CC BY
17
2. Шевченко С.B., Егоянц А.А. Формирование планов производства электроэнергии с учетом динамики изменения состояния энергосистемы // Вюник НТУ «ХП1». Cерiя: Системний анатз, управлшня та шформацшш технологи. - Харюв: НТУ «ХП1», 2015. № 58 (1167). С. 9196. - Библиогр.: 8 назв. - ISSN 2079-0023.
3. Шевченко С. B. О формировании обобщенного критерия доминирования на основе нечеткой логики. // Образовательные ресурсы и технологии. 2014. № 2. С. 86-90.
Optimization of management of electricity production in smart grid
Shevchenko S.V., Cand. tech. Sciences, prof. the program Engineering and Information Technology Management, National Technical University«Kharkiv Polytechnic Institute»
The issues of improving the quality of management in the intellectual power system are considered on the basis of optimization of production, distribution and supply of electricity in accordance with the set volume of consumption. The resulting solutions are the basis for solving management tasks of other levels and their interaction can be used to develop SMART GRID systems. The initialization of solutions of individual tasks in the control loop is performed by isolating combinations of values of external data estimates and system parameters using expert knowledge and fuzzy logic
Keywords: SMART GRID, efficiency, criteria, problems, mathematical model, optimization, information technologies.
УДК 004.415.2
ИНТЕГРИРОВАННАЯ ГРАФИЧЕСКАЯ СРЕДА ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ
Стенников Валерий Алексеевич, д-р техн. наук, профессор, зам. директора по науке
e-mail: [email protected] Соколов Дмитрий Витальевич, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.
e-mail: [email protected] Барахтенко Евгений Алексеевич, канд. техн. наук, ст. науч. сотр. e-mail: [email protected] ФГБУНИнститут систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭМ СО РАН), г. Иркутск http://www.sei.irk.ru/
В статье представлены некоторые аспекты технологии построения интегрированной графической среды для компьютерного моделирования трубопроводных систем энергетики. Разрабатываемая авторами технология построения этих сред основана на применении онтологий в рамках парадигмы Model-Driven Engineering для построения программного обеспечения в автоматизированном режиме.
Ключевые слова: Model-Driven Engineering, технология, метапрограммирование, онтология, программный комплекс, автоматизация программирования, архитектура программного обеспечения, интегрированная среда.
Исследования выполняются при частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант №16-07-00948).
Введение
Современные трубопроводные системы (ТПС) (системы тепло-, водо-, газо-, нефтеснабжения и др.) представляют собой сложные инженерные сооружения, обладающие огромным значением в энергетике, промышленности, коммунально-бытовом секторе и других сферах жизни страны. Эффективное решение задач их проектирования и диспетчерского управления ими невозможно без проведения соответствующих расчетов и мощной информационной поддержки процессов принятия решений. Эти задачи необходимо решать в рамках интегрированной графической среды, которая пред-
ставляет собой программную систему, позволяющую решать информационные (работа
с активной моделью ТПС на плане местности), расчетные (решение содержательных инженерных задач) и аналитические (просмотр графиков и результатов расчетов) прикладные задачи :3k ^ в рамках единого интерфейса пользователя. Эта среда должна
обеспечивать пользователю работу в режиме многоуровневого моделирования, когда моделируемая система может состоять из множества расчетных схем различных типов (схемы сетей, источников, насосных станций и др.) и реальные элементы ТПС (например, источник) могут выступать в качестве элементов какой-либо схемы или рассматриваться на уровне собственной расчетной схемой.
Проблема разработки и развития этих сред вызвана следующими особенностями предметной области и используемого программного обеспечения (ПО):
• большое количество готовых программных компонентов;
• множество алгоритмов и их программных реализаций;
• широкое разнообразие, как моделей (графических, математических) элементов ТПС различного типа, так и применяемого при их строительстве оборудования;
• программный код зачастую является единственной актуальной формой хранения опыта, накопленного при решении практических задач.
Для преодоления этой проблемы необходима разработка новой технологии построения интегрированных сред для компьютерного моделирования ТПС. Авторы видят решение проблемы в переходе к парадигме разработки (ПО), в рамках которой описание предметной области и элементов программных библиотек в виде соответствующих онтологий используется для построения ПО в автоматизированном режиме. Онтологии позволяют формализовано описать объекты предметной области (элементы ТПС и программные компоненты), их свойства и взаимосвязи между ними [1, 2]. В настоящей статье рассматриваются некоторые аспекты технологии построения графической среды для компьютерного моделирования ТПС.
Принципы автоматизированного построения
Разработка технологии выполняется на основе парадигмы Model-Driven Engineering («управляемая моделями разработка», MDE), которая представляет собой совокупность базовых принципов автоматизированного построения сложных программных систем на основе предварительно разработанных моделей [3, 4].
Из существующих в настоящее время подходов на базе MDE, получивших наиболее глубокое развитие, авторы рассматривали концепции Model-Driven Architecture (MDA) [5] и Ontology-Driven Architecture (ODA) [6]. В соответствии с MDA автоматизированное построение ПО выполняется на основе предварительно разработанных моделей, созданных стандартизованными средствами (например, язык UML), в соответствии с ODA - на основе предварительно разработанных онтологий, реализованных на языках RDF и OWL. Перечисленные концепции носят универсальный характер и требуют проведения исследований для их адаптации к конкретной предметной области и особенностям прикладных задач.
Авторы считают, что концепции MDA и ODA ориентированы на разработку программных систем, предназначенных для работы в интернете или для ведения бизнеса, они имеют ограничения, не позволяющие их использовать в качестве основы построения ПО, предназначенного для моделирования сложных технических систем (в частности, ТПС). Авторами была поставлена задача разработки оригинальной технологии автоматизированного построения интегрированной графической среды для компьютерного моделирования трубопроводных систем. В основе этой технологии лежит парадигма MDE, адаптированная к особенностям предметной области математического и компью-
терного моделирования ТПС. Приведем основные принципы, в соответствии с которыми разрабатывается технология.
• Автоматизированное построение интегрированной среды выполняется в контексте решения задачи моделирования конкретной ТПС с учетом особенностей ее типа, отраженными в соответствующей онтологии ТПС.
• Универсальность программных реализаций алгоритмов достигается за счет разделения алгоритмов и моделей (графических и математических) конкретных элементов ТПС.
• Компьютерная модель ТПС представляет собой совокупность данных, хранящихся в базе данных и предназначенных для многократного использования при решении различных научных и прикладных задач. Эта модель описывает свойства ТПС в целом, ее конфигурацию, состав и свойства ее элементов.
• Автоматизированное построение интегрированной среды рассматривается как объединение компьютерной модели конкретной ТПС, моделей элементов ТПС (т.е. отдельных подсистем) и алгоритмов, выполняемое в контексте решения задачи моделирования (рис. 1).
База данных
Описание модели ТПС
Модели элементов ТПС
Модель 1
Программные компоненты
Компьютерная модель ТПС
Алгоритмы
Метод 1
Программные компоненты
Интеграция алгоритмов и моделей
Рис. 1. Иллюстрация процесса интеграции моделей элементов трубопроводной системы и универсальных алгоритмов
• Интегрированная среда, ориентированная на моделирование конкретной ТПС, строится в контексте решения прикладной задачи при помощи рефлексивного программирования (разновидности метапрограммирования) [7] на основе компонентов, реализующих модели элементов ТПС и алгоритмы решения прикладных задач. Процесс построения программной системы управляется знаниями, хранящимися в онтологиях.
• Программная система, получаемая в режиме автоматизированного построения, обладает трехуровневой архитектурой.
• В процессе автоматического построения программной системы используются онтологии ТПС и ПО.
Онтология ТПС включает следующие составляющие: описание иерархической структуры (конфигурации) построения ТПС, классификацию используемого оборудования и его технические характеристики, описание элементов ТПС и их параметров (технические характеристики, гидравлические параметры и граничные условия), классификацию и описание используемых математических моделей (например, уравнения, описывающие законы падения напора на ветвях сети, формулы расчета сопротивлений и др.).
Онтология ПО предназначена для хранения знаний, необходимых для автоматизации построения и использования ПО. Эта онтология содержит описание программных компонентов и их свойств, метаданные (входные и выходные параметры, описание форматов данных), описание технологий и интерфейсов доступа к программным компонентам.
Трехуровневая архитектура интегрированной среды
Предложенная авторами трехуровневая архитектура интегрированной графической среды для многоуровневого моделирования ТПС энергетики включает следующие составляющие (рис. 2):
1. Графическая подсистема, которая предназначена для работы с графическими изображениями схем ТПС и данными по их элементам на плане местности. Она отвечает за работу пользователя системы с активной многоуровневой моделью ТПС на плане местности, и позволяет ему просматривать данные в удобном для восприятия виде и вносить необходимые изменения. Графическая подсистема состоит из программных компонентов, которые реализуют алгоритмы, отвечающие за взаимодействие пользователя с системой, и компонентов, которые реализуют графические модели элементов ТПС.
2. Вычислительная подсистема, которая предназначена для решения расчетных и аналитических задач. Вычислительная подсистема состоит из программных компонентов, которые реализуют алгоритмы решения прикладных задач, и компонентов, которые реализуют математические модели элементов ТПС.
3. Подсистема хранения данных, которая предназначена для работы с базами данных, хранения компьютерной модели ТПС, исходных данных и результатов расчетов, графических данных о городской застройке местности.
Заключение
Авторы считают, что в данной работе новыми являются следующие положения и результаты: 1) рассмотрены некоторые аспекты новой технологии построения интегрированной графической среды для компьютерного моделирования трубопроводных систем энергетики различного типа и назначения; 2) сформулированы принципы реализации этой технологии на основе проведенных исследований методологии многоуровневого моделирования и существующего ПО, применяемого для проектирования и анализа трубопроводных систем энергетики; 3) разработан оригинальный подход к построению трехуровневой архитектуры интегрированных графических сред для компьютерного моделирования трубопроводных систем энергетики.
Литература
1. Когаловский М.Р. Перспективные технологии информационных систем. -М.: ДМК-Пресс, 2003. 288 с.
2. Стенников В.А., Барахтенко Е.А., Соколов Д.В. Применение онтологий при реализации концепции модельно-управляемой разработки программного обеспечения для проектирования теплоснабжающих систем // Онтология проектирования. -Самара: Предприятие «Новая техника», № 4 (14)/ 2014. С. 54-68.
3. Brambilla M., Cabot J., Wimmer M. Model Driven Software Engineering in Practice. Synthesis Lectures on Software Engineering #1. San Rafael: Morgan & Claypool Publishers, 2012. 182 p.
4. Стенников В.А., Барахтенко Е.А., Соколов Д.В. Применение концепции Model-Driven Engineering в программном комплексе для определения оптимальных параметров теплоснабжающих систем // Программная инженерия. 2016. Т. 7. № 3. С. 108-116.
5. Mellor Stephen, Balcer J. Marc. Executable UML, A Foundation for Model Driven Architecture. Addison Wesley. 2002.
6. Ontology Driven Architectures and Potential Uses of the Semantic Web in Systems and
Графическая подсистема
■44t-
Графическая модель ТИС
Подсистема хранения данных
Загрузчик данных
<— СУБД <— С База
L^MHHblX^
Математическая модель ТИС
Вычислительная подсистема
Рис. 2. Трехуровневая архитектура программной системы
Software Engineering. URL: https://www.w3.org/2001/sw/BestPractices/SE/ODA/060103/.
7. Forman I., Forman N. Java Reflection in Action. Greenwich: Manning Publications Co., 2005. 273 p.
Integrated graphical environment for modeling of pipeline systems
Valery Alexeevich Stennikov, Doctor of Sciences, Professor, Deputy Director, Melentiev Energy Systems Institute of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (ESI SB RAS), Irkutsk
Dmitriy VVital'evich Sokolov, PhD in Technical Sciences, Senior Researcher, Melentiev Energy Systems Institute of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (ESI SB RAS), Irkutsk
Evgeny Alexeevich Barakhtenko, PhD in Technical Sciences, Senior Researcher, Melentiev Energy Systems Institute of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences (ESI SB RAS), Irkutsk
This paper presents some aspects of the technology for building an integrated graphical environment for computer modeling of energy pipeline systems. The technology of building these environment is based on the application of ontologies within the framework of the Model-Driven Engineering paradigm for building software in an automated mode.
Keywords: Model-Driven Engineering, technology, metaprogramming, ontology, software, programming automation, software architecture, integrated environment.
УДК 004.942
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ ТРУБОПРОВОДНЫХ СИСТЕМ ЭНЕРГЕТИКИ
Стенников Валерий Алексеевич, д-р техн. наук, профессор заслуженный деятель науки РФ, заместитель директора по науке
e-mail: [email protected] Барахтенко Евгений Алексеевич, канд. техн. наук, ст. науч. сотр.
e-mail: [email protected] Соколов Дмитрий Витальевич, канд. техн. наук, ст. науч. сотр. e-mail: sokolov_dv@isem. irk.ru Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт систем энергетики им. Л. А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭМ СО РАН),
http://www.isem.irk.ru
В статье приведены исходные положения, принятые при разработке и развитии концепции интеллектуальных трубопроводных систем энергетики. Дана содержательная и математическая формулировка задачи синтеза управляемой гидравлической цепи таких систем. Описана методика решения задачи синтеза, основанная на идее декомпозиции.
Ключевые слова: Интеллектуальные трубопроводные системы энергетики, энергетическая инфраструктура, информационная инфраструктура, синтез трубопроводной системы, теория гидравлических цепей, управляемая гидравлическая цепь, методика.
Исследования выполняются при частичной финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (грант №16-07-00948).
Введение
Перспективной технологической платформой будущего энергоснабжения является создание интеллектуальных трубопроводных систем (ИТПС) энергетики. ИТПС объединяет на новом технологическом уровне источники, сети и потребителей в единую автоматизированную систему [1, 2]. Это обеспечивает ей необходимую гибкость и адаптивность к изменяющимся условиям функционирования, повышает эффективность, надежность, качество энергоснабжения, способствует уменьшению энергопотерь, сглаживанию неравномерности графиков энергопотребления и т.п. Наличие возможности в реальном времени отслеживать и контролировать
