Модели и алгоритмы информационной системы управление энергосбережением

Рис. 13. Информационная структура центра экспорта и импорта

Программа позволяет строить систему, предназначенную для обмена данными с разнотипными, разнородными источниками данных между собой. Все операции после настройки выполняются автоматически в скрытом режиме, что позволяет использовать продукт, как на серверных, так и на стационарных компьютерах. В данном программном продукте внедрена иерархия уровней пользо­вания, позволяющая предотвратить несанкционированный вход и изменение параметров конфигурации потоков данных, параметров и выполняемых запросов. Клиентами хранилища данных – являются различные АРМ пользователей [60, 62].

5.5. Модели и алгоритмы оптимального решения задач принятия решений процессов информационной системы энергетического менеджмента

При реализации функциональных задач ИСУЭ осуществля­ется процесс ПР по выработке и реализации мероприятий, направ­ленных на достижение экономической результативности.

Задача принятия решения (ЗПР) состоит в формировании множества возможных вариантов, обеспечивающих разрешение проблемной ситуации при существующих ограничениях, и выделе­нии среди этих вариантов одного лучшего или нескольких предпочтительных вариантов, удовлетворяющих предъявляемым к ним требованиям. Формально задачу принятия решения ПР мож­но записать в следующем обобщенном виде:


ПР = (ФПP, СВ, СП, CУ, ППР)


Здесь ФПP – формулировка задачи принятия решения, кото­рая включает в себя содержательное описание стоящей проблемы и при необходимости ее модельное представление, определение це­ли или целей, которые должны быть достигнуты, а также требо­вания к виду окончательного результата.
СВ – совокупность возможных вариантов, из которых произ­водится выбор. Это могут быть реально существующие варианты, в качестве которых в зависимости от контекста задачи выступают объекты, кандидаты, способы достижения цели, действия, реше­ния и т.п., либо гипотетическое множество всех теоретически возможных вариантов, которое может быть даже бесконечным. Подчеркнем еще раз, что выбор возникает только тогда, когда имеется не менее двух возможных вариантов решения проблемы.
СП – совокупность признаков (атрибутов, параметров), описывающих варианты и их отличительные особенности. В качестве признаков выступают, во-первых, объективные показа­тели, которые характеризуют те или иные свойства, присущие вариантам, и которые, как правило, можно измерить; во-вторых, субъективные оценки, которые обычно даются по специально отобранным или сконструированным критериям, отражающим важные для участников выбора черты вариантов.
CУ – совокупность условий, ограничивающих область допу­стимых вариантов решения задачи. Ограничения могут быть, описаны как содержательным образом, так и заданы в виде неко­торых формальных требований к вариантам и/или их призна­кам. Например, это могут быть ограничения на значения какого-либо признака или различная степень характерности (выражен­ности) признака для тех или иных вариантов, или невозмож­ность одновременного сочетания определенных значений при­знаков для реально существующих вариантов.
ППР – предпочтения одного или нескольких ЛПР, которые служат основой для оценки и сравнения возможных вариантов ре­шения проблемы, отбора допустимых вариантов и поиска наи­лучшего или приемлемого варианта. Достаточно часто для упро­щения постановки задачи принятия решения часть информации, описывающей предпочтения ЛПР, превращается в ограничения [14, 64, 65, 66].
Задача принятия решений (ЗПР) определяется набором



где – множество состояний (ситуаций), называемое универ­сумом, – подмножество возможных (допустимых) состояний , соответственно – подмножество невозможных (недопустимых) состояний; – подмножество начальных состояний; – подмножество конечных, или целевых состо­яний; – конечное множество правил преобразований, каждое правило является функцией, реализующей отоб­ражение , где – область определения . Считается, что правило применимо к состоянию , если ; – мно­жество критериев оценки найденного решения [66]. Будем считать, что состояния описываются конечными словами некоторого языка и могут выражать как структурированные, так и неструктуриро­ванные понятия. При разработке производственной программы в ИСУЭ любые количественные, качественные, временные и другие изменения в производственном процессе обязательно влекут за собой изменения в соответствующих ведомых материальных про­цессах: увеличение или уменьшение объема добычи, переработки, реализации товарной продукции, изменение сроков производства и т.д., а также требуют соответствующих изменений количества и сроков поставок сырья, материалов, энергетических ресурсов, в увеличении или уменьшении количества рабочих по определенным профессиям и квалификациям и т.п. Повышение эффективности производственных процессов в ИСУЭ зависит от выбора оптималь­ных управленческих решений. Математическая постановка задачи выбора оптимальных решений в общем виде выглядит следующим образом. Пусть имеется некоторое множество возможных решений , где – вектор размерности a; a – число характеристик решений. Присвоим каждому решению порядковый номер, в результате чего получим одномерное множество , где n-число возможных альтернативных решений. Тогда каждому i-му решению можно поставить в соответствие пронумерованную точку в а – мерном пространстве, которое описывается вектором характеристик.

где – множество возможных значений j-ой характеристики.

Пусть на некоторые характеристики решения наложены ограничения, которые, в общем виде, можно записать:

Требуется выбрать решение из множества , удовлетво­ряющее условиям и обладающее экстремальным значением некото­рого критерия, который, в общем случае, представляет собой некоторую функцию от характеристики

Далее будем полагать, что требуется минимизация критерия, так как при необходимости максимизации всегда можно построить эквивалентный критерий, минимум которого соответствует максимуму исходного. Тогда можно записать

Математически строгие методы многокритериального выбора оптимальных решений, в настоящее время недостаточно развиты.

Успешное решение проблемы выбора альтернатив из множе­ства решений, возмож­но при наличии подходящего интегрального критерия оптимальности. В сфере энергосбережение в ка­честве таких критериев обычно используют следующие технико-экономи­ческие показатели: производственные затраты (материалы, сырьё, ТЭР и т.д.) себестоимость, прибыль, уровень или коэффициент рентабельности и т.п. В то же время отсутствует единое мнение по вопросу, каким должен быть критерий эффек­тивности произ­водства, и существует ли универсальная оценка, позволяющая отдавать предпочтение тому или иному варианту управления в процессе многогранной деятельности предприятия. Наиболее распространенные критерии минимизации приведенных затрат и адекватный им критерий максимума чистой прибыли ха­рактеризуют лишь абсолютную величину эффекта. Однако в ря­де случаев целесообразно производить оценку эффекта по отно­шению к вызвавшим его затратам. Рассмотрим для примера производ­ственный процесс нефтегазовой промышленности.
Производственный процесс нефтегазовой отрасли можно рас­сматривать как многополюсную систему, имеющую разнообразные входы и выходы. Производственную функцию технологического цикла ИСУЭ, т.е. зависимость их выходов от входов запишем в следующем виде:

где – технологические входы, представляющие собой энергетические ресурсы, сырье, материалы и т.п. i-й стадии производственного процесса; – средства труда (оборудование, установки и т.д.); – персонал, участвующий в производстве; – выход производственного процесса.

Каждая стадия производственного процесса также, как и выход, представляют собой многокомпонентные, т.е. векторные величины:


.

Введем коэффициенты

определяющие размер затрат i-го ТЭР , или на производство единицы j-й продукции. Совокупности этих коэф­фициентов удобно представить в виде следующих матриц:

– материальные затраты на i-й производственный процесс;
– трудовые затраты на i-й производственный про­цесс;
– производственные мощности i-го производствен­ного процесса.
При этом линейная производственная функция запишется в виде матричных соотношений:

Цель планирования производственной деятельности – дости­жение определенного баланса между производством и потреби­телем, что выражается в составлении балансовых уравнений, описывающих модели производства. Каждый вид продукции , выпускаемой производственными подразделениями нефтегазовой отрасли, расходуется на потребление с определенной интенсив­ностью. Для обеспечения производства продукции с требуемой интенсивностью, необходимы затраты средств производства в количестве:

Целевой функцией задачи является максимизация объемов добычи нефти и газа обеспечивающих максимального удовлет­ворения потребностей народного хозяйства в продукции нефтега­зовой промышленности с минимальными затратами на их производство.
При этом

где – расчетные (нормативные) расходы i-го вида ТЭР, сырья, материалов и т.п. на производство продукции; – расчет­ные (нормативные) потребности k-го вида средств труда на производство продукции; – расчетные (нормативные) коли­чества n-й специальности инженерно-технических и производ­ственных работников; – основной задачей разрабатываемой единой математической модели производственных процессов СУЭ является получение максимального объема качественной товарной продукции с минимальными затратами ТЭР.

В качестве целевой функции этой задачи можно принять отношение ТЭР к объему продукции

где – объем нефти и газа s-й производственной стадии; – затраты энергетических ресурсов s-й производственной стадии; производственные стадии [49, 65, 66, 67].