Разработка инструментария для исследований направлений развития ТЭК: С учетом требований энергетической безопасности тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.16, кандидат технических наук Трипутина, Виктория Владимировна

• Трипутина, Виктория Владимировна
• кандидат технических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат технических наук Трипутина, Виктория Владимировна

1. Введение.

2. Анализ предметной области и тенденций развития современных информационных технологий.

2.1. Анализ класса задач.

2.1.1. Объект исследований - топливно-энергетический комплекс.

2.1.2. Схема исследований направлений развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности.

2.1.3. Специфика исследований и роль программного и информационного обеспечения.

2.2. Современные подходы к созданию прикладных программных систем.

2.2.1. Сети и открытые информационные системы.

2.2.2. Переход от структурно-алгоритмического к объектному подходу.

2.2.3. CASE- средства для проектирования и разработки программных систем.

2.2.4. Визуальная среда для быстрой разработки приложений Delphi.

2.3. Эволюция систем управления базами данных.

2.4. Требования к инструментальным средствам и постановка задачи создания нового инструментария для исследований вариантов развития ТЭК.

3. Интегрированный программный комплекс для исследований направлений развития ТЭК россии с учетом требований энергетической безопасности.

3.1. Общая характеристика распределенного интегрированного программного комплекса ИНТЭК.

3.2. Методика построения прикладных программных систем для энергетических приложений.

3.3. Проектирование базы данных ТЭК.

3.3.1. Модель данных ТЭК («Ретроспектива»).

3.3.2. Модель данных вычислительных экспериментов («Перспектива»).

3.4. Разработка системы оценки результатов вычислительного эксперимента (ДИСАР).,.

3.4.1. Анализ задач, решаемых системой ДИСАР.

3.4.2. Проектирование ДИСАР.

3.4.3. Реализация (эволюция) ДИСАР.

3.4.4. Информационно-графическая подсистема ГИД.

3.5. Информационно-справочная система INS YS на основе БД «Ретроспектива».

4. Технология вычислительного эксперимента с использованием нового инструментария (ИПК ИНТЭК).

4.1. Специфика многовариантного ВЭ при исследованиях направлений развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности.

4.2. Основные этапы вычислительного эксперимента.

4.3. Технология оценки вариантов расчетов с использованием информационно-графических средств в составе ИПК ИНТЭК.

4.4. Укрупненная модель ТЭК России для оценки влияния чрезвычайных ситуаций на топливо- и энергоснабжение потребителей.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка инструментария для исследований направлений развития ТЭК: С учетом требований энергетической безопасности»

Актуальность работы. Топливно-энергетический комплекс (ТЭК) России является базой экономики страны, обеспечивающей функционирование и развитие отраслей национального хозяйства, нормальную жизнедеятельность населения, интеграцию регионов, формирование значительной части бюджетных т-ч доходов и основной доли валютных поступлении. В связи с существенными изменениями условий функционирования топливно-энергетического комплекса (ТЭК), имеющими место в последние годы, проблема энергетической безопасности страны становится все более актуальной.

Решение задачи обеспечения энергетической безопасности страны невозможно без предварительного выполнения большой исследовательской работы, связанной, во-первых, с анализом или выявлением узких мест в снабжении потребителей энергетическими ресурсами нужного объема и качества при критических и чрезвычайных ситуациях; во-вторых, с формированием набора мероприятий, реализация которых ослабит негативные моменты или приведет к устранению выявленных недостатков в процессе топливо- и энергоснабжения. При этом основными методами исследований являются экономико-математическое моделирование и проведение многовариантных расчетов.

С другой стороны, развитие современных информационных технологий существенно усложняет разработку программного и информационного обеспечения исследований, требуя создания их в идеологии открытых систем. Предыдущие поколения программных комплексов не обладали свойствами открытости (в современной трактовке) и распределенности, процесс внесения изменений был трудоемким и дорогостоящим. Фактически, появление нового системного программного обеспечения привело к моральному устареванию существовавшего программного и информационного обеспечения исследований и к необходимости создания принципиально нового инструментария.

Современные сложные прикладные системы обычно строятся на базе вычислительных комплексов с клиент/серверной архитектурой. Создание таких приложений требует значительных материальных затрат, поэтому время их жизни должно быть достаточно долгим. Это обуславливает необходимость применения современных методических подходов и инструментальных средств (объектной технологии, CASE-средств, визуальных сред для быстрой разработки приложений и др.) при проектировании и реализации сложных программных комплексов. Отсутствие соответствующих методик, ориентированных на создание таких комплексов для энергетических приложений, усложняет их разработку.

Таким образом, актуальность данной работы определяется, с одной стороны, актуальностью самих исследований развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности, а с другой стороны, актуальностью разработки нового инструментария, обеспечивающего проведение этих исследований на уровне современных информационных технологий.

Информационная технология (ИТ) исследований базируется на ряде работ. Основы ИТ исследований развития ТЭК закладывались работами A.A. Макарова, Б.Г. Санеева, Л.Д. Криворуцкого. В части разработки программно-информационного обеспечения ИТ развивалась в работах Г.Н. Волошина, Т.Н. Антонова, JI.B. Массель и др. Методические основы построения ИТ с учетом требований живучести систем энергетики разрабатывались Л.Д. Криворуцким, Л.В. Массель. В данной работе они были конкретизированы применительно к исследованиям направлений развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности. В вопросах проектирования и разработки баз данных выполненная работа опирается на ставшие уже классическими труды К. Дж. Дейта, Д. Мейера, Дж. Мартина, Ш. Атре, Дж. Ульмана и др.

Объектом исследования является топливно-энергетический комплекс России — совокупность отраслевых систем энергетики (СЭ), включающая: электроэнергетические системы (ЭЭС), системы газоснабжения (ГСС), системы нефте- и нефтепродуктоснабжения (НСС), системы углеснабжения (УСС), системы теплоснабжения (ТСС), ядерно-энергетические системы (ЯЭС), каждая из которых является сложной системой, предназначенной для добычи (производства, получения), переработки, передачи (транспортирования, хранения и распределения) продукции (энергоресурсов) и снабжения ею потребителей.

Предметом исследования является информационная технология исследований направлений развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности, включающая; технологию исследований (математические методы и модели, схема исследований); технологию проектирования и разработки инструментальных средств исследований (программно-информационное обеспечение); технологию проведения многовариантных вычислительных экспериментов.

Целями данной работы являются:

1. Анализ класса задач, специфики исследований направлений развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности, существующей технологии вычислительного эксперимента и требований к инструментальным средствам.

2. Исследование современных информационных технологий и выбор технологий, отвечающих потребностям энергетических исследований, формулирование требований адаптации новых технологий к исследованиям энергетики.

3. Разработка информационной технологии исследований направлений развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности, а именно: а) разработка методики построения прикладных программных систем для энергетических приложений; б) проектирование логических моделей данных вычислительного эксперимента и состояния объектов ТЭК; в) проектирование и реализация, на основе предложенной методики, диалоговой информационно-графической системы для оценки вариантов развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности; г) разработка технологии проведения вычислительного эксперимента с использованием нового инструментария.

Методами и средствами исследования являются: методические основы построения информационных технологий в исследованиях энергетики; методы разработки систем баз данных, информационных систем, семантического моделирования данных, проектирования баз данных; объектный подход (анализ, проектирование, программирование), методы системного и прикладного программирования.

Новизну составляют и на защиту выносятся :

1. Методические принципы построения информационной технологии исследований направлений развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности, а именно: технологии разработки инструментальных средств и технологии проведения вычислительного эксперимента.

2. Логические модели данных, описывающих состояние объектов ТЭК, и данных, необходимых для проведения вычислительного эксперимента.

3. Методика проектирования прикладных программных систем в идеологии объектного подхода и их реализации в визуальной среде, для энергетических приложений.

4. Логические модели классов, объектов и процессов и функциональная структура диалоговой системы оценки результатов расчетов (ДИСАР).

5. Технология проведения ВЭ и оценки вариантов исследований с использованием системы ДИСАР в составе интегрированного программного комплекса ИНТЭК.

Практическая значимость работы заключается в проектировании и реализации совокупности инструментальных средств программного и информационного обеспечения, включающих: 1) информационно-графическую систему для оценки вариантов исследования развития ТЭК с позиций энергетической безопасности (ДИСАР), использующую базу данных вычислительного эксперимента (БД «Перспектива»); 2) информационно-справочную систему (INSYS) для представления статистических данных, характеризующих состояние ТЭК в определенный период (БД «Ретроспектива»), Работоспособность разработанных инструментальных средств подтверждается их применением в исследованиях направлений развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности (в частности, при проведении расчетов с использованием укрупненной модели ТЭК России для оценки влияния чрезвычайных ситуаций на топливо- и энергоснабжение потребителей).

Апробация работы. Результаты работы докладывались на XXIV, XXVII, XXVIII конференциях научной молодежи ИСЭМ (СЭИ) СО РАН (Иркутск, 1994, 1997, 1998 гг.); на заседаниях Всероссийского семинара «Информационные технологии в энергетике» (Иркутск, 1996, 1998 гг.); Всероссийском научном семинаре с международным участием "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики" (Санкт-Петербург, 1997 г.), на научном семинаре кибернетического центра ИрГТУ в 1999 г., а также на научных семинарах и заседаниях секции Ученого Совета ИСЭМ СО РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликовано пять печатных работ, две находятся в печати.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, списка литературы и трех приложений. Общий объем - 148 страниц, из них 116 страниц основного текста, 26 рисунков, 13 таблиц. Список литературы содержит 74 наименования.

Заключение диссертации по теме «Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных исследованиях (по отраслям наук)», Трипутина, Виктория Владимировна

5. Заключение

Основными результатами работы являются следующие:

1 Проведен анализ класса задач и специфики исследований направлений развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности, в результате которого определены требования к инструментальным средствам. Главными требованиями являются: использование баз данных большого объема на удаленном сервере; ориентация на сетевую архитектуру построения инструментальных средств; применение объектной технологии для проектирования программно-информационных систем; использование многооконного дружественного интерфейса.

2. Выполнены анализ современных информационных технологий и обзор технологий, отвечающих требованиям энергетических исследований.

3. Исследован методический подход к построению программного и информационного обеспечения исследований направлений развития ТЭК с учетом требований ЭБ, основанный на современных концепциях объектной технологии и открытых систем. Рассмотрены возможности его применения для разработки информационно-графических средств для оценки вариантов и определены возникающие при этом ограничения.

4. Разработана методика построения прикладных программных систем для задач исследования развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности. С учетом специфики задач предлагается применение объектной технологии для проектирования инфологических моделей баз данных (Rose), информационно-графических систем и визуальной среды (например, Delphi) для их реализации. В методике приводится конкретные рекомендации по созданию такого рода систем.

5. Разработаны инфологические модели данных отчетной базы данных ТЭК («Ретроспектива») и базы данных вычислительного эксперимента («Перспектива»).

6. Выполнены проектирование и реализация прикладной программной системы для оценки вариантов развития ТЭК с учетом требований ЭБ на основе предложенной методики.

7. Разработана технология оценки вариантов исследований с применением новых инструментальных средств, которая представлена в виде описания возможностей и последовательности этапов выполнения работы с использованием предлагаемого инструментария.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Трипутина, Виктория Владимировна, 1999 год

1. Мелентьев J1.A. Системные исследования в энергетике. Элементы теории, направления, развития. - М.: Наука, 1979. - 415 с.

2. Макаров A.A., Вигдорчик А.Г. Топливно-энергетический комплекс. — М.: Наука, 1979.- 179 с.

3. Воропай H.H., Клименко С.М., Криворуцкий Л.Д., Массель Л.В., и др. Энергетическая безопасность России (введение в проблему). Иркутск: СЭИ СО РАН, 1997. - 57 с. - (Препринт).

4. Воропай Н.И., Клименко С.М., Криворуцкий Л.Д. Региональные аспекты энергетической безопасности России. Киев: Общество «Знание», 1997 г.-60 с.

5. Воропай Н.И., Клименко С.М., Криворуцкий Л.Д. О сущности и основных проблемах энергетической безопасности России // Энергетика. 1996. - № 3. - С. 38-50.

6. Макаров A.A., Кононов Ю.Д., Криворуцкий Л.Д. и др. Модели развития энергетики и согласование их решений. Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1984. -198 с.

7. Макаров A.A. Научные основания и методология долгосрочного прогнозирования энергетики // Энергетика страны и регионов. Новосибирск: Наука. Сиб. отд-ние, 1988. - С. 43-68.

8. Криворуцкий Л.Д. Имитационная система для исследований развития топливно-энергетического комплекса. Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1983. -126 с.

9. JI.B. Массель. Некоторые вопросы автоматизации обработки данных при создании пакетов прикладных программ. // Комплексы программ математической физики. Новосибирск: Ин-т теоретич. и приклад, механики, 1982.-С. 37-41.

10. Криворуцкий Л.Д., Массель Л.В. Информационная технология исследований развития энергетики. Новосибирск: Наука, 1995.- 160 с.

11. Грищенко В.М., Массель Л.В. Информационное обеспечение исследований развития энергетики // Вопросы автоматизации исследований развития энергетики. Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1983. - С.35-47.

12. Арзамасцев Д.А., Елохин В.Р., Криворуцкий Л.Д. и др. Имитационное моделирование развития систем энергетики. Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1988. - 196 с.

13. Шер И.А., Иващенко И.М., Массель Л.В., Шалагинов А.И. Проект автоматизированной системы решения задач оптимального отраслевого планирования // Вопросы повышения эффективности БЭСМ-6. Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1976. - С. 181-185.

14. Криворуцкий Л.Д., Санеев Б.Г., Ханаев В.А., Яськова Э.Н. Проект автоматизированной системы решения задач оптимального планирования для ЭВМ БЭСМ-6 // Вопросы повышения эффективности БЭСМ-6. Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1976. - С.177-181.

15. Волошин Г.Н. Организация диалога в процессе исследований развития энергетики // Вопросы автоматизации исследований развития энергетики. Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1983. - С. 48-58.

16. Макагонова H.H., Массель Л.В., Якубенко Э.В. Средства описания и генерирования таблиц. Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1983.-32 с. -(Препринт).

17. Макагонова H.H., Массель Л.В. Один подход к генерированию таблиц из пакета прикладных программ // Комплексы программ математической физики (Материалы VIII Всесоюз. семинара). Новосибирск, 1984. - С. 179183.

18. Бумагин В.И., Макагонова Н.Н., Массель JI.B. и др. Организация информационного обеспечения исследований систем энергетики на основе СУБД СПЕКТР // Системы энергетики: Управление развитием и функционированием. Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1986. - С. 32-41.

19. Шапот Д.В., Лукацкий A.M., Герасимов Н.А. Модельно-информацион-ный комплекс специалиста в области управления сложными системами (на примере ТЭК страны). М.: ИНЭИ, 1991. - 82 с.

20. The National Energy Modeling System: An Overview. Washington: Energy Information Administration, US Department of Energy, DC 20585, march 1996. -56 p.

21. Sabine Messner. Endogenized Technological Learning in an Energy Systems Model. Laxenburg: Reprinted from Journal of Evolutionary Economics, vol.7, № 3, September 1997. p. 291-313.

22. Зиндер E. Реинжинириг + информационные технологии + новое системное проектирование // Открытые системы. 1996. - № 1. - С.56-60.

23. Гилдер Дж. Программное обеспечение: переворот грядет // Открытые системы, № 2-3,1996. С.48-52, 54-60.

24. Арменский А.Е. Тензорные методы построения информационных систем. М.: Наука, 1989. -152 с.

25. Хайт, Тимоти. Пятая волна компьютеризации: открытые сети общего пользования // Сети и системы связи. 1996. № 1. - С. 13-20.

26. Шишмарев М., Клочков М. Что такое Internet? // Компьютер Пресс. -1994. -№> 9. -С. 11-12.

27. Серов Д.М. Что допустимо в Internet // Конфидент.-1996,- №2. С. 11-16.

28. Храмцов П. Internet в России // Открытые системы.-1996,- № 1 С. 13-20.

29. Борисов М. UNIX-кластеры // Открытые системы.-1995,- № 2. С. 22-28.

30. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С++, 2-е изд./ Пер. с англ. М.: «Издательство Бином», СПб: «Невский диалект», 1998 г. - 560 с.

31. Открытые системы: концепция или реальность // Открытые Системы. -1993.-№4.-С. 53-59.

32. Филинов Е. Выбор и разработка концептуальной модели среды открытых систем // Открытые системы. 1995. - № 6. - С. 71-77.

33. Кузнецов С.Д. Четверть века операционной системы Unix // Открытые системы. 1995.-№ 1(9).

34. Гербер, Черил. От больших машин к системам с UNIX // Мир ПК. 1992. -№10. -С.41-46.

35. Смит Д. М., Меленовски М. Время пришло для профессионалов в области открытых систем. // Открытые системы. 1995. - № 1(9).

36. Ладыженский Г.М. Архитектура корпоративных информационных систем // СУБД. 1997. - № 5-6. - С.18-24.

37. Аджиев А. Объектная ориентация: философия и футурология // Открытые системы. 1996. -№6. - с. 40-45.

38. Юткин А. Объектные технологии в распределенных системах // Открытые системы. 1995. - № 3. - С. 6-11.

39. Объектный «мэйнстрим» // Computer Week. 1996. - № 39 (24-30 окт.). -С. 1, 33, 44.

40. Калянов Г.Н. CASE. Структурный системный анализ (автоматизация и применение). — Москва, 1996 242 с.

41. Брукс Ф.П. Как проектируются и создаются программные комплексы. -М.: Наука, 1979. 151 с.

42. Пуха Ю. Объектные технологии построения распределенных информационных систем // СУБД.-1997. № 3,- С. 4 - 20.

43. Новоженов Ю.В. Объектно-ориентированные технологии разработки сложных программных систем / Под ред. Е.Г. Ойхмана. Москва, - 1996. -116 с.

44. Калянов Г. Н. Российский рынок CASE-средств // PC Week. 1998. - № 23 (16 июня). -С. 39-41.

45. Том Сван. Основы программирования в среде Delphi. Киев: Диалектика.- 1995.

46. Федоров A. Delphi 95 // Компьютер Пресс. 1995. - № 1. - С. 5-9.

47. Федоров А. Управление базами данных: технология фирмы Borland // Компьютер Пресс. 1994. - № 10. - С. 5-7.

48. Брябрин В.М. Интегрированные прикладные системы // Программное обеспечение персональных ЭВМ. М.: Наука, 1988. - С. 186-199.

49. Кэлман Д. 15 реляционных баз данных: простота доступа, мощные программные средства // PC Magazin. USSR Edition. -1991. № 2. - С. 77-90.

50. Ладыженский Г.М. Введение в СУБД // СУБД,- 1995. № 1-4.

51. Мейер Д. Теория реляционных баз данных: Пер. с англ. М.: Мир, 1987.- 607 с.

52. К. Дж. Дейт. Введение в системы баз данных. М.: Наука, 1980 г. - 463 с.

53. Мартин Дж. Организация баз данных в вычислительных системах. М.: Мир, 1980. - 660 с.

54. Тиори Т., Фрай Дж. Проектирование структур баз данных: В 2 кн. М.: Мир, 1985. - Кн. 1. - 278 е.; кн. 2. - 320 с.

55. Атре Ш. Структурный подход к организации баз данных. М.: Финансы и статистика, 1983. - 317 с.

56. Ульман Дж. Основы систем баз данных. М.: Финансы и статистика, 1983. -334 с.

57. Уилкокс, Джонатан. Объектные базы данных. Агенты и системы управления объектными базами данных // Журнал д-ра Добба, спецвыпуск А-95, апрель 1995. С. 5-10.

58. К. Дж. Дейт. Введение в системы баз данных. Шестое издание. Киев -Москва: «Диалектика», 1998 г. - 784 с.

59. Stronebraker М„ Rowe L. The design of POSTGRES // Proc. 1986 ACM-SIGMOD Conf. — Washington, D.C. 1986 June.

60. Кузнецов С.Д. Введение в системы управления базами данных // СУБД. -1995. -№ 1.-е. 117-127.

61. Ахтырченко К.В., Леонтьев В. В. Распределенные объектные технологии в информационных системах // СУБД. 1997. - № 5-6. - С. 52-64.

62. Наумов А.Н., Вендеров A.M., Иванов В.К. и др. Системы управления базами данных и знаний: Справ. изд.-М.Финансы и статистика, 1991,- 351 с.

63. Львов В. Создание систем поддержки принятия решений на основе хранилищ данных // СУБД. -1997,- №3. С. 30-40.

64. Б. Лазарь. Эсперанто для баз данных // LAN/Журнал сетевых решений. -1997,-№5.

65. Кузнецов С.Д. Доступ к базам данных с использованием технологии WWW // СУБД. 1996. - № 5-6.

66. Макагонова H.H., Массель Л.В., Трипутина В.В. Диалоговая система построения СУБД- ориентированных комплексов. Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1990. - 34 с. - (Препринт).

67. Трипутина В.В. Интеллектуальная информационно-справочная система ТЭК России. // Материалы XXIV конференции научной молодежи Сиб. энергет. института СО РАН. Иркутск: СЭИ СО РАН, 1994. - С. 108-113. Деп. в ВИНИТИ 30.08.94 № 2129-В94.

68. Пяткова Н.И., Чельцов М.Б. Экономико-математическая модель для анализа надежности топливо снабжения. //Методы исследования и управления системами энергетики. Новосибирск: Наука. Сиб. Отд-ние, 1987. - С. 82-87.