Когнитивная виртуальная модель

Главными Инновационными особенностями Когнитивной Виртуальной Модели энергосети являются наилегчайшая адаптивность и наивысшая скорость выполнения расчётов. С огромной уверенностью можно сказать, что адаптивность легче, как и скорость расчётов быстрее реализовать просто не возможно. Здесь нами достигнут экстремум невероятных вершин, покорить которые удалось только нам.

Зачем же нужна сверх легчайшая адаптивность? Все технологические задачи оформляются на простом метаязыке в виде текстовых Проектов, которые с помощью встроенного инструментального средства “Конструктор Проектов” сам Технолог без программистов и без специальных знаний может легко корректировать или создавать новые без ограничений. Подготовленные Проекты, при нажатии на одну кнопку, компилируются. В результате, все изменения или новые задачи автоматически встраиваются в создаваемую или в существующую Систему, обеспечивая надёжное её функционирование.

Но если новые изменения в алгоритмы задач так легко и без ущерба надёжности реализуются, то это значит, что Виртуальная Модель всегда будет строго соответствовать фактической технологии на энергосетях, а, следовательно, и будет приносить наибольшую экономическую выгоду.

Самоорганизующаяся Система способна без участия человека усложнять свою структуру, обеспечивая этим максимальное улучшение потребительских свойств. О реальной же возможности Самоорганизации IT-Систем история до сего момента ещё не знала. Но вот в России Фирма ИнформСистем разработала революционную технологию создания таких Самоорганизующихся Систем, которая используется для реализации Когнитивной Виртуальной Модели Энергосети России.

Краткая суть Самоорганизации заключается в самостоятельном объединении множества задач в одну задачу с оптимизацией и с изменением структуры компьютерного программного кода. Суть же новейшей технологии IT-Самоорганизации в том, что весь конкретный исполнительный программный код для конкретной ситуации генерируется автоматически с текста на метаязыке. При этом создаётся именно такой машинный код со скоростными высочайшими характеристиками, который просто невозможно получить иными средствами, помимо Самоорганизации.

Таким образом, вся Энергосеть России, включая всех Поставщиков электроэнергии (ГРЭС, ТЭЦ, АЭС, ГЭС), всех Потребителей в составе всех населенных и производственных пунктов и все Перетоки, описывается единой Виртуальной Моделью. Это даст возможность быстро получать реальные прогнозируемые результаты при различных управляющих воздействиях с оптимизацией затрат.

Краткое резюме

Разработанная нами Самоорганизующаяся Система Smart-MES предназначена для любых непрерывных производств. Когнитивная Виртуальная Модель всей Энергосети России легко реализуется на данной Системе без программистов. Это даст возможность мгновенно просчитывать тысячи вариантов перед принятием конкретного решения с минимизацией затрат. Реализуемая SmartGrid без Виртуальной Модели будет очень ущербна. Учитывая, что Самоорганизация является главной ступенькой к интеллекту, Когнитивная Виртуальная Модель на Smart-MES может внести свежую революционную струю в развитие SmartGrid.

Описание проблемы

Ученые утверждают, что программное обеспечение должно выйти на следующий виток развития и обрести два новых качества, свойственных живым организмам, – адаптируемость и адаптивность. Основным свойством Систем будущего названа сложность Самоорганизации и поведения. А для этого они должны быть выполнены по технологии Self*, т.е. быть самоконфигурируемыми, саморегулируемыми и самоадаптируемыми.

Поэтому наша Самоорганизующаяся Система Smart-MES полностью выполнена по технологии Self*, что позволит Когнитивной Виртуальной Модели Энергосети достичь невероятных успехов.

Решение проблемы

Методика генерации Самоорганизующихся IT-Систем обязательно должна включать пять следующих этапов:

1) Перевод постановки задачи на метаязык технолога;

2) Преобразование метаязыка на макроязык;

3) Преобразование всех задач на макроязыке в одну задачу;

4) Преобразование единой задачи на язык программирования;

5) Преобразование языка программирования в машинный код.

Здесь понятно, что только первый этап происходит при участии человека, а все остальные этапы выполняются автоматически. Далее поясним подробнее о каждом этапе.

1) Перевод постановки задачи на метаязык технолога

В данном случае используется инструментальное средство (у нас – конструктор текстовых проектов) для оперирования шаблонами с целью максимального облегчения набора алгоритмов технологических задач, которые представляются в табличном виде. Например: колонки обозначают типы оборудования и итог, а строки – показатели.

2) Преобразование метаязыка на макроязык

Во время данного преобразования автоматически формируются все элементы большой Системы: базы данных, справочники, меню задач, экранные формы, расчёты на макроязыке и отчёты. Данный этап необходим для позадачной отладки алгоритмов в режиме интерпретации, т.к. на последующих этапах она не возможна. Здесь каждой клетке экранной формы ставится в соответствие алгоритм расчёта данного показателя.

3) Преобразование всех задач на макроязыке в одну задачу

На данном этапе все таблицы отдельных задач уникально соединяются в одну большую таблицу, а во всех алгоритмах расчёта показателей производится переформатирование адресации.

4) Преобразование единой задачи на язык программирования

Во время этого преобразования полностью ликвидируются рекурсии, в результате чего процесс полного расчёта происходит за один проход сверху вниз. На данном этапе в качестве языка программирования может быть Pascal, либо любой другой язык.

5) Преобразование языка программирования в машинный код

Здесь используется соответствующий транслятор с используемого языка программирования. В нашем случае в результате получается программа DLL, которая может использоваться в качестве сервера приложений.

Игнорирование любого из перечисленных этапов не даст желаемый результат истинной Самоорганизации Системы с возможностью легчайшей адаптации для конкретного производства и высочайшей скорости расчётов. В результате для реализации Самоорганизующейся Системы необходимы два языка верхнего и нижнего уровней Системы. Язык верхнего уровня или инженерный метаязык необходим технологам для формулирования алгоритма задачи. Он максимально приближен к естественному языку. Язык нижнего уровня или макроязык необходим для интерпретационной отладки алгоритмов. Он напоминает одноадресные команды.

В процессе Самоорганизации Системы, которой даёт начало человек либо иной механизм, встречаются две точки бифуркации, в которых происходит изменение структуры от простого к сложному и от хаоса к упорядоченности. В первой точке бифуркации осуществляется самонастройка всей Системы, т.е. преобразование текстовых проектов во все составляющие Системы: базы данных, экранные формы, отчёты, интерпретационные расчёты и др. Во второй точке бифуркации осуществляется самоорганизация всей Системы, т.е. интерпретационные расчёты множества задач преобразуются в одну задачу в машинных кодах c их оптимизацией.

В данном случае максимально возможная скорость расчёта осуществляется формированием одной программы на DLL для всех задач без лишних анализов с одним проходом сверху вниз. Вручную такую огромнейшую программу, включающую миллионы показателей, написать просто не возможно, но если и удастся, то её оперативная коррекция будет вообще не реальна. У нас же она генерируется автоматически.

Описание базовой технологии

Теория моделирования на Системе Smart-MES состоит из нескольких основных Постулатов, направленных на осуществление функционирования полной виртуальной модели энергосети с возможностью оптимизации ресурсов методом динамического программирования.

Постулат 1. Обозначение всех технологических показателей должно быть в виде: <Показатель>[<Объект><Номер>]. Показатель - это обычное инженерное буквенное написание технологического параметра. Объект - это условное обозначение оборудования или участка. Номер - это номер оборудования. Все расчётные алгоритмы должны формулироваться с использованием этих обозначений технологических показателей.

Постулат 2. Все технологические расчёты должны писаться в виде текстового Проекта. Проект задачи должен состоять из двух основных частей: Объекты и Показатели. Объекты - это описание колонок экранных и расчётных таблиц. Показатели - это описание строк экранных и расчётных таблиц в виде: Обозначение, Единица измерения, Наименование и Алгоритм расчёта.

Постулат 3. Вся Система должна автоматически настраиваться при компиляции текстовых Проектов Задач. То есть, должны автоматически генерироваться базы данных, экранные и расчётные таблицы, отчёты и проводник задач. Исполнительный Модуль должен оставаться неизменным и должен функционировать по настройкам Системы.

Постулат 4. По сгенерированным расчётным таблицам должна автоматически создаваться DLL-программа с оптимизацией кода для общего расчёта всех задач. В DLL-программе весь расчёт должен производиться за один проход сверху вниз. Динамическая оптимизация многовариантности должна производиться на этой DLL-программе.

Постулат 5. Все нормативные графики работы оборудования должны вводиться в графическом виде и автоматически оцифровываться для использования их в расчётах.

Постулат 6. Все технологические алгоритмы в виртуальной модели должны соответствовать текущим расчётам энергосети.

Схематично суть Самоорганизации структуры программного кода выглядит следующим образом:

Система до Самоорганизации: S1 = Суммаi (Суммаj (k))

Система после Самоорганизации: S2 = K

При этом: R(S1) = R(S2); T(S1) / T(S2) = 1000

Здесь: i – множество задач, j – множество возвратов расчёта интерпретационной задачи из-за вычисления данного аргумента ниже, k – прямой код отдельных кусков программы, K – целостный прямой программный код всей Системы, R – результат расчёта, T – время расчёта.

Как видим, что игра стоит свеч, раз в результате Самоорганизации получается такой скоростной колоссальный выигрыш в обработке информации, а конкретнее, в промышленных расчётах технико-экономических показателей, в составлении математических моделей, в решении оптимизационных задач методом динамического программирования, в построении искусственного интеллекта для реализации когнитивных функций и т.д.

Описание решения

Особым достоинством данной технологии Самоорганизации Системы в том, что она предоставляет абсолютную программную надёжность при любом количестве реализуемых технологических алгоритмов расчёта для любого производства. Дело в том, что данная Система состоит из двух условных философских категорий: базис и надстройка.

Базис – это исполнительный EXE-модуль, который абсолютно не имеет технологической начинки. Надстройка – это текстовые проекты технологических задач. Базис всегда не изменен, т.к. является прерогативой разработчика. Надстройка же подвержена постоянным изменениям, и является прерогативой технологов для развития производственных расчётов.

Таким образом, базис создаёт надстройку, и вместе с ней в дальнейшем функционирует. Поэтому надстройка определяет сам базис. Иными словами, текстовые проекты технологических задач определяют область использования и обеспечивают реальное функционирование EXE-модуля.

САПР по данной методике позволяет генерировать информационные Системы в любом количестве и любого объёма для любых предприятий любой промышленности, включая оборонную. Данный САПР легко справится с любыми расчётными задачами и с любыми динамическими экономико-технологическими математическими моделями, особенно для предприятий с непрерывным характером производства.

В этом случае при легчайшей адаптации замысел технолога без участия программистов моментально претворяется в работающий софт. Необходимые текущие изменения в алгоритмы расчёта или добавление новых задач мгновенно реализуются в темпе функционирования Системы без потери текущих технологических данных. Для конструирования текстового проекта задач используются готовые шаблоны, а сам инженерный язык технолога доступен даже школьнику. Понятийная строка в проекте состоит из тривиальных составляющих: обозначение показателя, наименование, единица измерения и алгоритм расчёта, при этом все показатели в алгоритме имеют привычные для технологов обозначения.

Промышленные IT-Системы должны быть призваны улучшить экономику России за счёт своей Самоорганизации. А это адаптивное моделирование, САПР, оперативное управление производством продукции, создание искусственного интеллекта, реализация когнитивных функций, да и много ещё каких идей может возникнуть в результате освоения Самоорганизации. Например, Система может иметь “глаза и уши” и самостоятельно реагировать на производственный контекст или на меняющуюся ситуацию и посредством Самоорганизации менять без участия человека исполнительный программный код. Тоже самое и для оборонки она способна мгновенно создавать математические модели новейшего оружия.

Самоорганизация в IT – это совершенно иной взгляд на создание IT-Систем, когда словно по волшебству при нажатии на одну кнопку из текстовых проектов технологических задач, т.е. фактически из нуля создаются все элементы большой Системы: базы данных, экранные формы, отчёты и расчётные DLL-программы. Такое молниеносное создание необходимых для промышленности больших Систем и мгновенное внесение в неё любых изменений делает возможным максимально сократить время от замысла до реализации, что очень важно при динамическом развитии промышленности, включая оборонную.

Архитектура решения

Основные положения концепции Виртуальной Модели (ВМ).

1. ВМ – как технологическая схема. Виртуальная Модель энергосети – это система программных элементов (объектов), отражающая типовую технологию работ в рамках конкретной энергосети.

2. ВМ – как инструмент автоматизации. ВМ создается бизнес-аналитиками, как инструмент оптимизации процесса автоматизации данной энергосети.

3. ВМ – как схема учета. Операции над виртуальными объектами позволяют представить весь жизненный цикл реальных объектов: планирование, создание, использование, реконструкцию, ремонт.

4. ВМ – как модель эффективного управления. ВМ в качестве Модели описывает все бизнес-процессы энергосети, с точки зрения автоматизации информационных потоков.

5. ВМ – как средство оптимизации. Манипулирование виртуальными объектами подразумевает управление реальными ресурсами энергосети, только опосредованно. Но именно эта дистанция и позволяет рассчитывать варианты жизненного цикла энергосети и сравнивать эти варианты между собой, в поисках оптимального решения.

Основные принципы Виртуальной Модели.

1. Принцип информационной достаточности. При полном отсутствии информации о конкретной энергосети построение ее Модели невозможно. Существует некоторый критический уровень априорных сведений о расчётах (уровень информационной достаточности), при достижении которого может быть построена ее адекватная Модель.

2. Принцип осуществимости. Виртуальная Модель обеспечивает достижение поставленной цели исследования с вероятностью, существенно отличающейся от нуля, и за конечное время.

3. Принцип множественности моделей. Данный принцип является ключевым. Речь идёт о том, что Модель отражает в первую очередь те свойства реальной энергосети, которые влияют на выбранный показатель эффективности. Соответственно, при использовании любой конкретной Модели познаются лишь некоторые стороны реальности. Для более полного её исследования необходим ряд Моделей, позволяющих с разных сторон и с разной степенью детальности отражать рассматриваемый процесс.

4. Принцип агрегирования. В большинстве случаев энергосеть можно представить состоящей из агрегатов, для адекватного математического описания которых оказываются пригодными некоторые стандартные математические схемы. Принцип агрегирования позволяет, кроме того, достаточно гибко перестраивать Модель в зависимости от задач исследования.

5. Принцип параметризации. В ряде случаев моделируемая энергосеть имеет в своём составе некоторые относительно изолированные подсистемы, характеризующиеся определенным параметром, в том числе векторным. Такие подсистемы можно заменять в Модели соответствующими числовыми величинами, а не описывать процесс их функционирования. При необходимости зависимость значений этих величин от ситуации может задаваться в виде таблицы, графика или аналитического выражения (формулы). Принцип параметризации позволяет сократить объём и продолжительность моделирования.

Технические характеристики

Самоорганизация обязательно привносит в Систему новое качество, которое без этой Самоорганизации в принципе быть не может. Например, необходимо рассчитывать в реальном времени 500000 показателей, которые сосредоточены в 1000 задачах (отдельных программах). Но даже на современном компьютере это оперативно выполнить не возможно, т.к. их решение занимает более 2-х часов. А Система, созданная по нашей Методике Самоорганизации, легко это реализует всего за 10 секунд, т.е. где-то в 700 раз быстрее.

Научная новизна

Суть Самоорганизующейся Smart-MES образно можно представить в виде огромного аморфного куба знаний, который первоначально состоит из множества маленьких рассыпанных аморфных кубиков. При сигнале на Самоорганизацию все эти аморфные кубики самостоятельно сливаются между собой, создавая один огромный куб.

Вся прелесть данной конструкции Системы заключается в том, что огромный куб ориентирован только на высочайшую скорость обработки информации, а каждый маленький кубик предназначен только для легчайшей адаптивности.

Новый научный принцип

Новый научный принцип заключается в IT-Самоорганизации, которая есть только у нас.

Особенностью проблем с обработкой Больших Данных заключается в том, что эти Системы или легко адаптивны, но с низкой скоростью выполнения расчётов, или если Системы с высокой скоростью расчётов, то они абсолютно не адаптивны. В этом случае только IT-Самоорганизация позволяет совместить совсем несовместимое, т.е. легчайшую адаптивность и высочайшую скорость выполнения расчётов.

В наше динамичное время необходимо в экономике контролировать в реальном времени триллионные объёмы показателей для оптимального прогнозирования своих действий.

Ведь до сих пор никто не знал, как подступиться к IT-Самоорганизации. В Интернете существует огромная масса научных и заакадемизированных статей, по которым абсолютно нельзя выйти на данный вектор. Но вот мы указали реальный путь с практическим подтверждением, по которому сейчас успешно может идти каждый разработчик софта.

Суть IT-Самоорганизации очень проста и заключается в следующем: Множество малых задач посредством трансформации сливаются в одну большую задачу с оптимизацией программного кода. В данном случае, какая структура этого программного кода получится, никто не знает, но, что гарантированно известно, что это самый лучший код и его человеку создать просто не возможно. Почему нужно так, а не иначе? Дело в том, что каждая маленькая задача очень проста в адаптации и в отладке, а большая единая интегрированная задача является максимально скоростной.