Новая концепция самонастраиваемости MES-Системы для управления электростанциями (часть 1)

Аннотация: В непрерывном производстве управление выпуском продукции основано на расчетах технико-экономических показателей (ТЭП) в реальном времени. Сложность здесь заключается в том, что каждое производство имеет свой уникальный расчет ТЭП, т.к. на каждом предприятии свой набор оборудования и своя технология. Например, в электроэнергетике в России имеется 300 электростанций, среди которых нет даже двух, схожих по технологии и составу оборудования. Поэтому для реализации расчетов ТЭП необходима MES-Система, которая была бы легко адаптируемая к любому предприятию с непрерывным характером производства, а так же к любой электростанции: ТЭЦ, ГРЭС, АЭС, ГЭС, и высокоскоростная для решения оптимизационных задач в реальном времени.

1. Введение

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 «self-*» технологии, т.е. быть самоконфигурируемыми, саморегулируемыми, самоадаптируемыми».

Вот именно согласно этих рекомендаций и создана наша MES-Система. 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 она еще по достоинству не понята и не принята в электроэнергетике. Главное, что данная планка IT 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.

Много раньше ООО «Фирма ИнформСистем» разработала Инновационную MES-Систему «MES-T2 2020» 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. Сама методология построения MES-Системы ориентирована на легкую реализацию любых алгоритмов без программирования. Она содержит полную совокупность современных возможностей. Это - текстовые проекты задач, самонастройка всей системы, аналитика, графика и оптимизация.

2. Концепция самонастраиваемости MES-Системы

Наша новейшая концепция самонастраиваемости на много лет опережает современное мировоззрение построения больших открытых производственных программных Систем и MES-Систем в частности. В данном случае MES (Manufacturing execution system) - это Система управления производством электроэнергии и тепла, которая связывает воедино все бизнес-процессы с производственными процессами электростанции, оперативно поставляя объективную и подробную информацию руководству Генерирующей компании.

А сейчас докажем, что наша Система именно соответствует технологии «self-*». Для этого сравним ее 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 нем изначально имеются ограничения талантливости, т.е. профессиональной ориентации. Таким образом, если ему суждено быть артистом, то он никогда не будет ученым 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 MES-Система также изначально пуста, т.е. ни на что не способна, но в ней заложены в виде EXE-файла все предпосылки для будущей конкретной реализации. MES - это та ориентация, которая в зависимости от обучения может быть использована в различных производственных направлениях. Обучение MES-Системы осуществляется постепенно и может выполняться всегда, даже после того, когда она начнет приносить реальную пользу. В качестве учебников в данном случае выступают текстовые проекты задач. Эти проекты EXE-файл впитывает в себя и тем самым приобретается умелость и эрудиция. И все это абсолютно без программирования.

А сейчас, как говорится, найдите несколько отличий. Оказывается, их просто нет. Поэтому легко можно сделать вывод, что наша MES-Система отождествляется с живым организмом, т.е. она - адаптируема и адаптивна. Получается, что когда великие IT ученые строят планы громадье, мы простые IT инженеры эти планы независимо уже реализовали в «металле», т.е. у нас не только разработана уникальная концепция самонастраиваемости, а вся MES-Система готова к внедрению для электростанций. Но она не просто готова, а уже 3-и года пылится на полке, т.к. электроэнергетика продолжает довольствоваться допотопным Excel или ему подобными вчерашними зарубежными программами.

Как-то по ТВ-каналу «Россия 24» выступал один представитель из высшего эшелона и повествовал, что Россия отстает даже от Бразилии в 5 раз по разработкам и внедрению информационных технологий. Он высказал, что в России не хватает головастых IT специалистов. Но вот мы тут, все такие IT головастые и не можем пробиться, не можем достучаться. Пишем кучу Обращений Президенту РФ и всем остальным во власти. Но нас не слышат.

Выделяются огромные финансовые средства на новые IT разработки. А наша уже давно готовая не может найти себе место под солнцем. Но ведь она годится для всех предприятий с непрерывным характером производства: электроэнергетика, нефтегазовая отрасль, химическая промышленность и т.д. А это половина всей промышленности России, которую можно снабдить MES-Системами. Это ж какой подъем экономики можно достигнуть и вообще без дорогущих IT разработок.

А сейчас непосредственно о самой концепции полной самонастраиваемости MES-Системы. Как говорилось выше, что это EXE-файл, который включает средства настройки и средства функционирования по результатам этой настройки. Настройка осуществляется в процессе компиляции текстовых проектов задач, структура которых очень простая и состоит из описания колонок таблицы и описания строк таблицы. Одна таблица соответствует одной задаче с набором алгоритмов расчета, с экранной формой и с отчетом.

Таким образом, при компиляции проектов автоматически создаются все базы данных, все экранные формы, все расчетные DLL программы, все отчеты. То есть для того, чтобы MES-Система была адаптирована и могла функционировать на конкретной электростанции кроме EXE-файла и текстовых проектов ничего больше не надо. Если же в процессе функционирования MES-Системы необходимо внести коррекцию или дополнение, то корректируется текстовый проект и запускается компиляция на функционирующей MES-Системе. В этом случае все изменения встанут на свои места без потери текущей технологической информации.

В результате концепция самонастраиваемости заключается в том, что сама Система для себя готовит все настроечные данные и сама же по ним работает. Текстовое же описание проекта задач является всего лишь источником узнаваемой информации, как для человека книга на русском языке.

Питер Норвиг определяет современный подход к созданию программных систем следующим образом: «Адаптивное программное обеспечение использует доступную ему информацию из окружающей среды и совершенствует свое поведение». Иначе говоря, в адаптивные программы должна быть заложена такая дополнительная функциональность, которая позволяет им реагировать на изменившиеся требования со стороны окружающей среды без перепрограммирования.

И все это уже есть у нас в России! И все это имеет наша MES-Система! Когда же чиновники и корпорации перестанут с заискиванием использовать западный софт, а примут на вооружение наш отечественный, которого на западе нет и в помине?

3. Невероятные возможности MES-Системы

Когда говорится о невероятных возможностях, то это означает, что такими уникальными способностями обладают единицы. Но сверх невероятными возможностями может обладать только один. Именно такой и является MES-Система «MES-T2 2020». Вы только вдумайтесь в следующие цифры. Общий расчет фактических и нормативных ТЭП средней электростанции происходит менее чем за одну секунду. А данный расчет включает 20000 исходных и промежуточных показателей и 300 нормативных графиков. Вся Система, состоящая из 70 задач, создается с нуля за 30 секунд. В этом случае при компиляции текстовых Проектов автоматически генерируются все составляющие Системы: База данных, Экранные формы, Отчеты и DLL-программы для расчета.

Можно конечно не замечать колоссальных преимуществ данной новейшей Системы и продолжать буксовать в обнимку с Excel или иными устаревшими программами. Но если в Генерирующих компаниях возникнет необходимость по-новому взглянуть на производство электроэнергии и тепла в плане увеличения энергоэффективности электростанций, то без MES-Системы не обойтись. А она вот тут – готовенькая терпеливо ждет своего часа. Она ждет, когда поумнеет менеджмент Генерирующих компаний и захочет с помощью MES-Системы иметь ежегодную дополнительную прибыль в 5-20 миллиардов рублей от экономии топлива. Она ждет, когда Руководству Генерирующих компаний надоест бесконтрольный процесс перерасхода топлива на электростанциях и полное отсутствие достоверной оперативной информации о нем.

Конструктивно MES-Система включает четыре составляющие: Комплекс ПТО (Конструктор АРМов), Приложение SQL Клиент-Сервер, Графический редактор, WEB-Приложение. Основным является Конструктор АРМов. Приложение SQL Клиент-Сервер и WEB-Приложение работают по настройкам этого Конструктора АРМов. MES-Система не имеет своих средств сбора данных непосредственно с датчиков, а осуществляет их импорт из существующих на электростанции автоматизированных средств нижнего уровня: АСУТП, АСКУЭ (электроэнергия), АСКУТ (тепло), АСКУГ (газ) и др. При отсутствии каких-либо исходных данных используется ручной суточный ввод с последующей трансформацией данных на уровень минутных расчетов. Комплекс ПТО (производственно-технический отдел) так назван исторически, т.к. данный программный комплекс разрабатывался более 10 лет и прошел несколько этапов становления от Технологического Офиса до современной MES-Системы.

Конструктор АРМов осуществляет полную адаптацию MES-Системы к условиям конкретной электростанции и может эксплуатироваться в многопользовательской конфигурации Файл-Сервер или Клиент-Сервер без SQL-Сервера. В этом случае Конструктор АРМов выполняет две функции, как рабочее место Администратора MES-Системы для внесения всевозможных коррекций и как толстый Клиент, т.е. с множеством аналитических, оптимизационных и других функций. Но в данном случае есть одна очень важная особенность, что используется Клиент-Сервер 3-х звенной структуры. Подобной конфигурации без SQL-Сервера не может быть ни в одной другой Системе, т.к. это наше ноу-хау. Преимуществами такой конфигурации Клиент-Сервер являются: отсутствие SQL-Сервера, на порядок выше скорость расчета, огромное число аналитики и других возможностей.

Конфигурация Клиент-Сервер 3-х звенной структуры без SQL-Сервера это новое слово в инновационном спиралевидном развитии информационных технологий. В то время, когда все поголовно перешли на Клиент-Сервер с SQL-Сервером, мы по иному представили неограниченные возможности нашей конфигурации Клиент-Сервера с прямым доступом к базе данных без использования медлительного SQL-языка. В данном случае имеется Сервер Информационных баз данных, Сервер Приложений и толстый Клиент. Все расчеты выполняет Сервер Приложений на DLL-программе.

Приложение Клиент-Сервер с SQL-Сервером было разработано в пику IT-бузотерам, которые огульно хаяли Файл-Сервер. Поэтому мы дополнительно в конфигурацию Файл-Сервер добавили Сервер приложений и получили Клиент-Сервер без SQL-Сервера.

Приложение Клиент-Сервер с SQL-Сервером включает тонкий Клиент и Сервер Приложений на DLL-программе. В данном случае SQL-Сервер используется тот, который предпочитает электростанция. В самом начале функционирования на SQL-Сервер закачиваются из Комплекса ПТО все настройки и базы данных, и MES-Система в конфигурации Клиент-Сервер с SQL-Сервером готова к работе.

Графический редактор нами был разработан раньше Комплекса ПТО, как самостоятельный программный продукт для создания архивных тепловых и электрических схем иерархической структуры в векторном формате с возможностью представления динамической информации. В дальнейшем он был модернизирован в содружестве со специалистом из Свердловэнерго. При создании MES-Системы Графический редактор был в нее интегрирован.

WEB-Приложение является экзотическим программным продуктом. Он позволяет размещать в Интернете все расчеты ТЭП с ручным вводом исходных данных и с аналитикой.

Такая многосторонняя реализация MES-Системы позволяет удовлетворить многие потребности Генерирующей компании для экономии топлива с целью увеличения энергоэффективности электростанций и значительно повысить ее привлекательность для инвесторов. На этой MES-Системе также легко реализуются задачи по предупреждению всех Аварийных Ситуаций.

В MES-Системе «MES-T2 2020» все аспекты выполнены по технологии радикальной инновации. Особую роль в Инновационной MES-Системе играют два момента: Самонастройка всего Комплекса ПТО для любых электростанций: ТЭЦ, ГРЭС, ПГУ, ГЭС, АЭС и DLL-программы для расчета.

Самонастройка Комплекса ПТО делает возможность разворачивание большой Автоматизированной Системы от нажатия одной Кнопки. При этом текстовые Проекты технологических задач преобразуются в необходимые составляющие Комплекса: Базы данных, Экранные формы, Отчеты, DLL-программы. Вся настройка Комплекса выполняется за несколько секунд автоматически. Такая мгновенная адаптивность программного Комплекса к постоянно изменяющимся внешним и внутренним факторам позволяет всегда иметь достоверную математическую модель электростанции.

Уникальные DLL-программы автоматически создаются в машинных кодах при компиляции текстовых Проектов. Этим достигается самая высокая скорость расчетов, что обеспечивает реализацию оптимизационных задач динамического программирования на полной реальной модели электростанции.

Можно много говорить и об интеллектуальных возможностях MES-Системы с использованием технологических срезов, и о ХОП (характеристика относительных приростов) оптимизации, и о симплексном методе решения задач линейного программирования, и о решении оптимизационных задач методом динамического программирования с минимаксной стратегией, и об инновационных алгоритмах предупреждения Аварийных Ситуаций. Но остановлюсь лишь на двух немаловажных моментах, т.е. MES-Система «MES-T2 2020» – это полностью наша собственная разработка, аналогов которой нет даже за рубежом, и невероятная легкость внесения изменений в технологические задачи самими технологами электростанций.

В процессе длительной разработки MES-Системы мы осуществляли черновую адаптацию Комплекса ПТО на двух десятках ТЭЦ, ГРЭС и АЭС. И что самое интересное, на каждой электростанции обязательно появлялись свои «хотелки», которые мы моментально реализовывали.

Программа тогда будет полезной на электростанции, когда она способна моментально впитывать все необходимые изменения. Но ведь даже простые расчеты ТЭП не всегда имеют прозрачную реализацию, не говоря уже о постоянных изменениях в технологии самой электростанции. Процесс же составления расчета в текстовом Проекте в MES-Системе и легчайшая отладка этих расчетов выполняется просто играючи. К тому же в расчетах все показатели имеют обычные обозначения, привычные для технологов. Это означает, что все алгоритмы расчетов очень понятны абсолютно всем, а значит, их можно легко и скорректировать.

Вообще-то, можно только гордиться этой российской разработкой, которая вылилась в такую мощную Инновационную MES-Систему для любых непрерывных производств. Продвижение же ее именно для электростанций связано только с огромным опытом работы в электроэнергетике и, особенно, на атомных электростанциях.