Интеграция средств автоматизации проектирования и эксплуатации энергообъектов Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

Библиографический список

1. Семенов М.А., Черемных Т.В. Состояние теплоэнергетики Иркутской области // Вестник ИрГТУ. 2010. №1 (41). С.268-291.

2. Федеральный закон Российской Федерации от 27 июля 2010 г. N 190-ФЗ "О теплоснабжении" // Российская газета. 2010. №5247.

3. Семенов М.А., Черняк И.С., Черемных Т.В., Хаматаев Р.В. Инновационная модель и методика формирования системы управления качеством объектов тепловой энергетики // Вестник экономической интеграции. 2010. №5 (25). С. 149.

4. Стратегия социально-экономического развития Иркутской области на долгосрочную перспективу / под руководством В.Н. Княгинина. СПб, 2007. 88 с.

5. Надежность топливо- и энергоснабжения и живучесть систем энергетики регионов России / под науч. ред. Н.И. Воропая, А.И. Татаркина, Л.Л. Богатырева, А.В. Бочегова. Екатеринбург: Изд-во УрГУ, 2003. 392 с.

6. Распоряжение Правительства Российской Федерации от 13 ноября 2009 г. №1715-р «Энергетическая стратегия России на период до 2030 г.» // Собрание законодательства Российской Федерации. 2009г. №48. ст. №1715-р.

УДК 621.398

ИНТЕГРАЦИЯ СРЕДСТВ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ЭКСПЛУАТАЦИИ ЭНЕРГООБЪЕКТОВ

Ю.М. Устинов1

Национальный исследовательский Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Рассмотрены основные понятия и проблемы системной интеграции средств проектирования и эксплуатации энергообъектов. Предложен объектно-ориентированный онтологический подход для организации системной интеграции и вариант его реализации. Проведён анализ задач, возникающих при использовании данного подхода, и варианты их решения. Описаны экспериментальные наработки, использующие объектно-ориентированный онтологический подход, и дальнейшие перспективы данного ПО. Ил. 2. Библиогр. 5 назв.

Ключевые слова: онтология; корпоративная информационная система; объектно-ориентированная система управления базами данных; энергообъекты.

INTEGRATION OF COMPUTER-AIDED DESIGN FACILITIES AND POWER PLANT EXPLOITATION Yu.M. Ustinov

National Research Irkutsk State Technical University, 83, Lermontov St., Irkutsk, 664074.

The article deals with the basic concepts and problems of system integration of design facilities and power plant exploitation. The author proposes an object-oriented ontological approach to the organization of the system integration and an option for its implementation. He carries out the analysis of the problems arising when using this approach, and their alternate solutions. The article describes the experimental developments, using the object-oriented ontological approach, and further prospects of this software. 2 figures. 5 sources.

Key words: ontology; corporative information system; object-oriented database control system; power plants.

Системная интеграция - это разработка комплексных решений по автоматизации технологических и бизнес-процессов предприятия. Её конечная цель -максимально эффективное управление технологическим процессом, производством, организацией в целом. В системной интеграции выделяются такие составляющие: структурированная кабельная система (СКС); программные и аппаратные комплексы систем планирования ресурсов предприятия; управления взаимодействия с клиентами; БСАйА-системы; системы АСУ ТП и т.д. Фирмы, производящие работы по системной интеграции этих компонентов, называются системными интеграторами. В большей мере для российского рынка системной интеграции свойственно внедрение системными интеграторами уже готовых

решений, лишь в некоторых случаях интеграторы разрабатывают свои уникальные программные и аппаратные комплексы [1].

Программное обеспечение, используемое системными интеграторами для создания корпоративной информационной системы (КИС), как правило, коммерческое и представляет собой платформу для разработки прикладных программ, например, «1С: Предприятие» фирмы 1С или «SAP R/3» фирмы SAP. Основная направленность данного программного обеспечения - повышение эффективности организационных процессов: консолидация данных, документооборот, логистика, взаимодействие с клиентами, поставщиками и проч. Разрабатываемое ПО постоянно развивается и модифицируется, добавляются новые мо-

1Устинов Юрий Михайлович, аспирант, тел.: 89016524343, е-mail: ustinovum@mail.ru Ustinov Yury, Postgraduate Student, tel.: 89016524343, e-mail: ustinovum@mail.ru

дули и компоненты. Это связано с тем, что компания-клиент сама находится в постоянном развитии, развиваются технологии построения программного обеспечения и процесс доработки программного продукта нескончаем. В связи с непрерывностью и итеративностью данного процесса возникают проблемы расширяемости системы, когда добавление новых подразделений предприятия или переход на новый метод управления заставляет модифицировать всю КИС целиком или её значительную часть. Поэтому системными интеграторами было введено понятие «единых основных данных» [2], подразумевающее, что данные всех подразделений приводятся к общему виду и син-хронизированно обрабатываются. Для хранения данных эти системы используют внешние реляционные системы управления базами данных (РСУБД). Чтобы оперировать данные, корпоративное ПО интеграторов предоставляет разработчикам прикладных программных пакетов различные простые для использования специализированные языки программирования или даже интуитивные интерфейсы. По сути, все эти программные системы представляют собой пакеты инструментальных средств, которые берут на себя основные системные функции: взаимодействие с СУБД, построение пользовательского интерфейса, организацию взаимодействия модулей системы и т.д., а прикладную часть уже разрабатывают квалифицированные программисты для конкретных компаний.

Проблемы интеграции систем автоматизации проектирования и эксплуатации в КИС. К программным средствам проектирования энергообъектов следует относить САПР и офисные программные средства, участвующие в процессе проектирования, а к программным средствам эксплуатации - БСАйА и информационные системы (ИС) для работы с персоналом, бухгалтерией и прочими элементами инфраструктуры энергообъекта. Существующие системы автоматизации проектирования энергообъектов не интегрированы с системами автоматизации их эксплуатации. Даже самые развитые САПР в области проектирования энергообъектов как Ер1ап и ЕЗ.БепеБ не связаны со БСАйА системами и ИС и не имеют механизмов для их будущей интеграции. Вместе с тем, интеграция средств проектирования и эксплуатации в единую КИС позволило бы более эффективно модифицировать элементы энергообъекта, управлять ими и производить анализ работы для дальнейшей оптимизации и повышения эффективности энергообъекта в целом, за счёт единства общих данных, централизованного управления данными.

Примером более эффективной модификации объекта может служить реконструкция какого-то его элемента, например, реконструкция анионитового фильтра химического цеха ТЭЦ. Механизмы развитой единой КИС, сочетающей в себе и средства проектирования и средства эксплуатации, могут позволить сформировать на стадии технического задания набор объектов, которые подлежат добавлению в систему (насосы, задвижки и прочее оборудование), либо замене более совершенным классом. Данный набор будет доступен на стадии проектирования и программиро-

вания БСАйА, а, следовательно, будет сэкономлено время на передачу данных проектировщикам и программистам и ввод их в САПР и БСАйА, поскольку это произойдёт автоматически. При добавлении элементов при проектировании проекта АСУ ТП, они смогут быть доступными в БСАйА также автоматически. На рис. 1 показан упрощённый алгоритм разработки и реализации АСУ ТП (этапы, выделенные редким пунктиром, в случае использования развитой КИС выполняются автоматически).

Интеграция систем автоматизации проектирования и эксплуатации энергообъектов крайне необходима, но платформа этой интеграции должна быть максимально приспособлена для дальнейшего расширения и модификаций, а также обеспечивать возможность создания на её базе корпоративной интеллектуальной системы поддержки принятия решений (КИСППР). Создание КИСППР позволило бы не просто экономить значительные денежные средства за счёт сокращения ошибок со стороны управляющего

С Постановка Л задачи )

—:т.—

Разработка технического задания

Передача исходных"! данных и ТЗ

данных и 10 -1-

юектировщикамI

I Ввод исходных I I Вво^ I данных в САПР . |даннь

Ввод исходных"! ых в ЭСАОЛ.

| Проектирование**! I Разработка ПО^

Закупка оборудования

Монтаж оборудования/ строительство

/

V Есть

/ ^

/Появились новые .

элементы при X проектировании

| Пуско-ь аладка |

Опытная эксплуатация

< Нет^

Рис. 1. Алгоритм разработки АСУТП

персонала, проектировщиков, сметчиков и проч. (которые происходят по причине человеческого фактора, в большей степени), проводить анализ и исследования энергообъектов в комплексе, но и сохранять знания и опыт специалистов, что сделает энергосистему более стойкой к уходу высококвалифицированных кадров и повысит эффективность обучения персонала любой категории.

На рис. 2 показан упрощённый алгоритм разработки и реализации АСУ ТП в случае использования развитой КИС, включающей в себя средства проектирования, эксплуатации и КИСППР (этапы, которые связаны с системой поддержки принятия решения выделены частым пунктиром).

Объектно-ориентированные системы управления базами данных (ООСУБД) и реляционные системы управления базами данных (РСУБД) для реализации онтологического подхода. Поскольку средства проектирования и эксплуатации энергообъектов оперируют сущностями реального мира, которые являются общими для всех подразделений энергообъекта (задвижка является общей сущностью и для наладчиков котла, и для работников сметного отдела) и входят в определённые онтологии, то информационное пространство должно быть построено на базе онтологий. Онтология - пространство формализованных понятий какой-то отдельно взятой предметной области или даже всех вместе взятых областей, выраженное в виде концептуальной схемы. Поскольку при проектировании и эксплуатации энергообъектов требуется максимальная точность и определённость, то онтологии должны быть чёткими.

Чёткая онтология Ont есть пара < E, C >, где E (entities) - множество сущностей, C (conceptions) -множество однозначных понятий этих сущностей в рамках данной онтологии. Стоит отметить, что под сущностями подразумеваются не только физические объекты, но и явления, абстракции, например, сущностью может быть марка диода, конкретный банковский счёт и явление грозы. Сущность (в данном контексте) есть любое проявление реального и абстрактного мира, а понятие сущности - это определение признаков сущности при помощи фактов и аксиом поведения, которое чётко отличает эту сущность от других. Так же онтология может являться множеством подонтологий, например, математика включает в себя математический анализ, геометрию, теорию вероятностей и т.д., которые тоже могут состоять из множества других подонтологий. Таким образом, онтологию можно представить в виде графа, где подонтологии - вершины этого графа, а отношения между ними - его рёбра.

Процесс слияния чётких онтологий в одну приводит к расширению множества сущностей, но в большей степени к расширению множества понятий. Примером расширения множества сущностей может служить слияние значительно различающихся онтологий, например, онтология теплоэнергетики не обладает сущностью менеджер-маркетолог или товар, которые существуют в онтологии маркетинга. После этого слияния многие сущности теплоэнергетики приобретут новые понятия. Например, вырабатываемая мощность

станет товаром, ТЭЦ станет принадлежать фирме, которая будет производителем и потребителем товаров.

Существует несколько способов данных в ЭВМ. Самым распространённым на сегодняшний день является использование реляционных СУБД. Это же можно отнести и к представлению онтологий. Системные интеграторы представляют их с использованием

( Постановка Л задачи J

Разработка технического задания

Найдены

-* Поиск ошибок*»,,

КИСППР

Не на

щены

Есть t

Проектирование

Новые », решения ф»

; Сохранение

• знания ■ •

¡проектировщиков!

■ » • H

;т

| Разработка ПО |

Новые решения

V-.

Ч''

Закупка оборудования

Монтаж оборудования/ строительство

Есть •••*

J Сохранение i ■ знания ® J программистов •

'••••■■•■■а

Новые

------- V...........

»^решения ф* ■

ф* тшштЗттттщ

V* ! Сохранение i

! „..„....,-. I

^Нет

Опытная эксплуатация

• знаний 4-

Рис. 2. Разработка АСУТП с применением КИС

объектно-ориентированного подхода на базе реляционных СУБД. Однако это создаёт множество затрат на этапе разработки системы и её доработки, а как было написано выше, доработка ПО - процесс нескончаемый. Затраты связаны с тем, что при проектировании и реализации РСУБД имеют низкую способность отражать объекты реального мира в объектно-ориентированной парадигме [3]. В случае назначения одному классу объектов одного отношения, появляется проблема того, что класс имеет родителей, у которых могут добавиться новые атрибуты и это придётся учитывать в каких-то дополнительных механизмах системы, в конечном итоге язык регулярных запросов будет неэффективен при построении запросов к системе и потребуются какие-то нововведения, что превратит систему, построенную на базе РСУБД, в ООСУБД. Автор предлагает использовать ООСУБД для построения КИС и интеграции средств проектирования и эксплуатации энергообъектов. Это позволит не только создать очень простую и удобную для системной интеграции платформу, но и позволит реализовать КИСППР, поскольку ООСУБД походит для фреймового представления знаний. В качестве ООСУБД автор предлагает использовать Caché фирмы InterSystems Corp.

Реализация онтологического подхода с использованием СУБД Caché. Уникальное качество Caché заключается в равноправной и эффективной поддержке сразу трех способов работы с данными: объектного, реляционного SQL-доступа, прямого доступа к многомерным данным. Объектный доступ к данным обеспечивает: быстрое и реалистичное моделирование сложных структур данных; полную поддержку OO-методов проектирования и разработки, включая инкапсуляцию; множественное наследование; полиморфизм; реализацию встраиваемых объектов, ссылок, коллекций, отношений, BLOB'; быструю разработку приложений; высокое быстродействие; масштабируемость. SQL-доступ к данным позволяет: получить доступ к данным в виде традиционного реляционного представления; использовать JDBC/ODBC; значительно повысить быстродействие имеющихся приложений; использовать привычный SQL-инструментарий для запросов, построения отчетности и аналитики. Прямой доступ к многомерным данным: высочайшая производительность на критичных участках кода, возможность поддержки унаследованных приложений.

Caché позволяет воплотить онтологический подход, используя пакеты как онтологии, классы как сущности-типы, экземпляры как сущности-экземпляры, атрибуты как факты о сущностях и методы как сценарии их поведения. Пакеты - это хранилища для классов, и полное имя класса выглядит как <имя паке-та>.<имя вложенного пакета>...<имя класса>. Например, имя класса MaterialPoint в пакете Kinematics, который расположен в пакете Mechanics, расположенного в пакете Physics, будет именоваться как Physics. Mechanics. Kinematics.MaterialPoint. А два ат-

рибута класса MaterialPoint: Mass и Coordinates будут связаны с другими классами из других пакетов, что соответствует действительности, поскольку материальная точка обладает всего двумя явными атрибутами: массой из онтологии физических величин и координатами из онтологии аналитической геометрии.

Проблема классификации. Одной из основных проблем, которая встаёт при построении онтологического подхода в КИС - это проблема классификации. Классификация - процесс группировки объектов исследования или наблюдения в соответствии с их общими признаками. В результате разработанной классификации создаётся классифицированная система. Проблема классификации связана с особенностями человеческой психики, поскольку классификация зависит от субъективного восприятия общности признаков, заключается она в том, что одну и ту же сущность можно отнести к разным классам. Так, например, трубопроводная арматура делится на запорную, регулирующую, предохранительную [4] и т.д. В запорную арматуру входят клапаны, а в предохранительную предохранительные клапаны и получается, что это два различных класса, хотя принцип действия у них одинаковый и есть много общих деталей. Однако в инженерных компаниях существует один центр классификации, поэтому эта проблема легко решаема и если онтологические структуры будут построены не совсем корректно с точки зрения объективности, то в рамках одной компании это будет лишь договорённостью для всех подразделений. Единый центр классификации компании может координировать количество и характеристики типов сущностей, с которыми взаимодействует компания, с центром разработки КИС при помощи Unified Modeling Language (UML - унифицированный язык моделирования), который позволяет представлять информацию об отношениях сущностей в диаграммах классов, объектов и вариантов использований. Такой подход позволяет документировать подсистему БД и программную подсистему КИС при помощи одной UML-модели, и, как следствие, повышает уровень наследуемости системы. За счёт генерации исходных кодов программы и ООБД при помощи различных CASE-сред повышается контроль системной целостности, поскольку при изменении онтологической структуры, с которой оперирует система, исходные коды обеих подсистем будут сгенерированны с учётом этих изменений [5].

На данный момент автором разработано экспериментальное ПО, которое реализует онтологический подход с использованием ООСУБД. Оно включает в себя сервер БД Caché и клиентский модуль, представляющий собой надстройку над САПР AutoCad и предназначенный для проектирования АСУ ТП. Все классы имеют общего родителя еп%(сущность) и иерархию, взятую за основу из технических справочников и госстандартов. В дальнейшем предполагается создать головной модуль КИС и модуль КИСППР и исследовать работу КИС в комплексе, с учётом всех разработанных модулей.

Библиографический список

1 .URL:http://www.astera.ru/it-rating/view.php?id=16&year=2008 (дата обращения: 17.10.2010)

2. Управление основными данными SAP URL: http://www.sap.com/cis/pdf/master_data.pdf (дата обращения: 17.10.2010)

3. Копайгородский А. Н. Методы, модели и программные средства построения информационной инфраструктуры исследований в энергетике: Иркутск: Изд-во ИСЭМ СО РАН, 2008. 64 с.

4. Гуревич Д. Ф. Трубопроводная арматура: справочное пособие. 2-е изд., перераб. и доп. Л.: Машиностроение, 1981. 368 с.

5. Устинов Ю.М. Разработка средств автоматизации проектирования АСУТП на основе объектно-ориентированных баз данных. Повышение эффективности производства и использования энергии в условиях Сибири: материалы Всероссийской науч.-практ. конф. (Иркутск, 26-30 апреля 2010 г.).112 с.

УДК 621.311

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЧЕТЫРЕХЛОПАСТНОЙ ВЕТРОТУРБИНЫ С ЛОПАСТЯМИ ТИПА «КОЛОКОЛ»

Б.П. Хозяинов

Кузбасский государственный технический университет, 650099, г. Кемерово, ул. Весенняя, 28.

Изложены экспериментальные исследования модели ветродвигателя с вертикальной осью вращения четырех-лопастной ветротурбины при различных скоростях воздушного потока. Изучено влияние стабилизирующей плоскости лопасти типа «Колокол» на величину вращающего момента ветротурбины. Выполнено сравнение результатов исследований моделей ветротурбины различной комплектации. Ил.3. Табл.3. Библиогр. 2 назв.

Ключевые слова: ветродвигатель; вертикальная ось; модель; аэродинамические характеристики.

EXPERIMENTAL STUDIES OF A FOUR-BLADE WIND TURBINE WITH BLADES OF THE "BELL" TYPE B.P. Hozyainov

Kuzbass State Technical University (Kemerovo) 28, Vesennyaya St., Kemerovo, 50099.

The article presents experimental studies of the model of a windmill with a vertical rotation axis of a four-blade wind turbine at different speeds of air flow. The author studies the effect of the stabilizing blade plane of the "bell" type on the magnitude of torque of the wind turbine. He performs the comparison of the study results of wind turbine models of different assembly. 3 figures. 3 tables. 2 sources.

Key words: windmill; vertical axis; model; aerodynamic characteristics.

Для ветродвигателей с вертикальной осью вращения ветротурбины важнейшим фактором, влияющим на их мощность, является величина вращающего момента. В таких установках с медленным вращением ветротурбины увеличение величины вращающего момента повышает производительность и является одним из путей к повышению их конкурентоспособности по сравнению с традиционными установками - с горизонтальной осью вращения ротора.

Повысить величину вращающего момента, по мнению автора, можно, снабдив лопасть типа «Колокол» [1] стабилизирующей плоскостью. Цель эксперимента состояла в установлении влияния стабилизирующей плоскости лопастей типа «Колокол» на величину вращающего момента. В моделях применены лопасти, которые используют разность аэродинамических коэффициентов с наветренной и подветренной сторон при обдувании их с поворотом вокруг верти-

кальной оси на 360°.Модели ротора имели одинаковые размеры, диаметр ротора составлял с(=260 мм, а высота 226 мм.

Рис. 1. Схема испытания четырехлопастного ротора с лопастями 1-й модели

Первая модель была испытана с лопастями в виде полуэллипса размером 40*40 мм без стабилизи-

1Хозяинов Борис Петрович, кандидат технических наук, доцент, заведующий кафедрой строительных конструкций, тел.: (3842) 396331, 89132879187, e-mail: khozyainov-bp@ mail.ru

Hozyainov Boris, Candidate of technical sciences, Associate Professor, Head of the chair of Building Structures, tel.: (3842) 396331, 89132879187, e-mail: khozyainov-bp@mail.ru