CC BY
41
© А.Н. Оганесян, В.В. Агафонов, 2015
УДК 338.45:622.3
А.Н. Оганесян, В.В. Агафонов
СИСТЕМНЫЕ ОСНОВЫ МОНИТОРИНГА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ УПРАВЛЕНИЯ
Проведен анализ системных основ мониторинга технологических систем угольных шахт на основе байесовского регуляризующего подхода. Отмечено, что эффективным средством оптимизации финансовых затрат является применение новых технологий разработки программ для модернизации производства и разработки инвестиционных проектов на базе информационных технологий и систем. Такие системы имеют средства автоматизации расчетов, оценки конкретных производственных ситуаций, картирования рисков и потенциалов развития производства, многокритериального выбора перспективных инновационных технологий, составления эффективных бизнес-планов, ориентированных на специфику объектов инвестирования и конкретных инвестиционных и инновационных предложений, моделирование сценариев реализации инвестиционных мероприятий. Ключевые слова: технологическая система, угольные шахты, мониторинг, байесовский подход.
Основу энергетических балансов стран в настоящее время составляют органические виды топлива. Каменные и бурые угли занимают значительное место среди этих видов топлива. Этот вид сырьевых ресурсов располагает всеми потенциальными возможностями для его дальнейшего освоения и использования, и особенно в странах СНГ, обладающих необходимыми объемами угля, развитой производственной базой добычи и переработки, исторически сложившимися торговыми связями и энергетическими коридорами. Так, например, в Российской Федерации балансовые запасы углей, на основе которых возможно строительство шахт, составляют сейчас 202 млрд т, в том числе каменных - 99 млрд т и бурых 103 млрд т. Уровень обеспеченности угольными ресурсами, под которыми понимается отношение балансовых запасов к объему добычи, значительно выше по сравнению с другими энергоресурсами используемого органического топлива. Этот показатель по углю составляет 870 лет,
по природному газу - 77 лет, по нефти - 70 лет.
Эффективным средством оптимизации финансовых затрат является применение новых технологий разработки программ для модернизации производства и разработки инвестиционных проектов на базе информационных технологий и систем. Такие системы имеют средства автоматизации расчетов, оценки конкретных производственных ситуаций, картирования рисков и потенциалов развития производства, многокритериального выбора перспективных инновационных технологий, составления эффективных бизнес- планов, ориентированных на специфику объектов инвестирования и конкретных инвестиционных и инновационных предложений, моделирование сценариев реализации инвестиционных мероприятий.
В ряде работ отмечается, что потери энергопродукции из-за неорганизованности производства, отсутствия учета документов и документооборота, нехватки профессиональных
знаний, субъективного искажения информации и других административных недоработок могут составлять от 20 до 35%. Кроме того, информация, используемая при выработке управленческих решений, как правило, является неточной, неполной, нечеткой, представленной в разнообразных формах, на различных носителях, разнесенной во времени и географическом пространстве и несогласованной по показателям. Например, разброс в оценках показателей технико-экономической эффективности добычи угля может быть весьма значительным. Очевидно, что расчетные оценки показателей производственной и экологической ситуации при таких разбросах в исходной информации могут очень сильно отличаться от реальных. Такие задачи могут решаться только на основе специально разработанных информационных технологий и систем, предназначенных для работы в условиях информационной неопределенности и рисков. Поэтому информатизация является необходимым условием развития угольной промышленности и энергетики, а организация информационных служб и центров на предприятиях и в контролирующих территориальных организациях должна иметь плановый и целенаправленный характер.
Современные международные инициативы, документы и программы (проект ЭЕК ООН «Энергетическая эффективность-21», Киотский протокол и другие) имеют ярко выраженный интеграционный характер, направленный на сбалансированное развитие энергоэффективной экономики и охрану окружающей среды. Построение информационно-аналитической системы мониторинга и управления обновления и развития шахтного фонда должно основываться на методологическом базисе систем управления в условиях рисков и не-
определенности и информационных технологиях интеллектуального типа, предназначенных для работы со всеми типами информации, в том числе и неточной, неполной, нечеткой, представленной как в форме данных, так и в виде разнообразных знаний.
В классической постановке процесс управления сложным объектом в условиях неопределенности разбивается на три основных подзадачи:
1. Задача оценки свойств и состояний объекта и среды его функционирования в реальных условиях на основе поступающей в режиме мониторинга информации (задача мониторинга).
2. Задача контроля параметров объектов и среды на соответствие нормам, критериям, стандартам в рамках требований и ограничений (задача аудита).
3. Задача выработки управляющих (в данном случае управленческих) решений и их реализации с последующей проверкой эффективности реализации рекомендаций.
Только такая схема среды мониторинга и управления обновлением и развитием шахтного фонда действительно позволит произвести достоверные оценки влияния на конкурентоспособную среду, конкретизировать и оценить производственную, экологическую и экономическую ситуации и инвестиционную привлекательность объекта, разработать оптимальные бизнес-планы, реально оптимизировать финансовые и производственные затраты на переоборудование производства в рамках разработанных инвестиционных проектов. При этом процесс мониторинга добычи, переработки или использования угля может быть представлен как один из процессов реализации жизненного цикла угольной продукции.
В целом обобщенная информационная технология мониторинга и
управления обновлением и развитием шахтного фонда состоит из следующих семи основных этапов: подготовительного, измерительного, рас-четно-аналитического, аудиторского (контролирующего), принятия управленческих решений, реализации рекомендаций и управленческих решений и проверки их эффективности.
Подготовительный этап имеет очень важное значение в реализации процесса мониторинга и принятия управленческих решений в условиях рисков и неопределенностей, характерных для данной задачи. На этом этапе производится формирование базисной информационной основы и инфраструктуры для решения задач проекта. Программная реализация информационных технологий предусматривает создание разнообразных баз данных и знаний, связанных между собой и вычислительными модулями. Выделяются три основных блока таких баз: базы прикладных и измерительных данных и знаний, базы данных и знаний информационных технологий. Разработка и наполнение баз данных и, что особенно важно, баз знаний позволяют снизить риск принятия неверных управленческих решений и нежелательных производственных и экологических ситуаций, прогнозировать процессы и ситуации, реализовывать сценарные подходы и тренинговые сессии. Измерительные базы данных и знаний могут быть объединены с нормативно-справочными и критериальными базами, которые содержат информацию о характе-ристках и параметрах шахт, нормативах и стандартах, требованиях и ограничениях решаемых задач, нормативно-правовых и нормативно-методических документах (расчетных методиках, рекомендациях, директивах).
Прикладные базы данных и знаний содержат априорную и поступающую информацию о свойствах и процес-
сах в системах объектов мониторинга и среды его функционирования, меняющихся внешних условиях и ситуациях, влияющих факторах, видах информации, взаимосвязях факторов и объектов, теоретических моделях функционирования объектов, технологиях производств, экономических моделях и стратегиях, бизнес-процессах в производственной среде, а также многое другое, непосредственно или косвенно связанное с прикладной задачей проекта и основным объектом задачи. Базы информационных технологий обеспечивают непрерывное совершенствование, повышение эффективности, адаптивности к свойствам объекта и среды, а также качества информационных решений. Они содержат мета-технологии для генерации новых программных модулей, средства разработки приложений, разнообразные электронные библиотеки готовых прикладных программ, интерфейсы и модули дистанционной связи с другими информационными системами и другие информационно-технологические модули, в целом обеспечивающие реализацию требований, предъявляемых к информационным системам прикладными задачами.
Важнейшим преимуществом данной комплексной схемы реализации системы мониторинга и управления качеством работы угольных предприятий является обеспечиваемая при таком подходе реальная возможность разработки детальных, экономически обоснованных инвестиционных проектов и бизнес-планов, так как при таком подходе можно рассчитать все показатели эффективности и оптимальности бизнес-плана (цены, ресурсные затраты, транспортные пути, характеристики поставщиков, сроки окупаемости, риски, маркетинговые перспективы и другие), базируясь на полной и достоверной информации, выводах и рекомендациях, предоставляемой анали-
тической системой, которая содержит блок разработки бизнес планов и всю информацию об объектах и субъектах.
Одна из основных актуальных задач, без решения которой все представленные выше идеи останутся на уровне предложений, состоит в создании мощного инструментария, реализующего механизмы решения производственных задач и международных программ и инициатив.
Такой инструментарий может быть реализован в виде интеллектуальной информационной распределенной системы и построен на базе унифицированного методологического подхода, базирующегося на перспективных информационных технологиях и новейшем компьютерном оборудовании.
С методологической точки зрения для полномасштабной реализации комплексной схемы, приведенной выше, информационная сеть должна удовлетворять семнадцати основных принципов создания информационных систем нового поколения для указанных выше приложений.
К числу принципов построения нового поколения информационных систем относятся следующие:
1. Сущность
Принцип выделения существенных задач, целей, объектов, требований, ограничений, критериев, источников и потребителей информации для создаваемой информационной технологии. В условиях гомоморфизма модельных представлений принцип позволяет сосредоточиться на главном направлении во всех этих вопросах, ведущим к решению основной задачи информационной технологии. Обеспечивает контроль существования решения задачи в ее реализуемой постановке и условиях решения. Определяет тип и подходы к решению задачи и методологическую основу построения информационных технологий.
2. Сложность
Принцип определяет необходимость рассмотрения реальных объектов, процессов, ситуаций в угольной отрасли, экономике, охране окружающей среды, рациональном природопользовании, экологии, как сложных объектов, систем и процессов моделирования в условиях значительной информационной неопределенности и рисков. Поэтому эффективными методологическими подходами для создания информационных технологий являются подходы связанные с получением и преобразованием различных неточных, неполных, нечетких данных и знаний, таких как вероятностно-статистический, нечетких множеств, теории искусственного интеллекта, теорий мягких вычислений, интеллектуальных измерений (в частности, мягких измерений), а также их интеграций (регуляризирующий байесовский подход).
В настоящее время разработаны многочисленные и разнотипные информационные технологии на основе этих подходов, которые нуждаются в систематизации и определения степени их эффективности для решения указанных выше прикладных задач.
3. Системность
Этот принцип предопределяет иерархичность модельных представлений структур объектов, их свойств, процессов и среды их функционирования. На основе общей теории систем, теоретико-множественного подхода и их модификаций сложные системы в задачах мониторинга, контроля и управления представляются в виде структурно организованных модулей, что позволяет значительно упростить понимание их функционирования в реальности и управления информационными процессами. С этим принципом связано понятие классификационных систем и шкал. Принцип особенно
важен для организации интеллектуальных информационных технологий, продукцией которых являются знания в виде управленческих решений, а технологическими процессами - процессы познания. Этот принцип используется для формирования оптимального набора контролируемых объектов, факторов, процессов, свойств в конкретных информационных технологиях.
4. Связанность
«Все связано со всем». Это один из фундаментальных законов, в частности, теоретической семантики. Поэтому данный принцип ставит особый акцент на оптимальном выборе и реализации систем отношений между объектами, их свойствами, а также между свойствами среды функционирования сложных объектов, и взаимосвязь их со свойствами объекта. Реализация принципа создает основу для выявления влияющих факторов, их весов, для учета априорной информации и ее наследования и использования в получаемых решениях, построения прогнозных моделей и сценариев развития событий.
5. Сопряженность
Данный принцип является важнейшим для реализации информационной технологии как целостного объекта. Он позволяет создавать реально управляемую информационную технологию в виде взаимосвязанных (сопряженных друг с другом по принципу «вход- выход») последовательных этапов информационно-технологического процесса. В информационных технологиях, основанных на принципах теории измерений, этот принцип реализован в виде принципа «единства измерений», обеспечивающего процессы взаимоувязки и передачи шкалированных значений измеряемых величин. При реализации в рам-
ках методологии создания информационных технологий этого принципа становится возможным метрологический синтез и оптимизация информационного процесса, аудит качества и рисков решений и управление ими.
6. Сопоставимость
Принцип определяет необходимость обеспечения сопоставимости информационных единиц представлений данных и знаний, нормативов и критериев через системы универсальных единиц, шкал, шаблонов элементов для указанных категорий. Это позволяет разрабатывать информационные технологии для задач измерений, контроля, нормирования, аудита и управления.
7. Синергизм
Соблюдение принципа синергизма обеспечивает методологическую основу для интеграция разнородных потоков данных и знаний, методик, технологий. Этот принцип обусловливает эффективность открытых систем. Эффект синергизма проявляется не только в интеграции потоков данных и знаний о параметрах на этой основе пополнения информационной базы и улучшение информационной ситуации в смысле снятия некоторой неопределенности, но и интеграцию информации от субъективных и объективных источников, например, лица, принимающего решения, экспертов и измерительных устройств. Принцип синергизма, реализуемый в виде интегрирующих свойств информационных технологий - основа реализации процесса познания и является базовым в интеллектуальных технологиях.
8. Сбалансированность
Гармоничность развития методологической базы, модельных представлений, структуры и функций информационных технологий и их эф-
фективности, сложности, полезности, стоимости, востребованности, рентабельности, перспективности.
9. Согласованность
Принцип согласованности определяет необходимость введения единых мер и метрик, систем единиц и шкалы представления свойств объектов, методик метрологической аттестации источников информации, непротиворечивость целей, требований, ограничений и критериев задач.
10. Сходимость
Принцип сходимости результатов решений информационных технологий связан с оценкой устойчивость получаемых решений как решений некорректных задач оценивания, моделирования, прогнозирования свойств, состояний, ситуаций и их взаимосвязей по неполным, неточным экспериментальным и опытным данным и знаниям. Принцип связан прежде всего с контролем и управлением качеством риском и эффективностью решений.
11. Синхронизированность
Актуальность данных и методик и
их актуализация, организация сетевых технологий, распределенных и параллельных информационно-технологических процессов, следование плану и планирование информационного эксперимента, планирование информационно-технологического процесса, составление и реализация расписания работ и этапов информационных технологий, сетевое планирование, управление технологиями и процессами восстановление отсутствующих данных и знаний, событий и ситуаций, построение динамических, ретроспективных, прогнозных моделей базируются на соблюдении принципа син-хронизированности информационных технологий.
12. Скоординированность
Принцип скоординированности понимается здесь в буквальном смысле как реализация топографической основы технологий в географическом или факторном пространстве. По сути он является основой геоинформационных технологий, обеспечивая распределенность решений или информационных технологий в пространстве информационных объектов и единиц.
13. Смежность
Междисциплинарность баз знаний, интеграция информационных технологий, методик, готовых решений прикладных сфер, интеграция их в электронные библиотеки и тренинго-вые подсистемы для решения задач в рамках таких концепций как концепция данного проекта.
14. Стандартизированность
Соблюдение международных стандартов и требований при разработке и тестировании информационных технологий и программных продуктов на их основе. Для прикладных задач данного проекта, которые решаются на базе информационных технологий, этот принцип определяет необходимость привлечения в критериальную базу решений информации международных стандартов, директив, рекомендаций, российских нормативно-методических, информационно-технологических и прикладных сертифицированных руководящих материалов, обеспечение нормативно-правовой основы построения и эксплуатации информационных технологий. При соблюдении принципа повышается эффективность управления созданием технологий, обеспечивается управление качеством решений, затратами, ресурсами, снижение рисков.
15. Специфицированность
Отражение специфичности задач,
целей, объектов, процессов, критери-
ев, подходов. Реализация процесса адаптивности, быстрого реагирования на изменение информационной ситуации, ускорение процесса разработки конечного продукта за счет настройки шаблонов, переход к уникальности информационной технологии, ориентированной на объект, пользователя, задачу.
16. Семантичность
Принцип определяет приоритет смыслового содержания решения и эффективность путей его углубления за счет наглядной интерпретируемости решений, когнитивности, иллюстративности полезности для пользователя, вовлечения творческого подхода и активизации образного мышления пользователя. В процессе этого повышается смысловая нагрузка решений.
17. Совершенствование
Принцип предусматривает необходимость непрерывного улучшения и повышения эффективности информационных технологий в процессе их создания и эксплуатации. Он предполагает предупреждающие и корректирующие действия при создании и управлении информационными технологиями, разработку тре-нинговых подсистем, непрерывный контроль и управление с обратной связью о полученных результатах реализации рекомендованных управленческих мероприятий по развитию и адаптации информационных технологий.
В рамках этого принципа особенно актуальным является создание развивающихся информационных технологий.
КОРОТКО ОБ АВТОРАХ_
Оганесян Армине Сейрановна - кандидат технических наук, доцент, Агафонов Виталий Валерьевич - аспирант, МГИ НИТУ «МИСиС», e-mail: ud@msmu.ru.
UDC 338.45:622.3
SYSTEMS BASES OF MONITORING OF TECHNOLOGICAL OBJECTS OF MANAGEMENT
Oganesyan A.S., Candidate of Technical Sciences, Assistant Professor, Agafonov V.V., Graduate Student,
Moscow Mining Institute, National University of Science and Technology «MISiS», Moscow, Russia, e-mail: ud@msmu.ru.
The author analyzes Bayesian regularizing approach to monitoring flow charts in coal mines. It is emphasized that the effective optimization of financial expenditures is offered by new programming technologies aimed at modernization of production and innovative project development based on information technologies and intelligence systems. Such systems include facilities of automated analysis, estimation of specific manufacturing situations, mapping of risk and potential production growth, multi-criterion selection of promising innovative technologies, matching of cost-effective business plans targeted at peculiar investment objects and investment and innovation projects, and modeling of the investment project implementation scenarios.
Key words: flow chart, system, coal mines, monitoring, Bayesian approach.
