Материал: Разработка программных средств для актуализации структур баз данных при расчётах и оптимизации трубопроводных систем

Разработка программных средств для актуализации структур баз данных при расчётах и оптимизации трубопроводных систем

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

ИРКУТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра Автоматизированных систем

Дипломный проект

Разработка программных средств для актуализации структур баз данных при расчётах и оптимизации трубопроводных систем

Иркутск 2008

Реферат

Данный дипломный проект содержит 133 страницы, 25 рисунков, 10 таблиц и состоит из следующих разделов:

1.      Введение, которое содержит в себе вводную информацию о предметной области и поставленной задаче.

2.      В первой части выполнен анализ в области ТПС энергетики. Дана краткая характеристика ТПС как объекта моделирования. Рассмотрены задачи моделирования (синтез, анализ, управление), области применения методов моделирования (проектирование ТПС, эксплуатация, диспетчерское управление, исследовательские и обучающие цели применения), требования к программному средству, а также информационно-вычислительный комплекс "Ангара" для компьютерного моделирования ТПС (назначение, функции, организация БД).

3.      Во второй главе выполнен анализ существующих подходов для обновления структуры пространственно распределённых БД. Рассмотрена общая характеристика современной теории баз данных. Рассмотрены существующие технологии.

.        В третьей главе произведено обоснование выбора инструментальных средств, дана характеристика реализации.

5.      Этот раздел содержит определение оптимальных условий труда инженера - программиста, описание эргономики рабочего помещения.

6.      Экономическая часть содержит расчет затрат на создание программных средств для актуализации структур баз данных трубопроводных систем.

.        В приложении приведен листинг программы.

Результаты дипломного проектирования содержат перечень работ проведенных в ходе дипломного проектирования.

Оглавление

Раздел 1. Анализ предметной области

1.1 Краткая характеристика ТПС энергетики

.2 ТПС как объект моделирования

1.2.1 Задачи моделирования

1.2.1.1 Синтез

.2.1.2 Анализ

.2.1.3 Управление

1.2.2 Области применения методов моделирования

1.2.2.1 Проектирование ТПС

.2.2.2 Эксплуатация

.2.2.3 Диспетчерское управление

.2.2.4 Исследовательские и обучающие цели применения

1.3 Информационно вычислительный комплекс "Ангара" для компьютерного моделирования ТПС

1.3.1 Назначение ИВС "Ангара"

.3.2 Функции ИВС "Ангара"

.3.3 Организация БД

1.4 Постановка вопросов

1.4.1 Требования к программному средству

Раздел 2. Анализ существующих подходов для обновления структуры пространственно распределённых БД

2.1 Общая характеристика современной теории баз данных

2.1.1 Реляционные СУБД

.1.2 Объектно-ориентированные СУБД

.1.3 Объектно-реляционные СУБД

2.2 Существующие технологии

2.2.1 Генерации SQL скрипта структуры БД

.2.2 Microsoft SQL Server 2005

.2.3 SQL-запросы

.2.4 Средства программного доступа к структуре баз данных

2.2.4.1 OLE DB

.2.4.2 ADO (Active Data Objects)

.2.4.3 ADOX (ADO Extension for DDL and Security)

Раздел 3. Описание разработки

3.1 Основные системно-концептуальные соглашения

.2 Блок схема

.3 Характеристика реализации

3.3.1 Назначение

.3.2 Условия выполнения

.3.3 Порядок генерации SQL-скрипта

.3.4 Порядок переноса данных

.3.5 Ограничения

.3.6 Описание интерфейса пользователя и его режимы генерации

.3.7 Присоединение к БД

.3.8 Режимы генерации структуры SQL БД

.3.9 Настройки

3.3.10 Выполнение программы

3.4 Перенос структуры БД

.5 Перенос данных

Раздел 4. Безопасность жизнедеятельности

4.1 Характеристика условий труда программиста

.2 Требования к производственным помещениям

4.2.1 Производственный микроклимат

.2.2 Освещение

.2.3 Шум

4.2.3.1 Расчет уровня шума

4.2.4 Электромагнитное и ионизирующее излучения

4.3 Эргономические требования к рабочему месту

.4 Окраска и коэффициенты отражения

.5 Режим труда и отдыха

.6 Электробезопасность

.7 Пожарная безопасность

4.7.1 Действия персонала в условиях ЧС

Раздел 5. Экономическая часть

5.1 Анализ технико-экономических показателей разработки программного продукта на основе "актуализация структур баз данных при расчётах и оптимизации трубопроводных систем"

5.1.1 Краткая характеристика разработки и её назначение

.1.2 Определение затрат на создание программного продукта

Заключение

Список литературы

Приложение

компьютерный моделирование скрипт программный

Введение

Компьютерное моделирование является одним из наиболее мощных средств исследования поведения сложных динамических систем. Это утверждение в полной мере относится и к моделированию трубопроводных систем энергетики (ТПС) при решении задач управления их развитием и функционированием.

На данный момент, программное обеспечение, предназначенное для решения этих задач, находится в стадии развития. Соответственно и информационное обеспечение этих задач не может быть однократно структурировано в соответствующих реляционных базах данных.

В связи с этим возникает проблема синхронной поддержки соответствия структур баз данных развивающегося программного обеспечения.

Второй особенностью проблемы является то, что базы данных рассредоточены по разным организациям, предприятиям и городам.

Целью данной работы является исследование возможных подходов и разработка программных средств для обновления структуры баз данных для расчёта и оптимизации ТПС.

Исследования в работе производились на примере информационно вычислительной системы (ИВС) "Ангара" разработанной ИСЭМ СО РАН и предназначенной для решения разнообразных задач расчёта ТПС и использующейся на практике во многих организациях страны.

Первая глава посвящена рассмотрению ТПС как объекта компьютерного моделирования. В этой главе даётся краткая характеристика ТПС энергетики, рассмотрены задачи моделирования, области применения методов моделирования (проектирование ТПС, эксплуатация, диспетчерское управление, исследовательские и обучающие цели применения методов моделирования), рассмотрен информационно-вычислительный комплекс "Ангара" для компьютерного моделирования, также его назначение и функции, организация баз данных.

Вторая глава посвящена анализу существующих подходов для обновления структуры пространственно распределённых баз данных. В данной главе рассмотрены: общая характеристика современной теории баз данных, существующие технологии для обновления и редактирования структур баз данных, которые включают в себя средства автоматизированного переноса данных, генерации SQL-скрипта, а так же SQL-запросы, ADO, ADOX.

Третья глава посвящена описанию разработки. В этой главе проводится выбор основных системно-концептуальных соглашений, вопросы проектирования и разработки программы.

Четвёртая и пятая главы посвящены рассмотрению экономических вопросов, а также вопросов безопасности и жизнедеятельности в контексте предметной области.

Раздел 1. Анализ предметной области

1.1    Краткая характеристика ТПС энергетики

Трубопроводные системы тепло-, водо-, нефте-, газоснабжения - это крупномасштабные, сложные инженерно-технические сооружения, представленные широким спектром объектов, которые отличаются своим назначением, размерами, принципами построения и условиями функционирования [1]. Формированию таких систем способствовал целый ряд причин:

·    неравномерность распределения ресурсов на территории страны, что вызывает необходимость их перераспределения из мест добычи к местам потребления с помощью систем дальнего транспорта (магистральные системы нефте-, газоснабжения);

·        необходимость повышения экономической эффективности вызвало повышение уровня централизации систем теплоснабжения, водоснабжения сопровождающееся уменьшением удельных капитальных затрат на сооружение и обслуживание источников теплоты, водозаборных и очистных сооружений и других элементов;

·        рост потребления ресурсов, который вызывает дальнейшее развитие и усложнение систем и ведет к их территориальному расширению, появлению новых связей;

·        экологические, вызванные необходимостью укрупнения источников ресурсов, вынесения их за пределы жилых массивов и концентрации на них суммарной нагрузки разрозненных объектов потребления.

Приведем некоторые цифры, характеризующие ТПС. Трубопроводный транспорт газа, нефти, нефтепродуктов занимает важное место в ТЭК России. Созданная еще в СССР единая система газоснабжения (ЕСГ) включает газовые промыслы, газотранспортные системы с подземными хранилищами и множество потребителей: городов и населенных пунктов, предприятий всех отраслей промышленности. Газотранспортная система ОАО "Газпром" ЕСГ составляет 155 тыс. км. В нее входят 268 компрессорных станций с общей мощностью газоперекачивающих агрегатов в 44,8 млн. кВт. На 2004 год эксплуатировалось около 64 тыс. км магистральных нефтепроводов.

Пропускная способность ЕСГ в настоящее время составляет около 600 млрд. куб. м. В состав ЕСГ сегодня включены 25 подземных хранилищ газа.

Тепловое хозяйство включает в себя 485 ТЭЦ, около 6,5 тыс. котельных мощностью более 20 Гкал/час, более 100 тысяч мелких котельных, около 600 тысяч автономных индивидуальных теплогенераторов, 183 тыс. км тепловых сетей. Это наиболее энергоемкая отрасль ТЭК, расходующая до 50% добываемого в стране топлива, что в 1,6 раза превышает затраты на выработку электроэнергии. Современные системы теплоснабжения (ТСС) обеспечивают тепловой энергией жилые, административные здания, промышленные предприятия и представляют собой сложные технические сооружения. Технологические связи в них ограничиваются, как правило, масштабами города или крупного промышленного предприятия, в этом смысле они носят локальный характер. Структура ТСС может быть, как простой разветвленной, так и сложной многоконтурной. Протяженность магистральной тепловой сети г. Иркутска составляет 120 км, распределительных сетей - более 300 км, магистральных ТСС г. Москвы - более 2000 км.

Годовое потребление воды в России составляет порядка 500 км³. Системы водоснабжения призваны обеспечить водой питьевого качества население и промышленные предприятия. Протяженность водопроводных сетей составляет порядка 523 тыс. км. Вместе с тем ресурсы воды распределены неравномерно, что вызывает необходимость в создании систем, транспортирующих воду на большие расстояния от ее источников до удаленных потребителей. Такими системами являются системы групповых водопроводов (СГВ) - чрезвычайно сложные и дорогостоящие объекты с протяженными магистральными сетями большого диаметра. Например, Казахстано-Сибирская система водоснабжения охватывает территорию 18 млн. га с протяженностью магистральных водопроводов более 13 тыс. км, снабжая водой более 2600 городов и поселков с населением более 2 млн. человек.

В настоящее время в нефтяной промышленности для повышения темпов отбора нефти из залежей используются системы поддержания пластового давления. В мировой практике наиболее широкое распространение получил метод, основанный на закачивании в пласт воды через нагнетательные скважины, расположенные в комплексе с нефтяными в определенном порядке. Многочисленные долговременные экспериментальные исследования показывают, что наилучшей средой для закачивания в нефтяные пласты является подземная минерализованная вода. При этом достигается не только основная задача - поддержание пластового давления, - но и повышается нефтеотдача. В 1990 году в протяженность таких систем, находящихся в эксплуатации, составляла более 2,5 тыс. км. Особенностью СППД является большой расход воды (300-400 тыс. м³ в сутки) и высокое давление (до 200 атм.), наличие нескольких источников, работающих на общую сеть. Потребление электроэнергии в СППД составляет до 30%-40% от общего ее потребления в нефтедобыче. Развитие добычи и экспорта нефти и нефтепродуктов требует соответствующего развития инфраструктуры трубопроводного транспорта нефти и нефтепродуктов. В настоящее время система трубопроводного транспорта включает около 350 тыс. км трубопроводов технологического назначения (нефтесборные, по доставке воды для поддержания пластового давления, для транспортировки подготовленной нефти), около 2,5 тыс. км магистральных трубопроводов, принадлежащих нефтяным компаниям, в том числе иностранным (трубопроводы Уса-Ухта, Сахалин - Де-Кастри, КТК), а также 50 тыс. км трубопроводов, принадлежащих ОАО "АК "Транснефть", которая обеспечивает экспортные поставки нефти и доступ к трубопроводным мощностям, регулируемый государством. В системе функционируют 355 станций по перекачке нефти, 861 резервуар для хранения нефти общей емкостью около 14 млн. кубометров. Прирост мощностей за счет комплекса работ по расширению действующей системы магистральных нефтепроводов в период 2003- 2005 гг. составил около 16 млн т, а с учетом выполняемых работ в 2006 г. - 23 млн т.

Таким образом, современные ТПС представляют собой разнообразные, уникальные системы, характеризующиеся наличием многих источников добычи, производства или поступления топлива, воды или газа, функционально-технологической целостностью при сложной иерархической структуре и разнообразии элементов, существованием внешних (межсистемных) связей, постоянным расширением и адаптацией к изменяющимся внешним условиям.

1.2    ТПС как объект моделирования

1.2.1 Задачи моделирования

1.2.1.1        Синтез

Оптимальный синтез состоит в нахождении оптимальных реализаций системы в виде ее структуры и параметров элементов. В соответствии с этим, методологически задача синтеза часто решается в два этапа (в особенности на макроуровне):

1)      Структурный синтез, на котором происходит формирование собственно принципиальной структуры, определяющей основной элементный состав системы и связи между отдельными элементами, звеньями и подсистемами; при существенной сложности системы или при необходимости учета ее внешних связей этот этап рассматривается сначала на метауровне, когда требуется найти иерархическую структуру набора схем, реализующих заданную внешнюю функцию системы, с последующей проработкой каждой из этих схем на более низких уровнях. Задачи оптимального структурного синтеза чрезвычайно сложны, до конца не исследованы и в большинстве случаев не имеют удачных методических и алгоритмических реализаций, поэтому часто структурный синтез конкретных систем (в частности, ТПС) заменяется структурной верификацией;

2) Задача параметрического синтеза состоит в выборе таких параметров проектирования, при которых создаваемая система удовлетворяет требованиям технического задания, причем обеспечивается оптимальность решения по принятым критериям качества; часто эту задачу называют оптимальным проектированием или задачей параметрической оптимизации. Иногда при решении задач проектирования на микроуровне используется так называемый квазикомплексный синтез, когда явной и полной декомпозиции задачи синтеза на структурный и параметрический нет.

3) Для постановки и решения задачи синтеза сложных ТПС необходим системный подход, в связи с чем требуются совместные усилия специалистов в конкретной технической области, исследователей операций, математиков-"оптимизаторщиков" и специалистов по системному анализу.

1.2.1.2        Анализ

Анализ как проектная задача заключается в определении выходных параметров системы при ее фиксированной функционально-структурной модели и по заданным значениям всех остальных (кроме выходных) переменных. Иными словами, полученные на этапе синтеза структура и параметры элементов системы подвергаются анализу на их соответствие законам природы, функциональному назначению и свойствам ТПС.

Подобно синтезу, задача анализа может рассматриваться и решаться на разных уровнях: мета-, макро или микро-. С помощью различных критериев, экспертных заключений или соображений здравого смысла каждый из рассматриваемых вариантов проекта подлежит оценке дли формирования зависимости от этой оценки, которая характеризует качественные и количественные стороны варианта (свойства систем и), он либо выбирается как возможная модель будущей системы, либо отвергается, и тогда синтезируется очередной вариант или корректируется рассмотренный. Одновременно уточняются цели проектирования.