Введение к работе
Актуальность работы. Проводимые в стране реформа жилищно-коммунального хозяйства и административная реформа требуют совершенствования методов управления городским хозяйством, в том числе отраслями, занятыми жизнеобеспечением города. Для принятия обоснованных решений по задачам проведения технической политики и текущего функционирования систем жизнеобеспечения органы городской власти нуждаются в информационной поддержке принятия управленческих решений, основанной на получении, обработке и представлении многоаспектных данных от занятых в этой сфере многочисленных предприятий и организаций города.
Развитие процессов информатизации и автоматизации в области управления жизнеобеспечением города сдерживается целым рядом обстоятельств и, в первую очередь, тем, что система жизнеобеспечения представляет собой сложный иерархический организационно-технический комплекс, в котором протекают разнообразные технологические, организационные и другие процессы. В системе жизнеобеспечения города (СЖГ) работают предприятия различных форм собственности. Многочисленные технические объекты входят в разветвленные сетевые структуры, распределенные по большой территории и находящиеся в ведении предприятий, созданных в различных организационно-правовых формах и проводящих самостоятельную политику информатизации, что заставляет органы городской власти использовать сочетание экономических и директивных методов управления. Налицо серьезная нехватка адекватных моделей и методов обработки данных для получения необходимого решения, с одной стороны, и отсутствие информационного обеспечения, позволяющего подготовить данные в масштабе отрасли для лица, принимающего решение (ЛПР), с другой стороны. Положение усугубляется отсутствием типового состава функций и основных бизнес-процессов в деятельности городских органов власти и отраслевого управления, что создает проблемы в информатизации, мешает тиражированию разработок программного обеспечения, решению задач структурной организации/реорганизации систем управления отраслью.
Как следствие, принятие решений отраслевыми органами управления (далее - отраслевыми ОУ) осуществляется с запаздыванием и в условиях неопределенности. В свою очередь, это порождает значительные трудности при выполнении отраслевыми органами городской власти своей основной функции – обеспечения надежного функционирования систем снабжения города жизненно важными ресурсами (тепловой, электрической энергией, газом, водой и т.д.). Поэтому актуальной является разработка моделей, методов и средств информационной поддержки принятия решений по управлению жизнеобеспечением города.
Цель диссертационной работы состоит в разработке и внедрении моделей, методов и средств информационной поддержки принятия эффективных решений по управлению системами снабжения города жизненно важными ресурсами.
Для достижения поставленной цели в диссертации решены следующие основные задачи:
- анализ специфики СЖГ как объекта управления, определение основных проблем совершенствования системы управления СЖГ во взаимосвязи с задачами информатизации отраслевых ОУ;
- разработка состава типовых функций управления СЖГ на уровнях отраслевого управления, предприятий и объектов жизнеобеспечения;
- создание системы показателей для оценки эффективности реализации функций отраслевых органов управления СЖГ;
- разработка математических моделей элементов СЖГ, методов и средств информационной поддержки выполнения типовых функций управления СЖГ;
- разработка информационного обеспечения для подготовки данных и методов поддержки принятия решений для управления отраслями СЖГ на основе единой для отраслей системы показателей, типовых функций и элементов систем жизнеобеспечения;
- разработка и реализация принципов создания программных средств, необходимых для выполнения типовых функций управления СЖГ;
- внедрение разработанных моделей, методов и средств информационной поддержки принятия эффективных решений в системе управления жизнеобеспечением города.
Основным методом исследования является математическое моделирование. Для вычисления оценок эффективности энергоснабжения, решения задач реконфигурации сетей используются методы дискретной математики, аппарат теории графов. Для выбора предпочтительных вариантов решений используются методы экспертных оценок. Для проверки вариантов решений в задачах обеспечения надежного функционирования СЖГ используются методы численного моделирования. Для создания средств информационной поддержки принятия решений используются методы классификации объектов и построения баз данных.
Научная новизна работы заключается в следующем:
1. В результате анализа системы жизнеобеспечения города определены:
-
-
Специфические характеристики СЖГ как объекта управления с точки зрения выполнения отраслевыми ОУ своей основной функции - обеспечения его надежного функционирования;
-
Основные направления совершенствования системы управления во взаимосвязи с задачами информатизации отраслевых ОУ;
-
Состав типовых функций, выполняемых отраслевыми ОУ, включающий:
управление развитием систем жизнеобеспечения;
управление эффективностью функционирования СЖГ;
управление эксплуатационной деятельностью;
управление режимами функционирования СЖГ;
управление экономикой отраслей жизнеобеспечения,
а также конкретные функции, детализирующие перечисленные выше функции управления. Среди конкретных выделены функции, выполнение которых, в первую очередь, должно опираться на модели, методы и средства информационной поддержки принятия решений. Это функции, требующие: оценки надежности и эффективности функционирования СЖГ; выбора вариантов восстановления энергоснабжения после аварий; создания новых механизмов тарификации; предоставления пространственных и иных данных по вводу новых мощностей, объектам реконструкции и строительства.
2. Предложена система показателей и методика оценки эффективности реализации типовых функций отраслевых ОУ.
3. Разработаны модели элементов СЖГ, методы и алгоритмы, направленные на обеспечение надежного функционирования системы энергоснабжения города:
- метод параметрической диагностики объектов управления, описываемых системами алгебраических и дифференциальных уравнений, позволяющий диагностировать одиночные и множественные отказы;
- алгоритмы выполнения реконфигурации разомкнутых сетей доставки ресурса при наступлении аварийных событий, оптимальной по числу коммутаций.
Эти модели и методы применены к решению задач повышения надежности теплоснабжения:
- диагностирования сети теплоснабжения по ее графу - модели с использованием схем замещения элементов сети;
- реконфигурации сетей теплоснабжения при наступлении аварийных событий с оптимизацией выполняемых коммутаций по двум критериям: количество коммутаций в сети и резерв мощности источников энергии. Разработан метод численного моделирования процесса теплоснабжения, используемый для проверки вариантов, получаемых в результате решения задач диагностирования и реконфигурации. В основе метода лежит применение составного итерационного процесса Ньютона-Гаусса-Зейделя к решению уравнений течения жидкости и разностные схемы, аппроксимирующие уравнения теплообмена. 4. Предложены модель и алгоритмы выполнения автоматизированного энергоаудита города, учитывающие конфигурацию сети передачи и преобразования энергии от источников до присоединенных к ним конечных потребителей.
5. Разработан метод формирования сбалансированных тарифов, направленный на согласование характеристик производителей и потребителей электроэнергии и уменьшение неравномерности суточного распределения нагрузки энергосистемы путем стимулирования различных групп потребителей к перераспределению своей нагрузки таким образом, чтобы нагрузка энергосистемы стремилась к среднему суточному значению.
6. Разработаны и реализованы принципы создания информационного обеспечения, включающие выбор:
- ядра интеграции информационных ресурсов отраслей жизнеобеспечения - реестра технических объектов - и его формирование на основе автоматизированной технологии учета;
- системы классификации объектов жизнеобеспечения;
- модели хранения данных на основе централизованного хранилища данных и распределенных баз данных предприятий и организаций отрасли;
- архитектуры информационного взаимодействия между сервером хранилища данных отраслевого ОУ и серверами БД предприятий и организаций города;
- архитектуры программного комплекса для реализации задачи информационной поддержки принятия управленческих решений.
7. Получены программно-технические решения по интеграции геоинформационной системы, системы автоматизированного проектирования и системы управления базой данных, положенные в основу разработанных под руководством автора отраслевых автоматизированных систем:
учета объектов городского хозяйства для решения задач управления;
контроля балансов в теплоснабжении города;
контроля за состоянием отраслей городского хозяйства;
распределения бюджетных средств в инженерную инфраструктуру города; а также
обеспечения градостроительной деятельности.
Практическая значимость работы определяется:
- разработкой методов анализа механизмов обеспечения непрерывного функционирования систем снабжения города жизненно важными ресурсами;
- разработкой и использованием моделей и методов, направленных на обеспечение непрерывности теплоснабжения города;
- разработкой системы показателей реализации типовых функций отраслевых ОУ и методики их расчета;
- разработкой средств информационной поддержки принятия решений для органов управления жизнеобеспечением города.
Реализация результатов работы. Разработанные модели, методы, типовые функции отраслевых ОУ, показатели их реализации, методики расчета показателей, принципы создания информационного обеспечения использованы при создании отраслевых автоматизированных систем технического учета, контроля энергетических балансов города, управления отраслями городского хозяйства, распределения бюджетных средств в инженерную инфраструктуру города, а также при создании концепций развития городского хозяйства: Концепции автоматизации решения задач управления в аппарате Руководителя Комплекса городского хозяйства г. Москвы, Концепции информационного обеспечения Комплекса городского хозяйства Москвы. Указанные системы находятся в промышленной эксплуатации в аппарате управления комплексом городского хозяйства Москвы (КГХ).
Принципы, лежащие в основе создания перечисленных систем, использованы при разработке информационной системы обеспечения градостроительной деятельности, находящейся в промышленной эксплуатации в Комитете градостроительства и архитектуры администрации муниципального образования Сургутский район, а также при создании Концепции автоматизированной системы поддержки принятия решений в муниципальном образовании Сургутский район. Реализация результатов работы подтверждается актами приема в промышленную эксплуатацию, актами внедрения, свидетельствами о регистрации систем в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам, в фонде информационных ресурсов.
Связь с планом. Исследования по теме диссертационной работы проводились в соответствии с плановой тематикой работ Института проблем управления им. В.А. Трапезникова РАН (КП РАН 2.4.3, 2.4.5, 3.1.1 в рамках тем 349-00/49, 339-01/49).
Апробация работы. Основные результаты, полученные в диссертационной работе, докладывались на: семинарах Института проблем управления им В.А. Трапезникова РАН; Первой международной конференции «Управление развитием крупномасштабных систем MLSD’2007» (1-3 октября 2007 г., Москва, Россия); Научно-практической конференции «Энергоэффективность - основа устойчивого развития экономики Ярославской области» (Ярославль, февраль 2007); Научно-технической конференции «Муниципальные ГИС - комплексный подход к управлению территориями», Екатерингбург, сентябрь 2006; 30-м Международном семинаре «Автоматизация. Программно-технические средства. Системы. Применения» (Москва, апрель 2006 г.); V Международном симпозиуме «Москва – энергоэффективный город» (Москва, октябрь 2005 г.); 12-ой Всероссийской конференции «Муниципальные геоинформационные системы» (МГИС'2005, г. Обнинск, февраль 2005 г.), 3 доклада; 2-й международной конференции по проблемам управления (Москва, 2003 г.); на конференции «Информационная индустрия - основные направления развития» (VI международный форум «Высокие технологии XXI века», Экспоцентр на Красной Пресне, Москва, апрель, 2005 г.); 8-й конференции ИФАК “Социальная стабильность: выбор технологии развития” (SWIIS’01, Vienna, Austria, 2001); Научной сессии МИФИ (МИФИ-2000, Москва, 2000 г.); 1-й международной конференции по проблемам управления (Москва, 1999 г.); 4-й ежегодной научно-техническая конференции ядерного общества “Ядерная энергия и безопасность человека” (NE-93, Нижний Новгород, июнь, 1993 г.); VIII Всесоюзном совещании по проблемам управления (г. Таллин, 1980 г.).
Публикации. По теме диссертационной работы автором опубликованы 46 научных работ общим объемом 154 печатных листов, в том числе: статей – 21, из них в рекомендованных ВАК журналах – 19.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа содержит 320 стр. текста, список литературы включает 172 наименований. Приложение содержит акты и справки, подтверждающие практическую реализацию и внедрение результатов диссертационной работы.
Похожие диссертации на МОДЕЛИ, МЕТОДЫ И СРЕДСТВА ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В СИСТЕМЕ УПРАВЛЕНИЯ ЖИЗНЕОБЕСПЕЧЕНИЕМ ГОРОДА
-
