автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Методические основы и инструментальные средства для построения информационных технологий в энергетических исследованиях

^ оссийская академия наук

УДК 620.91: (001,18+330. 1Б+Ы. 001.57) массель Людмила Васильевна

методические основы и инструментальные средства для построения информационных технологий в энергетических исследованиях

Специальность 05,13.16 - применение вычислительной техники, математического моделирования и математических метопов в научных исследованиях (энергетика)

СИБИРСКОЕ ОТДЕЛЕНИЕ

сибирский энергетический институт

им, Л.А. Мелентьева

На правах рукописи

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Иркутск 1695

Работа выполнена в Сибирском энергетическом институте СО РАН. Научный консультант: доктор технических наук Криворуцкий Л.Д.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Саневв Б.Г., доктор физико-математических наук, профессор Столяров Л.Н., доктор технических наук Терешко O.A.

Ведущая организация: Объединенный институт высоких "температур РАН

Защита диссертации состоится ^сал 1895 г.

на заседании диссертационного Совета Д.002.30.01 при Сибирском энергетическом институте СО РАН (адрее:664033 г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Сибирского энергетического института СО РАН

Автореферат разослан " 5 " СиърелЛ 1995 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, ^о

доктор технических наук • ZkA.M. Клер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В -связи с бурным развитием информационных технологий, появлением все более совершенной вычислительной техники, осознанием информации как стратегического ресурса и усилением тенденций к ее интеграции все более актуальными становятся проблемы создания, объединения и обмена разнородными информационными продуктами и технологиями.

В то же время "Информационная технология" как научная дисциплина, рассматривающая проблемы получения, структурирования, преобразования и интеграции знаний и данных, в нашей стране еще только формируется. Большое влияние на ее формирование оказали работы Дк. Мартина, Е.Ф. Кодца, К. Дейта, Дк. Ульмана, Д. Уотермана, Дж. Клира и др. В нашей стране основополагающими являются шкалы Г. С. Поспелова, Д.А. Поспелова, Э.В. Попова. Следует отметить также вклад украинских ученых (школы В.М. Гдушкова, И.В. Вельбицкого).

Вместе с тем существует разрыв менаду теоретическими разработками в зтся области и уровнем их использования на практике. Кроме того, ощущается недостаток методических работ, которые обобщали бы опыт построения конкретных информационных технологий, создавая предпосылки для использования его в других приложениях.

Это характерно и для рассматриваемой предметной области -энергетических исследования, связанных с изучением и прогнозированием развития топливно-энергетического комплекса (ТЭК) России с учетом живучести систем энергетики и безопасности энергетических объектов.

Эти исследования, традиционно важные дая управления энергетическим комплексом, приобретают сейчас особое значение в связи с изменившимися социально-экономическими условиями, участившимся возникновением различных критических ситуации природного, техногенного, социально-экономического характера, возрастанием негативного воздействия энергетических объектов на окружающую среду, а также в связи с необходимостью обеспечения энергетической безопасности России и ее регионов.

Таким образом, современные условия развития ТЭК- требуют адекватного подхода к созданию соответствующих информационных технологий системных исследований в энергетике, включающих организацию сложных вычислительных экспериментов и интегрированных баз данных в локальных вычислительных сетях, реализацию пакетов прикладных программ, средств иллюстративной и когнитивной графики,

интеллектуальных систем и инструментальных средств интеграции этих разнотипных компонентов.

Актуальность разработки информационных технологий, основанных на принципах интеграции, подггвервдается реализацией в настоящее время американских проектов NEMS С National Energy Modelling System) (предпринятого EIA (Energy Information Administration), DOE (Department of Energy)), IDAPI (Integrated Database Application Programming Interface) (реализуемого фирмами Borland International, IBM, Novell Inc. , WordPerfect Corporation) и Других.

Целями данной работы являются:

I} разработка общего методического подхода и принципов построения информационных технологий (ИТ) энергетических исследований, а также методик реализации компонентов ИТ;

Z) решение практических проблем, связанных с:

- проектированием и реализацией интегрированной базы данных комплексных энергетических исследований-,

- организацией комплексного вычислительного эксперимента;

- применением отдельных новых ИТ и их интеграцией в рамках общей ИТ для исследований развития ТЭК России и живучести СЭ.

Методология исследования опирается на основные положения системных исследований в энергетике, методы теории множеств, системологии, теории искусственного интеллекта, теории систем баз данных и теории программирования.

Новизну составляют и на защиту выносятся слэдуквцю положения.

1. Впервые для энергетических исследований проблема построения информационной технологии сформулирована как часть более общей проблемы получения, структурирования и преобразования знаний.

2. Предложен методический подход к построению ИТ посредством представления разнотипных компонентов ИТ как информационных объектов и их отображений в расслоенном информационном пространстве и * построена концептуальная модель структурирования знаний предметной области.-

3. Сформулированы методические гршдапы построения ИТ энергетических исследований, включающие:

- общую концепцию ИТ как суммы отдельных технологий (содержательных исследований, вычислительного эксперимента, разработки инструментальных средств);

- принципы организации комплексного вычислительного эксперимента, основанные на использовании интеграционных систем, обеспечивающих обмен разнородной информацией;

- архитектуру интегрированной информационно-вычислительной среды и системные соглашения по разработке интегрируемых инструментальных средств.

4. Разработаны методы проектирования информационного и программного обеспечения исследований, предусматривающие интеграцию элементов информационной технологии с использованием специализированной среда, названной транзитной областью, фреймовая структура которой позволяет создавать и поддерживать как модели данных, так и модели знаний.

5. Предложены методики разработки основных компонентов современной информационной технологии энергетических исследований (проектирования баз данных и баз знаний, интеграции баз данных, баз знаний и пакетов прикладных программ) и проведены эксперименты, подтверждающие работоспособность предложенного подхода и методик.

Основнш научные и практические результаты.

Выполненная работа является вкладом в развитие научного направления, связанного с построением и повышением эффективности современных информационых технологий энергетических исследований, и решением актуальной научно-практической проблемы - проектирования и разработки Iii для комплексных энергетических исследований на основе предложенных методических принципов и набора базовых инструментальных средств.

фактическая ценность работы заключается в качественном повышении уровня применения вычислительной техники в энергетических исследованиях, связанных с изучением и прогнозированием развития ТЭК страны с учетом требований живучести и безопасности.

Результаты содержательных исследований, выполненных с использованием научных и практических результатов работы, нашли практическое применение в Главинформе при Совете Министров СССР, в Минтопэнерго РФ, а программные разработки и базы данных, реализованные с применением предложенного подхода и методик, используются в Сибирском энергетическом институте СО РАН и в Институте физико-технических проблем энергетики Севера Карельского научного центра РАН (г. Апатиты), переданы и использовались в Минтопэнерго РФ, в институте Гипровостокнефть (г. Самара) и Областном комитете эколо-

ш и природных ресурсов <г. Иркутск). Методические результаты работы вошли также в лекционные курсы "Проектирование интегрированных систем автоматизированного управления" на кафедре "Большие системы энергетики" Учебно-научного производственного центра (УНПК) Иркутского государственного технического университета и Сибирского энергетического института в 1983-1984 г.г.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались и обсуждались на международных и всесоюзных семинарах и конференциях: "Пакеты прикладных программ" - 1981, 1987, 1989; "Комплексы программ математической физики" - 1979, 1981, 1983, 1989, 1990, 1994; "Имитационный подход в исследованиях систем энергетики" -J982, 1987, 1988, 1990, 1991, 1993; Всесоюзной конференции по проблемам управления развитием систем - 1991; Международных семинарах: "Проблемы повышения эффективности ЭВМ" - 1975, 1982, "Проблемы создания баз данных и баз знаний" - 1988, 1989, "Экономические проблемы экологической безопасности и риска" - 1992-, Всесоюзных симпозиумах по системам энергетики - I98Ü, 1985, 1990-, Всесоюзных семинарах "Методические вопросы исследования надежности больших систем энергетики" - 1992, 1993-, Республиканских семинарах- - совещаниях по природным и антропогенным катастрофам - 1991, 1993; II,-III и XV национальных конференциях по искусственному интеллекту - 1990, 1992, 1994, а также на заседаниях комитета технологии программирования и инструментальных средств вычислительного эксперимента Секции программного обеспечения математического моде-лировния Научного Совета по комплексной проблеме "Математическое моделирование" РАН,' научных семинарах ИВТ РАН, ИНЭИ РАН, ИВТ СО РАН и на секциях Ученого Совета Сибирского энергетического института СО РАН.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 35 печатных работ в центральных, местных и зарубежном изданиях, материалы диссертации опубликованы в монографии, в сборниках трудов всесоюзных и республиканских симпозиумов, конференций и семинаров.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и 7 приложений. Общий объем 298 страниц машинописного текста, из них 204 страницы основного-текста,' 29 рисунков, 95 страниц приложении. Список литературы содержит 262 наименования.

содержание работы.

Во введении показывается актуальность проблемы, формулируются цели и основные задачи работы, научная новизна и практическая ценность полученных результатов, приводятся структура работы и краткие аннотации глав. . _

В первой главе "проблэш разработки информационных технологий энергетических исследований" дается характеристика (§ 1.1) основного объекта энергетических исследований - топливно-энергетического комплекса (ТЭК) как совокупности отраслевых систем энергетики (СЭ), включающей: единую электроэнергетическую систему (ЕЭЭС); единую систему газоснабжения (ЕСГ); единую систему нефте- и нефте-продуктоснабжения (ЕСН); углеснабжающие системы (УСС); теплоснабжающие системы (ТСС); ядерноэнергетические системы (ЯЭС).

При исследованиях ГЭК выделяются объекты: добычи (производства, получения); переработки (преобразования); передачи (транспортировки); хранения и распределения энергоресурсов (электроэнергии, газа, нефти и нефтепродуктов, угля и тепла).

Отмечаются особенности ТЭК как объекта исследовании, которые определяют его уникальность, и, как следствие, сложность построения математических и информационных моделвй ТЭК и его систем. Для ТЭК характерны: инерционность развития и невозможность проведения натурных экспериментов-, сложность физико-технических свойств и законов функционирования энергетических объектов; крупномасштаб-ность и территориальная распределенность большого количества объектов (исчисляемого десятками тысяч) а также их тесная взаимосвязь, определяемая как продуктовыми потоками, так и взаимозаменяемостью энергетических ресурсов.

При постановке и рзшении проблемы построения ИТ (для данной работы) предметной областью являются процессы комплексных энергетических исследований, когда ТЭК и СЭ расматриваются на неком абстрактном уровне - через описывающие их математические и информационные модели, а объектом исследований - организация вычислительных экспериментов, в которых эти модели используются.

В § 1.2 дается обзор развития ИГ и существующая схема исследований ТЭК. Отмечается преемственность современных ИТ с разработками 70-80-х годов, которые выполнялись при участии автора. Прослеживается постепенное повышение уровня интеллектуализации программных средств, информационного обеспечения и организации вычис-

дательных экспериментов.

Методологическая основа применения ЭВМ в исследованиях энергетики закладывалась работами ученых СЭИ Л.А. Мелентьева, А.П. Ме-ренкова, A.A. Макарова, Ю.Д Кононова, Л.Д. Криворуцкого, Б.Г. Са-неева и др. Для первых реализаций математических моделей на ЭВМ плодотворными оказались идеи, предложенные В.Г. Карповым, В.В. Эпельштейном. Существенный вклад в развитие этих работ, при реализации их на ЭВМ БЭСМ-6, внесли коллективы (при участии автора)," возглавляемые Л.Д. Криворуцким и И.А. Шером .

Серьезное влияние на активный переход к ИГ энергетических исследований на базе персональных ЭВМ оказали разработки, выполненные в ШЭИ под руководством A.A. Макарова и В.А. йрикова. С точки зрения учета живучести и безопасности существенный методологический вклад внесли работы, выполненные- в СЭИ под руководством Ю.Н. Руденко (Г.Н. Антонов, Н.И. Воропай, Л.Д. Криворуцкий, Л.В. Массель, ¡O.A. Охорзин, В.И, Рабчук, A.B. Храмов, М.Б. Чельцов, И.А. Шер и др.).

В современной постановке исследования развития ТЭК с учетом живучести и безопасности осуществляются с целью: оценить предстоящую роль ТЭК в общей структуре народного хозяйства, ее влияние на темпы и пропорции 3K0H0to4ecK0n>' роста; уменьшить неопределенность будущих условий развития ТЭК на основе их согласования с концепцией развития экономики (в части уровней и структуры энергопотребления, выделяемых энергетике ресурсов и т.п.); обосновать наиболее эффективные пути и средства, обеспечивающие в рассматриваемой перспективе надежное топливо- и энергоснабжение по возможности большего числа потребителей в условиях, не предусмотренных требованиями нормальной эксплуатации.

Живучесть при этом определяется как свойство системы противостоять возмущениям, не допуская их каскадного развития с массовым нарушением питания потребителей, а безопасность - как свойство объекта не допускать ситуаций, опасных для людей и окружающей среды.

В существующей схеме исследований развития ТЭК с учетом живучести и безопасности выбор наилучших вариантов развития ТЭК осуществляется на основе решения оптимизационных задач большой размерности (до 600 уравнений и 3500 переменных) с использованием того или иного критерия, а также с учетом прогнозизируемых показателей развития экономики по регионам и отраслям. При этом рассматри-

каются возможности возникновения возмущений (чрезвычайных ситуаций ), нарушающих нормальную работу СЭ и влияющих на живучесть и безопасность ТЭК в целом, причем в рассмотрение включается весь спектр возможных чрезвычайных ситуаций (выход из строя или отключение объектов ТЭК, стихийные бедствия, резкие температурные колебания и др. ). "'

Исследования развития ТЭК с учетом живучести и безопасности осуществляются по двухуровневой схеме.

Нижний .уровень (пообъектного рассмотрения), состоит из базовых расчетных моделей, представленных пятью взаимосвязанными блоками, в которых рассматриваются основные производственные и территориальные связи, характеризующие ТЭК, но детализирующиеся в соответствии с имитируемыми сценариями и расчетными условиями. При этом крупные энергетические объекты учитываются поименно, а более мелкие - суммарными усредненными характеристиками. Этот уровень предполагает реализацию программных комплексов, использующих сложные математические методы и модели (их описание дается в приложении к работе), и ориентирован на специалистов по моделированию этсг прикладной области (прикладных программистов, исследователей).

Верхний уровень (укрупненная схема) представлен агрегированными моделями , формирующимися на укрупненных показателях. Этот уровень предназначен прежде всего для решения задач обоснования рекомендаций и ориентирован ка работу в диалоговом режиме экспертов -специалистов высокой квалификации в данной предметной области.

Для учета живучести и безопасности в исследованиях развития ТЭК,с одной стороны, задаются сценарии возмущений и анализируется их влияние на варианты развития ТЭК. С другой стороны, учитываются результаты исследований живучести отраслевых СЭ и безопасности энергетических объектов, с точки зрения построения ИТ существенно, что при их выполнении состав информации и детальность ее представления при описании систем энергетики как правило, те же, что и при рассмотрении ТЭК на объектном уровне.

В ходе исследований решаются следующие основные задачи :

I. Анализ и оценка состояния систем топливо- и энергоснабжения в экстремальных, ситуациях.

1.1. Комплексная опенка (с учетом принятых сценариев и сформированных требований живучести и безопасности) мощностей, структуры и размещения резервных источников электро- и тепло энергии.

1.2. Оценка и уточнение объемов и размещения запасов топлива

(газ, уголь) и нефтепродуктов.

1.3. Обоснование целесообразных путей и средств восстановления функционирования ТЭК после имитируемых возмущений.

1.4. Оценка "узких" мест в системах топливо- и энергоснабжения в различных условиях функционирования ТЭК (включая период восстановления после возмущений) и формирование требований по резервированию ТЭК;

1.5. Оценка "узких" мест в текущем топливо- и энергоснабжении отдельных категорий потребителей и формирование рекомендаций по управлению функционированием ТЭК.

1.6. Оценка состояния производственных возможностей ГЭК после возмущения и разработка рекомендаций по восстановлению.

2. Задачи .уточнения вариантов развития и размещения производственных 'мощностей с учетом требований живучести и безопасности.

• 2.1. Определение уровней и структуры энергопотребления (включая потребность в нефтепродуктах) с учетом территориального размещения отдельных категорий потребителей.

2.2. Комплексная оценка и уточнение динамики освоения новых и развития существующих топливных баз.

2.3. Комплексная опенка и уточнение направлений развития средств транспорта топлива и энергии.

2.4. Уточнение (с учетом требований живучести и безопасности) уровней, структуры и территориального размещения добычи первичных энергоресурсов и производства жидкого топлива;

2.5. Уточнение (с учетом требований живучести и безопасности) очередности сооружения предприятий по добыче первичных энергоресурсов, производству жидкого топлива, получению электрической и тепловой энергии.

3. Обоснование требований (к смежным отраслям промышленности) ш обеспечению ТЭК средствами, необходимыми для повышения его живучести и безопасности;

4. Уточнение принципов и средств .управления развитием ТЭК с учетом живучести и безопасности.

Объективно существующая неопределенность будущих условий развития ТЭК в настоящее время усугубляется особенностями переходного периода к рыночной экономике, изменением социально-политических условий, и, как следствие, изменением принципов управления. Б связи с этим содержательная постановка задачи исследований характеризуется: неустойчивостью экономических и социальных факторов в пе-

реходнш период развития экономики-, необходимостью и одновременно сложностью учета живучести й безопасности при исследованиях развития IЭК; варьированием применяемых методических подходов на нижнем уровне и, как следствие, изменяемостью постановок задач.

Общая схема увязки задач при исследованиях 1ЭК и СЭ показана на рис. 1. Исследования 1ЭК и СЭ основываются на гипотезах развития отраслей промышленности (блок I), а также на результатах традиционно проводимых исследований развития 1ЭК и СЭ без учета фактора живучести (блоки 2 и 2' ).

Собственно исследования ТЭК к СЭ начинаются с формирования сцэнариев возмущений и вариантов расчетных условий, отражающих наиболее представительные юш характерные сочетания внешних условий развития и функционирования ТЭК и СЭ (блоки 3 и 3'). Анализ энергопотребления и энергоснабжения с точки зрения живучести по отдельным видам энергоресурсов (блок 4) выполняется дат оценки возможных потребностей в разных видах топлива и энергии при наличии различных категорий потребителей. Параллельно проводятся исследования развития отдельных СЭ с учетом фактора живучести (блок 5), в результате чего формируются рекомендации по возможной корректировке направлений и пропорций развития этих систем. На следующем этапе (блок в) рекомендации по отдельным СЭ уточняются в рамках комплексных исследования по обоснованию мероприятия, а также определению требований по реализации мероприятий при различных расчетных условиях развития ТЭК.

Завершающим этапом исследований является комплексная оценка технических возможностей ТЭК, учитывающая оценки реализуемости мероприятий по повышению живучести отдельных СЭ (блоки 1,1' )•

Проведенный в работе анализ принятой технологии исследований и используемого инструментария доказывает, что существующий уровень компьютерного моделирования в энергетических исследованиях характеризуется следующим:

1) согласование обжеэнергетических и отраслевых решений, получаемых с использованием имеющихся моделей ГЭК и СЭ, осуществляется в основном "вручную", основываясь на опыте экспертов; проблема согласования усугубляется "позадачным" подходом к организации информационого обеспечения и, как следствие, расхождением в дублирующихся исходных данных-,

2) переход на более современные технические средства (например, с ЕС ЭВМ на ПЭВМ) часто осуществляется формально, без учета

1_

1 | гипотезы развития отр. пром-ти

J

~2' | Направления развития СЭ

г | направления развития ТЭК

1

3') формирование сценариев возмущений СЭ

з | Формирование сценариев _

возмущений и расчетных условий развития ТЭК

* 1 Анализ энергопотребления и энергоснабжения по ввдам энергоресурсов с точки зрения живучести

Ю

Исследования развития СЭ с учетом живучести

е] Комплексное обоснование мероприятий и требований по их реализации при различных расчетных условиях развития ТЭК

Р оценка реализуемости

мероприятий по повышению живучести СЭ

7|Комплексная оценка технических возможностей ТЭК с учетом мероприятий_

1

Рис. I. Основные задачи и общая схема их увязки при исследованиях развития ТЭК с учетом живучести.

новых возможностей и условий реализации, что снижает эффективность

исследований;

3) жесткие рамки традиционно используемых (преимущественно линейных или "условно-динамических") моделей в изменившихся социально-экономических условиях затрудняют адекватное описание объекта исследований и требуют изменения:инструментария-.

4) использование нелинейных динамических моделей, новых методов исследований, позволяющих анализировать неустойчивые состояния объектов и систем энергетики, тормозится отсутствием соответствующих методик и программных средств;

5) практически не используются принципиальные возможности новых ИТ: интеллектуальных систем (логико-лингвистических моделей), когнитивной графики, геоинформационных систем и др., которые могли бы способствовать повышению эффективности исследований;

6) ИТ энергетических исследований формируются, как правило, эмпирически, без общей методической базы и проработки проектных решений при создании баз данных и программных комплексов-.

Ь целом имеет место недооценка того факта, что сложность системного и инструментального программного обеспечения достигла такого уровня, что разработка ИТ превратилась из вспомогательной (с точки зрения энергетических исследований) деятельности в самостоятельную научную область исследований, влияющую и зачастую определяющую направления развития исследований в прикладных областях, использующих вычислительный эксперимент.

Делается общий вывод, что для преодоления отставания з данной области необходимы как разработка методических основ построения ИТ энергетических исследований, так и опережающее развитие инструментальных средств, которые стимулировали бы новые постановки задач исследований.

В § 1.3 анализируется современное состояние и общеметодологические проблемы построения ИТ. Отмечаются основные тенденции ш развития: глобализация, возрастание роли информационного продукта, конвергенция, ликвидация промежуточных звеньев и способность ко взаимодействию. Характеризуются основные компоненты современных ИТ, перспективные для энергетических исследований: пакеты прикладных программ, системы баз данных, экспертные системы, искусственные нейронные сети.

В числе общеметодологических проблем отмечаются отсутствие общей теории и методологии разработки ИГ, а также готовых инстру-

ментальных средств для решения сложных динамических задач (к которым относятся энергетические исследования). Существует также проблема интеграции больших программных комплексов, баз данных и экспертных систем ОС), когда ЭС является одним из равнозначных компонентов интегрируемой системы, а не ее ядром (как в гибридных ЭС). Отмечается отставание в области, связанной с разработкой и применением искусственных нейронных сетей, представляющей интерес для исследований энергетики.

Делается вывод, что методологические проблемы разработки ИТ энергетических исследований во многом являются следствием существования методологических проблем общего характера, и для их решения требуется разработка соответствующего методического подхода, синтезирующего методы различных областей информатики.

В § 1.4 на основе выполненного анализа автором формулируются требования к ИТ, определяемые спецификой энергетических исследований:

.. я Необходимость разработки комплекса взаимосвязанных математических и логико-лингвистических моделей, адекватно описывающих объект исследований.

в Необходимость согласования как самих моделей ТЭК И СЭ, так и результатов, получаемых в разных иерархических слоях многоуровневой схемы исследований.

в Создание единой информационной базы исследований ТЭК и СЭ, ориентированной, на многих пользователей и доступной для непрограммирующих специалистов-энергетиков.

в разработка сложных программных систем, реализующих как математические и логико-лингвистические модели, так и иллюстративную и когнитивную графику.

в Организация широкомасштабных комплексных вычислительных экспериментов (ВЭ) исследований развития ТЭК с учетом живучести СЭ и безопасности энергетических объектов.

н Необходимость варьирования схем исследований и схем ВЭ, возможность быстрой модификации и комплексирования поддерживающих их программных систем.

я Создание (в идеологии дружественного интерфейса) инструментальных средств комплексного ВЭ, обеспечивающих поддержку и интеграцию баз данных, баз знаний, программных комплексов и средств .графического интерфейса.

Отмечается, что проблема разработки современных ИТ энергети-

ческих исследований обусловлена физико-технической сложностью объектов исследований и их спецификой, сложностью требуемого вычислительного эксперимента, низким уровнем технического обеспечения и трудностями методического характера.

Общая проблема построения современных ИТ энергетических исследований сформулирована автором следующим образом.

Существуют:

1) класс взаимосвязанных задач исследований ТЭК и СЭ (объединяемых общей предметной областью);

2) разрозненные программные комплексы для решения этих задач с собственным информационным обеспечением (локальными базами данных (ЛБД));

3) перспективные для данного класса задач новые информационные технологии (логико-лингвистические модели (экспертные системы с базами знаний), системы графического интерфейса, когнитивной графики и др.).

1ребуется разработать:

1. Методический подход к построению ИГ энергетических исследований (на основе обобщения требований задач исследований развития ТЭК с учетом живучести и безопасности).

2. Методические принципы построения ИТ исследований ТЭК и СЭ, обеспечивающих:

- интеграцию локальных баз данных (создание интегрированной базы данных исследований в локэльной вычислительной сети);

- интеграцию программных комплексов для исследований ТЭК и СЭ (обеспечения возможности обмена результатами и их согласования )•,

- интеграцию баз данных, баз знаний, прикладных программ, когнитивной и иллюстративной графики в рамках интегрированного интеллектуального программного комплекса.

3. Инструментальные средства поддержки ИТ (с подтверждением их применимости для информационной технологии исследований развития ТЭК с учетом живучести и безопасности).

В § 1.5 приводятся выводы к главе I.

Во второй главе "Методический подход к решэнию проблем построения информационных технологий энергетических исследований" проблема разработки ИТ рассматривается как часть проблемы получения, структурирования, преобразования и интеграции данных и знаний.

В § 2.1 дается краткий обзор существующих подходов к структурированию знаний. Рассматриваются: стратифицированная подход к

построению формальных структур моделей (концепция Да. Клира) в системологш; мифологическое (семантическое! моделирование в теории систем баз данных (Д. Цикритзис, Ф. Лоховски; М.Ш. Цаленко); овьекто-ориентрованный подход в проектировании и программировании (Г.Буч), а также метода структурирования данных, разрабатываемые в теории искусственного интеллекта: формы знаний и построение "пирамиды знаний" при разработке экспертных систем (I.A. Гаврилова, K.P. Червинская); модели представления знаний (логические, продукционные, фреймовые, семантические); иерархическая модель миров знания (С. Осуга, Ю. Саэка); тензорный подход к построению программно—информационных систем {представление абстрактного (инвариантного) объекта в алгоршшческоа, программной и информационной системах координат (А.Е. Арменский)).

Отмечаются общие свойства, которые используются при структурировании знании ( иерархичность, стратификация (расслоение), наследование и др.), а также достоинства и недостатки рассмотренных подходов. Основным недостатком, с точки зрения поставленной задачи, является специализация и развитие каждого из них в рамках своего научного направления (математическое моделирование, базы данных, программирование, системы искусственного интеллекта), в то время как для решения проблемы построения ИТ требуется интеграция всех этих направлений.

В § 2.2 описывается предлагаемый автором методический подход к решению проблемы, основанный на использовании понятия информационного пространства. Следует подчеркнуть, что информация в данной работе рассматривается не в смысле энтропийной меры неопределенности Шеннона, а как мера приращения знаний люЗо синоним понятия "знание".

Информационное пространство определяется как пространство, в которое отображается вся доступная нам информация о жизнедеятельности живых и функционировании технических объектов - известная нам часть знаний о картине мира. Под информационный объекты в этом пространстве будем понимать некоторую совокупность свойств, проявляющихся в виде реального объекта или процесса. Совокупность существенных и неизменяющихся свойств объекта будем называть инвариантом (сущностью! информационного объекта.

Автором предлагается концептуальная модель структурирования знаний, основанная на представлении разных форм (видов) знаний, как объектов расслоенного (стратифицированного) информационного

пространства. Она названа ФС-модэлыо (фрактальная стратифицированная модель), Фрактлъностъ (Мандельброт, Федер Е., Смирнов Б.М. и др.) используется при этом не в математическом, а в философском смысле, как методологическое свойство, позволявдэе одновременное рассмотрение разномасштабных объектов и процессов, с сохранением инварианта при изменении масштаба.

При построении ФС-модели используется понятие информационных трое - подпространств, объединяющих однотипные информационные объекты, то есть объекты, определяемые совокупностью свойств, являющихся существенными в этом рассмотрении (координат данного подпространства).

ФС-моделъ определяется как совокупность непересекающихся слоев (информационны! миров), и их отображений в информационном пространстве. Кавдому уровню знаний соответствует свой слое (страта) этого пространства, и, соответственно, свой информационный мир; последовательность отображений отражает процесс познания.

Графически ФС-моделъ удобно изображать в вида совокупности вложенных сферических оболочек. Ограниченные области знаний (предметные области) в этом случае изображаются в ввде конуса или пирамида, которые (согласно свойству фрактальности) могут быть, в свою очередь, представлены сферическими слоями при более детальном рассмотрении предметной области.

Основные принципы предлагаемого методического подхода к структурированию знаний предметной области формулируются, с использованием обозначений теоретико-множественного описания ФС-модели, следующим образом:

1. Вся существующая информация о предметной области (знания о реальных объектах и процессах) может быть отображена в информационное пространство и, состоящее из информационных объектов I± :

= < к I =

2. Информационный объект 1£ представляется в ввде совокупности свойств р ., отражающих реальный объект или процесс :

г . = р . } . у = t7¿l

г Л

3. Знания некоторой предметной области могут быть структурированы с помощью ФС-модели, определяемой тройкой СБ, Г, в) и представляющей пространство 1_ в ввде слоев (информационных миров) однотипных объектов 1£, если: а) кавдый информационный мир э может быть расслоен;

б) информационный объект 1£ - совокупность элементарных или

сложных свойств;

в) заданы разбиения Б на слои однотипных объектов

Б ■ ( < = /7К,

С и = Б. в£ " Зу ■ 0, ' * Л,

такие, что в свою очередь, может быть расслоен;

г) задано множество отображений Г (из любого слоя в каждый)

Р = •• * . < С : ** » ^Ь

Св£, Б, г* ^ е. ^

таких, что сохраняются инварианты (существенные свойства

любого 1£ или всех 1£ « ву)',

д) задано множество инвариантов в, определяемое тройкой

Сб0. <Э£, i = 17п, J = /Тт. где

Qo - инвариант разбиения Б, <\ - инвариант слоя ^ , в,- -инвариант объекта

в0СБ) - "истина" , если

(о,(б,) & о2(вг) ... & ол (в^)) - "истина", а

<з£( б£) -'"истина", если <«г<1*> & - & в* <1«>> ~ "истина".

Использование ФС-модели "при построении ИТ позволяет:

- концептуально объединить разные способы структурирования знаний, применяемые в различных областях знаний, необходимых для решения поставленной задачи;

- использовать различные способы выделения и упорядочивания миров, в зависимости от поставленной цели;

- обеспечить последовательное осуществление стратегии построения информационной технологии (что достигается введением инварианта), независимо от глубины расслоения отдельных миров.

Иначе говоря, предлагается при проектировании ИТ перейти на другой уровень абстракции, представляя реализации ("экземпляры") ИТ как разномасштабные конкретизации одного и того же типового процесса. Это позволяет использовать предлагаемый методический подход при проектировании как "в большом" (например, информацион-

ных технология энергетических исследований), так и "в малом" (проектирование программных и информационных систем).

В § 2.3 рассматривается построение ИТ исследований ТЭК и СЭ как совокупности информационных объектов и их отображений (описываемой фрагментом ФС-модели).

В основе построения ИТ лежит анализ процесса исследований. Традиционная цепочка решения задачи (задача (г) - математическая модель (м) - алгоритм (а) - программа (р) - программный продукт

<рр>):

2 -► м -► а -> р -► рр,

для комплексных исследований ТЭК и СЭ приобретает вид:

У У Л,

. г-► м С\ рб : ; № ,

............

где м, а имеют тот же смысл, , ок- исходные и результирующие данные, Р5 - программные системы (в том числе интеллектуальные), дЕ - выводы на основе эвристических знаний, 1р - информационный продукт. Информационным продуктом могут быть все элементы цепочки (кроме т.), но последний, синтезирующий - наиболее ценный.

В соответствии с предложенным подходом все элементы процесса исследований рассматриваются как типы информационных объектов, а соединяющие их стрелки - как типы отображений этих объектов : х > м, ¥г: м > д. Г3 : м > о: и т.д.).

Тогда информационная технология определяется как совокупность информационных объектов (или информационных миров) и их отображений. Процесс разработки информационной технологии в таком случае заключается в разработке способов описания информационных объектов и способов отображений этих объектов, а реализация этих способов дает инструментальные средства поддержки конкретной информационной технологии.

При построении ФС-модели информационного пространства нашей предметной области (энергетических исследований) выделим, в соответствии с рассмотренным процессом, информационные слои (миры) математических моделей, алгоритмов, программ, моделей данных и логи-ко-^ингвистических моделей (последние для краткости будем называть

"мир данных" и "мир знаний"). Предметом рассмотрения настоящей работ являются пиры данных, знаний и программ. В схеме на предаду-щей странице им соответствуют ок; С?Е; рэ (выделены рамкой).

Инвариантом в нашем случае являются требования к информационной технологии с учетом специфики исследований (детализация требований, сформулированных в 8 1.4), которые последовательно должны выполняться при переходе от задач к интересующим нас мирам.

Существуют средства поддержки отображений для конкретных экземпляров объектов разных миров (имеются программы, работающие с моделями данных или с моделями знаний), но не решена проблема отображений слоев (которая в нашем случае может быть конкретизирована, например, как проблема интеграции баз данных, баз знаний и программных комплексов).

В § 2.4 показано использование ФС-модели для решения этой проблемы. Ставятся следующие задачи:

- определение необходимых отображений слоев, в соответствии с цепочкой решения задачи (миров программ, данных и знаний);

- определение способов отображений и реализации поддерживающих их инструментальных средств;

- разработка новых инструментальных средств, облегчающих доступ к мирам данных, знаний и программ для непрограммирующих специалистов.

Для решения этих задач автором предлагается использовать мифологическое моделирование как основу построения не только моделей данных, но и моделей знаний и ввести гибрвдную модель данных-знаний как способ отображений миров данных, знаний и связанных с ними программ. Это модель типа ф,Т»С1> где о - множество описаний данных, с - множество описания знаний, т - множество операторов преобразований данных и знаний.

Введем обозначения: ( > - мифологическая модель (Е - множество объектов предметной области, р. - множество отношений между ними); •( ОтМ } - модель данных, •{ с,У ) - модель знаний ф и с -множества описаний данных и знаний, а М и V - множества операторов манипулирования данными и знаниями.).

Соотношение моделей для двух предметных областей и к) показано на рис. 2. Мифологически© модели этих предметных областей отображаются в модели данных (отображение г^) и в модели знаний (отображение а они, в свою очередь, в модель типа С>,Т,С> или гибридную модель данных-знаний (отображение Последнее отобра-

i сJ,V >

< i

r s"

с У

\ Г.

у

i D,T,C >

S

4 F

ч

Рис. 2. Схема соотношения моделей данных и знаний двух предметных областей : у-ой и *-ой.

жение поддерживается соответствующими программными средствами, реализующими операторы т.

При реализации описаний данных Dj. D^ концептуальные модели данных погружаются в базу данных, огюраторы манипулирования данными <м) поддерживаются СУБД; описания знаний CJ( погружаются в базу знаний, операторы обработки знаний (V) поддерживаются соответствующей системой управления базой знаний (в зкспершшх системах эти функции выполняет, как правило, "машина вывода"); для поддержки гибридной модели данных-знаний создается специализированная интеграционная среда для погружения D и с и соответствующие средства работы с ними (реализующие операторы Т).

В работе такая специализированная среда, предназначенная для обмена разнородной информацией (как данными, так и знаниями), названа транзитной областью (ТО), а средства работы с ней - системой управления ТО.

Автором предложена архитектура программного комплекса. поддерживающего приведенную на рис.2 схему. В нем транзитная область используется для обмена информацией как между экспертными системами (прикладными программами), так и между прикладными программами, базой данных и экспертной системой. Иначе говоря, транзитная область и система управления ТО - это средства реализации способов отображений миров данных, знаний и программ (инвариантом которых являются требования содержательной задачи).

Разработаны (автором при участии H.H. Макагоновой) логическая

структура транзитной области и синтаксис языковых средств системы управления ТО.

Логическая структура ТО предусматривает фреймы трех типов: первого - Ф1, второго - Ф2 и третьего - ФЗ.

Структура фреймов описывается следующим образом:

nt<<h, ,^>,<нг,иг> ,. . . ,<h^,um>> , i = Т7п. J = 77^,

где Nt - наименование фрейма,

Ну - наименование j-ro слота, иj. - значение j'-ro слота.

Фреймы типа Ф1 предназначены для представления внешних моделей данных прикладных программ; фреймы типа ФЗ - для представления фрагментов баз знаний экспертных систем; фреймы типа Ф2 - раскрывают значения слотов в экземплярах фреймов Ф1 и ФЗ (значениями слотов Ф1 и ФЗ могут быть ссылки на слоты Ф2).

Языковые средства системы управления ТО включает язык манипулирования фреймами (слотами) и язык управления заданиями. "Последнее связано с тем, что система управления ТО является ядром интегрированного программного комплекса и выполняет функции планировщика вычислительного эксперимента (ВЭ) при интеграции приклад-ныхпрограмм и базы данных (связывая соответствующие программы и массивы данных, определяемые внешними моделями этих программ).

Макрооператоры языка манипулирования данными-знаниями выполняет необходимый минимум функции:, ввод, удаление, копирование и редактирование фреймов (input, delete, copy, edit); в режиме редактирования предусматриваются операции ввода, исключения и корректировки элементов фреймов (слотов).

Язык управления заданиями позволяет описать вычислительную цепочку: перечислить этапы ВЭ, каждый из которых описан в фрейме типа Ф1. В работе дается формализованное описание языковых средств системы управления ТО.

В третьей главе "Методические принципы разработки информационных технология энергетических исследований" предложенный методический подход детализируется применительно к конкретной предметной области. В § 3.1 излагаются общие методические принципы и концепция интегрированной базы данных.

Методические принципы построения ИТ энергетических исследования сформулированы автором на основе требований, определяемых спецификой исследований, следующим образом:

а ИТ энергетических исследований включает: комплексную технологию исследований; технологию вычислительного эксперимента (ВЭ), технологию разработки инструментальных средств (ИС),

а Комплексная технология исследований определяет требования к ВЭ; совместно с технологией ВЭ - требования к ИС их поддержки.

и Информационной основой исследований является интегрированная база данных (ИБД) ТЭК И СЭ, через которую осуществляется обмен данными между программными комплексами (ПК) в комплексном ВЭ.

а Интеграция данных на логическом уровне определяется едиными: базовыми средствами (СУБД), системными соглашениями и методикой проектирования БД; на физическом уровне - реализацией в локальной вычислительной сети (ЛВС).

я Интеграция ПК, БД и баз знаний достигается с помощью интеграционных систем (одной из альтернатив является использование транзитной области (ТО) и системы управления ТО, включающей специализированные языковые средства).

п Проведение комплексного ВЭ обеспечивается созданием интегрированной информационно-вычислительной среды, включающей интеграционную систему, интегрированную базу данных (ИБД), специализированные программные комплексы (ПК) и экспертные системы.

а Дружественный интерфэйс обеспечивается интеллектуальной системой организации ВЭ, включающей средства информационно-справочного режима, иллюстративной и когнитивной графики.

Интегрированная база данных (ИБД) представляет собой совокупность локальных баз данных по отдельным системам энергетики. Под интеграцией при этом понимается достижение возможности использования как единого целого (на логическом уровне) всех локальных баз данных (ЛБД), входящих в ИБД.

Методической основой построения ИБД являются сформулированные под руководством и при участии автора системные соглашения по разработке ИБД и предложенные автором обобщенные инфологические модели данных ТЭК и СЭ и методика проектирования баз данных.

Системные соглашения по созданию интегрированной базы' данных предусматривают пообъектное представление данных (по типам, характеризующимся совокупностями одних и тех же существенных свойств). Основным информационным объектом в моделях данных являются

территориально - административные образования (область, край, автономия и др.), которые могут быть агрегированы в территориальные модули, экономические районы, республики, зоны.

Обобщенная инфологическая модель данных ТЭК отражает территориальный разрез (присущий и отраслевым системам энергетики), производственный разрез (по отраслям промышленности и энергоресурсам, а также временной, вариантный и ситуационный (характеризующий сценарии экстремальных технико-экономических ситуаций) разрезы, существующие в интегрированной базе данных .

В обобщенной мифологической модели отраслевых систем энергетики в качестве основных объектов выделены объекты добычи (генерации Ь знергоресурсов, их транспорта (передачи), переработки и потребления (в соответствии со схемой продуктовых потоков ТЭК).

В § 3.2 описаны методики проектирования и интеграции баз данных, баз знаний и программных комплексов. основанные. на представлении перечисленных компонентов как объектов соответствующих миров информационного пространства, отображаемых слоями ФС-модели.

Разработанная автором методика проектирования баз данных, учитывающая как общие рекомендации, так и специфику предметной области, включает следующие этапы (которые разбиваются на рад задач): анализ предметной области-, информационный анализ класса задач; построение инфологической модели; выбор конкретной СУБД; определение состава информационного фонда-, отображение инфологической модели в даталогическта (концептуальную, внутреннюю и внешнюю) модели, ориентированные на конкретную СУБД; реализация моделей и корректировка их по результатам эксплуатации.

Инфологическая, концептуальная, внутренняя и внешняя модели представляют слои разбиения мира данных (отображения которых поддерживаются СУБД). Каждый слой, в свою очередь, допускает разбиения по территориальному, функциональному и другим признакам.

Методика интеграции прикладных программ, баз данных, баз знаний (разработанная автором совместно с H.H. Макагоновой) определяет последовательность действий, которые необходимо выполнить для взаимного отображения миров данных, программ и знаний (поддерживаемых соответствующими инструментальными средствами, например, транзитной областью и системой управления транзитной областью, описанными в § 2.4).

Методика включает следующие этапы:

I) анализ предметной области и формирование схемы вычисли-

тельного эксперимента (выделение состава задач, определение схемы ВЭ в соответствии со схемой исследований, анализ имеющихся прикладных программ и их соответствие этапам ВЭ);

. 2) разработку и описание внешних моделей прикладных программ (определение входных и выходных данных и их структуризация, определение структуры фрейма первого типа (для внешних моделей данных прикладных программ) и структуры фрейма второго типа (для рабочих массивов);

3) настроаку системы управления транзитной областью на конкретное приложение' (настройка каталогов и полей фреймов транзитной области);

4) подключение прикладных программ (настройка каталогов вычислительных цепочек);

5) подготовку данных для проведения вычислительного эксперимента (выбор из БД и формирование в транзитной области массивов в соответствии с фреймами данных второго типа);

6) проведение вычислительного эксперимента (выполнение прикладных программ в соответствии со схемой ВЭ).

Методические принципы организации комплексного ВЭ включают предлагаемые автором технологию ВЭ с использованием ИБД и интеграционной системы и архитектуру интегрированной информационно-вычислительной среды, поддерживающей эту технологию.

В соответствии со схемой, приведенной на рис. 3, комплексный вычислительный эксперимент включает: а) исследования развития ТЭК с учетом живучести и безопасности-, б) исследования живучести систем энергетики и безопасности энвргообъектов. Согласование исходных данных и результатов исследований (все информационные обмены) выполняются через интегрированную БД.

Результаты расчетов программных комплексов отраслевых систем помещаются в ИБД, откуда в агрегированном виде передаются через транзитную область в программный комплекс исследований ТЭК. В свою очередь, результаты исследований ТЭК корректируют стратегии выполнения исследований живучести СЭ и безопасности энергетических объектов (на рис. 3 условно показаны как "запросы ТЭК").

Лая поддержки приведенной схемы комплексного вычислительного эксперимента автором предложена организация информационно-вычислительной среды в соответствии с' архитектурой, показанной на рис. 4.

Непосредственное участие в ВЭ непрограммирующих специалистов-энергетиков обеспечивается интеллектуальной системой (ИнСи) орга-

а) исследования развития ГЗК

б) исследования отраслевых СЭ

N

Рис. 3.

схема комплексного вычислительного эксперимента с использованием интегрированной базы данных

низации ВЭ, в состав которой входят две базы знаний: база знаний стратегий ВЭ и база знаний технологий (вычислительных цепочек) ВЭ. Первая формируется на основе формулирования стратегий экспертами; вторая включает описания вычислительных цепочек, соответствующих той или иной стратегии; ИнСи при работе с этой базой знаний выполняет, по сути дела, функции планировщика ВЭ.

Одновременно ИнСи выполняет функции системы управления транзитной областью, и, соответственно, системного ядра при интеграции компонентов информационно-вычислиггельной среда в соответствии с требуемой конфигурацией.

Азтором сформулированы требования к оболочке интеграционной интеллектуальной системы такого типа и спецификации баз знаний, поддерживаемых этой оболочкой, предусматривающие четырехуровневую вложенность разнотипных фреймов (приводится пример для задач исследований живучести систем нефте- и нефтепродуктоснабжения).

Одной из альтернатив такой оболочки является развитие интеграционной системы ДИСОР, реализующей предложенный во второй главе методический подход (ее описание приводится в следующей главе).

_____--—---------

Интегрированная база данных

Рис. 4. Архитектура информационно-вычислительной среды комплексного вычислительного эксперимента (ВЭ).

Сокращения: ПК - программны» комплексы; ПП - прикладныэ програм-раммы; ЭС - специализированные экспертные системы; БЗ - базы онаний.

В четвертой главе "Базовые инструментальные средства дня разработки информационных технологий исследований" описываются инструментальные средства, которые отражают основные направления современных ИТ и предлагаются для построения информационных технологий энергетических исследований.

В § 4.1 дается общая характеристика базовых инструментальных средств (приведена в таблице I) и описание интеграционной системы ДИСОР. в четвертой колонке таблицы выделены элементы новизны этих систем (по сравнению с используемыми штатными или аналогичными базовыми средствами).

Таблица I

Используемые штатные ИС

новизна предлагаемых ИС

Название ИС

Назначение ИС

Инструментальная система ДИСОР

Обьектно-ориен-тированная СУБД ИОС

Оболочка продукционной гибридной экспертной системы РЙОБНЕЬи

Программная система НЕйРОС

Ивтег БД, £

эация * и ПК

Создание БД, ЭС, картографического интерфейса и гра- • фических средств

Создание специализированных гибридных ЭС

Реализация когнитивной графики в сшциализирован-ных ПК

Языки программирования

Языки программирования (С, С++)

Оболочка продукционной ЭС (свободно распространяемые тексты программ)

С++, инструментальные средства ИОС (в табл. выше)

Реализация ТО, языковых средств и си стемы управления то

Реализация объектно-ориентированного подхода в СУБД

Подключение к продукционной оболочке ЭС вычислительных процедур и БД

Использование принципов нейро-сетей

Инструментальная система ДИСОР, разработанная под руководством и при участии автора, обеспечивает интеграцию баз данных, баз знаний (использующих их экспертных систем) и пакетов прикладных программ {программных комплексов), являясь реализацией изложенного выше методического подхода.

Необходимость разработки в рамках системы ДИСОР транзитной области была вызвана, помимо необходимости поддержки гибридной модели данных-знаний, тем, что использование универсальной СУБД как компоненты сложного программного комплекса, наряду с очевидными преимуществами (надежность, удобный сервис, разнообразные возможности извлечения данных и подготовки выходных документов) привносит и ряд осложнений (возрастают требования к объемам памяти при одновременном использовании СУБД и больших прикладных программ, снижается их быстродействие, особенно при организации диалога из прикладных программ).

Одним из путей преодоления этих недостатков является отделение процесса подготовки данных от их использования посредством введения транзитной области и стандартизации интерфейсов "прикладные программы - транзитная область" и "транзитная область - база данных",

С помощью функциональных блоков (ИНИЦИАТОР, МОДИФИКАТОР, СИНТЕЗАТОР) система ДИСОР выполняет основные системные функции монитора пакета прикладных программ:

1) диалоговое взаимодействие с пользователем программного комплекса в соответствии с идеологией "дружественного интерфейса" (блок ИНИЦИАТОР);

2) подготовку данных в соответствии с внешними моделями данных, разработанными для прикладных программ (блок МОДИФИКАТОР);

3) организацию вычислительного процесса - формирование вычислительной цепочки из прикладных программ и данных (блок СИНТЕЗАТОР).

Центральное место в системе ДИСОР занимает транзитная область, представляющая собой постоянный набор данных, располагаемый на магнитном диске. Для обеспечения возможности представления как данных, так и знаний, ТО имеет фреймовую структуру, описанную во второй главе. Для работа с транзитной областью используются блоки МОДИФИКАТОР и СИНТЕЗАТОР. Первый реализует язык манипулирования данными (фреймами), а второй - язык управления заданиями, выполняя роль планировщика ВЭ.

Предложенный подход к интеграции баз данных, баз знаний и прикладных программ, основанный на использовании фреймовых структур транзитной области, поддерживающих модели данных и' знаний, проверен практической реализацией на инструментальном комплексе, включавшем ЕС-1037 (ДИСОР, интеграция прикладных программ и баз данных) и ПЭВМ рс ат (экспертная система, интеграция прикладных программ и базы знаний) (реализация выполнена, под руководством ав-

тора,Н.Н. Мскагоновой, В.В, Трипутиной, О.В. Ополяр).

В § 4.2 описываются средства организации интеллектуального интерфейса с базами данных.

В работе рассматриваются две возможности: разработка ориентированной на исследователя-энергетика информационно-справочной системы средствами СУБД paradox (язык программирования pal), а также использование для этих цэлвй инструментальной объектно-ориентированной СУБД ИОС. Последняя является средством для разработки программного обеспечения информационно-поисковых и экспертных систем, ориентирована на пользователя-программиста и предоставляет ему возможность манипулирования данными разных типов: поддерживает поля как с определенным форматом, так и с неопределенным, что позволяет сохранять в базе данных объекты типа пиктограмм, г.-мерных графиков и др.

СУБД реализована на языках программирования С++ и С для компьютеров класса ibm рс. Продукт поставляется в виде библиотеки, что позволяет гибкое взаимодействие с прикладными программами. Пользователь имеет возможность выбрать нужную конфигурацию системы, исходя из ограничений на объем оперативной памяти, выделенной для СУБД и требований к производительности пакета. . Реализация выполнена А.Р. Ершовым (имеется опыт ее. использования в работе по контракту с зарубежной фирмой). Автором поставлена (и выполняется под его руководством) задача адаптации ИОС для применения в энергетических исследованиях.

В § 4.3 дается описание оболочки гибридной экспертной системы, ядром которой является типовая оболочка продукционного типа (за основу ее взяты опубликованные тексты программ (Б. Сойер, Д.Фос-тер), которые впоследствии были доработаны и модифицированы). Учитывая ее ограничения, она была дополнена механизмом подключения прикладных программ, реализация которого позволила организовать совместное функционирование экспертной системы и прикладных программ, т.е. практически была реализована оболочка гибридной экспертной системы (рабочее наименование proshell).

В настоящее время на ней разработана база знаний о предметной области, для обоснования необходимости привлечения логико-лингвистических методов для решения энергетических задач. Кроме того, модифицированная оболочка ЭС использовалась для проверки возможности реализации экспертной системы гибридного типа ЭКОС-ЭКСПЕРТ на основе программного комплекса ЭКОС (реализация С.М. Сендерова),

предназначенного для оценки народнохозяйственного ущерба от техногенного воздействия нефтяной промышленности на окружающую среду (реализация выполнена,под руководством автора,H.H. Макагоновой и О.В. Ополяр при участии С.М. Сендерова). Опыт реализации показал, что зта оболочка может быть использована для разработки демонстрационных и исследовательских прототипов специализированных экспертных систем (показанных на рис. 4).

В § 4.4 дается описание средств иллюстративной и когнитивной графики. Иллюстративная графика в базе данных на основе СУБД paradox обеспечивается как штатными средствами СУБД, так и средствами объектно-ориентированной СУБД ИОС.

С точки зрения пользователя последняя система позволяет совместить традиционное табличное представление данных с ' злэментами когнитивной графики и картографическим интерфейсом: работа с данными может осуществляться на фоне географических карт с привязкой к ним энергетических объектов-, на экран можно выводить одновременно таблицы, гистограммы, круговые диаграммы и графики (используются четыре разных окна); имеется возможность графического отображения данных в виде множеств точек ("пятен"), причем эксперт, интуитивно оценивая их конфигурацию, может делать выводы о закономерностях, которые они отображают (принципы когнитивной графики).

Рассматривается возможность реализации когнитивной графики средствами интеллектуальной системы НВДРОС. использующей принципы нейросетей. Автором (совместно с А.Р. Ершовым) поставлена задача представления знаний с помощью нейросетей и использования этого подхода для опенки экстремальных ситуаций в энергетик© и экологии. Реализованная версия НЕИРОС позволяет изображать сеть, которую можно рассма-тривать как ориентированный граф с множеством узлов -энергетических объектов и ребер - связей между ними. Состояние узла визуально представляется определенным цветом, соответствующим рэжиму работы объекта. Связи имеет вес, характеризующий их пропускную способность.

Система позволяет задавать возмущения (частичный или полный вывод из строя энергетических объектов) и получать интегральную оценку состояния системы в виде "цветового ковра".Анализ цветового ковра основывается на ассоциативном поиске, при реализации которого используются принципы построения двухслойной нелинейной нейронной сети с обратной связью (реализация выполнена А.Р. Ершовым).

В § 4.5 приводятся выводы к главе 4.

В пятой главе "Примэнени© методик и инструментальных средств в энергетических исследованиях описывается применение методических и практических результатов (базовых инструментальных средств).

Раздел 5.1 посвящен описанию их применения цри разработке информационного обеспечения исследований развития ТЭК и при реализации специализированных инструментальных средств (табл. 2), вошедших в первую очередь интегрированной информационной системы исследований развития ТЭК (рис. б) (организация ее информационного обеспечения, разработанного под руководством автора,- показана в нижней части схемы; верхняя часть схемы отражает сйязи-экономико-математических моделей, использующихся в общей схеме исследований, и реализующих их программных комплексов).

Интегрированная база данных ТЭК разработана в соответствии с системными соглашениями и инфологическими моделями, согласно мето-кам, описанным в третьей главе. Она состоит из двух частей: исходных данных для, расчетов (оптимизации баланса котельно-гочного топлива, оценки вариантов развития энергетического комплекса с учетом живучести и безопасности) и справочной информации на основе годовых балансов (по энергоресурсам и отраслям промышленности России и стран СНГ).

Исходная информация для. оптимизации баланса котельно-печного топлива состоит.из двух основных груш показателей:

1) технико-экономических показателей потребности в топливно-энергетических ресурсах по каждому району страны (потребность в электроэнергии, электрическая нагрузка и годовой график нагрузки; потребность в теплознергии котельных и ТЭЦ; потребность во всех видах газообразного, жидкого и твердого топлива для всех потребителей и на экспорт);

2) технико-экономических показателей добычи (производства), переработки, преобразования и транспортировки топливно-энергетических ресурсов (предельные объемы добычи; производительность предприятий по переработке; пропускная способность межрайонной сети специализированного транспорта-, установленная мощность то электростанциям, технический минимум нагрузки, удельный расход топлива и число часов использования установленной мощности; нормы расхода топлива котельными и другими потребителями топлива).

В. § 5.2 описывается разработка интеллектуальной информационно-справочной системы ИНТЭК. реализованной на основе базы данных топливно-энергетических ресурсов ТЭК России.

Таблица 2.

Используемые базовые или штатные ИС

новизна предлагаемых КС

Название ИС

Назначение КС

I

Интегрированная база данных ТЭК в ЛВС

Информационно-справочная система ТЭК России (ИНТЭК)

Специализированная гибридная ЭС ЭКОС - ЭКСПЕРТ

Специализированные программные комплексы

Обеспечение мно-говашантных расчётов в ВЭ

Обеспечение ens- I цкэлистов -энергетиков справочной ин-фоомацией

Опенка ущербов от деятельности объектов нефтяной промышленности

Реализация матме-тодов и моделей, обеспечение ВЭ

СУБД paradox

СУБД paradox, СУБД ИОС

ПК ЭКОС, оболочка гибридной ЭС proshell

Существующие ПК исследования ТЭК и СЭ, ДОСОР

Отсутствие

аналогичной

БД

Реализация интеллектуального интерфейса для непрограм -мистов

Отсутствие аналогичной системы в

предметной области

Конвертирование данных в ИБД, интеграция

ИНТЭК представляет собой выполненную на языке программирования pal надстройку над СУБД paradox, освобождающую пользователя от необходимости изучения всех возможностей СУБД и обеспечивающую ему интеллектуальный интерфейс с БД (реализация выполнена под руководством автора В.В. Трипуткнсй при участии H.H. Мэкагоновой).

Представляемая информация группируется по основным видам зкергоресурсоз и основным потребляющим отраслям промышленности. По видам знергоресурсов выделяются: I) твердое топливо (уголь, сланцы, торф); 2) жидкое топливо (нефть и предметы ее переработки); 3) газообразное топливо (газ), 4) электроэнергия (в т.ч. гидроэнергетика, атомная энергетика и теплоэнергетика); 5) тепловая энергия (пар и горячая вода).

Выделяются следующие основные отрасли промышленности: электроэнергетическая; топливная; черная металлургия-, цветная металлургия; химическая и нефтехимическая; машиностроение й металлообработка; лесная, деревообрабатывающая и целлюлозно-бумажная; стройматериалы; легкая промышленость-. пищевая промышленость-, другие отрасли.

пользователи .

информационно-программнье средства

пс пп

и -

Прогр комп. "Эне] эммный деке эгия"

и

программная система "ДИНАМО"

ШШ "Рьшок"

.(4 района)! _ "ТЭБ России")' (35 районов) лТУБ бЙГ" ' (55 районов)

ПТЗК-ч

¡живучесть"

"Резервы +запасы

''инвестиции". Т] "Финансы'"

пк

змм

абд

э и

: исходные данные к результаты расчетов Ш,яетнш~тошШно-энёр1%т^

диалоговый инфор-мационно-справоч-ныа режим

ИБД

Аналитические обзоры (справочники) в твердой копии

Иллюстративная графика и картографический интерфейс

Рис. 5. Интегрированная информационная система исследований развития ТЭК с учетом живучести и безопасности (первая очередь)

исс

Используемые сокращения: Пс - системные программисты Пп - прикладные программисты АБД - администратор базы данных И - исследователи Э - эксперты

пк - программные комплексы

ЭММ - экономико-математические модели

ИБД - интегрированная база данных

исс

информационно-справочная система

В работе приводится схема, иллюстрирующая применение предложенного методического подхода при проектировании ИНТЭК: выделены основные информационные объекты (различные вида представления информации), их отображения (преобразования из одного вида в другой) и инструментальные средства, поддерживающие эти отображения.

В § 5.3 рассматриваются вопросы, связанные с реализацией интегрированной информационной системы в локальной вычислительной сети персональных ЭВМ типа PC AT (на основе сетевой версии СУБД paradox), выполнявшейся коллективом специалистов под руководством автора. Показана архитектура системы, выделены категории пользователей с разными приоритетами доступа, перечисляются основные задачи и этапы создания системы.

В § 5.4 показано применение методик и инструментальных средств при разработке ИТ исследований живучести систем газо- и нефтеснабжения.

С использованием приведенных в третьей главе методик под руководств-ом автора были выполнены проектирование и реализация базы данных нефге- и нефтепродуктсснабжения (Э.В. Якубенко), а также разработка СУБД-ориентированного программного комплекса НЕФРИТ для исследований живучести системы кефте- и вефггепродуктоснабжения с использованием системы ДКСОР (проверена также возможность интеграции ДИСОР и программного комплекса ГАЗЕЛЬ для исследований живучести системы газоснабжения) (H.H. Макагонова). Разработка выполнена в соответствии с методикой интеграции, описанной в третьей главе, и подтверждает реализуемость методического подхода.

Общий характер методических результатов подтверждается использованием концепции интегрированной базы данных и методик ее построения при разработке (под руководством автора) интегрированной информационной системы регионального экологического мониторинга Иркутской области.

В § 5.5 приводятся вывода к главе 5.

В заключении перечисляются основные научные и практические результаты работы.

В приложениях приводятся: терминологический словарь (термины, связанные с информационой технологией); основные математические модели, используемые при исследованиях ТЭК; системные соглашения по разработке ИБД; состав БД ТЭК; формы таблиц и примеры интерфейса ИНТЭК; фрагменты баз знаний (оценки применимости ЭС в предметной области и оценки динамики загрязнения рек нефтепродуктами).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

Основными научными и практическими результатами проделанной работы являются следующие.

1. Выполнен анализ класса задач и схемы исследования развития ТЭК с учетом живучести и безопасности, на основе которого сделаны выводы о возможности и необходимости:

- создания единой многопользовательской базы данных исследований развития ТЭК и СЭ;

- разработки сложных программных комплексов,, реализующих применяемые методы и модели;

- привлечения'логико-лингвистических моделей;

- создания специальных инструментальных средств поддержки комплексного: вычислительного эксперимента.

Сформулированы требования (с точки зрения пользователя) к таким средствам, которые должны обеспечивать интеграцию баз данных, , экспертных систем и программных комплексов разных иерархических слоев многоуровневой схемы исследований.

2. Выполнены анализ современного уровня и тенденций развития ИТ, а также программного и информационного обеспечения исследований ТЭК и СЭ; проанализированы методологические проблемы создания ИТ. На основе этого сформулирована постановка проблемы построения современных ИТ энергетических исследований, включающая разработку как методического подхода, так и конкретной ИТ, с апробацией основных ее компонентов на актуальных задачах исследований развития ТЭК и живучести СЭ.

3. Предложен методический подход к решению проблемы построения ИТ как части более общей проблемы получения, структурирования, преобразования и интеграции данных и знаний. Он включает следующее:

- введение понятий информационного пространства и его концептуальной ФС-модели, позволяющей перейти от плоских (двумерных) к объемным (многомерным) информационным моделям;

- принципы расслоения ФС-модели, позволяющие представлять информационную технологию как совокупность информационных объектов (или информационных миров) и их отображений в .информационном пространстве; показаны возможности их формализованного описания;

- решение проблемы отображения слоев для миров данных, знаний и программ; рассмотрены типы отображений и способы их поддержки (гибридная модель данных-знаний и специализированная среда для ее реализации).

4. Предложен методический подход к проектированию программного и информационного обеспечения с использованием специализированной интеграционной среды, названной транзитной областью, включающий:

а) принципы построения инструментальных средств интеграции прикладных программ, баз данных и баз знаний, в том числю фреймовые структуры транзитной области, с четырьмя уровнями вложенности фреймов (типовые фреймы, фреймы процедур, фреймы данных и фреймы продукций);

б) системные соглашения по разработке интегрированной базы данных и базы знаний;

в) методики совместного проектирования и интеграции инструментальной системы, прикладных программ, баз данных и баз знаний-

5. Предложенный общеметодический подход конкретизирован и использован для разработки методического подхода к построению ИТ исследований развития ТЭК.и СЭ. Он включает:

а) общую концепцию ИТ как совокупности технологий содержательных исследований, вычислительного эксперимента и технологии разработки инструментальных средств, включающих:

- пакеты прикладных программ (программные комплексы);

- интегрированную базу данных в локальной вычислительной сети, с графическими средствами доступа и когнитивной графикой;

- интеллектуальные системы (как специализированные экспертные системы для конкретных задач исследований ЭК и СЭ, так и интеграционную систему, обеспечивающую совместное использование программных комплексов, баз данных и баз знаний (экспертных систем);

б) разработку, в рамках этой концепции, технологии комплексного вычислительного эксперимента и архитектуры поддерживающей ее информационно-вычислительной среда.

6. Полученные методические и практические результаты применялись при разработке:

- первой очереди интегрированной информационной системы комплексных исследований ТЭК и СЭ;

- базы данных ТЭК России и СНГ и информационно-справочной системы на ее основе;

- инструментальной системы интеграции прикладных программ, баз данных и баз знаний (ДИСОР);

- элементов новой информационной технологии (специализированной экспертной системы, интеллектуального интерфейса с БД, когнитивной графики с использованием принципов организации нейросетей).

7. Разработанное с использованием методических результатов программное и информационное обеспечение использовалось при проведении исследований развития ТЭК с учетом живучести и безопасности и исследований живучести систем нефте- и нефтепродуктоснабжения в Сибирском энергетическом институте СО РАН. Содержательные результаты исследований и программные разработки переданы и использовались в Минтопэнерго РФ, институте Гипровостокнефть <г. Самара), в Институте физико-технических проблем энергетики Севера Кольского научного центра РАН (г. Апатиты).

Возможность более широкого применения полученных методических результатов подтверждается их использованием при разработке информационной системы регионального экологического мониторинга Иркутской области ИРЭМ (результаты переданы и использовались в Областном комитете экологии и природных ресурсов (г. Иркутск).

Основные публикации.

1. Шер И.А., Иващенко И.М., Массель Л.В., Шалагинов А.И. Проект автоматизированной системы решения задач оптимального отраслевого планирования ^ Сб.: Вопросы повышения эффективности БЭСМ-6 (Материалы советско - немецкого семинара).- Иркутск, СЭИ, 1976.- с. I8I-I85.

2. Гриценко В.М., Криворуцкий Л.Д., Массель Л.В. Информационное обеспечение прогнозных исследований в энергетике ^ Сб. "Комплексы программ матем. физики" (тезисы докладов vi Всесоюзного семинара). - Новосибирск, 1979.- с. 19.

3. Макагонова H.H., Массель Л.В. Информационно-справочная система для общезнергетической информации^ Сб. х конференции молодых ученых СЭИ. ч. 1-2).- ВИНИТИ №1424-80ДЕП. - Иркутск, 1979, с. I33-I4I.

4. Макагонова H.H., Массель Л.В., Шер И.А. Информационно-справочная система как инструмент исследователя // Сб. "Комплексы программ матем. физики" (Материалы vi Всесоюзного семинара). -Новосибирск, 1980.- с. 167 - 171.

5. Массель Л.В., Наумов В.А. Один подход к разработке информационного обеспечения исследований БСЭ. // Сб. "Системы энергетики - тенденции и метода управления т.1 (Материалы vi Всесоюзный симп. по системам энергетики). - Иркутск, 1980.

6. Макагонова H.H., Массель Л.В. Средства информацшного обеспечения прикладных задач (Диалоговая информационная система

для взаимодействия пользователей-непрограммистов с бэзами данных) // Препринт - Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1980. - 3? с.

7. Массель Л.В. Проблемно-ориентированный язык в системе информационного обеспечения исследований // Препринт № 3. - Иркутск, СЭИ СО АН СССР, 1981.

8. Массель Л.В. ■ Некоторые вопросы автоматизации обработки данных при создании пакетов прикладных программ. // Сб. "Комплексы программ матем. физики" (Материалы vii всесоюзного семинара). -Новосибирск, 1982.

9. Гриценко B.M., Массель Л.В. Информационное обеспечение исследований развития энергетики " Вопросы автоматизации исследований развития энергетики.- Иркутск: СЭИ, 1983. - с. 35-47.

10. Массель Л.В., Гриценко В.М., Криворуцкий Л.Д.. Характеристика информационного обеспечения ss Имитационная система для исследований развития топливно-энергетического комплекса.- Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1983.- с. 99-107.

11. Макагонова H.H., Массель Л.В., Якубенко Э.В. Средства описания и генерирования таблиц Препринт № II. - Иркутск, СЭИ СО АН СССР, 1983.- 32 с.

12. Макагонова H.H., Массель Л.В. Один подход к генерированию таблиц из пакета прикладных программ // Сб. "Комплексы программ матем. физики" (Материалы viii Всесоюзного семинара). - Новосибирск, 1984.-С. 179 - 183.

13. Массель Л.В. Вопросы построения и совместного использования фактографической ИПС и баз данных в области энергетики^ Автоматизированные библиотечно-информзционные системы.- Новосибирск, ГПНТБ СО АН СССР, 1985,- с. 70-75.

14. Бумагин В.И., Макагонова H.H., Массель Л.В., Ощепкова Т.Б., Якубенко Э.В. Организация информационного обеспечения исследований систем энергетики на основе СУБД СПЕКТР" Системы энергетики: управление развитием и функционированием. - Иркутск: СЭИ, 1988.-

с. 32 - 41.

15. Массель Л.В. Принципы организации распрэделенного программного комплекса для исследований живучести систем газоснабжения // Имитационный подход в исследованиях систем энергетики. - Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1989. - С. I25-I3I.

16. Макагонова H.H., Массель Л.В. Организация информационных интерфейсов в СУБД-ориентированном ППП. // Комплексы программ математической физики.- Сборник.- Красноярск: ВЦ СО АН СССР,

1889.- С. 193-200.

17. Макагонова H.H., Массель JI.B., Черноярова В.В. ДИСОР как системное' ядро СУБД-ориентированных ППП //Программное обеспечен!© ЭВМ новых поколений / Тезисы докладов vi и Сибирской школы по пакетам прикладных программ <4-12 сентября 1989 г.). - Иркутск, 1989.- С. 17-19.

18. Макагонова Н. Н., Массель Л.В.. Меренкова EH.. Янченко М- И- . Храмов А- В.. Хрусталева Н. М. Методы и программные средства дая исследований живучести ЕСГ и ЕСН / Современные проблемы системных исследований в энергетике. Сб. докладов.- Иркутск: СЭИ СО АН СССР. 1990. - С. 21-27.

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

20. Белых С.Ю. .Банщикова В.Б. ,Еникеева С.М., Массель Л.В., Якубенко Э.В. Создание интегрированной базы данных для исследований живучести ЭК и СЭ. // Современные проблемы системных исследований в энергетике.- Иркутск: СЭИ, 1990.- С. 5-14.

21. Массель Л.В., Черкашин А.К. Модель информационной среды взаимодействия природных комплексов и энергетических объектов // Сб. "Современные проблемы системных исследований в энергетике" (Материалы симп.) - Иркутск: СЭИ СО РАН СССР, 1990.

22. Антонов Г.Н., Белых С.Ю., Воропай Н.И., Криворуцкий Л.Д., Охорзия Ю.А., Массель Л.В., Храмов A.B. Система моделей и программно-вычислительный инструмент для комплексного анализа живучести ТЭК и систем энергетики ss Шестая всесоюзная конференция по проблемам управления развитием систем (тезисы докладов, ч.1).- Киев, 1991 - С. 8-9.

23. Макагонова H.H., Массель Л.В., Ополяр О.В. Инструментальные средства интеграции баз данных, баз знаний и прикладных программ // Программное обеспечение математического моделирования, управления и искусственного интеллекта / Тезисы докладов ix научной школы по пакетам прикладных программ (ноябрь 1991г.). - Иркутск, 1991.

24. Antonov G. N. , Khramov А. V. , Krivorutski L.D. , Massel L. V. , Okhorzin Yu. A. , Rudenko Yu. N. , Voropat N. I. Methodolodgy and computing tools for complex studies of energy system development / EPRY - SEI Joint Seminar on Methods for Solving the Problem on Energy, Power System Development and Control (Part II).- 21 -28

September, 1991, Beijing, CHINA .-p. 18-24.

25. Массель Л.В., Черкашин A.K. Задачи построения гибридной экспертной системы методами полисистемного расслоения // В сб.: Гомеостатика живых и технических систем (мат-лы Всесоюзного совещания "Гомеостатика и возможности ее применения в системах искусственного интеллекта", Минск).- Иркутск, СЭИ, 1991'.- с. 202-206.

26. Массель Л.В., Храмов A.B. Принципы организации программного обеспечения душ исследования живучести ЕСГ "и ЕСН СССР ^ Метода анализа и оптимального синтеза трубопроводных систем.- Иркутск, СЭИ СО РАН, 1991. - с. 125 - 130.

27. Массель JI.В. Постановка задачи согласования решений при исследованиях ЭК и СЭ как задачи гомеостатики. // Сб. "Материалы Всемозного семинара "Гомеостатика и возможности ее применения в системах искусственного интеллекта" (Минск)". - Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1991.

28. Массель JI.B., Храмов A.B. Информационно-вычислительная технология исследования живучести ЕСГ и ЕСН ^ Имитационный подход в энергетических исследованиях: новые информационные технологии.- Иркутск, СЭИ СО РАН, 1992.- с. 71 - 78.

29. Массель JI.B. Информационная обеспеченность интегрированных программных комплексов: от данных к знаниям Имитационный подход в энергетических исследованиях: новые информационные технологии. -Иркутск, СЭИ СО РАН, 1992. -С. 40-47.

30. Макагонова H.H., Массель JI.B., Ополяр О.В. Интеллектуальный программный комплекс для исследований живучести систем энергетики: архитектура и реализация ^ Вычислительные технологии.-Новосибирск: ИВТ СО РАН, 1992.- с.217 - 222.

31. Ершов А.Р., Массель JI.B. Представление знаний с помощью неиросетей и дарспективы их использования для оцэнки экстремальных ситуаций в энергетике и экологии ^ Сборник научных трудов III конференции по искусственному интеллекту, т. 2.- Тверь, 1992,- с. 152.

32. Антонов Г.н., Массель Л.В., Храмов A.B. Интегрированная информационно-вычислительная система для' исследования живучести систем энергетики // Тез. докладов конференции по проблемам управления в чрезвычайных ситуациях. - М.- 1992.-е. 72-74.

33. Антонов Г.Н., Воропай Н.И., Криворуцкий Л.Д., Массель Л.В., Охорзин Ю.А., Руденко Ю.Н., Храмов A.B. Комплексные исследования живучести систем энергетики Известия РАН "Энергетика", W8.- М.: Наука, 1992.- с. 31-41.

n'34. Малевский А.Л., Массель Л.В., Макагонова H.H. Региональный экологический мониторинг и его информационная поддержка // Социально-экономические и экологические аспекты анализа риска.- Иркутск, СЭИ СО РАН, 1993.- с. 106 - ИЗ.

35. Массель Л.В. Фрактальная модель структурирования знаний/-' Сборник научных трудов национальной конференции с международным участием "Искусственный интеллект-94", т. I - Рыбинск, 1994.-с. 4649.

36. Криворуцкий Л.Д., Массель Л.В. Информационная технология исследований развития энергетики.- Новосибирск, Наука, Сий. отд-ие, 1995.- 193 с. (в печати).

Оглавление диссертации

Введение.........................................................5

Глава I. Проблемы разработки информационных технологий энергетических исследований..................................13

1.1. Характеристика объекта исследований - топливно-энергетического комплекса (ТЭК) страны...................13

1.2. Предметная область - исследования развития 1ЭК с учетом живучести и безопасности......................20

1.2.1. Обзор развития информационных технологий (ИТ) энергетических исследований....................20

1.2.2. Задачи и схема исследований развития ТЭК с учетом живучести и безопасности................24

1.2.3. Исследования живучести систем энергетики (на примере систем нефте- и нефтепродуктосвабжения)...35

1.2.4. Направления исследований безопасности энергетических объектов..............................39

1.2.5. Анализ существующей ИТ и требований исследователей к инструментарию.........................42

1.3. Современное состояние и общеметодологические проблемы создания информационных технологий................47

1.4. Постановка проблемы разработки информационных технологий энергетических исследований ...................60

1.5. Вывода к главе 1.....................................64

Глава 2. Методический подход к решении проблем построения информационных технологий энергетических исследований.......65

2.1. Существующие подходы к структурированию знаний.......65

2.2. Информационное пространство и его концептуальная модель...............................................78

2.3. Информационная технология как совокупность информационных объектов и их отображений....................87

2.4. Отображения информационных слоев (моделей данных, моделей знаний, программ) и способ их интеграции.....94

2.5. Выводы к главе 2....................................102

Глава 3. Методичэскиэ принципы разработай информационных технологий энергетических исследований...................103

3.1. Общие методические принципы и концепция интегрированной базы данных (ИБД)....... .........................103

3.2. Методики проектирования и интеграции баз данных <БД), баз знаний (БЗ) и программных комплексов............112

3.3. Организация комплексного вычислительного эксперимента с использованием ИБД и интеграционной системы____120

3.4. Требования-спецификации к интеллектуальной интеграционной системе.....................................126

3.5. Выводы к главе 3....................................130

Глава 4. Базовые инструментальный средства <И0) для разработки

информационных технологий исследований................132

"4.1. Общая характеристика базовых ИС и описание ДИСОР -

системы интеграции БД, БЗ и прикладных программ.....132

4.2. Интеллектуальный интерфейс с базами данных (возможности объектно-ориентированной СУБД ИОС)............140

4.3. Оболочка гибридной экспертной системы продукционного типа proshell....................................143

4.4. Иллюстративная и когнитивная графика (реализация принципов нейросетей в системе НЕЙРОС)..............146

4.5. Вывода к главе 4....................................149

Глава 5. Применение методик и инструментальных средств в энергетических исследованиях..............................150

5.1. Применение методических результатов и базовых ИС при разработке специализированных ИС и информационного обеспечения исследований развития ТЭК..;............150

5.2. Интеллектуальна я информационно-справочная система

"ТЭК России" (ИНТЭК)...............................157

5.3. Реализация в локальной вычислительной сети интегрированной информационной системы для комплексных исследований ТЭК и СЭ ..............................162

5.4. Применение методик и инструментальных средств при разработке информационной технологии исследований живучести систем газо-, нефте- и нефтепродуктоснабжения.. .167

5.5. Выводы к главе 5....................................173

Заключение.....................................................175

Литература.....................................................179

Приложение I. Терминологический словарь........................205

Приложение 2. Используемые в исследованиях развития ТЭК математические метода и модели.......................227

Приложение 3. Системные соглашения по разработке ИБД (структура словарей).....................................240

Приложение 4. Состав базы данных ТЭК...........................246

Приложениэ 5. Структура и формы таблиц справочника топливно-

энергетических ресурсов, примеры работы с ИНТЭК..265

Приложение 6. Фрагмент базы знаний по оценке предметной области

(с точки зрения применимости ЭС).................280

Приложат» 7. Фрагмент базы знаний оценки динамики загрязнения

рек объектами нефтяной промышленности............293