Самоорганизация IT-Систем для электростанций

Принципы разработанной нами самоорганизующейся системы Smart-MES для электростанций с успехом можно использовать для глобального проекта, пригодного для любой промышленности.

Цель проекта

Создание самоорганизующейся информационной системы для всей промышленности, которая позволяла бы мгновенно реализовывать и менять любые сложнейшие алгоритмы расчётов на инженерном языке без программирования, полностью организуя с нуля все элементы большой системы: базы данных, экранные формы, отчёты, DLL-программы для расчёта, аналитику и оптимизацию.

Актуальность проблемы

Самоорганизация системы не требует традиционного программирования при создании программ для любых сложных расчётов и для математического моделирования. Написание и коррекция алгоритмов на простом инженерном языке позволит самим технологам проводить эксперименты на математической модели без участия программистов. Это в свою очередь сильно сократит время от замысла до реализации, а также сократит затраты на разработку различного программного обеспечения и его коррекцию.

Оценка важности решаемых в проекте задач

Быстрая реализация любых расчётов и построения любых математических моделей без программирования позволяет ускорить реализацию производственных технологий. Подобной самоорганизующейся системы нет ни в России, ни за рубежом. Учёные ещё только предрекают в далёком будущем появление самоорганизующихся систем, как важнейшее научное достижение в IT. Мы же данную систему уже разработали и готовы передать всю технологию создания самоорганизующихся систем промышленности России.

Новизна идей и технических решений

1) Описание набора технологических задач на простом МЕТА языке;

2) Автоматическая настройка системы с текстового описания Проекта;

3) Автоматическое создание скоростных расчётных DLL-программ;

4) Встроенная реализация оптимизационных задач;

5) Автоматическая настройка SQL-Приложения Клиент-Сервер;

6) Автоматическая настройка WEB-Приложения.

Реализация Системы 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.

Описание принципов, которые лежат в основе проекта

Конструктивно система включает четыре составляющие: Конструктор АРМов, SQL-Приложение, Графический редактор, WEB-Приложение. Основным является Конструктор АРМов. Приложения SQL и WEB работают по настройкам этого Конструктора АРМов. Система не имеет своих средств сбора данных непосредственно с датчиков, а осуществляет их импорт из существующих автоматизированных средств нижнего уровня.

Конструктор АРМов осуществляет полную адаптацию системы к конкретным условиям и может эксплуатироваться в многопользовательской конфигурации Клиент-Сервер без SQL-Сервера. 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.

В системе все аспекты выполнены по технологии радикальной инновации. Особую роль в инновационной системе играют два момента: самоорганизация всего комплекса и DLL-программы для расчета.

Самоорганизация комплекса делает возможность разворачивание большой автоматизированной системы от нажатия одной кнопки. При этом текстовые Проекты технологических задач преобразуются в необходимые составляющие комплекса. Вся настройка комплекса выполняется за несколько секунд автоматически.

Уникальные DLL программы автоматически создаются в машинных кодах при компиляции текстовых Проектов. Этим достигается самая высокая скорость расчетов.

Можно много говорить и об интеллектуальных возможностях системы с использованием технологических срезов, и о ХОП (характеристика относительных приростов) оптимизации, и о встроенном 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. система – это полностью наша собственная разработка, аналогов которой нет даже за рубежом, и невероятная легкость внесения изменений в технологические задачи самими технологами.

В процессе длительной разработки системы мы осуществляли черновую адаптацию комплекса на двух десятках ТЭЦ, ГРЭС и АЭС для расчёта ТЭП.

Существующие препятствия на пути решения проблемы

Данная система нами давно разработана для электроэнергетики. Но после реорганизации вся электроэнергетика «подсела» на западные IT, имеющие раскрученные бренды. Поэтому мощнейшая разработка небольшой фирмы вызывает недоверие. Пробиться на рынок в Генерирующие компании и на электростанции без коррупционных связей и без поддержки Руководством страны просто стало не возможным.

Научно-технический задел

Использование самоорганизации является необходимым условием поддержания конкурентоспособности системы и создания новых конкурентных преимуществ. Сама же самоорганизация нашей системы является необычным явлением и очень редким фактом, т.е. это то, что трудно постичь.

Экстремумами цели самоорганизации системы Smart-MES являются: минимизация действий технолога при адаптации системы к конкретным условиям и максимизация скорости расчёта технологических алгоритмов.

Минимизация действий технолога обеспечивается встроенным инструментальным средством «Конструктор проектов» технологических задач в текстовом виде. Каждая задача на инженерном языке формулируется в табличном виде, с которым и взаимодействует человек.

Максимизация скорости расчёта обеспечивается четырёх кратным преобразованием постановки задачи в исполнительный машинный код.

И самое главное, самоорганизация не вносит новые ошибки в новую сформированную систему, т.к. она оперирует лишь с новой мета информацией, а основной хребетный скелет системы остаётся неизменным. Этим гарантируется абсолютная надёжность производственной программной системы.

Ожидаемый научно-технический результат проекта

В чём же уникальность технологии создания самоорганизующихся систем? Всё очень просто. Она родилась не в результате глубокомысленных научных изысканий академиков, а в процессе многолетнего творческого труда простых российских инженеров. И мы, в конце концов, добились абсолютной самоорганизации системы с наилучшими в мире адаптационными и скоростными характеристиками. Структура такой системы непохожа ни на одну западную технологию.

В данном случае текст на инженерном языке компилируется, и в результате многоступенчатой обработки создаются все шаблоны и DLL для расчёта. Другими словами, абсолютно пустая в технологическом плане EXE-болванка готовит текст, его обрабатывает и затем с полученным материалом функционирует.

Этот процесс самоорганизации полностью совпадает с обучением человека, но с тремя огромными различиями. Во-первых, человек обучается 20 лет, а система несколько секунд. Во-вторых, обучаемый человек сам для себя тексты не готовит, т.к. не умеет, а система, напротив, легко это делает. И в третьих, человек, обучившись однажды, уже не способен полностью переобучиться, а система легко и мгновенно способна обнулить все знания и загрузить новые, но мало того, она способна оперировать с множеством различных знаний одновременно.

Возможности данной самоорганизующейся системы просто огромны, которые определяются следующими 4-мя основными составляющими: Главный Модуль, SQL-Модуль, Графический Модуль и WEB-Модуль.

Главный Модуль имеет инструментарий «Конструктор Проектов» для быстрой подготовки текстов с алгоритмами расчётов на инженерном языке. Данный инструментарий обрабатывает все подготовленные тексты, оптимизируя результирующий машинный код. Этот же Главный Модуль выполняет все сгенерированные расчёты с предоставлением развитой аналитики. К тому же он обеспечивает функционирование многопользовательской системы по 3-х звенной структуре (сервер баз данных, сервер приложений, толстый клиент) без SQL-Сервера БД.

Зачем же нужна в принципе самоорганизующаяся система? Дело в том, что учёные, анализируя этапы развития программных систем, предрекали в будущем появление именно самоорганизующихся систем, как благо для всего мира. Но независимо от них мы такую систему уже создали. Поэтому самоорганизация это веление века. И нам повезло быть первыми. Это получилось потому, что мы сразу отказались от всех западных догм построения больших систем, основанных на их SQL базах данных.

Идея здесь была поставлена следующая, чтобы вручную не создавать ни одного компонента системы, к которым относятся: меню задач, экранные формы, отчёты, расчёты в машинных кодах, справочники, базы данных и аналитика. Для этого был разработан специальный инженерный язык табличной формы. Знание этого языка совсем не требуется, т.к. он формируется автоматически из шаблонов в Конструкторе Проектов. Таким образом, происходит многоступенчатое преобразование постановки технологической задачи в реальный машинный код.

Хоть данная система и разрабатывалась для расчёта ТЭП ПТО (Производственно-Технический Отдел) электростанций, но фактически в результате получилось, что на ней можно реализовывать вообще любые расчёты для экономики, для оборонки, для нефтегазовой и химической промышленности, и даже строить эксперименты по созданию искусственного интеллекта. А если коротко, то наш принцип самоорганизации пригоден вообще для любых программных систем.

Этот принцип самоорганизации позволил нам максимально улучшить адаптационные и скоростные характеристики системы, которые в будущем обеспечат значительный прогресс в IT.

Сейчас смело можно заявить, что создать иную систему с более лёгким адаптационным функционалом не возможно, как и не возможно создать более скоростную систему.

Обоснование выбора технических решений

Самоорганизация большой системы позволяет реализовать огромный круг замыслов вообще без традиционного программирования.

В данном случае используется 5-х кратное преобразование постановки задачи в машинный код по следующей схеме:

1) Постановка задачи преобразуется в табличный текстовый Проект.

2) Инженерный язык Проекта преобразуется в интерпретационный макроязык язык с одновременным созданием баз данных и шаблонов экранных форм и отчётов.

3) Все задачи на макроязыке преобразуются в одну общую задачу.

4) Общая задача на макроязыке преобразуется в язык программирования, например, Паскаль.

5) Язык программирования преобразуется в машинный код DLL.

Ожидаемые результаты

Самоорганизующаяся система обладает самыми легчайшими свойствами адаптации к различным условиям и имеет самую большую скорость выполнения расчётов.

Так 20000 (40 задач) сложнейших расчётов фактических и нормативных технико-экономических показателей ПТО средней электростанции с использованием 300 графических энергетических характеристик оборудования реализуются менее чем за 1 секунду. Внесение любых изменений в алгоритмы расчёта происходит за 5 секунд.