автореферат диссертации по электротехнике, 05.09.03, диссертация на тему:Формирование базы знаний электрохозяйства промышленного предприятия и адаптации ее к современным информационным технологиям

Московский энергетический институт (технический университет)

На правах рукописи

Ползиков Михаил Николаевич

Формирование базы знаний электрохозяйства промышленного предприятия и адаптация ее к современным информационным технологиям

Специальность 05.09.03 - Электротехнические комплексы и системы, включая их управление и регулирование

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель кандидат технических наук Т.В.Анчарова

Москва 1999

-2-Содержание

с.

Введение 4

1. Электрическое хозяйство как предмет проектного отображения и оперативного управления 12

1.1. Иерархия представления электрического хозяйства для целей определения объема базы знаний и базы данных 12

1.2. Анализ функций элементов структуры управления электрохозяйством 13

1.3. Системное описание информационных потоков структуры управления электрохозяйством 23

1.4. Цели и задачи исследования 32

1.5. Выводы по главе 35

2. Формирование структуры поиска информации в

автоматизированной системе обработки информации электрохозяйства

на основе элементов алгебры логики 35

2.1. Общие принципы поиска информации в автоматизированной системе обработки информации электрохозяйства 36

2.2. Анализ информационных запросов пользователей автоматизированной системы обработки информации электрохозяйства 42

2.3. Организация информационных массивов автоматизированной системы обработки информации электрохозяйства в виде баз знаний и баз данных 47

2.4. Оценка эффективности автоматизированной системы обработки информации на основе анализа свойств информационно-поисковых систем

2.5. Выводы по главе

-33. Методика адаптации базы знаний и базы данных к современным информационным технологиям 56

3.1. Классификация электротехнических пользователей автоматизированной системы обработки информации 56

3.2. Классификация вариантов сочетаний свойств пользователей автоматизированной системы обработки информации 63

3.3. Принципы создания и основные свойства подсистемы отображения текстовой информации 68

3.4. Принципы интегрирования нетекстовой информации в банк данных и создание автоматизированной подсистемы управления базой данных 73

3.5. Выводы по главе 78 4. Методика формирования баз знаний и баз данных различных уровней структуры управления электрохозяйством S0

4.1. Формирование структуры и информационно-программного наполнения автоматизированной системы обработки информации службы главного энергетика $0

4.2. Формирование структуры и информационно-программного наполнения автоматизированной системы обработки информации электроцеха 90

4.3. Программное обеспечение автоматизированной системы обработки информации электрохозяйства 98

4.4. Эффективность внедрения автоматизированной системы обработки информации в электрохозяйство НАК "Азот" 105

4.5. Выводы по главе Ю8 Заключение и выводы \ \ о Список литературы цз Приложение ¡ 23

-4-Введение

Роль электроснабжения, связывавшей первые источники электроэнергии и отдельные электротехнические изделия, постепенно становилась все более значимой. Уже 100 лет назад неформально обозначилась граница потребитель - энергосистема. Происходила специализация в направлении все более глубокого различия в подходах к изучению, проектированию, эксплуатации, в терминологии "большой" и "промышленной" энергетики. Крупные предприятия имеют десятки ГПП (Новолипецкий металлургический комбинат - 21, Новомосковская акционерная компания "Азот" - 7), собственные ТЭЦ, протяженность ЛЭП 110-330 кВ, находящихся на балансе предприятий измеряется десятками километров. Стала соизмерима сложность по количеству элементов и взаимосвязи их между собой энергосистема и система электроснабжения промышленных предприятий.

Совокупность электротехнических изделий крупного предприятия проявляет системные свойства. Объект структуризируется, и управление электрохозяйством также имеет иерархическую структуру: от отдела главного энергетика (ОГЭ), где принимаются решения, направленные на управление системными характеристиками, до электрослужбы цехов, где принимаются решения на уровне отдельных приемников электроэнергии. Обеспечение надежности функционирования системы электроснабжения потребовало для крупных предприятий создавать электроцехи, которые занимаются не только организационными задачами электроснабжения, но и организацией электроремонта, отвечают за внутризаводскую связь, имеют собственные автохозяйства.

Управление вещественным и информационным потоками электрохозяйства стало сложной в кибернетическом смысле задачей, решение которой в современных условиях невозможно без применения вычислительной техники и передовых информационных технологий. Непрерывность производства и принятие решений в режиме реального времени требуют оперативности получения и обработки необходимой информации.

Появились развитые электрические хозяйства, каждое из которых мы рассматриваем как совокупность: установленных и резервных электротехнических установок; электротехнических и других помещений; людских, вещественных и энергетических ресурсов; организационного и информационного обеспечения [48,49].

Определение электрического хозяйства позволяет вьеделтъ объект, методы исследования которого с одной стороны опираются на электротехнику, с другой - на электроэнергетику промышленности и транспорта. Электроснабжение как наука отличается от электротехники и электроэнергетики тем, что она изучает закономерности создания, эксплуатации, управления, оптимизации системного объекта, состоящего из отдельных изделий и использующего произведенную электроэнергию.

Важную роль в развитии и изучении свойств электрохозяйства играет своевременное информационное обеспечение. Резко возросший объем информации, циркулирующий как внутри электрохозяйства, так и связывающий его структуры с внешней средой, увеличение числа документов, с помощью которых она передается требуют введения кардинальных мер для решения не только задач переработки информации, но и задач, связанных с организацией документооборота внутри электрохозяйства. Организация работы со всеми видами документальной

информации является той частью процессов управления, которая во многом определяет оперативность его деятельности.

Информация в данной области разрозненна: технические библиотеки содержат справочные материалы, методические указания; проектные и эксплуатационные решения, принимаемые в проектных институтах и на промышленных предприятиях основываются на руководствах и инструкциях для работников монтажно-эксплуатационных служб.

6 связи с увеличением объема информации процесс ее отыскания и своевременной обработки становится все более сложной и трудоемкой задачей.

В структуре управления электрохозяйством принятие решений базируется на широком использовании знаний и интуиции руководителей различных уровней в рамках целей и ограничений, определяемых занимаемым ими местом в иерархии управления. При этом каждый руководитель обычно использует наиболее приемлемые для него методы и средства управления, принимая часто решения без достаточно полного анализа обстановки. Использование информации исключает субъективный подход при принятии решений. Особенно это важно в тех случаях, когда принимаются решения, связанные со стратегическими целями развития всего предприятия. В этих случаях главный энергетик должен использовать все виды информации: техническую, научную, экономическую. Разрабатывая автоматизированную документальную информационно-поисковую систему, обязательно следует учитывать все виды документальной информации.

Анализ и систематизация этой информации позволят качественно повысить уровень восприятия и понимания сложных явлений, процессов,

принципов действия и конструкций, описываемых вербально и математически, и требующих высокого уровня абстракции мышления, пространственного воображения, скорости восприятия информации, часто превышающих возможности среднего инженера или студента.

Повышение эффективности функционирования как системы проектирования и эксплуатации технически сложных объектов, так и системы высшего образования предполагает решение актуальной задачи: создание информационной и методологической базы, использование которой позволило бы поднять на качественно более высокий уровень принимаемые эксплуатационные и проектные решения, а также повысить степень подготовки и качество переподготовки специалистов в данной области науки.

Актуальность работы определяется необходимостью управления качественно усложнившимся электрическим хозяйством, опирающимся на систематизированную базу знаний (БЗ) и базу данных (БД), повышающих эффективность и уменьшающих время принятия решений.

Целью диссертации является сбор, анализ и систематизация фактографической и вербальной информации службы главного энергетика и электроцеха крупного промышленного предприятия и создание автоматизированной системы, включающей информационное, методическое и программное обеспечение для повышения эффективности управления электрохозяйством.

В соответствии с целью решены следующие задачи:

1. Выполнена идентификация информации, циркулирующей в электрохозяйстве и связывающей уровни структуры управления между собой и с внешними службами.

-82. Разработана структура БЗ и БД различных уровней иерархии

управления электрическим хозяйством промышленного предприятия.

3. Определен необходимый и достаточный для принятия решений объем информации элементов БЗ и БД.

4. Создана информационно-справочная подсистема для минимизации времени пользователя информационной базы.

5. Разработано программное обеспечение системы обработки информации с целью адаптации ее к современным информационным технологиям.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Обоснована и разработана БЗ, охватывающая электроснабжение, электрооборудование и электроремонт, необходимая и достаточная для управления электрохозяйством на уровне цеха, производства и предприятия в целом.

2. Разработана концепция информационного обеспечения функций управления электрохозяйством, повышающая эффективность и снижающая время принятия управленческих решений разных иерархических уровней в процессе эксплуатации и проектирования.

3. Разработаны принципы адаптации авторских БЗ и БД к современным информационным технологиям.

4. Создана автоматизированная информационно-справочная подсистема управления БЗ, позволяющая формировать оптимальные пути решения задач эксплуатации электрохозяйства промышленных предприятий и обучения (переподготовки) инженеров-электриков.

5. Разработаны принципы классификации пользователей по требованиям к программному обеспечению автоматизированной системы

обработки информации структуры управления электрохозяйством промышленного предприятия.

Практическая ценность работы заключается в создании автоматизированного рабочего места менеджеров энергетического хозяйства (ИТР технологических и энергетических цехов, штата главного энергетика предприятия по электрохозяйству, начальника электроцеха) с целью повышения эффективности управления электрохозяйством. Предусмотрено использование разработанной подсистемы в проектной деятельности и в учебном процессе в форме проведения занятий индивидуального ознакомления с методиками и документами, используемыми при проектировании и эксплуатации электрохозяйства.

Апробация работы. Материал диссертации в целом и отдельные ее вопросы докладывались автором и обсуждались: на научно-технических конференциях в городе Новомосковске "Энергосбережение, электроснабжение, электрооборудование" в 1996, 1997 и 1998 годах; на научных семинарах кафедр "Электроснабжение промышленных предприятий" Московского энергетического института (технический университет) и Новомосковского института Российского химико-технологического университета.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ и выполнено 3 научно-технических отчета.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 122 страницах машинописного текста, содержит 24 рисунка, 17 таблиц, 8 страниц приложения. Список использованной литературы включает 106 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.

Во введении обосновывается актуальность проблемы и формулируются цели работы.

В первой главе рассмотрена структура управления электрохозяйством и проанализированы задачи и функции, выполняемые на различных уровнях иерархии. Определены виды и объемы информационных потоков, циркулирующих в структуре управления электрохозяйством промышленного предприятия. Сформулированы задачи исследования.

Во второй главе рассмотрены принципы поиска информации и организация БЗ и БД на основе элементов алгебры логики. Проведена оценка критериев эффективности внедрения автоматизированной системы обработки информации электрохозяйства.

В третьей главе описана методика адаптации БЗ и БД к современным информационным технологиям с целью выработки принципов создания автоматизированной системы обработки информации (АСОИ) для эффективного управления электрохозяйством промышленного предприятия. Представлена методика классификации пользователей АСОИ с целью определения требований к программному обеспечению систем отображения информации.

В четвертой главе на примере электрохозяйства Новомосковской акционерной компании "Азот" рассмотрены структуры БЗ и БД различных уровней иерархии электрохозяйства с описанием объема информационного содержания отдельных элементов структур. Представлены пути интегрирования разработанной БЗ в процессы управления и изучения электрического хозяйства промышленного предприятия.

В заключении обобщаются основные результаты работы.

Основные результаты исследований реализованы в работе: Разработка структурных моделей электрохозяйства промышленных предприятий с учетом системных ограничений для управления электропотреблением при решении задач в народном хозяйстве.

Результаты работы были использованы в проекте "Разработка научных основ математического моделирования электрохозяйства промышленных предприятий" (шифр 65Гр-98), ставший победителем конкурса грантов в 1997 году.

- 121 .Электрическое хозяйство как предмет проектного отображения и

оперативного управления

1Л.Иерархия представления электрического хозяйства для целей определения объема базы знаний и базы данных

Современные системы электроснабжения характеризуются большим количеством составляющих элементов, значительным числом контролируемых показателей, широким диапазоном скоростей протекающих процессов, возможностью появления электроопасных ситуаций и поэтому относятся к сложным человеко-машинным комплексам. Эффективным средством автоматизации обеспечения промышленного электроснабжения стали компьютерные системы, но их наличие не является достаточным условием для эффективного функционирования системы управления электрохозяйством промышленного предприятия. Для этого требуются постоянно совершенствуемая методология и средства управления.

Система электроснабжения (СЭС) промышленного предприятия представляет собой совокупность иерархически организованных, различных по характеру подсистем. Ядром традиционно является технология или технологический процесс, хотя в настоящее время зачастую энергия является лимитирующим фактором развития производства. Электроприемники потребителей подчинены требованиям технологии. Связывающее звено в иерархии от ГПП до электроприемников образуют линии электропередачи, трансформаторные подстанции, преобразователи, источники реактивной мощности. Подсистемы СЭС связаны между собой

как технологией, так и единством распределения, преобразования и потребления электрической энергии. Поэтому СЭС является подсистемой всего промышленного комплекса.

Цель рассматриваемой системы формулируется в определении СЭС как совокупности электроустановок, предназначенных для обеспечения потребителей электрической энергией, осуществляющих производство, преобразование, передачу, распределение, потребление и превращение электрической энергии в другие виды энергии.

Подсистемы СЭС имеют структуру, которую можно представить в виде вертикальных и горизонтальных уровней (рис. 1.1).

Вертикальные уровни. В соответствии с [73] все электроустановки принято делить на два уровня: напряжением до и выше 1 кВ. При определении электрических нагрузок СЭС представляется иерархической системой: 1 - отдельные электроприемники; 2 - г�