Введение к работе
Актуальность работы. Система централизованного теплоснабжения (СЦТ) представляет собой комплекс различных сооружений, установок и устройств, технологически связанных между собой в производстве, транспортировке, распределении и потреблении тепловой энергии. Одним из основных элементов СЦТ являются тепловые сети (ТС)- система соединенных между собой участков теплопроводов, по которым тепло с помощью теплоносителя (обычно горячей воды) транспортируется от источника тепла к его потребителям. Тепловая сеть как элемент большой системы энергетики - СЦТ, в свою очередь, является большой системой и представляет собой сложный объект управления. Каждая отдельно взятая ТС имеет свою уникальную структуру, конструктивные особенности, способ и условия прокладок, особенности режимов функционирования. Сети создаются для обеспечения надежной и бесперебойной транспортировки тепловой энергии и, как элемент СЦТ, постоянно подвержены эволюционным изменениям. Непрерывный ремонт, присоединение новых потребителей тепла, реконструкция или замена оборудования, зависимость режимов работы от времени года, погоды, делает тепловые сети динамически развивающимся объектом и ведет к значительным трудностям в достижении априорной полноты описания его функционирования.
Развитие организационных структур предприятий тепловых сетей Курского, Воронежского, Белгородского и др. регионов за последнее десятилетие демонстрирует стремление к обеспечению энергосберегающего режима основной технологии. Это проявляется в реальном смещении функциональной нагрузки большинства подразделений предприятия в сторону обеспечения выполнения задачи безаварийного функционирования ТС, оперативного поиска и устранения аварий путем преобразования аварийно-восстановительных служб в аварийно-диспетчерские службы оперативного назначения, широкого внедрения мероприятий по снижению аварийной обусловленности. Наиболее важной частью реального функционирования СЦТ является работа по предупреждению потенциально возможных отказов и осуществления превентивной защиты от их появления, то есть прогнозирование состояния элементов тепловых сетей.
Прогнозирование - это автоматизация части психических усилий человека в управлении производством. Поэтому вполне уместно при создании практических методик прогнозирования основываться на тех направлениях лингвистического прогнозирования, которые создают условия автоматического исполнения прогнозирующих процедур. Автоматического не только в плане механического исполнения даже низко квалифицированным работником, а буквально посредством технических устройств, вплоть до исключения человека из технологического процесса производства. Таким образом, проблема создания автоматизированных средств лингвистического прогнозирования, направленных на обеспечение рационального энергосберегающего режима функционирования СЦТ, является
актуальной. Исходя из этого, объектом исследования в данной работе являются элементы тепловых сетей системы центрального теплоснабжения, а предмет исследования - прогнозирование в составе АСУ в процессе функционирования СЦТ.
Целью диссертационной работы является разработка методики, которая, базируясь на технологии лингвистического прогнозирования, обеспечивает создание в составе автоматизированной системы управлеїшя СЦТ средств обнаружения потенциально возможных нарушений режимов функционирования к осуществления превентивной защиты от их появления на основе причинной модели состояния элементов тепловых сетей.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
анализ состояния решения вопросов прогнозирования при функционировании элементов тепловых сетей;
определение базиса и структурной основы прогнозирования, его целей, места в структуре системы управления, а также роли и значения человеческого фактора и языка представления и использования знаний для формирования прогноза;
разработка структуры причинной модели, основанной на близком к естественному языковом описании состояний, событий и ситуаций, исследование ее свойств, определение основных направлений ее трансформации в формальные синтаксические конструкции и формулировка рекомендаций по построению прогнозирующего текста;
создание формальных процедур прямой лингвистической реализации прогнозирующего текста построенного на основе причинной модели;
реализация предлагаемой методики при создании системы прогнозирования в АСУ СЦТ.
Методы исследования. При решении поставленных в реферируемой работе задач применялись методы структурной лингвистики, представления знаний в человеко-машинных системах, создания экспертных систем, теория исчисления предикатов, теории нечетких множеств, теории распознавания образов.
Научная новизна. В диссертационной работе предложен подход к построению подсистемы прогнозирования в составе АСУ СЦТ, отличительной особенностью которой является использование описания на языках, близких к естественным, которые могут оперировать с нечетко выраженными понятиями, целями, ситуациями, событиями, при этом представляется возможность отражения динамики не только ситуаций, но и структуры системы «объект - среда».
Показано, что экспертная составляющая прогнозирования, выступая в роли функционального источника автоматизации, обуславливает не только большинство возможностей предприятий СЦТ, но и развитие мх автоматизации.
Обоснована необходимость:
- непосредственного участия человека в качестве эксперта в структуре прогнозирования состояния элементов тепловых сетей;
- выбора способа представления знаний, который должен обеспечить
не только эффективность прогнозирования, но и возможность создания
интерактивного интерфейса и его языково-технической поддержки.
Предложена тактика прогнозирования состояния элементов тепловых сетей, основанная на причинной модели, которая:
характеризуется принадлежностью к процессу контроля, изменением порядка восприятия прогноза, объектной либо структурной ориентацией, смысловой достоверностью, неопределенностью глубины ретроспекции, обозримостью и языковой определенностью;
допускает совместное использование исчисления предикатов и теории нечетких множеств, которые образуют звенья единой подчшштельной цепи со значительной глубиной синтаксической перспективы;
является простейшей лишь в структурном аспекте.
Показано, что прогнозирование на основе причинной модели и ее прямая лингвистическая реализация - это созданное человеком материальное образование, которое не может осуществляться без него, и призвано автоматизировать какую-то часть его деятельности и усилий по достиже-тпо прогноза с целью обеспечения безаварийной работы СЦТ.
Практическая ценность работы состоит в том, что предложенная методика может применяться при создании и эксплуатации подсистем прогнозирования в составе автоматизированной системы управления СЦТ. В данной методике реализована технология контроля за состоянием элементов тепловых сетей на основе причинной модели (прогнозирующего текста), доказана и практически обоснована возможность встраивания прогнозирования в структуру управления техпроцессами в СЦТ как программной системы реального времени.
Существенным является также практическое обоснование возможности создания алгоритма прогнозирования с использованием инструментальных методов проектирования нечетких алгоритмов, которые включают систему редакторов, позволяющих в графическом виде вводить и редактировать скелетную схему языка, описывать лингвистические пе-ремешше, предикатные и функторные выражения.
Реализация работы. Диссертация выполнена на кафедре программного обеспечения вычислительной техники и автоматизированных систем Белгородской государственной технологической академии строительных материалов в соответствии с тематикой работ, проводимых в г/б лаборатории «Интегрированные АСУ» (№г/рег.01.95.0000245, 93-6-14) межвузовской НТП «Архитектура и строительство», областной программой «Энергосбережение» и хоздоговорной тематикой МУЛ «Горгеплосети» г.Белгорода (32/96 «Автоматизация процессов контроля и прогнозирования функционирования тепловых пунктов» ).
Публикация работы. По теме диссертации опубликовано 9 работ.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на всероссийских и международных научно-технических конференциях.
II Международная научно-практическая конференция - школа-семинар молодых ученых, аспирантов и докторантов «Сооружения, конструкции, технологии и строительные материалы XXI века» (Белгород, 1999 г.); Российско-датский семинар «Управление эффективностью потребления энергоресурсов. Энергоаудит промышленных предприятий (г.Санкт-Петербург, 1999 г.), Научно-практическая конференция ВВЦ «Энергосбережение на рубеже веков» (Москва, 1999 г.)
На защиту выносятся:
I.Новая методика создания подсистемы прогнозирования в составе АСУ СЦТ.
-
Причинная модель прогнозирования состояния элементов тепловых сетей как прогнозирующий текст, в котором предложения составлены на языке, близком к естественному, с придаточным обстоятельства причины.
-
Алгоритм построения причинной модели прогнозирования: ее структура, свойства, пути реализации, конкретизации понятий и составления прогнозирующего текста для элементов СЦТ.
-
Технология контроля за состоянием элементов тепловых сетей и прогнозирования на основе причинной модели, которая предполагает прямую лингвистическую реализацию прогнозирующего текста формальными средствами языков, допускающих наличие нечеткого предиката, присутствие недостоверности и развитие прогнозирования в реальном времени.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и приложения. Общий объем диссертации 178 с, из них IS рисунков, 8 таблиц, список литературы из 173 наименований, приложение на 23 с.