Введение к работе
Актуальность исследования. В связи с активным развитием нефтегазовой промышленности, с постоянным ростом масштабов техногенной нагрузки на трудно восстанавливаемую экосистему сформировалось и развивается понятие «Эколого-экономическая система» (ЭЭС). «ЭЭС - совокупность взаимосвязанных объектов производства и природной среды, функционирующих на основе экологической программы, направленной на сохранение и восстановление эколого-экономического равновесия». Современные темпы производства и масштабы работ требуют автоматизировать процесс создания экологической программы предприятия нефтяной отрасли. Проведение реальных экспериментов требует больших затрат и времени, а мера ответственности и степень риска велики. Логично использовать компьютерные модели, интегрированные с информационными подсистемами предприятия. Моделирование ЭЭС – специфическое сложное направление научных исследований, призванное объединить в единую модель ЭЭС компоненты разных подсистем - экологических, экономических, технических, с материальными и информационными потоками в связях. Многие системы моделирования
Stella, Classic, BPWin, ARIS и др., специализированы под определенный класс систем и в ряде случаев оказываются не эффективны: недостаточная компонентная база, отсутствует возможность для ее развития, трудности интеграции моделей подсистем в единую модель ЭЭС. В них отсутствует взаимосвязь с системами автоматизированных вычислений MathCad, MathLab и др., а механическое соединение подобных комплексов не обладает системными свойствами. Решением является использование универсальных языков и систем компьютерного моделирования.
Вопросы развития методических подходов к моделированию эколого-экономических систем в работе основаны на изучение концепции эколого-экономического равновесия Э.В.Балакиной, А.Ю.Журавского, метода потоковых идеограмм В.В.Иванищева, метода компонентных цепей В.М.Дмитриева и среды моделирования МАРС; вопросы организации подсистемы сбора и обработки данных по экологическому мониторингу и программе природоохранных мероприятий основаны на анализе работ С.Л.Белякова, Б.Л.Агранович, Б.А.Ильичева, А.И. Дегтянникова, Н.Г.Маркова, Н.Б.Пыстиной, А.Г.Терещенко и др.
Актуальным является развитие универсальных расчетно-моделирующих систем и методологических подходов для исследования эколого-экономических процессов и автоматизации синтеза экологических программ, направленных на устойчивое развитие нефтегазодобывающих регионов.
Цель и задачи исследования:
Цель данной работы состоит в разработке методики и программных средств имитационного моделирования эколого-экономических процессов на основе метода компонентных цепей для автоматизации синтеза экологических программ предприятий нефтяной отрасли.
Для достижения поставленной цели исследования необходимо решить следующие задачи:
исследовать специфику эколого-экономической системы предприятий нефтяной отрасли, разработать структуру ее компьютерной модели на основе метода компонентных цепей и включить модель в контур управления природоохранной деятельностью предприятий нефтяной отрасти для оптимизации параметров природоохранных мероприятий и синтеза экологических программ;
разработать методику имитационного моделирования эколого-экономических процессов, включая создание компонентов, алгоритмов и программных средств для автоматизированного анализа эколого-экономических систем и синтеза экологических программ;
сформировать универсальную структуру базы данных по экологическому мониторингу и программам природоохранных мероприятий предприятий нефтяной отрасли для организации специализированной информационной подсистемы и автоматизированного формирования итоговой аналитической отчетности;
разработать алгоритм интеграции компьютерной модели эколого-экономической системы и информационных подсистем для параметризации ее компонентов и повышения адекватности результатов моделирования;
на основе анализа показателей экологических программ сформировать критерии оптимизации параметров природоохранных мероприятий с целью достижения эколого-экономического равновесия.
Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются системы управления эколого-экономическими процессами предприятий нефтяной отрасли.
Предметом исследования являются методологические подходы и программные средства для имитационного моделирования эколого-экономических процессов и синтеза экологических программ.
Методы исследования. Для решения задач применялись методы системного анализа, компьютерного моделирования, автоматизации и оптимизации процессов, современные информационные технологии.
Основные научные результаты, полученные автором и выносимые на защиту:
-
Предложенная структура компьютерной модели эколого-экономической системы и встроена в информационно-управляющую систему эколого-экономическими процессами предприятий нефтяной отрасли, основанная на методе компонентных цепей, позволяет сохранить в модели реальную топологию системы, сопрягать модели подсистем и проводить многоаспектные исследования ЭЭС.
-
Разработанная методика имитационного моделирования эколого-экономических процессов, включая модели компонентов, алгоритмы экспериментов и программные средства, позволяет автоматизировать процессы анализа ЭЭС и значительно сократить трудозатраты на синтез экологических программ.
-
Универсальная структура базы данных по экологическому мониторингу и программам ПОМ, используемая для организации специализированной информационной подсистемы предприятий нефтяной отрасли, позволяет автоматизировать процесс и сократить трудозатраты на формирование итоговой аналитической отчетности.
-
Алгоритм интеграции компьютерной модели ЭЭС и информационных подсистем позволяет осуществлять параметризацию модели на основе реальных данных и формировать экологические программы, адекватных реальному состоянию объекта исследования.
-
Предложенные критерии позволяют определить значения эколого-экономических параметров природоохранных мероприятия и создавать на их основе экологические программы, максимально направленные на достижение эколого-экономического равновесия.
Научная новизна результатов:
-
Разработана новая структура компьютерной модели эколого-экономической системы (ЭЭС) на основе метода компонентных цепей, адаптированная для использования в контуре управления эколого-экономическими системами предприятий нефтяной отрасли. Определен базовый состав библиотеки компонентов ЭЭС, включающий компоненты экологической, экономической, организационно-технической подсистем, компоненты для их интеграции и оптимизации параметров природоохранных мероприятий, логические компоненты для синтеза экологических программ.
-
Предложена и исследована оригинальная методика имитационного моделирования эколого-экономических процессов, основанная на расширении формализма метода компонентных цепей и включающая модели компонентов, алгоритмы и программные средства для анализа эколого-экономических систем и синтеза экологических программ.
-
Предложена универсальная структура базы данных по экологическому мониторингу и программам природоохранных мероприятий, основанная на учете информационных потребностей, территориального распределения и структуры производства.
-
Разработан оригинальный алгоритм интеграции компьютерной модели эколого-экономической системы и информационных подсистем, предполагающий сопряжение компонентов информационных подсистем с основными компонентами модели, исходя из их параметров.
-
Определены базовые критерии оптимизации параметров природоохранных мероприятий на основе эколого-экономических показателей экологических программ, включая время выполнения, затраты, эффективность мероприятия и предотвращенный экологический ущерб.
Достоверность результатов диссертации. Достоверность полученных результатов обеспечивается исходными теоретическими, методологическими и практическими данными исследований в области компьютерного моделирования и управления эколого-экономическими системами предприятий нефтяной отрасли и подтверждается использованием современных методов, источников по теме диссертации, апробацией результатов. При разработке программных модулей для среды моделирования МАРС использовались методы объектно-ориентированного программирования.
Практическая ценность работы и реализация полученных результатов заключается в следующем.
-
Разработаны программные средства в составе библиотеки компонентов эколого-экономической системы и критериев оптимизации природоохранных мероприятий среды моделирования МАРС.
-
Разработаны базы данных и программное обеспечение для сбора и хранения данных в составе ПО «Программа природоохранных мероприятий» и ПО «Химико-аналитический мониторинг».
-
Реализован механизм параметризации и интеграции компьютерной модели эколого-экономической системы и информационных подсистем.
-
Компьютерная модель эколого-экономической системы на основе метода компонентных цепей использована для автоматизированного решения задач оптимизации параметров природоохранных мероприятий и синтеза фрагмента экологической программы.
Апробация работы. Основные результаты диссертации были доложены и получили одобрение на международных научно-практических конференциях «Современные направления теоретических и прикладных исследований ‘2009» (Одесса’09), «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири 2010» (Абакан’10); на Всероссийской конференции молодых ученых и специалистов «Новые технологии в газовой промышленности» (Москва’09); на региональных научно-технических конференциях (Сургут’04-06, Ханты-Мансийск’05, 06) и др.
Диссертация выполнена при поддержке Гранта РФФИ № 10-06-00084 «Метод компонентных цепей для компьютерного моделирования и управления эколого-экономическими системами».
Публикации. Основные результаты работы опубликованы в
2 изданиях из перечня ВАК, 10 публикаций в сборниках научных трудов, получены 2 авторских свидетельства на программное обеспечение Роспатент Российской Федерации.
Личный вклад автора.
-
Постановка задач и разработка концептуальных положений диссертации выполнена совместно с научным руководителем д.т.н., профессором В.М.Дмитриевым.
Лично автором получены следующие результаты:
-
Структурно-функциональная схема системы управления эколого-экономическими процессами предприятий нефтяной отрасли.
-
Схема многоуровневой компьютерной модели эколого-экономической системы и расширение языка компонентных цепей для анализа эколого-экономических процессов и синтеза экологических программ предприятий нефтяной отрасли.
-
Критерии оптимизации параметров природоохранных мероприятий, включая время выполнения, затраты, предотвращенный экологический ущерб, эффективность мероприятия, мультипликативный обобщенный критерий оптимизации.
-
Методика имитационного моделирования эколого-экономических процессов, основанная на методе компонентных цепей. Модели компонентов, алгоритмы и программные средства для компьютерной оптимизации параметров природоохранных мероприятий и синтеза фрагмента экологической программы предприятия нефтяной отрасли.
-
Универсальная структура базы данных по экологическому мониторингу и программам природоохранных мероприятий предприятий нефтяной отрасли для эффективной организации и ведения специализированной информационной подсистемы предприятия.
-
Алгоритм интеграции компьютерной модели эколого-экономической системы и информационных подсистем.
-
Реализация программного обеспечения в составе ПО «Программа природоохранных мероприятий» и ПО «Химико-аналитический мониторинг» выполнена совместно с Заика А.А.
-
Реализация программных средств компьютерного моделирования эколого-экономических систем в среде моделирования МАРС проведена совместно с к.т.н. Ганджа Т.В.
Структура и объем работы. Диссертация изложена на 152 страницах и включает: введение, четыре главы, заключение, список литературы (141 наименование), 14 таблиц, 37 рисунков, 6 приложений. Общий объем диссертации составляет 184 страницы машинописного текста.
Похожие диссертации на Алгоритмы и программные средства имитационного моделирования для управления эколого-экономическими процессами предприятий нефтяной отрасли на основе метода компонентных цепей
