Многоуровневое
компьютерное моделирование эколого-экономических систем
Затик Ольга Сергеевна,
аспирантка Томского государственного университета систем
управления и радиоэлектроники.
1.
Введение
На сегодняшний день существует ряд систем, где неизмеримо
высока ответственность в управлении и принятии решений. К этому классу систем,
несомненно, относятся эколого-экономические системы (ЭЭС) территорий с ресурсодобывающим типом производства [1]. Базовая модель ЭЭС включают в себя
участников таких типов как управляющие
органы, экономические агенты (предприятия)
и окружающая среда [2]. Управляющие
органы заинтересованы в устойчивом развитии подведомственной им территории,
которое предполагает достижение экономического роста вместе с сохранением или
восстановлением экологического равновесия [1]. C
целью интеллектуальной поддержки процесса управления и принятия решений
применяются компьютерные эколого-экономические модели. В свою очередь, использование результатов компьютерного
моделирования на практике способствует принятию
обоснованных решений при разработке эффективных программ управления
эколого-экономическими системами.
2. Особенности компьютерного
моделирования ЭЭС
Специфика ЭЭС с точки зрения задач управления и
компьютерного моделирования заключается в следующем:
1. Результаты деятельности управляемых субъектов
многоаспекты [2] (имеются, как минимум, два уровня – «экономический» и
«экологический»). Дополнительно в модели ЭЭС можно выделить такие уровни
управления как «социальный» или «технологический».
2. Существенными, а во многом и решающими, выступают
институциональные ограничения (нормативно-правовая база) деятельности
предприятий и их взаимодействий с управляющими органами [2].
3. Для эффективного управления и соответственно адекватного
моделирования ЭЭС необходимо регулярное получение достоверной и полной
информации.
4. Интересы управляющих государственных природоохранных органов
могут не совпадать с интересами предприятий в рамках задачи устойчивого
развития территорий с ресурсодобывающим типом производства. Данный вопрос
решается в рамках задачи эколого-экономического регулирования.
Компьютерные эколого-экономические модели, как правило,
представляют собой результат эволюционного развития. Так изначальная концепция
модели экономического роста может перейти в эколого-экономическую,
затем в социо-эколого-экономическую,
а в последствии пополнится новым блоком, например, отражающим активные
инновационные технологические процессы [1].
Распишем различные подходы к анализу ЭЭС, как сложной системе,
с точки зрения теории управления:
-
управление эколого-экономическими и
организационными системами, где учитывается не только результаты
производственно-хозяйственной деятельности, но и состояние окружающей среды, обусловленное
этими результатами;
-
управление
социально-эколого-экономическими, где считается, что на состояние социальной
среды влияют результаты деятельности предприятия и состояние окружающей среды, с
учетом техногенных воздействий;
-
управление организационно-техническими
системами, где учитывается результаты производственно-хозяйственной
деятельности и результаты анализа технологических процессов. Если на каком-то
этапе компьютерного моделирования «отбросить окружающую среду и не учитывать ее
состояния, то получим структуру системы управления, традиционную для теории
управления организационными системами» [2].
Важно отметить, что компьютерная модель должна адекватно
описывать процессы системы. Поэтому параметризация ее компонентов должна
осуществляется на основе реальных и актуальных сведений, полученных, в
частности, с баз данных информационно-аналитических систем предприятий, например,
таких как геоинформационные системы (ГИС), экологические ГИС [3], системы
управления производством, различные проблемно-ориентированные
информационно-аналитические системы [4, 5], нормативно-правовая информационная
база. При этом значения должны заполняться автоматически, и динамически
обновляться как при запуске модели, так и по мере ее работы.
Перечисленные особенности ЭЭС требуют отдельного учета при
выборе и адаптации методов и средств компьютерного моделирования. Обозначим две
актуальные задачи: реализация возможности многоуровневого моделирования в
инструментальной среде, и разработка алгоритмов и механизмов динамической
параметризации компонентов компьютерной модели.
3. Адаптация среды моделирования с учетом специфики
ЭЭС
В настоящей
работе для компьютерного моделирования ЭЭС применяется метод компонентных цепей
(МКЦ) [6]. Он позволяет реализовать принцип многоуровневого моделирования и
решать задачу эколого-экономического регулирования [7].
В качестве инструментального
средства используются среда моделирования МАРС [8], основанная на МКЦ. Данная
среда адаптирована с учетом специфики задач управления и компьютерного
моделирования ЭЭС. Предложены и реализованы следующие решения:
1) Многослойная структура редактора многоуровневых
компьютерных моделей состоит из 4 слоев:
-
визуального,
предназначенного для управления и отображения результатов моделирования;
-
компоненты логического слоя
организуют алгоритмы функционирования ЭЭС и предназначены для имитационного
моделирования;
-
информационного,
введенного с целью параметризации компонентов логического и схемного слоя в
процессе имитационного и математического моделирования (специфика ЭЭС п.2).
Компоненты информационного слоя представлены на логическом слое в виде соответствующего
элемента типа «источник информации», который передает значения соответствующим
компонентам логического и схемного слоя. Стоит отметить, что изменения
состояния источника информации, в частности изменения в записях БД, инициализирует
какое-либо событие, ресурсы в процессно-событийной модели на логическом слое.
-
схемный слой определен
для реализации моделей вычислительных компонентов. Модель компонента
логического слоя формируется в виде компонентной цепи (КЦ) на схемном слое из
компонентов, имеющих математическое описание в универсальном вычислительном
ядре [9]. Важно подчеркнуть, что схемный слой разделили на уровни по количеству типов анализируемых факторов с
целью реализации принципа многоуровневого моделирования. Базовыми уровнями
схемного слоя являются «экономический» и «экологический». Так, например, для
процесса очистки промстоков, возможно два подхода к анализу. Во-первых,
функционально-стоимостной анализ и анализ эффективности организационно-технологический
процессов с многофакторными векторными потоками в связях, во-вторых, анализ
физико-химических процессов с многофракционными потоками в связях.
Наряду с изменениями в структуре редактора дополнения
внесены и в компонентную базу среды моделирования МАРС. Для компьютерного
моделирования эколого-экономических систем разработана соответствующая
библиотека компонентов;
2) Алгоритм динамической параметризации компонентов
компьютерной модели распишем по блокам:
Блок 1. Создать
компонент и определить его информационную потребность, которая включает в себя
перечень варьируемых параметров компонента (значение параметра обновляется с
сервера данных) и соответствующий ему информационный ресурс (сервер данных,
таблицы данных).
Блок 2. Настроить
и создать соединение с серверами данных. Описать в системных файлах (TNS-файлах) идентификаторы ресурсов.
Блок 3. Сформировать
информационную потребность компонента-клиента в виде SQL-запроса.
Блок 4. При
необходимости определения информационного ресурса следует воспользоваться
функциями окна данных.
Блок 5. Сформировать
интерфейс запроса с параметрами для отображения на визуальном слое.
Блок 6. В
режиме запуска приложения (run-time) выполнить запрос.
Блок 7. Получить
значения на логический слой и передать соответствующему компоненту на схемном
слое для вычислений. Для реализации предложенного алгоритма реализован соответствующий
механизм.
3) Механизм динамической
параметризации компонентов компьютерной модели
обеспечивает автоматическую параметризацию во время
запуска модели в соответствии с информационной подробностью компонентов. Передача
сообщений между компонентом-клиентом (тип преобразователь - логический слой,
приемник - визуальный слой) и компонентом-источником информации осуществляется
с помощью механизма передачи сообщений. Для
передачи сообщений в компоненте реализуют функции: формирования и отправления
запроса; функция приема и обработки данных, либо обе эти функции. Принятые
данные от компонента-источника обрабатываются
и предоставляются пользователю для просмотра на визуальный слой, используются
для инициализации событий, ресурсов на логическом слое и передаются для
вычислений на схемный слой редактора моделей.
4.
Заключение
Таким образом, предложены
и реализованы в среде
моделирования МАРС многослойная структура редактора, алгоритм и механизм динамической параметризации многоуровневых
компьютерных моделей.
В свою очередь,
среда моделирования МАРС рекомендована для
выполнения многоуровневого компьютерного моделирования ЭЭС, так как обладает
соответствующей для этого функциональной и компонентой базой. Для продвижения работы
в производство оформлена методика многоуровневого компьютерного моделирования
на примере эколого-экономической системы нефтегазового комплекса.
В заключении важно
подчеркнуть, что использование
результатов компьютерного моделирования на практике способствует принятию обоснованных решений при разработке
эффективных программ устойчивого развития территорий с ресурсодобывающим типом
производства.
Литература
1.
Гурман В.И. Модели и методы теории
управления // Тр. междунар. конф. «Программные системы: теория и приложения»
Переславль-Залесский. - М.: Наука, Физматлит, 2004. - Т. 1. - С. 101-116.
2.
Бурков В.Н., Новиков Д.А., Щепкин А.В.
Модели и механизмы управления эколого-экономическими системами // Журнал
«Проблемы управления». - М. - 2009. - № 1. – С. 2-7.
3.
Затик О.С. Экологическая
геоинформационная система для эффективного решения задач природоохранной
деятельности ОАО «Сургутнефтегаз» // Вопросы геологии, бурения и нефтяных и
газонефтяных месторождений Сургутского региона. Сб. науч. тр., Выпуск
4.
А.с. 2006612374 РФ. Программное
обеспечение «Web-модуль ЭкоГИС «Химико-аналитический мониторинг ОАО
«Сургутнефтегаз» / Затик О.С., Заика А.А., Шепелюк О.С. // Бюл. – 2006. – №
4(57). – С. 26.
5.
А.с. 2006612375 РФ // Программное обеспечение
«Web-модуль ЭкоГИС «Программа природоохранных мероприятий ОАО «Сургутнефтегаз»
/ / Затик О.С., Заика А.А. // Бюл. – 2006. – № 4(57). – С. 26.
6.
Арайс Е.А., Дмитриев В.М. Моделирование
неоднородных цепей и систем на ЭВМ. – М.: Радио и связь, 1982. – 160 с.
7.
Балакина Э.В., Дмитриев В.М., Журавский
Ю.А. Экономико-экологическое регулирование в процессе российских реформ. -
Кемерово: КИПП, 1999. – 108 с.
8.
Среда моделирования МАРС / В.М.Дмитриев и
др. - Томск: В-Спектр, 2007. – 296 с.
9.
Дмитриев В.М. Архитектура универсального
вычислительного ядра для реализации виртуальных лабораторий /
Поступила в редакцию 17.04.2008 г.