DEVELOPMENT OF ARCHITECTURE OF ANALYSIS AND INFORMATION PROCESSING SYSTEM

Соколов А.А.¹, Соколова О.А.², Нареклишвили А.М.³

¹ORCID: 0000-0002-1127-9612, кандидат технических наук,

²ORCID: 0000-0003-2314-6451 старший преподаватель, ³ORCID: 0000-0003-3488-8354 магистр,

Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет), г. Владикавказ.

РАЗРАБОТКА АРХИТЕКТУРЫ СИСТЕМЫ АНАЛИЗА И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ

Аннотация

В работе рассматривается проблема отсутствия достаточности информации по техногенному влиянию технологических процессов, позволяющей учитывать необходимость обеспечения режима реального времени мониторинга и прогнозирования возможных последствий, а также отсутствия информационной системы, обеспечивающей полноту контрольной информации о техногенных проявлениях горно-металлургического предприятия для последующего анализа и прогнозирования экологических последствий. В ходе исследований предложена архитектура подсистемы передачи, хранения и обработки информации о техногенных параметрах техногенного цикла горно-металлургического предприятия, обеспечивающая режим реального времени мониторинга техногенного цикла. Апробация системы подтвердила обеспечение режима реального времени при мониторинге техногенного цикла, повышение информативности его информационного обеспечения за счет возможностей прогнозировать объем поступающей информации и расчета требуемой емкости хранилища. Для проверки экономической эффективности работы информационной системы в режиме наполнения необходимым объемом информации в зависимости от среднего числа заявок от объекта, проходящих по действующему каналу, была сформулирована оптимизационная модель подтвердившая целесообразность внедрения предложенной системы на промышленных предприятиях.

Ключевые слова: информационная система, анализ информации, обработка информации, промышленный объект, канал информации. поток заявок.

 

Sokolov A.A.¹, Sokolova O.A.², Nareklishvili A.M.³

¹ORCID: 0000-0002-1127-9612, PhD in Engineering, ²ORCID: 0000-0003-2314-6451 Senior Lecturer,

³ORCID: 0000-0003-3488-8354 Master's Degree Student,

North Caucasus Mining and Metallurgical Institute (State Technological University), Vladikavkaz.

DEVELOPMENT OF ARCHITECTURE OF ANALYSIS AND INFORMATION PROCESSING SYSTEM

Abstract

The paper considers the lack of information on the technogenic impact of technological processes that allows for the need to provide real-time monitoring and forecasting of possible consequences, as well as the lack of an information system that provides the completeness of control information on man-made mining and metallurgical enterprises for subsequent analysis and prediction of environmental consequences. During the research, the architecture of the subsystem of transmission, storage and processing of information on technogenic parameters of the technogenic cycle of the mining and metallurgical enterprise was proposed, providing real-time monitoring of the technogenic cycle. Approbation of the system confirmed the provision of a real-time mode in monitoring the technogenic cycle, increasing the information content due to the ability to predict the amount of incoming information and calculate the required capacity of the storage. To verify the economic efficiency of the information system in the mode of filling with the necessary amount of information depending on the average number of requests from the object passing through an active channel, an optimization model was formulated that confirmed the feasibility of implementing the proposed system in industrial enterprises.

Keywords: information system, information analysis, information processing, industrial facility, information channel, flow of applications.

Введение. Горно-металлургический комплекс (далее ГМК) - как сложная промышленная система, а также процессы его взаимодействия с компонентами окружающей экосистемы характеризуется достаточной сложностью и высокой динамичностью. Для устойчивого управления этой системой необходимо постоянно осуществлять мониторинг и анализ большого объема различной информации в режиме онлайн, в системе "предприятие горно-металлургического комплекса - внешняя среда" под которой понимается совокупность действующих природных и техногенных объектов, расположенных как на территории самого ГМК, так и на территориях, прилегающих к нему. В настоящее время реализация подобных требований неотъемлемо связана с мониторингом экологической обстановки, для последующего анализа и принятия решений по управлению и прогнозу негативного воздействия на окружающую среду предприятия ГМК. При этом одной из главных составляющих мониторинга является информативность, под которой в настоящей статье понимается характеристика полноты и своевременности поступления информации о техногенных воздействиях предприятий на внешнюю среду и ее адекватной обработки для дальнейшего прогнозирования возможных экологических последствий.

Постановка задачи. Несмотря на наличие достаточного количества публикаций [1, C. 97], [2, C. 114], [3] [4, C. 180] по программно-алгоритмическому обеспечению мониторинга техногенных циклов на окружающую среду имеют место следующие недостатки:

- отсутствие достаточности информации по техногенным циклам технологических процессов, с учетом онлайн режима мониторинга для прогнозирования возможных негативных последствий;

- отсутствие информационной системы, которая способна гарантировать требуемый объем входящей информации о техногенных проявлениях ГМК для последующего анализа и обработки.

Учитывая вышеизложенное решение проблемы, по разработке архитектуры системы анализа и обработки информации для мониторинга техногенного цикла горно-металлургического предприятия, является актуальным.

В ходе авторских исследований были сформулированы и решены следующие задачи:

- выполнено исследование текущего состояния информационного обеспечения мониторинга техногенного цикла ГМК;

- предложена структура цифровой системы передачи, хранения и обработки измерительной информации (далее СПХОИ), позволяющая обеспечить онлайн режим при мониторинге техногенного цикла.

Представленная на рисунке 1 структура СПХОИ имеет следующие функциональные особенности организации:

а) режим мультимедиа;

б) возможность оперативного реагирования на изменение техногенных циклов предприятия ГМК, наиболее приближенное к онлайн режиму;

в) возможность комплексного анализа предприятия ГМК;

г) создание и применение баз данных различного характера в процессе мониторинга техногенных циклов;

д) высокий уровень оперативного реагирования;

и способна решать такие задачи как:

1) мониторинг и анализа данных по техногенным циклам предприятия ГМК;

2) генерацию управленческих решений для лица принимающего решения;

3) создание и контроль над развитием технологических процессов предприятия ГМК [5, P. 482].

Разработка математической модели для получения, передачи и хранения информации о техногенных параметрах техногенного цикла горно-металлургического предприятия, обеспечивающей режим реального времени мониторинга техногенного цикла, позволяющей обеспечить полноту контрольной информации, происходила по определенной методологии. Первоначально опираясь на результаты анализа проведенного мониторинга информационного обеспечения ряда предприятий ГМК [6, P. 70], [7, P. 84], [8, P. 91], были построены гистограммы, по которым были определены средние значения исследуемых параметров и произведена оценка дисперсии, установлен нормальный закон распределения средних значений, и далее был разработан метод оптимального наполнения информационной системы необходимым объемом информации. Затем, для эффективной реализации экономии средств, с точки зрения возрастающих объемов хранения контрольной информации с учетом мощности серверов системы [9, P. 114], [10, P. 32], была задана целевая функция с соответствующими граничными условиям описанная в [11, P. 1362], [12, P. 26].

Процесс наполнения системы потоками информации от исследуемых объектов происходил по принципу схематично показанному на рисунке 1.

Далее была произведена оценка экономической эффективности предложенной структуры с помощью оптимизационной модели которая тестирует систему в режиме наполнения необходимым объемом информации в зависимости от среднего числа заявок поступающих от объекта, сквозь действующий канал, по формуле:

Рис. 1 – Принцип наполнения системы потоками  заявок

,

где  – исследуемый объект;

 – среднее число заявок из В-го объекта, проходящих по задействованному каналу за определенное время;

 – общее количество заявок из  В-го объекта, 

 – средние затраты на обработку каждой заявки от R-го объекта;

 – затраченные средства для созданной системы, (руб).

Работа системы согласно оптимизационной модели является экономически эффективной, если средние затраты на извлечение данных по каждой заявке , перемноженные на потоки входящей информации по всей системе, будут меньше затраченных средств Z_ОБЩ, на создание системы на R-ых объектах.

На рисунке 2 показано распределение затрат на извлечение среднего количества заявок в системе. Изложенное выше подтверждает целесообразность дальнейшего внедрения на предприятиях предложенной архитектуры системы передачи и хранения информации, методология извлечения контрольной информации для обеспечения режима реального времени мониторинга описан более подробно в источнике [7].

Рис. 2 – Вероятность распределения затрат на извлечение среднего количества заявок СПХОИ на промышленном объекте

В ходе дальнейших исследований была проанализирована эффективность работы системы, для этого была осуществлена экспертная оценка работы системы по таким критериям как: надежность, адаптивность, гибкость, оперативность, уровень централизации, производительность, снижение себестоимости и сроки внедрения, которая подтвердила преимущество предложенной авторами структуры информационной системы перед существующими аналогами.

Заключение. Апробация предложенной подсистемы передачи, хранения и обработки информации о техногенных параметрах техногенного цикла горно-металлургического предприятия, обеспечивающая режим реального времени мониторинга техногенного цикла подтвердила обеспечение режима реального времени при мониторинге техногенного цикла, повышение информативности его информационного обеспечения за счет возможностей прогнозировать объем поступающей информации и расчета требуемой емкости хранилища. Разработанная структура системы позволяет эффективно использовать ее не только на предприятиях горно-металлургического комплекса, но и на иных промышленных предприятиях при внесении специфических изменений в базы данных и в программно-алгоритмическое обеспечение, характерных для исследуемой отрасли промышленности. В дальнейшем планируется разработка алгоритмов управления устойчивостью системы при внешних возмущающих воздействиях с учетом вероятности возникновения аварийных режимов работы оборудования на предприятиях горно-металлургического комплекса.

Список литературы / References

1. Иващук О. А. Автоматизация как основа реализации принципов современной системы управления экологической безопасностью / О. А. Иващук // Информационные системы и технологии. – 2009. – № 4(54). – С. 95-104
2. Константинов И. С. Особенности построения и интеллектуализации системы экомониторинга в составе автоматизированной системы управления экологической безопасностью / И. С. Константинов, О. Д. Иващук // Информационные системы и технологии. – 2010. – № 6(62). – С. 113-118.
3. Лисецкий Ю. М., Бобров А.Н. Пример построения корпоративной интегрированной  информационной системы// УСиМ. – 2007. – № 6. – C. 9-16.
4. Гизатуллин А. Р., Соколова А. В. Трехмерное моделирование инженерных коммуникаций в ГИС / А. Р. Гизатуллин, А. В. Соколова // Геоинформационные технологии в проектировании и создании корпоративных информационных систем: межвузовский научный сборник Уфа: УГАТУ. – 2013. – C. 176-185.
5. Петров Ю.С. Разработка новых математических моделей и методов для системного анализа информации / Ю.С. Петров Ю.С., А.А. Соколов // Фундаментальные исследования. – 2014. – № 3 (часть 3) – С. 480-483.
6. Соколов А.А. К проблеме электрического моделирования фильтрации грунтовых вод / А.А. Соколов // Бюллетень Московского общества испытателей природы. Отдел геологический. - 2009. - Т. 84. - № 1. - С. 69-71.
7. Соколов А.А. Разработка метода решения задач системного анализа в природно-промышленной системе / А.А. Соколов, А.Ю. Аликов, И.И. Босиков, Ю.С. Петров // Перспективы науки. - 2010. - №4 (6). - С. 83-85.
8. Соколов А.А. Моделирование скорости распространения вредных веществ подземными водами в окружающей среде / А.А. Соколов // В сборнике: Региональные проблемы экологии: пути решения материалы IV международного экологического симпозиума. - 2007. - С. 90-93.
9. Кумаритов А.М. Разработка системы анализа и обработки информации по стратегическому управлению предприятий топливно-энергетического комплекса / А.М. Кумаритов, Е.А. Соколова //Наука и бизнес: пути развития. - 2014. - № 5 (35). - С. 113-116.
10. Соколова Е.А. Компрессия изображений вариабельными фрагментами / Е.А. Соколова // Вестник компьютерных и информационных технологий. - 2008. - № 10. - С. 31-34.
11. Соколова Е.А. Использование теоретико-множественного подхода для поиска необходимого контента по атрибутам и ключевым словам / Е.А. Соколова //Фундаментальные исследования. - 2013. - № 8-6. - С. 1360-1363.
12. Петров Ю.С. Обобщенная оценка влияния горного предприятия на окружающую природную среду / Ю.С. Петров Ю.С., О.З. Габараев, А.А. Соколов // Горный журнал. - 2015. - № 8. - С. 25-27.

Список литературы на английском языке / ReferencesinEnglish

1. Ivashhuk O. A. Avtomatizacija kak osnova realizacii principov sovremennojj sistemy upravlenija ehkologicheskojj bezopasnost’ju [Automation as a basis for implementing the principles of modern environmental safety management system] / O. A. Ivashhuk // Informacionnye sistemy i tekhnologii [Information systems and technologies]. – 2009. – № 4(54). – P. 95-104. [in Russian]
2. Konstantinov I. S. Osobennosti postroeniya i intellektualizacii sistemy e’komonitoringa v sostave avtomatizirovannoj sistemy upravleniya e’kologicheskoj bezopasnost’yu [Features of construction and intellectualization of environmental monitoring systems as part of an automated environmental control system] / I. S. Konstantinov, O. D. Ivashhuk // Informacionnye sistemy i texnologii [Information systems and technologies]. – 2010. – № 6(62). – P. 113-118. [in Russian]
3. Liseckij Ju. M., Bobrov N.  Primer postroenija korporativnoj integrirovannoj informacionnoj sistemy [The example of the construction of the corporate integrated information system]// USiM. – 2007. – № 6. – C. 9-16.
4. Gizatullin A. R., Sokolova A. V. Trehmernoe modelirovanie inzhenernyh kommunikacij v GIS [Three-dimensional modeling of engineering communications in GIS] / A. R. Gizatullin, A. V. Sokolova // Geoinformacionnye tehnologii v proektirovanii i sozdanii korporativnyh informacionnyh system: mezhvuzovskij nauchnyj sbornik Ufa: UGATU [Interuniversity scientific collection: GIS technology in the design and development of enterprise information systems, USATU, Ufa, Russia]. – 2013. – P. 176-185. [in Russian]
5. Petrov Yu.S. Razrabotka novyh matematicheskih modelej i metodov dlya sistemnogo analiza informacii [Development of new mathematical models and methods for system analysis of information] / Yu.S. Petrov Yu.S., AA. Sokolov // Fundamental'nye issledovaniya [Fundamental research]. - 2014. - N. 3 (part 3) - Р. 480-483. [in Russian]
6. Sokolov A. A. K probleme ehlektricheskogo modelirovaniya fil'tracii gruntovyh vod [To the problem of electrical simulation of groundwater seepage] / А.А. Sokolov // Byulleten' Moskovskogo obshchestva ispytatelej prirody. Otdel geologicheskij [Bulletin of Moscow society of naturalists] - 2009. - T. 84. - No. 1. - P. 69-71. [in Russian]
7. Sokolov A. A. Razrabotka metoda resheniya zadach sistemnogo analiza v prirodno-promyshlennoj sisteme [Development of a method to solve problems of system analysis in the natural and the industrial system] / A. A. Sokolov, A. Yu. Alikov, I. Boikov, Y. Petrov // Perspektivy nauki [Science Prospects]. - 2010. - №4 (6). - P. 83-85. [in Russian]
8. Sokolov A. A. Modelirovanie skorosti rasprostraneniya vrednyh veshchestv podzemnymi vodami v okruzhayushchej srede [Modeling the velocity of propagation of harmful substances in groundwater in the environment] / A. A. Sokolov // V sbornike: Regional'nye problemy ehkologii: puti resheniya materialy IV mezhdunarodnogo ehkologicheskogo simpoziuma [journal: Regional environmental problems: ways of solution: materials of IV international ecological Symposium]. - 2007. - P. 90-93. [in Russian]
9. Kumaritov A. M. Razrabotka sistemy analiza i obrabotki informacii po strategicheskomu upravleniyu predpriyatij toplivno-ehnergeticheskogo kompleksa [To develop a system of analysis and processing of information for strategic management of enterprises of fuel and energy complex] / A. M. Kumaritov, E. A. Sokolov // Nauka i biznes: puti razvitiya [Science and business: ways of development]. - 2014. - № 5 (35). - P. 113-116. [in Russian]
10. Sokolova E. A. Kompressiya izobrazhenij variabel'nymi fragmentami [Image Compression variable fragments] / E. A. Sokolov // Vestnik komp'yuternyh i informacionnyh tekhnologij [Journal of computer and information technology]. - 2008. - No. 10. - P. 31-34. [in Russian]
11. Sokolova E. A. Ispol'zovanie teoretiko-mnozhestvennogo podhoda dlya poiska neobhodimogo kontenta po atributam i klyuchevym slovam [The Use of a set-theoretic approach to find the desired content attributes and keywords] / E. A. Sokolov // Fundamental'nye issledovaniya [Fundamental research]. - 2013. N. 8-6. - P. 1360-1363. [in Russian]
12. Petrov Yu. s. Obobshchennaya ocenka vliyaniya gornogo predpriyatiya na okruhayushchuyu prirodnuyu sredu [A Generalized assessment of the impact of mining enterprises on the environment] / Yu. s. Petrov Y. S., O. Z. Gabaraev, A. A. Sokolov // Gornyj zhurnal [The Mountain journal]. - 2015. - No. 8. - P. 25-27. [in Russian]