Разработка информационно-аналитической системы управления топливоснабжением распределенного теплоснабжения Сайранов, Андрей Сергеевич

Введение к работе

Актуальность проблемы. В целях модернизации и технологического развития российской экономики и повышения ее конкурентоспособности определены приоритетные направления развития науки, техники и технологии. Использование в энергетической отрасли альтернативных источников энергии, в том числе местных возобновляемых энергоресурсов, связано с такими приоритетными направлениями развития как "Энергоэффективность и энергосбережение", "Рациональное природопользование", а также "Информационно-телекоммуникационные системы".

Одним из условий ускорения научно-технического прогресса и развития экономических систем является информатизация производственных процессов.

В этой связи необходимость разработки информационно-аналитической системы (ИАС), позволяющей автоматизировать процесс управления при переводе системы теплоснабжения на альтернативные источники энергии является актуальной задачей.

Исследование и определение рациональных направлений обеспечения топливными ресурсами потребителей региона является важной составляющей системного подхода к управлению топливоснабжением региональной распределенной системы теплоснабжения, что является необходимым условием эффективного функционирования топливно-энергетического комплекса региона. Математические модели, описывающие логистическое управление, позволяют организовать производство и потребление топлива в системе исходя из принципов оптимальности, обеспечивая энергетическую безопасность региона.

Степень разработанности тематики. Оптимизация региональных топливно- энергетических комплексов в настоящее время является интенсивно развивающейся областью. Основы системного исследования проблем энергетики заложены в работах Л.С. Беляева, Н.И. Воропая, М.И. Краевой. Существенный вклад в развитие стратегий энергопотребления внесли Ю.Д. Кононов, А.Э. Конторович,

1. А. Макаров. Системное рассмотрение методов исследования и оптимизации энергетического хозяйства базируется на работах А.Г. Гранберга, В.И. Ишаева,

2. В. Кулешова.

В Удмуртской Республике в целях повышения энергетической безопасности и выработки приоритетных направлений развития топливно-энергетического комплекса (ТЭК) была разработана Концепция Республиканской целевой программы "Снабжение населенных пунктов Удмуртской Республики местными видами топлива". В проекте дан анализ состояния топливоснабжения Удмуртской Республики. Определена структура потребления топливно-энергетических ресурсов (ТЭР) в различных районах Удмуртии. Дана характеристика и определены объемы возобновляемых ТЭР, а также энергетический потенциал переработки биомассы в различных ее видах. Разработан комплекс системных мероприятий по переводу котельных на местные виды топлива.

Область исследования. Диссертационная работа выполнена в соответствии с паспортом специальности 05.13.01 - "Системный анализ, управление и обработка информации (в науке и технике)", а именно: п. 5 - "Разработка специального математического и алгоритмического обеспечения систем анализа, оптимизации, управления, принятия решений и обработки информации", п. 9 - "Разработка проблемно-ориентированных систем управления, принятия решений и оптимизации технических объектов", п. 10 - "Методы и алгоритмы интеллектуальной поддержки при принятии управленческих решений в технических системах", п. 12 - "Визуализация, трансформация и анализ информации на основе компьютерных методов обработки информации".

Объектом исследования является система топливоснабжения регионального распределенного теплоснабжения.

Предметом исследования являются интеллектуальные методы оптимального управления топливоснабжением распределенного теплоснабжения.

Целью диссертационной работы является разработка информационно - аналитической системы управления, позволяющей обеспечивать устойчивое функционирование системы топливоснабжения распределенного теплоснабжения.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. 1. Разработка информационной модели, содержащей разнородную информацию по техническим и экономическим показателям объектов системы топливоснабжения и инфраструктуры региона.

   2. Разработка аналитической подсистемы, включающей в себя математические модели и алгоритмы логистического управления топливоснабжением, а также разработка модели оптимального управления топливоснабжением при возникновении нештатных ситуаций.

   3. Разработка информационно-аналитической системы управления топливоснабжением распределенной системы теплоснабжения.

   4. Разработка геоинформационной подсистемы топливоснабжения, позволяющей отображать пространственную и атрибутивную информацию об объектах системы топливоснабжения и элементах инфраструктуры региона, а также визуализировать результаты решения задачи оптимального управления. Методы исследования. В работе использованы методы математического

   моделирования, методы оптимального управления, а также аппарат разработки прикладного программного обеспечения и компьютерного имитационного моделирования.

   Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечена использованием обоснованных математических моделей и апробированных алгоритмов решения задач оптимального управления. При использовании методов оптимизации достоверность обеспечена проведенными исследованиями их сходимости. Полученные выводы по управлению системой топливоснабжения подтверждаются содержательным анализом специфики исследуемых систем и их качественными особенностями. На защиту выносятся.

   1. 4. 1. Информационная модель системы топливоснабжения.

         2. Математическая модель и алгоритм решения задачи оптимального управления топливоснабжением региональной распределенной системы теплоснабжения при возникновении нештатных ситуаций.

         3. Информационно-аналитическая система управления топливоснабжением региональной распределенной системы теплоснабжения.

         4. Геоинформационная подсистема топливоснабжения и результаты имитационного моделирования оптимального управления. Научная новизна.

         1. 4. 3. 1. Разработана информационная модель, которая впервые интегрирует разнородную информацию о технических и экономических показателях объектов системы топливоснабжения и инфраструктуры региона в единое информационное пространство, что позволяет комплексно оценить состояние системы топливоснабжения каждого населенного пункта, района или региона в целом.

                  2. Разработана аналитическая подсистема, в которой впервые программно реализовано решение задачи оптимального управления при возникновении нештатных ситуаций на различных уровнях системы топливоснабжения региона с использованием генетических алгоритмов оптимизации.

                  3. Разработана информационно-аналитическая система, которая впервые позволяет в интерактивном режиме решать задачи оперативного планирования и управления топливоснабжением региональной распределенной системы теплоснабжения.

                  Значение результатов для теории и для практики.

                  Теоретическая значимость: разработанные математическая модель и алгоритм решения задачи оптимального управления топливоснабжением при нештатных ситуациях являются вкладом в математический инструментарий логистического управления многоуровневыми организационными системами.

                  Практическая значимость: разработанная геоинформационная подсистема Удмуртской Республики позволяет осуществлять компьютерное имитационное моделирование и визуализировать результаты решения задачи оптимального управления топливоснабжением. Разработанная информационно-аналитическая система управления топливоснабжением региональной системы теплоснабжения внедрена и используется в Министерстве промышленности и энергетики УР.

                  Разработанная информационно-аналитическая система управления топливоснабжением использовалась при разработке Концепции республиканской целевой программы "Снабжение населенных пунктов Удмуртской Республики местными возобновляемыми видами топлива".

                  Материалы диссертационной работы используются при обучении студентов ИжГТУ им. М.Т. Калашникова по направлениям 220100 "Системный анализ и управление" и 231300 "Прикладная математика".

                  Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационного исследования докладывались и обсуждались на следующих конференциях, семинарах и совещаниях различных уровней: Региональная научно-практическая конференция "Математическое компьютерное моделирование", посвященная 10-летию факультета "Прикладная математика". (Ижевск: ИжГТУ, май 2010 г.); Международная конференция "Инновационные информационные технологии: теория и практика" (Германия, Дрезден, сентябрь 2010); V Международная школа-семинар молодых ученых и специалистов "Энергосбережение - теория и практика". (Москва: МЭИ, октябрь 2010 г.); Научно-практическая конференция молодых инженеров. Секция "Математическое моделирование и информационные технологии", (Ижевск: ОАО ИРЗ, май 2010 г.); Всероссийская специализированная выставка "Энергетика. Энергосбере-жение-2010". (Ижевск: Выставочный центр "Удмуртия", ноябрь 2010 г.); X Выставка-сессия инновационных проектов II Республиканского молодежного инновационного форума. (Ижевск: ИжГТУ, ноябрь 2010 г.); II Всероссийская научно-техническая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых, с международным участием, посвященная 60-летию Ижевского государственного технического университета имени М.Т. Калашникова (Ижевск, май 2012 г.).

                  Публикации.

                  По теме диссертации опубликованы 15 печатных работ, в том числе 2 статьи в издании, рекомендованных ВАК для публикации основных результатов диссертационного исследования, учебное пособие "Прикладная логистика" (рекомендовано УМО по направлению прикладная математика и информатика), получено 1 свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ.

                  Результаты диссертационного исследования отражены в отчетах по следующим государственным контрактам на выполнение научно-исследовательских работ: "Разработка Концепции республиканской целевой программы "Снабжение Удмуртской Республики местными возобновляемыми видами топлива" (РЦП ГК № МТЭС/Р-09, 2010 г.); "Исследование и разработка технологии получения возобновляемого энергетического ресурса из биологической массы для удовлетворения потребностей распределенной системы энергоснабжения региона" (ФЦП ГК № П235, 2011 г.); "Совершенствование технологии получения топлива и энергии из органического сырья для удовлетворения потребностей распределенной системы энергоснабжения региона" (ФЦП ГК № П556, 2011 г); "Разработка и реализация в образовательных учреждениях комплекса типовых организационно-технических мероприятий по экономии энергоресурсов" (ФЦП ГК № П1520, 2010 г) "Разработка математического аппарата решения задач оптимального управления для различных переходных режимов экономики с учетом влияния многих факторов" (ФЦП ГК № 02.740.11.0614, 2012 г).

                  Личный вклад диссертанта заключается в непосредственном участии на всех этапах исследования, включающих разработку информационно- аналитической системы, теоретических подходов к решению исследуемой проблемы, моделирование изучаемых процессов, математическое описание, программную реализацию методов решения и анализ результатов.

                  Структура и объем работы.

                  Похожие диссертации на Разработка информационно-аналитической системы управления топливоснабжением распределенного теплоснабжения

                  Разработка системы поддержки принятия решений при управлении бестраншейной прокладкой трубопровода на основе вибрационных воздействийПанфилова, Наталья Геннадьевна

                  

                  Разработка методики построения моделей и синтез управления многосвязными динамическими объектами в задачах теплоснабженияПихлецкий М.В.

                  

                  Разработка системы автоматизации диагностики и выбора тактики лечения больных на гемодиализеАндреев Андрей Константинович

                  

                  Методология разработки систем управления инновационным развитием производства крупнотоннажных химических продуктов на основе системного подходаПанова Светлана Анатольевна

                  Разработка системы управления качеством инфокоммуникационных услуг оператора связиМочалов, Дмитрий Валерьевич

                  

                  Разработка системы мониторинга коррозионной стойкости линейной части магистральных газопроводов на основе теории нечеткой логикиКолосова, Алла Леонидовна

                  Методология разработки систем поддержки принятия решений в особо сложных информационных условиях критически важных объектовЕвграфов Павел Михайлович

                  Разработка системы контроля функционального состояния головного мозга больных с инсультами полушарной локализации на основе методов картирования и трехмерной локализации источников ЭЭГПирлик, Галина Петровна

                  

                  Разработка системы оценки рисков на промышленном предприятии с учетом их взаимодействияДьяченко Александр Петрович

                  Теория и практика выбора квазиоптимальных регрессий в условиях нарушения классических предложений при разработке систем контроля и управления технологическими процессамиАвербух, Елена Абрамовна