Самоорганизация IT-Систем для электростанций: введение и заключение

Введение

Андрей Масалович, Президент Консорциума «Инфорус» на одной из IT-выставок как-то заявил: «Я обращался к стендистам IT (Информационные Технологии), искал в ФЦП (Федеральная целевая программа) экспортную составляющую, но, как оказалось, не то что экспортной составляющей ни в одном IT-решении не было, но они и тиражирования не выдержали бы. То есть любой пилотный проект, разработанный для какого-нибудь региона, не сможет быть инсталлирован в соседнем регионе без кардинальной переделки».

Академик Андрей Петрович Ершов на это сказал: «Вы знаете, мы тут анализируем отдельные IT-компоненты, но забываем, что сумма компонентов образует вектор, а у вектора появляется новое качество - направление. Так вот, мы не отстаём - мы идём не туда».

Выше приведённые высказывания были озвучены в 2004 году. А что сейчас? Ведь всегда подразумевалось, что вся передовая информационная технология идёт из Москвы. Но вот мне попались два Технических Задания (2009 год) для расчёта ТЭП (в одном случае: ПГУ в Мосэнерго, в другом: ГРЭС в ОГК-2), разработанных для тендеров московскими IT-организациями, явно под себя.

Привожу лишь несколько выдержек: «характеристики оборудования должны быть в виде количественных зависимостей» (т.е. полиномов), «при создании комплекса разрабатываются следующие программные модули», «разработка программного кода». Но эти IT-организации на этих же электростанциях и для этой же цели разработку и внедрение программного кода уже раньше выполняли.

Такое было и 20 лет назад и продолжается сейчас. А что собственно нового и инновационного? Ничего. Добавится новое оборудование на электростанции и для реализации расчёта ТЭП (Технико-Экономические Показатели) опять необходимы Техническое Задание с тендером и с разработкой нового программного кода.

Но разрабатывать в наше время программный код прямого действия для расчёта ТЭП работы оборудования электростанции да и для других переделов это профанация. То же самое и использование полиномов для характеристик оборудования.

На портале «Открытые системы» в статье Леонида Черняка «Адаптируемость и адаптивность» говорится следующее:

«Рано или поздно программное обеспечение все же должно выйти на следующий виток эволюционного развития и обрести два новых качества, свойственных сложным техническим системам и живым организмам, – адаптируемость и адаптивность. Основным свойством систем будущего названа сложность организации и поведения. В то же время они должны строиться из простых и не очень надежных компонентов, быть несложными для пользователя, администратора и проектировщика. А для этого они должны быть выполнены по технологии «Self-*», т.е. быть самоконфигурируемыми, саморегулируемыми, самоадаптируемыми».

Вот именно согласно этих рекомендаций и создана наша самоорганизующаяся система Smart-MES. Понятно, что мы, не зная всех этих мудреных научных прогнозов, долго шли своим путем, но вышли куда следует и намного раньше других IT-разработчиков в России и за рубежом. И совсем не страшно и не обидно, что наша система еще по достоинству не понята и не принята. Главное, что данная планка IT нами настолько высоко поднята, что не считаться с этим уже будет не возможно. А это значит, что мы совершили революцию в технологии разработки больших информационных систем.

ООО «Фирма ИнформСистем» (Россия, Екатеринбург) разработала инновационную систему Smart-MES (MES-Система) «MES-T2 2020» (Свидетельство Роспатента №2014618991 о государственной регистрации программы для ЭВМ, 2014 г.) для реализации технологии экономии топлива и для увеличения энергоэффективности тепловых и атомных электростанций при автоматизации расчетов фактических и нормативных ТЭП в реальном времени. Она предназначена также для реализации технологии безаварийной эксплуатации атомных энергоблоков, и которая может обеспечить предупреждение всех аварийных ситуаций на АЭС, ТЭЦ и ГРЭС. Именно данная система может быть задействована в мультиагентной технологии для когнитивного управления Генерирующими и Сетевыми компаниями.

Сама методология построения системы Smart-MES ориентирована на легкую реализацию любых алгоритмов без традиционного программирования, т.е. без использования программистов. Она содержит полную совокупность современных возможностей. Это - текстовые проекты задач, самонастройка и самоорганизация всей системы, аналитика, графика и оптимизация.

А сейчас покажем, что наша система именно соответствует технологии «Self-*». Для этого сравним её с живым организмом, т.е. с человеком.

Человек, рождаясь, ничего не умеет делать и ничего не знает, хотя в его организме заложены все фундаменты и составляющие для будущей умелости и будущей эрудиции. Однако, в нём изначально имеются ограничения талантливости, т.е. профессиональной ориентации. Таким образом, если ему суждено быть артистом, то он никогда не будет учёным или хорошим инженером. Человек учится постепенно всю жизнь, даже когда начинает работать. Знания человек получает с помощью учебников, т.е. посредством определенных инструкций и алгоритмов.

Наша Smart-MES также изначально пуста, т.е. ни на что не способна, но в ней заложены в виде EXE-модуля (исполнительный файл) все предпосылки для будущей конкретной реализации. MES (Manufacturing Execution System – система управления производственными процессами) – это та ориентация, которая в зависимости от обучения может быть использована в различных производственных направлениях. Обучение Smart-MES осуществляется постепенно и может выполняться всегда, даже после того, когда она начнёт приносить реальную пользу. В качестве учебников в данном случае выступают текстовые проекты задач. Эти проекты EXE-модуль впитывает в себя и тем самым приобретается умелость и эрудиция. И всё это абсолютно без программирования.

А сейчас, как говорится, найдите несколько отличий. Оказывается, их просто нет. Поэтому легко можно сделать вывод, что наша система Smart-MES отождествляется с живым организмом, т.е. она - адаптируема и адаптивна.

Так получилось, что когда великие IT-учёные строят планы громадьё, мы простые IT-инженеры эти планы независимо уже реализовали в «металле», т.е. у нас не только разработана уникальная концепция самоорганизации IT-систем, а система Smart-MES готова к внедрению на любых электростанциях в России и за рубежом, да и на иных непрерывных производствах.

Вопрос реальности продвижения тенденции самоорганизующихся IT-систем хорошо описал С.А. Мартынов в книге «Инновационная экономика (Дорожная карта 2040)»: «Никто и ничто не способно противостоять идее, время которой пришло!» Но здесь вопрос лишь в том, кто воспользуется данной готовой идеей: Россия или Запад, Правительство или Олигархи? А время для самоорганизующихся IT безусловно пришло, т.к. застой в IT излишне затянулся.

Заключение

Дмитрий Медведев на заседании правительства 25.10.2013 особое внимание уделил вопросу развития информационных технологий. Председатель кабинета министров уверен в том, что от правильного вектора развития IT-технологий зависит будущее России и её конкурентоспособность на международном рынке.

Принято считать, что наш рынок информационных технологий отстает от зарубежного примерно лет на пять. Но и в отношении импортного софта учёные также делают вывод, что в настоящее время практически нет программных систем со свойствами самоорганизации. Таким образом, создание программных самоорганизующихся систем является делом далёкого будущего и, возможно, ознаменует собой третью революцию в области ПО.

Но оказывается, что третья революция в области ПО уже свершилась, и она ознаменовалась разработкой именно в екатеринбургской Фирме ИнформСистем инновационной самоорганизующейся системы Smart-MES «MES-T2 2020». Данная система уже сейчас с огромным успехом может быть использована для реализации технологии экономии топлива на любых ТЭЦ и ГРЭС и для осуществления абсолютно безаварийной эксплуатации АЭС.

Таким образом, в части создания самоорганизующихся производственных MES-Систем Россия не просто не отстаёт от зарубежных технологий, а значительно их опережает. Но этот факт пока не осознают в Генерирующих компаниях. А могли бы воспользоваться этим для увеличения своей прибыли и своего имиджа. Ведь то, что может Smart-MES, далеко не может ни одна другая система, ни в России, ни за рубежом.

Нас часто приглашают участвовать в конкурсах и интересуются о нашем положительном внедрении. Но в фиктивных конкурсах мы больше не участвуем и наш последний опыт пока не раскрываем. Мы будем сотрудничать только с теми, кто сделает ставку именно на нас, кто захочет получать дополнительную прибыль от экономии топлива, кто вместе с нами будет заинтересован в успехе.

Суть технологии создания самоорганизующегося ПО

Данная технология представляет собой многоступенчатое автоматическое преобразование фактически книжного инженерного текста формулирования технологической задачи в исполнительный программный код с одновременным формированием всех элементов большой Системы от базы данных до отчётов. В процессе данного преобразования легко читаемый текст задачи преобразуется сперва в язык интерпретатора для отладки задач, а затем в Паскаль с оптимизацией кода и, наконец, в DLL программу. И всё это происходит за несколько секунд без участия человека.

Другими словами Система обучается конкретным навыкам за несколько секунд. При этом объём закладываемых знаний ничем не ограничен. Все эти знания можно мгновенно удалить и загрузить новые. Такая динамичность даёт огромные возможности учёным в создании искусственного интеллекта для реализации эвристических функций. Данная технология может быть использована в любой промышленности, включая космическую и военную. Ведь все новые технологические задачи решаются быстро и без программирования.

В данном случае компьютерная платформа не имеет никакого значения. Разработанная же нами система Smart-MES или MES-Система (Manufacturing Execution System – система управления производственными процессами) является лишь опытным образцом и доказательством осуществимости принципов самоорганизации Систем.

Коротко о системе Smart-MES «MES-T2 2020»

Система внешне состоит из исполнительного модуля и набора текстовых описаний. Исполнительный модуль в части технологического функционала абсолютно пуст, т.е. для выполнения конкретной полезной работы его следует обучить. Процесс обучения происходит через Текст.

Таким образом, в философском плане наша Система в исходном положении состоит из двух логических элементов: базис (EXE) и надстройка (Текст). Базис представляет собой программный скелет или сущность информационной Системы. Надстройка – это совокупность алгоритмов на инженерном языке, порожденных базисом и активно влияющих на него. Другими словами, EXE подготавливает Текст, по этому Тексту он формирует базы данных и шаблоны экранных форм и отчётов, а также DLL для расчётов, и, используя это окружение, EXE функционирует для выполнения производственных задач.

Здесь исполнительный модуль является полностью прерогативой разработчика и к конкретному технологическому объекту не имеет отношения. Текст же наоборот является прерогативой пользователя, который на инженерном языке формулирует технологические задачи для конкретного объекта. Этим достигается независимое постоянное развитие системного и технологического функционала, что и обеспечивает высочайший уровень надёжности и эффективности Smart-MES.

Данная Система предоставляет наиболее приближенный к реальности язык формулирования технологических задач в табличном виде. Наша Система постоянно развивается путём выпуска новых версий. Поэтому, для приобретения нового системного функционала Пользователям достаточно просто заменить EXE. Текст же позволяет самим Пользователям без ограничений увеличивать технологический функционал.

Таким образом, Smart-MES позволяет создание большой работающей Системы от нажатия одной кнопки. В этом случае при компиляции Текста автоматически создаются все составляющие: базы данных, справочники, меню, экранные формы, отчёты, DLL для расчёта и Сервер приложений.

Smart-MES включает 4-е составляющие: Конструктор АРМов, SQL-Приложение, WEB-Приложение и Графический Редактор. Внесение любых изменений в алгоритмы расчёта осуществляется за 5 секунд. 20000 технико-экономических показателей рассчитываются меньше одной секунды.

Основные преимущества системы Smart-MES:

1) Описание набора технологических задач на простом человеческом МЕТА языке в текстовом редакторе в виде Проекта;

2) Автоматическая настройка всей cистемы с текстового описания, т.е. автоматическое создание Проводника задач, Информационных баз данных, Экранных таблиц и Отчетов;

3) Автоматическое создание скоростных расчетных DLL-программ;

4) Реализация оптимизационных задач: Симплекс-методом, ХОП-методом (Характеристика Относительных Приростов) и методом Динамического программирования;

5) Автоматическая настройка Приложения Клиент/Сервер с любым SQL-Сервером (MS SQL Server, Oracle, Interbase, MySQL, Informix и др) по 3-х звенной структуре;

6) Автоматическая настройка WEB-Приложения для расчетов в Интернете.

Реализация Системы Smart-MES возможна в 2-х модификациях: Клиент-Сервер с 3-х звенной структурой без SQL-Сервера и Клиент-Сервер с 3-х звенной структурой с SQL-Сервером. 3-х звенная структура означает, что в обоих случаях имеется сервер Приложений общих расчетов ТЭП, который выполнен на DLL-программе, формируемой автоматически. Клиент-Сервер с SQL-Сервером работает с любым SQL-Сервером (Firebird, MS SQL-Server, Oracle, Interbase, MySQL, PostgreSQL и др.). Структура Клиент-Сервер с SQL-Сервером автоматически настраивается по настройкам Комплекса.

Основными инновациями в Smart-MES являются: адаптируемость и скорость. Легкая адаптация Smart-MES к любому предприятию достигается тем, что все технологические задачи оформляются в виде текстовых Проектов на очень простом МЕТА языке, а все составляющие системы Smart-MES (Базы Данных, Экранные Формы, Отчеты, Расчетные DLL-Программы) автоматически генерируются при компиляции этих Проектов. Высочайшая скорость выполнения общих расчетов, т.е. сразу всех задач по фактическим и нормативным ТЭП, обеспечивается одной DLL-программой, которая автоматически генерируется с оптимизацией кода. Другими словами, быстрее выполнить расчет просто невозможно.

Немаловажным конкурентным преимуществом является и то, что Smart-MES является единственной отечественной самоорганизующейся системой, предназначенной для электроэнергетики и иных любых непрерывных производств. Отличие её от зарубежных систем заключается в том, что она легко адаптируемая и высокоскоростная.

Практическое использование самоорганизующейся Smart-MES

Интеллектуальная самоорганизующаяся система Smart-MES, используя график поставки электроэнергии и тепла, с помощью базы знаний безошибочно будет подсказывать наилучшие решения в конкретных производственных ситуациях, а мониторинг текущего перерасхода топлива в реальном времени будет способствовать его экономии. А это уже наивысший уровень организации управления электростанцией.

В мультиагентной системе одно и тоже ПО Smart-MES может использоваться в качестве агентов для котлов, для турбин, для отпуска тепла и для отпуска электроэнергии, для учёта потерь и для учёта собственных нужд, для химводоподготовки, для станционных фактических ТЭП и для нормативных ТЭП. Эти агенты могут контролировать состояние трубопроводов и износ оборудования, и многое другое. Все агенты между собой связаны протоколами постоянного обмена. Все агенты работают параллельно в реальном времени и все в комплексе нацелены для достижения максимальной прибыли от производства электроэнергии и тепла.

Серьёзное восприятие нами созданной Теории аварий и возможности самоорганизующейся системы Smart-MES по предупреждению аварийных ситуаций позволит совершенно по-новому взглянуть на эти разрушительные процессы и сохранить миллиарды рублей, которые необходимы для созидательной деятельности общества. Согласно этой Теории для аварии необходимы несколько некорректных возмущений, которые появляются самопроизвольно в различные периоды. И если мы своевременно ликвидируем первое возмущение, то и спасём АЭС от аварии.

В современных расчётах ТЭП на всех электростанциях собраны самые негативные стороны. При этих условиях, говорить о повышении энергоэффективности тепловых электростанций вообще проблематично. Выход заключается только во внедрении беззатратной технологии экономии топлива на самоорганизующейся системе Smart-MES. Расчёт показателей по перерасходу топлива должен производиться только на каждом получасовом интервале. Все сменные, суточные, декадные, месячные, квартальные и годовые ТЭП (Технико-Экономические Показатели) должны получаться из получасовых значений методом накопления (суммированием, усреднением или взвешиванием), а не расчётом по формулам. Существующие же повсеместно месячные расчёты ТЭП не верны, т.к. для вычисления нормативных ТЭП используются нелинейные энергетические характеристики оборудования.

Все эти и многие другие проблемы легко может решить Инновационная Самоорганизующаяся Система Smart-MES.