CC BY
56
УДК 004.8+620
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ПОДДЕРЖКА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ОПРЕДЕЛЕНИИ СТРАТЕГИИ РАЗВИТИЯ ЭНЕРГЕТИКИ РОССИИ И БЕЛАРУСИ С ПОЗИЦИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ
© Л.В. Массель1, А.А. Михалевич2, А.Г. Массель3, Д.В. Римко4, В.А. Рак5
1 3
, Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 1,3Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 130. 2,4,5Институт энергетики Национальной академии наук Беларуси, 220072, Республика Белорусь, г. Минск, ул. Академическая, 15а.
В статье рассматривается подход к организации интеллектуальной поддержки принятия решений при определении стратегии развития энергетики России и Беларуси с позиций энергетической безопасности. Предлагается двухуровневая технология интеллектуальной поддержки, интегрирующая интеллектуальную ИТ-среду и программные комплексы для расчета вариантов развития энергетики России и Беларуси. Описаны пространство знаний и инструментальные средства интеллектуальной ИТ-среды. Приведено сравнение используемых программных комплексов, определены угрозы энергетической безопасности России и Беларуси. Работа выполнена в рамках интеграционного проекта СО РАН №18Б совместно с сотрудниками ИСЭМ СО РАН и Института энергетики НАН Беларуси. Ил. 4. Табл. 1. Библиогр. 9 назв.
Ключевые слова: интеллектуальная поддержка принятия решений; интеллектуальная ИТ-среда; программные комплексы; угрозы энергетической безопасности России и Беларуси.
INTELLIGENT DECISION SUPPORT WHEN DETERMINING DEVELOPMENT STRATEGY OF RUSSIAN AND BELARUSIAN POWER ENGINEERING FROM ENERGY SECURITY VIEWPOINT L.V. Massel, A.A. Mikhalevich, A.G. Massel, D.V. Rimko, V.A. Rak
Irkutsk State Technical University,
83 Lermontov St., Irkutsk, Russia, 664074.
L.A. Melentiev Energy System Institute SB RAS,
130 Lermontov St., Irkutsk, Russia.
Energy Institute of National Academy of Sciences of Belarus,
15/a Akademicheskaya St., Minsk, Belorussia, 220072.
The paper considers an approach to the organization of intelligent decision support when determining development strategy of Russian and Belarusian power engineering from the standpoint of energy security. It proposes a two-level technology of intelligent support, which integrates intelligent IT-environment and software systems for computing energy industry development variants in Russia and Belarus. The article describes knowledge space and IT-environment tools; compares software systems being used; identifies the threats to Russian and Belarusian energy security. The work has been performed by ESI SB RAS in collaboration with the Energy Institute of Belarus National Academy of Sciences as a part of the integration project of the Siberian Branch of Russian Academy of Sciences no. 18Б. 4 figures. 1 table. 9 sources.
1Массель Людмила Васильевна, доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник ИСЭМ СО РАН, зав. кафедрой автоматизированных систем НИ ИрГТУ, тел.: (3952) 500646*405, e-mail: [email protected] Massel Lyudmila, Doctor of technical sciences, Professor, Chief Researcher of Energy System Institute SB RAS, Head of the Department of Automated Systems of National Research Irkutsk State Technical University, tel.: (3952) 500646*405, e-mail: [email protected]
2Михалевич Александр Александрович, доктор технических наук, профессор, академик, тел.: +375172842699, e-mail: [email protected]
Mikhalevich Alexander, Doctor of technical sciences, Professor, Academician, tel.: +375172842699, e-mail: [email protected]
3Массель Алексей Геннадьевич, кандидат технических наук, научный сотрудник ИСЭМ СО РАН, доцент кафедры автоматизированных систем НИ ИрГТУ, тел.: (3952) 500646*405, e-mail: [email protected]
Massel Aleksei, Candidate of technical sciences, Research Associate of Energy System Institute SB RAS, Associate Professor of the Department of Automated Systems of National Research Irkutsk State Technical University, tel.: (3952) 500646*405, e-mail: [email protected]
4Римко Денис Вячеславович, зав. лабораторией «Энергобезопасность», тел.: +375173321509, e-mail: [email protected] Rimko Denis, Head of "Energy safety" Laboratory, tel.: +375173321509, e-mail: [email protected]
5Рак Владимир Александрович, магистр физико-математических наук, младший научный сотрудник, тел.: +375293548123, email: [email protected]
Rak Vladimir, Master of Physical and Mathematical Sciences, Junior Researcher, tel.: +375293548123, e-mail: [email protected]
Key words: intelligent decision support; intelligent IT-environment; software systems; threats to Russian and Belorussian energy security.
При определении стратегии развития энергетики России и Беларуси большое значение имеют проблемы энергетической безопасности. Подходы, используемые за рубежом, например, в наиболее близких по масштабам и природным условиям США и Канаде, не могут быть применены в России как из-за специфики российской энергетики, во многом определяемой масштабами и распределённостью топливно-энергетического комплекса (ТЭК), так и по причинам различных организационно-экономических подходов. Институт систем энергетики СО РАН (ИСЭМ СО РАН) является одной из немногих организаций в России, профессионально занимающихся этой проблемой, и безусловным лидером при разработке комплексного подхода к исследованиям проблем энергетической безопасности (ЭБ).
Энергетическая безопасность рассматривается как составляющая национальной безопасности в части защищённости граждан, общества, государства, экономики от угроз дефицита в обеспечении их обоснованных потребностей топливно-энергетическими ресурсами (ТЭР) приемлемого качества в различных условиях [1].
Обоснование и принятие стратегических решений в настоящее время невозможно без средств поддержки принятия решений, всё большее значение при этом имеет использование интеллектуальных методов поддержки.
В настоящее время осуществляется совместный интеграционный проект ИСЭМ СО РАН и Института энергетики НАН Беларуси (ИЭ НАН Беларуси) «Методы построения интеллектуальной инструментальной среды для поддержки принятия решений при определении стратегии развития энергетики России и Беларуси с позиций энергетической безопасности». В ИСЭМ СО РАН и ИЭ НАН Беларуси имеется достаточный опыт исследований и разработок в областях, связанных с тематикой предлагаемого проекта [2].
Актуальность данного проекта определяется значимостью проблем энергетической безопасности для России и Беларуси, а также необходимостью разработки новых методических подходов и инструментальных средств для поддержки принятия решений при определении стратегии развития энергетики наших стран с позиций энергетической безопасности.
Основная идея проекта состоит в создании интеллектуальной инструментальной среды для поддержки принятия решений при определении стратегии развития энергетики России и Беларуси с позиций энергетической безопасности, при этом предполагается интеграция инструментальных средств, которыми располагают российские и белорусские исполнители проекта. Основная цель проекта - разработка методов построения интеллектуальной инструментальной среды для поддержки принятия решений при определении стратегии развития энергетики России и Беларуси с позиций энергетической безопасности.
Под интеллектуальной инструментальной сре-
дой понимается совокупность инструментальных средств (интеллектуальных систем и баз знаний, программных комплексов и баз данных), совместное использование которых для решения поставленной задачи осуществляется с помощью экспертов и/или интеллектуальных вычислений.
Под интеллектуальными вычислениями (Intelligent Computing) понимаются методы и системы искусственного интеллекта, направленные на усиление и поддержку естественного интеллекта (поддержку принятия решений экспертами).
Интеллектуальная инструментальная среда обеспечивает поддержку двухуровневой информационной технологии, включающей:
• первый (верхний) уровень, на котором выполняются интеллектуальные вычисления с целью качественного анализа («экспресс-анализа») возможных стратегий развития ТЭК;
• второй (нижний) уровень, где выполняются расчёты с помощью традиционных программных комплексов, имеющихся в ИСЭМ СО РАН и ИЭ НАН Беларуси, с целью детализации стратегий развития ТЭК с учетом требований энергетической безопасности, выбранных на первом уровне.
Двухуровневая технология исследований. Предложена двухуровневая информационная технология интеллектуальной поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении ЭБ (рис. 1) [4-6].
Рис. 1. Схема двухуровневой технологии интеллектуальной поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении ЭБ: {0} -множество онтологий; {Мс} - множество когнитивных моделей;
{Мэ} - множество событийных моделей; {Е} - множество описаний прецедентов ЧС; {й} - информация для поддержки принятия решения при выборе стратегии проведения вычислительного
эксперимента; {йя} - информация для принятия решений в области обеспечения ЭБ; Р - программные комплексы для проведения вычислительных экспериментов; Э - эксперт-исследователь; _ЛПР - лицо, принимающее решение_
На первом уровне предлагается выполнять качественный анализ (состояния ТЭК, угроз ЭБ, чрезвычайных ситуаций (ЧС) в энергетике) с использованием онтологического, когнитивного и событийного моделирования. На втором уровне полученные результаты качественного анализа используются для формирования вариантов численных расчётов, выполняемых далее с использованием программных комплексов, или сразу передаются лицам, принимающим решения (ЛПР) в области обеспечения ЭБ.
Интеллектуальная ИТ-среда. Для проведения качественного анализа в исследованиях и обеспечении ЭБ предлагается использовать интеллектуальные методы ситуационного анализа, такие как онтологическое, когнитивное и событийное моделирование (рис. 2) [4].
Для совместного использования этих технологий вводится понятие интеллектуальной ИТ-среды. Обозначим ИТ-среду как некоторое множество У1Т = {О,Е,Мс,М5}^Ту, где {О} - множество онтологий; {Е} - множество описаний прецедентов чрезвычайных ситуаций; {Мс} - множество когни-
тивных моделей; {М5} - множество событийных моделей; Тр - инструментальные средства поддержки
ИТ-среды, включающие описание знаний, представленных в виде онтологий, описаний прецедентов ЧС, когнитивных и событийных моделей и средства оперирования ими.
Таким образом, интеллектуальная ИТ-среда включает пространство знаний, интегрирующее: онтологические модели знаний в области исследований энергетической безопасности, базу знаний о прецедентах чрезвычайных ситуаций в энергетике и базы знаний, содержащие когнитивные модели стратегических угроз ЭБ и событийные модели развития и последствий ЧС в энергетике (рис. 3), а также инструментальные средства описания знаний и оперирования ими [7, 8].
На рис. 4 отображена взаимосвязь инструментальных средств интеллектуальной ИТ-среды, которая включает интеллектуальную инструментальную среду и программные комплексы для проведения численных исследований направлений развития ТЭК с учётом требований ЭБ.
Рис. 2. Взаимосвязь интеллектуальных методов ситуационного анализа
Онтологические модели знаний
База знаний
Прецеденты чрезвычайных ситуаций в энергетике
База знаний
Когнитивные модели угроз энергетической безопасности
База знаний
Событийные модели развития и последствий чрезвычайных ситуаций в энергетике
Рис. 3. Пространство знаний, поддерживаемое интеллектуальной ИТ-средой
В свою очередь инструментальные средства интеллектуальной ИТ-среды включают:
• Систему онтологического моделирования (Onto-Map).
• Систему когнитивного моделирования (CogMap).
• Систему событийного моделирования (EventMap).
• Систему моделирования угроз энергетической безопасности с помощью Байесовских сетей доверия (BayesianNets).
• Экспертную систему «Emergency».
• Репозитарий интеллектуальной инструментальной среды [3, 8].
В результате использования инструментов ИТ-среды получаются качественные оценки или сценарии развития различных событий. Количественные значения различных параметров, характеризующих состояние энергосистемы, предполагается рассчитывать на программных комплексах, разработанных ранее.
Программные комплексы для проведения вычислительных экспериментов. К настоящему времени разработано достаточно большое число математических моделей и программ для решения различных задач, связанных с анализом и развитием энергетических систем [9], в том числе технико-экономические модели ТЭК, модели оптимизации электрогенериру-ющих мощностей, модели анализа функционирования энергосистем и др.
Все существующие программы для моделирования работы энергосистемы можно разделить на два типа программ: оптимизационные и имитационные.
Оптимизационные программы позволяют определить оптимальный вариант развития энергосистемы при наложении определённых ограничений со стороны пользователя, найти оптимальную структуру установленных мощностей, график ввода новых мощностей, структуру топливно-энергетического баланса (ТЭБ) энергосистемы.
Оптимизационные модели фокусируются на стандартном вопросе типа: «Как можно достичь определённого оптимума?». Оптимизационные модели дают, например, сценарий развития мощностей с наименьшими издержками функционирования энергосистемы. Оптимизационные модели являются моделями выбора, когда есть большое количество сценариев, модель выбирает наиболее оптимальный вариант развития в зависимости от вида оптимизирующей функции.
Имитационные же программы выполняют расчёт параметров работы энергосистемы по заранее заданному пользователем сценарию. Они требуют от пользователя не задания ограничения, но само значение определённых параметров [9]. Такая программа не выбирает наилучший сценарий из нескольких возможных, а требует, чтобы сценарий был задан пользователем. При этом программа подробно рассчитывает большое количество параметров и сообщает пользователю, что будет происходить с системой, если данный сценарий будет реализован. Такие программы очень удобны для анализа возможных аварий в энергосистеме и, как следствие, перебоев в поставках ТЭР.
Рис. 4. Взаимосвязь инструментальных средств интеллектуальной ИТ-среды
Сравнение возможностей программных комплексов и прогнозируемых параметров
Прогнозируемый параметр Программный комплекс
MESSAGE LEAP MAED WASP-IV BALANCE ИНТЭК-М
Тип оптимизационный имитационный имитационный оптимизационный оптимизационный оптимизационный
Структура добычи ТЭР + + - + + +
Транспорт + - + - + -
Переработка / производство электрической и тепловой энергии, топлив + + - - + +
Конечное потребление ТЭР + + + + + +
Возможности добычи ТЭР + - - +
Запасы ТЭР + - - +
Цены + + + + + -
Инвестиции + + - + + -
Затраты на обслуживание и ремонт энергетических объектов + - - + + -
Ограничение на выбросы парниковых газов + + - + + -
Ограничение на потребление + + - + + +
Временной фактор + + + + + +
Примечание. «+» - программный комплекс может рассчитывать данные параметры; «-» - программный комплекс не рассчитывает данные параметры.
Имитационные модели больше соответствуют исследовательскому подходу. Они являются моделями выбора, когда нужно ответить на вопрос: «Что случится, если лицо, принимающее решение, выберет эту стратегию?». С помощью имитационных моделей можно получить ясную картину того, как энергетическая система реагирует на внутренние или внешние изменения.
Основные возможности моделирования аспектов и элементов ТЭК в программных комплексах, используемых в ИСЭМ СО РАН и ИЭ НАН Беларуси, приведены в таблице.
Угрозы энергетической безопасности. Интеграционный проект ИСЭМ СО РАН и ИЭ НАН Беларуси предполагает выявление общих для наших стран угроз ЭБ и постановку содержательных задач для моделирования, связанных с энергетической безопасностью России и Беларуси.
Сложившийся во времена Советского Союза единый топливно-энергетический комплекс даже более чем двадцать лет спустя всё также связывает бывшие советские республики. Период независимости характеризовался общими проблемами недоинвестирова-ния ТЭК, что привело к снижению темпов обновления оборудования и, как следствие, к высокой степени изношенности эксплуатируемого оборудования. Развитие экономики сдерживается её энергорасточительной структурой, по уровню энергоёмкости валового внутреннего продукта до сих пор отставание от развитых стран не преодолено. Несмотря на разницу в объёмах ресурсной базы, общей угрозой также является отставание прироста разведанных запасов углеводородов от объёма их добычи. Общими угрозами ЭБ также являются доминирующая роль природного газа в ТЭБ европейских регионов России и Республики
Беларусь, а также ценовые перекосы между различными видами ТЭР (газ, уголь и др.) и перекрёстное субсидирование промышленными потребителями населения.
Планируемая к разработке интеллектуальная инструментальная среда для поддержки принятия решений при определении стратегии развития энергетики России и Беларуси будет использована для моделирования вариантов реализации угроз энергетической безопасности. Например, авария на одном из магистральных газопроводах может привести к существенному сокращению поставок газа на электростанции ряда регионов России и Республики Беларусь. Разработанная интеллектуальная среда позволит смоделировать коллективные действия по ликвидации последствий (путём повышения выработки электроэнергии на атомных и угольных электростанциях) непосредственно самой угрозы и совершенствованию структуры генерирующих мощностей для предотвращения реализации подобных угроз.
Таким образом, в статье рассмотрены некоторые результаты интеграционного проекта СО РАН № 18Б (2012-2014 гг.), выполняемого ИСЭМ СО РАН и ИЭ НАНБ. Детализированы цель и задачи проекта, рассмотрены используемые сторонами инструментальные средства и программные комплексы, определены их возможности. Сформулированы угрозы энергетической безопасности, характерные для энергетики России и Беларуси. Предложена двухуровневая технология исследований, интегрирующая этапы качественного анализа с применением интеллектуальных технологий и количественного анализа, основанного на проведении численных расчётов с помощью различных программных комплексов. Интеллектуальная ИТ-среда позволяет интегрировать разнородные инстру-
ментальные средства и программные комплексы с помощью разработанного ранее Репозитария.
Работа выполняется при финансовой поддержке СЛ РАН (интеграционный проект № 18Б), а также
при частичной финансовой поддержке РФФИ (гранты №№ 11-07-192, 12-07-00359), а также Президиума РАН (программа № 229).
Библиографический список
1. Бушуев В.В., Воропай Н.И., Мастепанов А.М., Шафраник Ю.К. Энергетическая безопасность России. Новосибирск: Сибир. издат. фирма РАН «Наука», 1998. 302 с.
2. Быкова Е.В., Михалевич А.А., Постолатий В.М. [и др.]. Методические подходы к решению проблемы энергетической безопасности Молдовы и Беларуси: монография. Серия «Энергетическая безопасность». Кн. 5. Кишинёв, 2010 г., 100 с.
3. Копайгородский А.Н. Интеграция интеллектуальной ИТ-среды «Энергобезопасность» в ИТ-инфраструктуру исследований энергетики // Интеллектуализация обработки информации: труды Ж-й Междунар. конф. Черногория, Будва, 2012. С. 682-685.
4. Массель Л.В. Применение онтологического, когнитивного и событийного моделирования для анализа развития и последствий чрезвычайных ситуаций в энергетике // Проблемы безопасности и чрезвычайных ситуаций. 2010. № 2. С. 34-43.
5. Массель А.Г. Методологический подход к организации интеллектуальной поддержки исследований проблемы энер-
гетической безопасности // Информационные технологии. 2010. № 9. С. 32-36.
6. Массель Л.В., Аршинский В.Л., Массель А.Г. Интеллектуальные информационные технологии поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении энергетической безопасности // Интеллектуальные системы принятия решений и проблемы вычислительного эксперимента: труды Междунар. конф. Евпатория, 2010. С. 192-196.
7. Массель А.Г. Интеллектуальная ИТ-среда для исследований проблемы энергетической безопасности // Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе: труды Междунар. конф. Гурзуф, 2010. С. 306-309.
8. Массель А.Г., Массель Л.В., Аршинский В.Л. Интеллектуальная ИТ-среда поддержки принятия решений в исследованиях и обеспечении энергетической безопасности России и её регионов // Интеллектуализация обработки информации: труды Ж-й Междунар. конф. Черногория, Будва, 2012. С. 689-691.
9. Якушев А.П., Левченко С.А. Планирование развития энергетических систем. Минск: Белорусская наука, 2007. 292 с.
УДК 681.5.01
СИСТЕМА ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ ПЛАНИРОВАНИИ ПРИЕМА СТУДЕНТОВ В ВУЗ
_ А О
© Н.Н. Сумарокова1, А.Л. Истомин2
Ангарская государственная техническая академия, 665835, Россия, г. Ангарск, ул. Чайковского, 60.
Разработано и апробировано функциональное, математическое и программное обеспечение системы поддержки принятия решений (СППР) при планировании приема студентов в вуз. Основной функцией разработанной системы является оказание помощи руководителю при принятии решений о планировании бюджетных и коммерческих мест на различные образовательные программы с целью снижения влияния субъективных факторов на результат планирования приема студентов в вуз и обеспечения наилучшего значения критерия эффективности планирования приема. Приведены результаты расчетов, подтверждающие эффективность использования СППР. Ил. 2. Табл. 3. Библиогр. 2 назв.
Ключевые слова: оптимизация; автоматизация вуза; управление учебным процессом; программное обеспечение.
DECISION SUPPORT SYSTEM WHEN PLANNING STUDENTS ENROLMENT INTO UNIVERSITY N.N. Sumarokova, A.L. Istomin
Angarsk State Technical Academy, 60 Chaikovsky St., Angarsk, 665835.
Functional mathematical software for the decision support system (DSS) when planning the students' admission into higher educational institutions is developed and approved. The key function of the developed system is to assist the head of the institution in making decisions on planning the state-financed and commercial places for various educational programs in order to decrease the effect of subjective factors on the result of planning students admission into a higher educational institution and provision the best value of the enrolment planning efficiency criterion. The paper presents calculation results that prove the efficiency of using DSS. 3 tables. 2 figures. 2 source.
Сумарокова Наталья Николаевна, преподаватель, тел.: 89247098607, e-mail: [email protected] Sumarokova Natalya, Lecturer, tel.: 89247098607, e-mail: [email protected]
2Истомин Андрей Леонидович, кандидат технических наук, доцент кафедры автоматизации и электроснабжения промышленных предприятий, тел.: 89025147304, e-mail: [email protected]
Istomin Andrei, Candidate of technical sciences, Associate Professor of the Department of Automation and Electric Power Supply of Industrial Enterprises, tel.: 89025147304, e-mail: [email protected]
