корпоративной ИАС, основанная на взаимодействии согласованных слоев метаданных, определяющих информационно-аналитическую модель СППР и операционное окружение, построенное на ее основе
3. С учетом особенностей исследуемых систем разработана оригинальная информационно-аналитическая модель СППР, расширяющая семантику модельного представления хранилища и обеспечивающая унифицированный доступ средств операционного окружения (средств интеграции данных и их комплексной аналитической обработки)
4 Предложена концепция двухуровневого процесса интеграции данных, включающая уровень извлечения с учетом определенных
7 видов поставщиков информационных ресурсов и уровень загрузки с унификацией форматов представления структуры электронных источников
-
Разработаны методы организации информационного наполнения хранилища, поддерживающие взаимодействие с различными видами поставщиков информационных ресурсов и обеспечивающие масштабирование среды информационного наполнения
-
Разработаны методы организации интеллектуального анализа данных, основанные на унификации форматов информационных взаимодействий с проблемно-ориентированными аналитическими модулями
7 Разработана методика автоматизированного проектирования
корпоративных информационно-аналитических систем, позволяющая
создавать и поддерживать их в процессе жизненного цикла
Теоретическая значимость работы заключается в развитии методологии организации информационной поддержки принятия решений в рамках корпоративных информационно-аналитических систем, поддерживающих мониторинг и оценку состояния крупных систем энергетики в целях их совершенствования и развития в процессе длительного жизненного цикла
Практическая ценность результатов работы
1. Разработанная информационная технология автоматизации проектирования корпоративных ИАС позволяет существенно снизить временные и финансовые затраты на их проектирование и реинжиниринг с учетом изменений в исследуемой предметной области и расширяющихся информационных потребностей
2 Реализованные на уровне типовых решений ИАС контроллинга качества состояния и'условий эксплуатации электросетевого оборудования, ведения топливно-энергетического баланса региона, регионального центра энергосбережения, социально-экономического положения региона повышают надежность и эффективность функционирования систем энергетики
3. Формируемые в процессе комплексной аналитической обработки накопленной информации корпоративные справочники, методики экспертной оценки состояния оборудования и энергетических объектов, аналитические доклады, системы отчетов, планы организационно-технических мероприятий ит д составляют важный информационный ресурс отраслевого масштаба, поддерживающий принятие решений при проведении технической, бюджетной, инвестиционной и тарифной политики
Реализация результатов работы
Диссертационная работа выполнялась в рамках ряда комплексных целевых программ Министерства образования РФ «Научное, научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования» (подраздел «Кадастровая оценка территорий и земель, закрепленных за образовательными учреждениями», 2000 г, подраздел «Разработка нормативно-правового обеспечения в сфере энергосбережения», 2001 г, подраздел «Создание распределенной информационно-аналитической системы повышения эффективности управления сферой образования», 2002 г), «Разработка структуры автоматизированной системы управления качеством вуза», 2003 г
Разработанные модели и методы, а также реализующие их программные средства внедрены в следующих организациях
-
ОАО «ФСК ЕЭС» РАО ЕЭС России - «Информационно-аналитическая система по оценке состояния и условий эксплуатации электросетевого оборудования»
-
ОАО «Ивэнерго» - «Методика экспертной оценки технического состояния и условий эксплуатации силовых трансформаторов класса напряжения 35 - 110 кВ».
-
Департамент экономического развития и торговли администрации Ивановской области - «Автоматизированная информационная система ведения топливно-энергетического баланса»
4. Региональная служба по тарифам Костромской области - «Автоматизированная информационная система ведения топливно-энергетического баланса»
-
Центр энергосбережения системы образования при ИГЭУ -«Информационно-аналитическая система по мониторингу и оценке ре-сурсоэффективности образовательных учреждений»
-
Администрации Ивановской и Костромской областей - «Информационно-аналитическая система по социально-экономическому развитию региона»
7. ООО РСК «ТЭР» г Ярославль - «Программный комплекс расчета нормативов на производство и передачу тепловой энергии»
Информационно-аналитическая система по оценке состояния и условий эксплуатации сетевого оборудования (уровень филиалов ОАО «ФСК ЕЭС» (ПМЭС)) зарегистрирована в Реестре программ для ЭВМ (свидетельство № 2005610442)
Информационно-аналитическая система по оценке состояния и условий эксплуатации сетевого оборудования (уровень ОАО «ФСК ЕЭС») зарегистрирована в Реестре программ для ЭВМ (свидетельство №2004611547)
Информационно-аналитическая система по оценке состояния и условий эксплуатации воздушных ЛЭП зарегистрирована в отраслевом фонде алгоритмов и программ (свидетельство № 4762).
Разработанные методы и инструментальные средства внедрены в учебный процесс ИГЭУ на кафедре «Программное обеспечение компьютерных систем» в курсах лекций «Базы данных» и «Системы искусственного интеллекта», которые разработаны автором и читаются на протяжении многих лет Подготовлены и изданы учебные пособия и методические указания
Апробация работы
Материалы диссертации представлены на международных, всероссийских, региональных конференциях и семинарах
Международная научно-техническая конференция "Состояние и перспективы развития электротехнологии", Иваново, 1997, 2001, 2003,2005 гг,
Научно-практический семинар "Новые информационные технологии", Москва, 1998 г,
Всероссийская научно-техническая конференция «Компьютерные технологии в науке, проектировании и производстве», Нижний Новгород, 1999 г,
Всероссийская конференция «Интеллектуальные технологии в системах поддержки принятия решений», Ярославль, 2000 г,
Научно-практическая конференция «Региональное устойчивое развитие новое видение проблем», Иваново, 2000, 2006 гг,
Научно-техническая конференция «Актуальные проблемы электроэнергетики», Нижний Новгород, 2000 г.,
Всероссийская конференция «Региональные проблемы энергосбережения и пути их решения», Нижний Новгород, 2002 г,
Всероссийская научно-техническая конференция "Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий", Улан-Удэ, 2003 г,
Международная конференция молодых ученых и студентов «Актуальные проблемы современной науки», Самара, 2003 г,
Международная научно-техническая конференция "Информационная среда вуза", Иваново, 2003 г,
Международный научно-практический семинар «Стратегия развития высшей школы и управление качеством образования», Иваново, 2003 г,
Научный семинар с международным участием «Международная интеграция в энергетике как фактор экономической безопасности государства», Киев, 2004 г,
Международный научный семинар «Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики» Минск, 2004 г,
Научно-технический семинар «Современные методы оценки технического состояния и способы повышения надежности оборудования подстанций», Москва, 2004 г,
Международный семинар «Мониторинг состояния воздушных ЛЭП методы прогнозирования срока службы, повышение их надежности», Москва, 2005 г,
Всероссийская научно-техническая конференция «Информационные технологии», Воронеж, 2005 г,
Международная специализированная выставка и семинар «Электрические сети России», Москва, 2005, 2006 гг
Публикации
По теме диссертации опубликована 51 печатная работа, включая монографию, два учебных пособия, 24 статьи, 18 публикаций тезисов докладов в трудах всероссийских и международных конференций, три свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ Основные результаты работы опубликованы в 12 статьях в журналах и сборниках трудов, входящих в перечень периодических научных изданий, рекомендуемых ВАК Минобрнауки России
Структура и объем диссертации
Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, библиографического списка, включающего 214 наименований, и трех приложений Работа изложена на 330 листах машинописного текста, содержит 56 рисунков и 6 таблиц
