автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Информационное обеспечение поддержки принятия решений в системе эко-контроллинга газотранспортного предприятия

На правах рукописи

КАУФМАН Сергей Александрович

ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В СИСТЕМЕ ЭКО-КОНТРОЛЛИНГА ГАЗОТРАНСПОРТНОГО ПРЕДПРИЯТИЯ

05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (химическая технология)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва 2004 г.

Работа выполнена в Московской Государственной Академии тонкой химической технологии им. М.В Ломоносова

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Ярыгин Геннадий Андреевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Бахвалов Лев Алексеевич

кандидат технических наук Якушев Сергей Андреевич

Ведущая организация Научно-исследовательский институт

природных газов и газовых технологий (ВНИИГАЗ)

Защита состоится " 28 " " сентября " 2004 года в 14.00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.120.08 при Московской Государственной Академии тонкой химической технологии им. М.ВЛомоносова по адресу: 119571, г. Москва, пр. Вернадского, 86.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИТХТ им. М.В.Ломоносова (г. Москва, ул. Малая Пироговская, 1).

Реферат разослан "_""_" 2004 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук

Бурляева Е.В.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современные химические технологии оказывают ощутимое негативное техногенное воздействие на окружающую среду. Одним из крупнейших источников таких воздействий являются предприятия концерна ОАО «Газпром», в частности, его транспортные структуры. Это тысячи километров магистральных газопроводов высокого (десятки и сотни атмосфер) давления, по которым перекачиваются миллиарды кубометров газа, они оснащены мощными (десятки МВт) перекачивающими компрессорными станциями и другим технологическим оборудованием. Вместе с тем, отрицательные последствия хозяйственной деятельности не являются неизбежными при планомерном учете возможных воздействий и своевременной и эффективной их компенсации.

Природоохранные отношения в Российской Федерации регулируются нормативными актами, устанавливающими степень и меру ответственности хозяйствующих субъектов за воздействие на природную среду. Для корректного применения норм этих актов необходима актуальная, полная и достоверная информация о хозяйственной деятельности.

В связи с этим в корпоративном менеджменте предприятий газовой промышленности возрастает значимость экологического менеджмента. В свою очередь, это означает необходимость формирования в системе экологического менеджмента специализированного информационно-аналитического инструмента - экологического контроллинга, или эко-контроллинга, представляющего собой комплекс специальных средств, обеспечивающих планомерное получение, систематизацию и обобщение информации о состоянии технологического оборудования и природной среды, используемой в экологическом менеджмента.

Основой эффективного эко-контроллинга является информационная система Для газотранспортных предприятий совершенствование информационной системы эко-контроллинга приобретает особую актуальность: для органов власти - это инструмент контроля деятельности предприятий, обоснования нормативов на допустимые воздействия и размеров платежей за загрязнения; для самих газотранспортных предприятий - инструмент активного и эффективного экологического менеджмента.

Промышленной безопасности, включая вопросы экологической безопасности,

посвящены работы В.Г. Горского, Б.В. Гидаспова, С. Гуаро, А.Ф. Егорова, А.В. Измалкова,

Ю.А. Израэля, В.В. Кафарова, В.Ф. Корнюшко, Р.Е. Кузина, X. Кумамото, В.В. Куприянова,

В. Маршалла, Н.В. Пахомовой, К. Рихтера, Э. Хенли, Д. Химмельблау, В.Д. Шапиро, А.

Эндреса, Г.А. Ярыгина и др. Вопросам системного моделирования, совершенствования

управления на основе информационных технологий прсвчщунм работы—отечественных

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ|

БИБЛИОТЕКА | С Петер«; 09 '

Ярйз

3

авторов В.В. Година, В.А. Грабаурова, В.В. Дика, Е.З. Зиндера, ВА. Ивлева, Г.Н. Калянова, А.В. Кострова, Г.Г. Куликова, О.В. Логиновского, Е.Г. Ойхмана, Э.В. Попова, Б.Я. Советова, С В. Черемных и др.

Вместе с тем, непосредственное применение положений информационного менеджмента к информационной системе эко-контроллинга на магистральных газопроводах невозможно из-за наличия сложных специальных задач, требующих научно-методического обоснования. Для решения таких задач необходимо комплексное исследование, основанное на системном анализе. Таким образом, целенаправленные исследования в области совершенствования информационной системы в системах эко-контроллинга и экологического менеджмента на транспортных предприятиях газовой промышленности актуальны и необходимы.

Цель и задачи исследования. Целью диссертации являются совершенствование информационной системы эко-контроллинга, разработка и обоснование ее методических основ, а также практических рекомендаций по формированию информационной системы как инструмента эко-контроллинга в газотранспортных предприятиях.

Для достижения поставленной цели решаются следующие задачи:

1. Формирование структуры эко-контроллинга газотранспортного предприятия на основе системного анализа в условиях осуществления основных технологических процессов.

2. Разработка вербальной и системной информационных моделей организации эко-контроллинга в условиях газотранспортного предприятия.

3. Формирование информационной системы в условиях эко-контроллинга как распределенной системы поддержки принятия решений и обоснование ее характеристик.

4. Разработка подхода к оценке и критерия эффективности информационной системы эко-контроллинга в условиях газотранспортной системы.

Научная новизна результатов работы, заключается в следующем.

1. Сформирована обобщенная системная модель эко-контроллинга участка магистрального газопровода.

2. Построена архитектура системы эко-контроллинга как распределенная система поддержки принятия решений на основе организационной структуры управления в газотранспортном предприятии.

3. Разработана методика распределенного управления вычислительным процессом в информационной системе экологического менеджмента, основанная на предложенных алгоритмах оценки вычислительных ресурсов и загрузки в узлах распределенной системы поддержки принятия решений с использованием методов оптимизации.

4. Предложен подход и обоснован критерий оценки эффективности для информационной системы эко-контроллинга, основанный на сопоставлении полной стоимости владения -совокупных издержек, связанных с системой, - и объема работ и услуг, выполняемых информационной системой.

Теоретическая значимость результатов работы состоит в том, что они вносят определенный вклад в развитие научно-методических основ эффективного применения ресурсов информационной системы в эко-контроллинге газотранспортных предприятий.

Практическая значимость и использование результатов работы заключаются в том, что с использованием ее результатов при участии автора разработан и принят к использованию комплекс методических материалов по созданию реальной информационной системы эко-контроллинга участка газотранспортной системы: результаты исследований, проведенных при работе над диссертацией, а также ее выводы и практические рекомендации вошли в проект «Газопровод Россия-Турция «Голубой поток», участок ООО «Кубаньгазпром». Производственный экологический мониторинг» (арх. №4/99-003-2000-ПЭМ1.ПЗ). Кроме того, методологические основы создания информационной системы для систем поддержки эко-контроллинга, созданные при работе над диссертацией, реализованы в научно-исследовательских работах и в проектной документации реальных компонентов информационной системы, что подтверждается актами внедрения.

Теоретические положения и практические результаты диссертации вошли в содержание специальных дисциплин, читаемых для студентов и магистрантов по кафедре информационных технологий МИТХТ им.М.В.Ломоносова.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на заседаниях Научно-технического совета ОАО «Газпром» (Москва, 1998-2003); Научно-технического совета ООО «Кубаньгазпром» (Краснодар, 1998-2003); Научно-технического совета Управления по транспорту газа и газового конденсата ОАО «Газпром» (Москва, 19982003); Научно-технического совета Главгосэкспертизы России (Москва, 1998); Научно-технического совета Северо-Кавказского округа Госгортехнадзора России (Краснодар, 2000); IV Международной научно-практической конференции «Современная техника и технологии в медицине, биологии и экологии» (Новочеркасск, 2003); II Международной научно-практической конференции «Проблемы геологии, полезных ископаемых и рационального природопользования» (Новочеркасск, 2003); IV Международной научно-практической конференции «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах» (Новочеркасск, 2003); Международной научно-практической конференции «Новые методологии проектирования изделий микроэлектроники» (Владимир, 2003); Всероссийской научной конференции «Современные информационные технологии в

медицине и экологии» (Смоленск, 2003), IV Международном рабочем совещании (С-Петербург, 2003)

Публикации. Основные результаты исследований по теме диссертации опубликованы в 8 печатных работах

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, 4 главы, заключение, список литературы (95 наименований) и приложение Основной текст изложен на 152 страницах и содержит 17 таблиц и 21 рисунок

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранной темы, определены цель и задачи исследования, дана характеристика предмета и объекта исследования, сформулированы элементы научной новизны результатов данной работы, показана научная и практическая значимость полученных результатов

В первой главе "Информационное пространство эко-контроллинга и условия его информатизации" с позиций системного подхода рассмотрены условия осуществления транспортировки газа по газопроводу и особенности использования информационной системы в качестве основы эко-контроллинга

В качестве базового объекта для исследования условий и особенностей построения информационной системы эко-контроллинга применительно к конкретным условиям в работе рассматривается участок магистрального газопровода Россия-Турция «Голубой поток» (рис 1) Участок простирается от административной границы Ставропольского и Краснодарского краев до охранного крана компрессорной станции "Береговая" на берегу Черного моря

Рис 1

Рассматриваемый участок проходит по территории, подведомственной газотранспортному предприятию ООО «Кубаньгазпром», и контролируется газотранспортным предприятием 0 0 0 «Кавказтрансгаз».

В главе описаны основные условия и особенности взаимодействия технологического оборудования газотранспортного предприятия и объектов природной среды. Территория, по которой проходит рассматриваемый участок газотранспортной системы, представлена как комплекс объектов природной среды, а именно приведены ее климатические, геологические, почвенные, водные, зоологические, растительные, хозяйственные и другие особенности; рассмотрены возможности и особенности измерения параметров, определяющих состояние природной среды; приведены технические характеристики технологического оборудования инфраструктуры газотранспортной системы; представлены пути и механизмы воздействия объектов инфраструктуры газотранспортной системы на объекты природной среды, а также методы и средства отбора и анализа проб и проведения измерений; приведены и упорядочены технические характеристики объектов газотранспортной системы.

Инфраструктура технологического комплекса газопровода включает следующие объекты: линейную часть газопровода (диаметр трубы Dy = 1400 мм и Dy = 1200 мм), обустроенную соответствующим образом; компрессорная станция "Краснодарская" (5 мощных газоперекачивающих агрегатов - на базе авиационных двигателей мощностью 12 МВт; установки воздушной осушки; очистки от конденсата и механических примесей и воздушного охлаждения; склад горюче-смазочных материалов; склад метанола; установка подготовки пускового, топливного и импульсного газа; служебно-эксплутационный ремонтный блок; производственно-энергетический блок; аварийную дизельную электростанция; электростанцию собственных нужд; котельная; пожарное депо); узлы приёма-запуска очистного устройства; узлы установки линейных и охранных кранов; контрольные пункты системы телемеханики; линии электропередач; объекты систем связи, автоматики, электрохимзащиты; посадочные площадки для вертолетов; временные объекты (жилгородки строителей; монтажные площадки на водных переходах; амбары-отстойники) и подъездные дороги.

Каждый из этих объектов является достаточно мощным, многопараметрическим и динамичным объектом, оказывающим существенное воздействие на комплексы природной среды. Параметры состояния всех технологических объектов и, соответственно, их воздействие на природную среду со временем изменяются, что требует непрерывного их контроля, анализа и оценки. Наиболее ощутимое влияние на природную среду оказывает компрессорная станция "Краснодарская" как наиболее мощный комплекс технологического

оборудования. Для примера данные по выбросам оборудования компрессорная станция "Краснодарская" представлены в таблице 1.

Таблица 1

Характеристика выбросов на КС "Краснодарская"

Наименование загрязняющего вещества Класс опасн. Количество вредных веществ,-выбрасываемых в атмосферу

Максимальное, г/с Суммарное, т/г

Азота диоксид 2 7.04005000 185,3759200

Азота оксид 3 1.9707000 • 77,0277000

Углерода оксид 4 11.9984100 370,7964200

Метан 0 643.08 145,6100000

Сажа 3 0.0740 0,0023400

Серы диоксид 3 0.0540 0,0017370

Масло минеральное нефтяное 6 0.0004330 0,0000180'

Метанол 3 0.3630000 0,0020000

Керосин 0 0.0016500 0,0000580

Углеводороды предельные 4 0.0149200 0,0102990

Свинец и его соединения 1 0.0000194 0,0000338

Кислота серная 2 0.0000135 0,0000072

Оксид олова (в пересчете на олово) • 3 0.0000007 0,0000028

Марганец и его соединения 2 0.0002000 0,0007400

Железа оксид 3 0.0024000 0,0086500

Пыль неорганическая (70 - 20% 8Юг) 3 0.0003000 0,0011300

Фториды газообразные (фтороводород) 2 0.0001700 0,0006100

Фториды плохорастворимые 2 0.0007000 0,0026700

Суммарный выброс всех веществ на компрессорной станции составляет 778,8403358 т/год, в том числе твердых - 0.0128966 т/год. Другие объекты технологического оборудования газотранспортной системы также воздействуют на природную среду в соответствующих их мощности масштабах, что приводит к загрязнению природной среды. Система эко-контроллинга должна контролировать как текущие воздействия на природную среду, так и накопленное ею загрязнение. При этом в соответствии с нормативными актами осуществляется мониторинг концентрации выбросов ГПА и других организованных источников выбросов, концентрации загрязняющих веществ в атмосферном воздухе, метеопараметров, концентрации подфакельных загрязнений, общих показателей качества воды в водотоках, концентрации загрязняющих веществ в водотоках, концентрации веществ в донных отложениях, общих показателей качества сточных вод, концентрации загрязняющих веществ в сточных водах, качества артезианских вод, показателей агрессивности верхних ярусов подземных вод, концентрации загрязняющих веществ в подземных водах, содержания загрязняющих веществ в почве, общего состояния почвенного покрова и др.

По каждому из приведенных факторов задаются допустимые пределы изменения, предельно допустимые концентрации (ПДК), места, частота и условия измерения Например, проектные показатели качества очищенных сточных вод в зависимости от режима их образования приведены в таблице 2

Таблица 2

Характеристика очищенных сточных вод

Показатели качества Класс ПДК,,, ПДК. в. Проектные концент- Фактический сброс, т/г

и состав сточных вод опасно мг/л мг/л рации вещ-в в очищен- г/час т/год

ста ной сточной воде, мг/л

Топко бытовой и производственно-бытовои сток

БПКго 60 1 0 20 0 0028

Взвешенные вещества 15 75 20 40 0 0056

Азот аммонийный 3 05 20 1 0 20 0 0028

Фосфаты 3 02 1 1 07 14 0 0019

ПАВ 4 05 05 02 04 0 0005

Расход сточных вод 2 0 мЗ/час, 2798 мЗ/год

7о!ько поверхностный сток

Взвешенные вещества 15 75 30 120 0 0 0459

Нефтепродукты 4 0 05 03 0 05 20 0 00077

Расход сточных вод 40 мЗ/час, 15310 мЗ/год

Одновременно бытовой производственно-бытовои и поверхностный стоки

БПКа, 60 0 048 20 0 0007

Взвешенные вещества 15 75 2 95 124 0 0 0475

Азот аммонийный 3 05 20 0 048 20 0 0007

Фосфаты 3 02 1 1 0 033 14 0 0005

ПАВ 4 05 05 0 0095 04 0 00014

Нефтепродукты 4 0 05 03 0 048 20 0 00077

Расход сточных вод 42 мЗ/час, 18108 мЗ/год

По всем другим перечисленным выше сферам также необходимо контролировать множество величин различной химической и физической природы Приведенные и упорядоченные в работе материалы характеризуют условия эко-контроллинга для рассматриваемого участка газотранспортной системы как исключительно сложные в силу разнородности контролируемых величин, разной степени изученности протекающих в объекте различных процессов и необходимости участия на всех этапах жизненного цикла (ЖЦ) системы эко-контроллинга специалистов разного профиля для решения комплексных задач, связанных между собой критериями эффективности, а также требованиями и ограничениями

На этой основе разработано сводное представление всех контролируемых величин совместно с условиями их измерения, описанием форм их представления и хранения, а также с указанием назначения и роли в принятии управленческих решений при решении задач эко-контроллинга - вербальная модель эко-контроллинга газотранспортного предприятия Фрагмент вербальной модели приведен в таблице 3 применительно к условиям контроллинга двух факторов концентрации загрязнений в атмосферном воздухе и концентрации выбросов газоперекачивающих агрегатов и других организованных источников выбросов

Таблица 3

Состав и описание входной информации - вербальная модель эко-контроллинга

Наименование параметра Использ уемый мнемокод Технологический идентификатор параметра Источник информа ции Частота поступле ния/ опроса Ед. измере ния Диапазон изменения Хранение данных Назначение информации Принимаемые управленческие решения

нижняя граница верхняя граница

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 И 12 13 14 15

Концентрации загрязнений в атмосферном воздухе:

окись азота N0 2Д1-2Д4 САЛ (АРМ-Л) Д1,... Д4 А БД 200 раз в год мг/м3 0 13 Д БД соотв-го АРМ-Э Контроль уровня загрязненности воздуха; менеджмент предприятия, территориальн ые органы Регулирование объема выбросов; начисление платежей

двуокись азота N02 ЗД1-ЗД4 М17М1 0 21 Д

окись углерода СО 1Д1-1Д4 мг/м3 0,1 250 д

двуокись серы 802 5Д1-5Д4 мг/м 0,001 3 д

метана СН4 4Д1-4Д4 мг/м3 0,05 714 д

Уровень шума Ы01БЕ 6Д1-6Д4 Дб 0 ц

Метеопараметры:

Направление ветра \VDIR 8Д1-8Д4 град 0 355 д

Скорость ветра 7Д1-7Д4 м/с 0 50 д

Относительная влажность воздуха нимш 9Д1-9Д4 % 0 100,00 д

Температура воздуха т •с -30 70 д

Концентрации выбросов ГПА и других организованных источников выбросов:

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

оксида углерода СО 1Б1-1Б8 САЛ (АРМ-Л) Б1,... , Б8 А БД 1 раз в квартал мг/м3 0 1250 д БД АРМ- ЭКС «Краснода рская» Контроль ПДК Обоснование режимов работы технологическог о оборудования

оксида азота N0 ЗБ1-ЗБ8 мг/м3 0 335 д

диоксида азота N02 4Б1-4Б8 мг/м3 0 310 д

Скорость потока выхлопных газов 5Б1-5Б8 м3/с 0 300 д Использование в расчетах

Температура газовоздушной смеси ТЙУ °с 0 1000 д

*) Позиция на схеме размещения точек и зон контроля

**) Режим поступления данных: А - автоматический ввод; Р - ручной ввод

***) Носитель информации: БД- база данных; ГМД-дискета,

****) Тип данного: Д-действительное число; Ц -целое число; С-символ переменная

Аналогично построены фрагменты вербальной модели применительно ко всем указанным выше средам. Таким образом, вербальная модель представляет собой обширный многостраничный документ, в котором с детальностью, определяемой нормативными документами, описаны все параметры модели эко-контроллинга.

Вторая глава "Основы распределенной системы эко-контроллинга" посвящена формированию научно-методических основ организации информационной системы эко-контроллинга как распределенная система поддержки принятия решений. Система эко-контроллинга должна строиться в составе распределенной системы управления основной технологией - транспортировкой газа - как одна из ее составляющих, или подсистем, по всем уровням управленческой иерархии. Применительно к условиям рассматриваемого базового газотранспортного предприятия структурная схема управления транспортировкой газа и, соответственно, эко-контроллингом представлена на рис. 2.

Рис. 2. Структурная схема управления эко-контроллингом ЦПЭБ - центральный пункт экологической безопасности; ЦМ - центр мониторинга; САЛ -стационарная аналитическая лаборатория; ПЭЛ - передвижная экологическая лаборатория; АРМ-Э -автоматизированное рабочее место эколога; ЦДП - центральный диспетчерский пункт; УДТГ-управление по добыче и транспортировке газа; ЛПУ - линейное производственное управление; ПСД - пункт сбора данных

В качестве - структурных элементов комплексной системы эко-контроллинга используются автоматизированные рабочие места эколога (АРМ-Э) УДТГ «Краснодарское», ЛПУ «Березанское» и ЦДЛ ООО «Кубаньгазпром», а также ПСД КС «Краснодарская» и

ЦПЭБ 0 0 0 «Кубаньгазпром» как технологическая база анализа и оценки состояния всех контролируемых сред на соответствующем участке газотранспортной системы и поддержки принятия управленческих решений. При этом во всех элементах системы эко-контроллинга на всех уровнях используются первичные данные, формируемые на основе вербальной модели по таблице 3. Для этого используются данные автоматизированной системы управления технологическими процессами о параметрах технологических процессов, показания автоматических пунктов контроля загрязненности атмосферного воздуха и метеопостов о параметрах атмосферных процессов и постов контроля опасных геологических процессов; для контроля стоков, подземных и грунтовых вод, растительного и почвенного покровов и других сред используются специализированные экологические стационарные и передвижные лаборатории. Состав задач каждого из элементов системы эко-контроллинга определяется соответствующим проектом (в работе не рассматриваются).

На основе данных, полученных по вербальной модели, в соответствии со схемой рис.2 формируются информационные потоки между элементами, входящими в систему эко-контроллинга. Вместе с тем, каждый из элементов системы эко-контроллинга в соответствии с организацией управления газотранспортной системы по рис.2 имеет определенные полномочия и может решать задачи принятия решений по различным функциям в системе эко-контроллинга как автономно, так и согласованно с другими элементами. Поэтому для формирования и совершенствования системы эко-контроллинга как распределенной системы поддержки принятия решений используется системный подход; обобщенная системная модель управления эко-контроллингом представлена на рис.3.

Здесь показано также, что система эко-контроллинга предназначена для обеспечения на всех уровнях возможности корректного управленческого воздействия на основные технологические процессы в газотранспортной системе, то есть экологического менеджмента; на рис. 3 соответствующие блоки показаны заливкой. В качестве механизмов менеджмента указаны:

• организационный - обеспечивает согласованность всех выполняемых мероприятий по месту, времени, применяемым средствам и нормативам;

• технологический - регулирует проведение тех или иных технологических мероприятий (очистка трубопровода, осуществление сброса сточных вод, выброс газа и т.д.);

• экономический - определяет затраты, связанные с технологическими мероприятиями, и тем самым - экономическую эффективность их проведения;

• финансовый - оценивает целесообразности финансирования проектов в составе газотранспортной системы на основе анализа и с учетом особенностей экологических требований. Приведенные механизмы оказывают воздействие на соответствующие показатели деятельности газотранспортного предприятия, являющегося совокупностью распределенных объектов. Таким образом, в работе учитывается, что эко-контроллинг имеет распределенный характер как по территориальному, так и по функциональному признаку, поэтому информационная система эко-контроллинга является также распределенной системой, при этом каждая из ее подсистем также распределена территориально и функционально и сама по себе является достаточно сложной; совместное функционирование подсистем требует соответствующей научно-методической основы.

В этих условиях необходимо обеспечивать согласование работы распределенной системы поддержки принятия решений при решении задач экологического менеджмента как по отдельным узлам, так и в системе в целом при использовании распределенных ресурсов информационной системы. В настоящей работе научно-методическая основа информационная система эко-контроллинга как распределенная система поддержки принятия решений формируется с использованием системного подхода; архитектура распределенной информационной системы эко-контроллинга, соответствующей схеме рис. 2, представлена на рис. 4.

Рис. 4. Схема распределенной информационной системы эко-контроллинга

Распределенная информационная система эко-контроллинга обеспечивает как автономное решение задач эко-контроллинга в пределах одного узла сети, так и передачу той или иной задачи с одного узла на другой, а также совместное согласованное решение задач, прежде всего поддержки принятия управленческих решений, с использованием ресурсов нескольких узлов. В связи с этим в работе поставлены задачи оптимизации

производительности узлов сети при организации обмена информацией между узлами при распределенном принятии решений и распределенного управления вычислительными ресурсами в распределенной системе поддержки принятия решений.

В третьей главе "Исследование распределенной информационной системы эко-контроллинга'1 представлены задачи формирования информационной системы как распределенной системы поддержки принятия решений, обоснования ее характеристик и оценки эффективности в условиях эко-контроллинга.

С учетом распределенности эко-контроллинга разработана процедура выбора характеристик узлов распределенной системы поддержки принятия решений. Она представляет собой оптимизацию производительности узлов информационной сети и отличается от классической статистической оптимизации характеристики одного узла тем, что необходимо выбрать одновременно характеристики нескольких узлов. Для типовой в условиях эко-контроллинга задачи передачи сообщения (звенья линейные, случайные сообщения и помехи - стационарные и эргодические) показано, что цепь из узлов, оптимальная по критерию минимума среднеквадратической ошибки, является статистически оптимальным фильтром Винера.

Предложена методика распределенного управления вычислительным процессом в распределенной системе поддержки принятия решений, включающая:

• оценку вычислительных ресурсов и загрузки каждого узла распределенной системы поддержки принятия решений,

• диспетчеризацию задач в узлах распределенной системы поддержки принятия решений на основе формализации и решения задачи оптимального планирования,

• определение приоритетов задач, находящихся в очереди на выполнение, и

• процедуру управления ходом вычислительного процесса при изменении загрузки процессоров в узлах.

Оценка вычислительных ресурсов и загрузки каждого узла распределенной системы поддержки принятия решений строится на основе заполнения таблицы загрузки, которая функционирует как доска объявлений. Для формирования доски объявлений используется понятие единицы загрузки узла сети (процессора в узле) - сумма оценок ресурсов (процессорное время, число операций ввода/вывода, объем оперативной памяти), выделяемых узлом для решения задачи и определяющих пропускную способность узла при распределенной обработке информации. Таблица загрузки узла включает: 2Ш!Х -максимальную загрузку, которую может выполнить узел; Ъу - число единиц загрузки, необходимых для выполнения задач в узле сети; приоритеты задач, которыми загружен узел; вероятность простоя узла.

Диспетчеризация задач в узлах распределенной системы поддержки принятия решений осуществляется на основе решения задачи оптимального планирования. В работе планирование осуществляется на основе оптимизационной задачи целочисленного программирования, решаемой методом отсекающих плоскостей. На основании решения такой задачи диспетчер соответствующего узла системы эко-контроллинга - эколог -периодически анализирует очередь задач и с учетом приоритетов определяет условия их выполнения: решение задач силами своего узла или передачу их другим узлам.

Определение приоритетов задач, находящихся в очереди на выполнение, осуществляется на основе принципа Парето: объект q, строго предпочтительнее объекта q,, если оценка объекта q, превосходит оценку объекта q, хотя бы по одному показателю, а по всем остальным показателям не хуже нее. Принцип Парето формализуется построением таблицы характеристик задач: процессорное время, число операций ввода/вывода, объем оперативной памяти, на основе которой выполняется попарное их сравнение и ранжирование, то есть задачи выстраиваются в очередь на выполнение.

Процедура управления вычислительным процессом основана на зависимости пропускной способности сети С от загрузки ее узлов Z; вариант зависимости представлен на рис.5. Здесь зона I отражает пропорциональный рост С с ростом Z; величина Zopi соответствует наиболее полной и эффективной загрузке сети; при увеличении загрузки в зоне II в сети начинают возникать очереди; при превышении загрузкой Z величины величина С резко снижается.

С, кбит/с

к У

I II Iir\

О

Рис. 5. Зависимость пропускной способности от изменения загрузки сети. В этих условиях решается задача оптимизации вида:

Еад ->гоР1> о)

где т - число узлов сети, которая для к-ого узла разрешается отысканием на основании экспериментальных данных о связи С с ростом Ъ для конкретной сети набора весовых параметров - степень аппроксимирующего полинома

В простейшем случае для одного узла можно использовать линейную функцию в качестве модели С(Ъ), что даст управляющую функцию для управления нагрузкой в виде в работе приведены примеры решения этой задачи в условиях информационной системы эко-контроллинга для базового газотранспортного предприятия

Процедура управления уровнем загрузки узлов в соответствии с данными о размещенных на них в данный момент времени задачах реализуется следующим образом В начале каждого интервала все узлы сети определяют свой уровень загрузки

администратор сети решает задачу (1) и формирует для данного интервала каждому

узлу загрузку тогда т-мерный вектор

г(/+А/)={г,({+Д/Ш/+д/).....гт(1+м)}, (2)

где т - число узлов в распределенной системе поддержки принятия решений, отражает совокупную загрузку узлов сети на начавшемся интервале.

При этом выявляются как перегруженные, так и недозагруженные узлы системы, то есть соответствующие АРМ-Э, что позволяет более обоснованно формировать мощности АРМ-Э по узлам с учетом всех возможных режимов работы каждого узла и системы в целом.

Все этапы предложенной методики распределенного управления вычислительным процессом в распределенной системе поддержки принятия решений иллюстрируются примерами.

Предложена и разработана процедура обоснования архитектуры технологической среды 1 информационной системы эко-контроллинга на основе методов векторной оптимизации, позволяющая осуществить выбор между типовыми архитектурами "файл-сервер" и "клиент-сервер"; на ее основе сформированы АРМ-Э в узлах сети эко-контроллинга.

В работе предложена и разработана методика обоснования варианта построения технологического комплекса информационной системы экологического менеджмента с использованием типовых архитектур "файл-сервер" и "клиент-сервер", основанная на решении задачи многокритериальной оптимизации. Вариант решения X максимизирует глобальный критерий Ф(Х) на множестве локальных критериев Г с учетом вектора значимости локальных критериев А:

Ф=Ф(Х)=орит{р{к)Л} о)

Для этого необходимо

1) определить множество варьируемых параметров системы X;

2) в пространстве параметров выбрать область компромисса Wx;

3) определить локальные критерии Г оценивающие выбранные параметры;

4) перейти от пространства параметров IV^ к пространству критериев ;

5) определить ряд приоритета и вектор приоритета Л;

6) найти значения локальных критериев Г при которых интегральный критерий достигает максимального значения.

В качестве значимых параметров системы выбираются: производительность клиентской части системы производительность сервера пропускная способность сети

В качестве локальных критериев принимаются: стоимость внедрения безопасность надежность В предлагаемой процедуре в качестве схемы компромисса используется принцип последовательной уступки теории многокритериальной оптимизации; процедура детализирована по всем ее этапам; применительно к реальным условиям и значениям параметров реальной информационной системы эко-контроллинга показано, когда оптимальной архитектурой будет "файл-сервер", а когда - "клиент-сервер".

Предложен и обоснован критерий оценки эффективности для информационной системы эко-контроллинга, основанный на сопоставлении полной стоимости владения -совокупных издержек, связанных с системой, - и объема работ и услуг, выполняемых информационной системой в интересах эко-контроллинга.

Понятие эффективности, предполагающее отношение произведенных затрат к полезному результату, применительно к сфере обработки информации еще слабо изучено. Поскольку информационная система эко-контроллинга непосредственно в транспортировке газа не участвует, непосредственно оценить ее эффективность достаточно затруднительно, хотя ясно, что более совершенная информационная система способствует повышению эффективности основной деятельности газотранспортного предприятия — транспортировки газа. Применительно к условиям работы информационной системы в системе эко-контроллинга предложен косвенный критерий оценки ее эффективности, основанный на сопоставлении полной стоимости владения Стсо - совокупных издержек, связанных с системой, - и объема работ и услуг выполняемых информационной системой в

интересах эко-контроллинга В соответствии с этим на основании утвержденных регламентов эко-контроллинга формируются требования как к информационной системе в целом, так и по отдельным подсистемам и элементам в виде требований к ее техническим характеристикам, в частности, к производительности по всем видам работ в каждый момент времени , то есть тогда

т„

V = (О (0dt

Г пот iiCrnnt '

пот

где - текущее значение суммарной максимальной производительности всех элементов

информационной системы на интервале [1о,Тгр], отражающем продолжительность жизненного цикла.

Полная стоимость владения Стсо формируется на основе учета всех издержек, связанных с множеством компонентов г информационной системы на всех этапах ее жизненного цикла, то есть

где символ обозначает суммирование затрат по всем - статьи издержек, учитываемые в смете расходов на создание и эксплуатацию компонента; п - число

составляющих издержек в г-ом компоненте. Тогда эффективность Э варианта информационной системы эко-контроллинга можно определять соотношением

типа «польза/затраты» (performance/price) на интервале жизненного цикла [tO.Trp], Детализируя модели (5) и (6), можно целенаправленно управлять эффективностью информационной системы.

Четвертая глава "Формирование системы эко-контроллинга газотранспортного предприятия ООО "Кубаньгазпром" содержит информацию о проектных решениях в системе эко-контроллинга участка газотранспортной системы Россия-Турция «Голубой поток», находящегося в ведении газотранспортного предприятия ООО «Кубаньгазпром». Система эко-контроллинга на этом участке строится в соответствии с принципами, принятыми для газопровода Россия-Турция в целом. Ее организация соответствует схеме управления газотранспортным предприятием и структуре эко-контроллинга (рис. 2). В работе оценены потоки информации между узлами системы эко-контроллинга, что позволило обоснованно сформировать ее состав по всем узлам сети, то есть создать специализированные программно-аппарат-ные комплексы, реализующие информационные функции и/или функции управления одним или несколькими элементами системы эко-контроллинга и осуществляющие сбор и обработку измерительной информации, архивирование этой информации, ведение баз данных, формирование выходной информации эко-контроллинга и ее распределение между пользователями, управление режимами работы измерительной сети.

э =vjc*o(б)

На основании полученных потоков информации в диссертации разработаны регламенты эко-контроллинга в условиях различных этапов ЖЦ газотранспортной системы; это объемные многостраничные документы. Регламенты являются технологическими, в них определены частоты измерения всех величин, условия отбора проб и применяемые при этом приборы и другие средства измерения и анализа. В сокращенном виде фрагмент регламента эко-контроллинга применительно к задачам контроля атмосферного воздуха на этапе эксплуатации газотранспортной системы представлен в таблице 4. Аналогично строится регламент и по контролю других сред.

Таблица 4

Регламент мониторинга загрязнения природной среды на этапе эксплуатации газотранспортной системы

№ п/п Контролируем ые параметры Обозначение пунктов контроля Расположение пунктов контроля Периодичность контроля Технические средства контроля

Атмосферный воздух

1 Мощность газовых выбросов; содержание кислорода. А1...А5 (5 пунктов) ГПА КС "Краснодарская" 2 раза в сугкн или по запросу Автоматические средства контроля выбросов

2 Мощность газовых выбросов; сажа. Б1...Б8 (8 пунктов) Пром площадка КС 'Краснодарская": ГПА, электростанция собственных чужд, подогреватель цеха эсушки газа, аварийная зизельная электростанция 2-4 раза в год Контроль с помощью переносного оборудования при посещении ПЭЛ, отбор проб с последующим анализом в ■ стационарной аналитической паборатории.

3 Концентрации газов в воздухе; двуокиси серы (на окраине н п. Смоленская). Уровень шума. В1.В2 (2 пункта) Иромплошадка КС 'Краснодарская" жраина н п. Смоленская. Непрерывн о Автоматические посты контроля загазованности

4 Концентрации газов в воздухе Уровень шума. Г1...Г6 (6 пунктов) 1ромплошадка КС 'Краснодарская" 1 раз в месяц Отбор проб при посещении ПЭЛ с их анализом в С АЛ

5 Концентрации газов в воздухе. Уровень шума. Д1 ..Д4 (4 пункта) -1а территории н п Смоленская. На границе СЗЗ <С "Краснодарская" 200 раз в год Контроль средствами ПЭЛ (на песте или путем отбора проб)

6 Концентрация метана Е1...Е2 (2 пункта) Узлы запуска/ извлечения очистных устройств При запуске/ извлечении очистных устройств Контроль средствами ПЭЛ (на песте или путем отбора проб)

7 Концентрация метана Е11...Е28 (18 пунктов) Тлощадки размещения охранных и линейных кранов газопровода 1 раз в 6 месяцев Контроль средствами ПЭЛ (на лесте или путем отбора проб)

8 Метеопараметры Ж1...ЖЗ В1.В2 (5 пунктов) 3 точках вдоль трассы ГТС. 1а промплощадке КС. На окраине н п. Смоленская Непрерывно Автоматические метеопосты

Поверхностные воды и донные отложения

Сточные воды

Подземные воды

Почвенный покров

Растительный покров

Примечание: Периодичность контроля и список контролируемых веществ могут

корректироваться на основе анализа получаемых измерительных данных.

На основе предложенной в работе процедуры показано, что в информационной системе эко-контроллинга базового газотранспортного предприятия архитектура "клиент-сервер" предпочтительнее "файл-сервера". Это обусловлено, прежде всего, тем, что для формирования измерительной части системы требуются значительные капиталовложения (см. таблицу 5). На фоне этих средств затраты на создание программно-аппаратного комплекса информационной системы эко-контроллинга представляются незначительными и приоритеты выстраиваются в пользу надежности и производительности.

Таблица 5

Затраты на измерительное оборудование

V» 1/П Наименование оборудования <ол-во Стоимость ед, тыс. руб (втч НДС) Сумма, тыс. руб. втч НДС"

1 Передвижная экологическая лаборатория (ПЭЛ) 2 4 480 9 960

2. Оборудование и производственный инвентарь стационарной аналитической лаборатории (САЛ) 1 3 820 3 820

3 Автоматические посты контроля загазованности (ПКЗ) 2 4 120 8 240

4 Метрологическое оборудование 1 750 750

5 Производственный инвентарь службы эко-контроллинга 1 160 160

ИТОГО 22 930

Для обеспечения функций эко-контроллинга в разработанной информационной системе предложено использовать информационную инфраструктуру автоматизированной системы управления технологическими процессами: ее серверы, каналы передачи данных, средства защиты. Кроме того, в интересах передачи данных эко-контроллинга в системе используются также средства, обслуживающие другие системы и службы газопровода-

• локальная сеть подсистемы хранения данных центрального диспетчерского пункта ООО "Кубаньгазпром";

• каналы системы технологической связи, разворачиваемой на газопроводе;

• каналы транковой связи, разворачиваемой на газопроводе;

• каналы телефонной связи.

В приложении приведен список использованных сокращений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Основным итогом диссертационной работы является разработка комплексного теоретического и научно-методического обеспечения формирования информационной системы в системах эко-контроллинга газотранспортного предприятия. При этом последовательно применяется системный подход. Кроме того, получены следующие результаты.

1. На основе системного анализа эко-контроллинга магистрального газопровода, выполненного применительно к условиям деятельности участка газотранспортной

системы Россия-Турция «Голубой поток», сформирована и обоснована обобщенная системная модель эко-контроллинга как распределенная система поддержки принятия решений и построена структура эко-контроллинга.

2. С учетом функциональной и территориальной распределенности эко-контроллинга разработана процедура выбора характеристик узлов распределенной системы поддержки принятия решений при обработке и передаче сообщений и предложена методика распределенного управления вычислительным процессом в распределенной системе поддержки принятия решений, основанная на оценках вычислительных ресурсов и загрузке каждого узла распределенной системы поддержки принятия решений, диспетчеризации задач в узлах распределенной системы поддержки принятия решений на основе формализации и решения задачи оптимального планирования, определении приоритетов задач, находящихся в очереди на выполнение, и процедуре управления ходом вычислительного процесса сети и загрузкой процессоров в узлах.

3. Предложена и разработана процедура обоснования архитектуры технологической среды информационной системы эко-контроллинга на основе методов векторной оптимизации, позволяющая осуществить выбор между типовыми вариантами файл-сервера и клиент-сервера; на ее основе сформированы реальные АРМ-Э в узлах сети эко-контроллинга

4. Предложен и обоснован критерий оценки эффективности для информационной системы эко-контроллинга, основанный на сопоставлении полной стоимости владения -совокупных издержек, связанных с системой, - и объема работ и услуг, выполняемых информационной системой в интересах эко-контроллинга.

В работе также кратко отражены некоторые особенности создаваемой с участием автора реальной системы эко-контроллинга участка газотранспортной системы Россия-Турция «Голубой поток» в системе газотранспортных предприятий ООО "Кубаньгазпром". Здесь отражен комплексный масштабный характер объекта, а также следующие вопросы: организация и состав системы эко-контроллинга, особенности формирования ее информационной системы, а также решения, относящиеся к ее отдельным составляющим.

С использованием основных положений и результатов диссертационной работы при участии автора разработан и принят к использованию комплекс методических материалов по созданию информационной системы эко-контроллинга участка газотранспортной системы Россия-Турция «Голубой поток», находящегося в ведении ООО «Кубаньгазпром». Это позволило упорядочить процесс создания информационной системы эко-контроллинга.

Основные положения диссертации получены автором в процессе выполнения научно-исследовательских и проектных работ, представлены в 8 публикациях и используются в учебном процессе высших учебных заведений.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1 Кауфман С А- К -построению информационно-измерительной системы экологического мониторинга магистрального газопровода // «Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах» Материалы IV Международной научно-практической конференции -Новочеркасск 2003, с 12-14

2 Кауфман С А, Костров А В Измерительная сеть системы экологического мониторинга // «Новые методологии проектирования изделий микроэлектроники» Материалы Международной научно-практической конференции - Владимир 2003, с 75-77

3 Кауфман С А, Костров А В К проблеме организации управления предприятием // «Обработка информации методы и системы» Сборник научных статей / Под ред С С Садыкова, ДЕ Андрианова -М Горячая линия-Телеком, 2003, с 210-216

4 Кауфман С А Формирование системы экологического мониторинга магистрального газопровода // «Проблемы геологии, полезных ископаемых и рационального природопользования» II Международной научно-практической конференции -Новочеркасск 2003, с 14-16

5 Кауфман С А К проблеме информационного обеспечения экологического мониторинга магистрального газопровода // «Современная техника и технологии в медицине, биологии и экологии» Материалы IV Международной научно-практической конференции - Новочеркасск 2003, с 28-30

6 Кауфман С А, Ярыгин ГА Корпоративные информационные системы -технологическая основа мониторинга // Всероссийская научная конференция «Современные информационные технологии в медицине и экологии» - Смоленск 2003,с 215-217

7 Кауфман С А , Темкин В М, Ярыгин Г А Информационные технологии наполнения и функционирования системы ПЭМ в ходе строительства и эксплуатации газопровода Россия-Турция «Голубой поток»// «Проблемы экологии газовой промышленности» Научно-технический сборник №3 - М ОАО «Газпром» ООО «ИРЦ Газпром», 2002, с 10-15

8 Кауфман С А К проблеме экологического мониторинга территории магистрального газопровода // Экономика региона динамика, трансформация и проблема управления / Сборник научных трудов - Владимир ВГПУ, 2004,22-28 с

»15437

Подписано в печать 18.08.2004 Формат 60x84/16. Бумага писчая. Отпечатано на ризографе. Уч.изд.пистов 1,2 Тираж 100 экз. Заказ № 126 Лицензия на издательскую деятельность ИД №03507 (per. № 003792) код 221 Издательско-полиграфический центр МИТХТ им.М.В.Ломоносова 119571, Москва, просп. Вернадского, 86