Введение

     Название "Технология Ноологистического Управления" (ТНУ) образовано из древнегреческих слов νόος – ноо (разум) и logitsich - логистика (искусство расчета). Оно отражает особенности ТНУ: это технология экстремального управления, которая не использует статистическую информацию, лишена автоколебаний и учитывает все категории воздействий на окружающую среду. ТНУ предназначена для многомерных промышленных объектов любой сложности, величины и производительности, например, для сетей водо-, тепло-, газо-, нефте- и энергоснабжения, химических предприятий и т. п. Она была испытана на реальных объектах.
Математический аппарат и алгоритмы ТНУ устраняют проблемы Оптимального Управления, характерные для Автоматизированных Систем Управления (АСУ), Умных Сетей (SG) и Цифровых Двойников (DT) промышленных объектов (см. ниже). ТНУ превращает любую САУ, SG, и DTв соответствующую Систему Ноологистического Управления (СНУ) при минимальных затратах. Она легко совместима со SCADA, Облачными Технологиями и Интернетом Вещей.

Проблемы Оптимального Управления, которые устранила ТНУ

     Первая проблема – это отсутствие у персонала возможности изменить настройки Оптимального Управления в направлении достижения, например, максимальной производительности, минимальных суммарных затрат или минимально возможного воздействия на окружающую среду. Оптимальное Управление также не дает возможности персоналу изменить текущий режим работы объекта с максимальной производительности или экономичности на максимально возможную экологичность и обратно.
     Более того, Оптимальное Управление не гарантирует, что оно реально обеспечивает персоналу наилучшее решение в каждой конкретной ситуации потому, что оно не предоставляет персоналу какого-либо выбора между упомянутыми выше экстремумами. Персонал не в состоянии проверить, насколько подходит для него текущий режим, установленный Оптимальным Управлением, т. е. насколько режим соответствует его текущим потребностям и какие возможности он имеет для безопасного изменения режима, когда потребности изменяются. В результате, мнение персонала о качестве существующем Оптимальном Управлении основывается на доверии к авторитету производителей соответствующих АСУ, SG и DT, качестве удовлетворения других его потребностей и отсутствии предложений с более высоким качеством управления.
     ТНУ устраняет упомянутую выше первую проблему путем замены Оптимального Управления промышленных объектов Экстремальным Управлением ими. Потому что Экстремальное управление математически точно обеспечивает или экстремальную производительность, или экстремально экономичность, или экстремальную экологичность, или компромисс между этими экстремальными режимами работы всего многомерного промышленного объекта или его части. Экстремальное Управление предоставляет персоналу возможность изменить текущий режим работы объекта с максимальной производительности или экономичности на максимально возможную экологичность и обратно.
     Очевидно, что Экстремальное Управление реально обеспечивает лучшее решение для персонала в каждой конкретной ситуации потому, что предоставляет ему выбор межу упомянутыми выше экстремумами. Например, если персоналу необходимо установить режим работы объекта с определенной производительностью при минимальных суммарных затратах, то Экстремальное Управление обеспечит меньшие суммарные затраты в тех же условиях, чем Оптимальное Управление. Более того, Экстремальное Управление дает персоналу возможность проверить, является ли установленный режим реально экстремальным и какие возможности он имеет для его безопасного изменения в другом направлении. Таким образом, общая сумма экономии денег, топливно-энергетических ресурсов за счет использования Экстремального Управления в отраслях составит от 8% до 12% по сравнению с наилучшим Оптимальным Управлением.
     Второй проблемой Оптимального Управления являются большие общие затраты из-за использования в нем статистической информации. Это требует создания гигантских и дорогих хранилищ статистической информации (Big Data), дорогостоящих средств передачи информации (специальные компьютерные сети) и ее обработки (программное обеспечение и суперкомпьютеры) для крупномасштабных промышленных объектов. Эксперты прогнозируют, что суммарные глобальные затраты на технологии Big Data в 2020 году превысят 120 миллиардов долларов и в дальнейшем будут увеличиваться.
     ТНУ устраняет вышеупомянутую вторую проблему Оптимального Управления отказом от использования статистической информации. Она использует только текущую информацию в цикле с алгоритмом: «1 - собрал информацию, 2 - проверил ее достоверность, 3 - рассчитал величины текущих управляющих воздействий, 4 – выполнил управляющие воздействия, 5 – удалил использованную информацию, 6 – перешел к следующему циклу». Поэтому ТНУ не нуждается в технологиях Big Data, т. е. в создании гигантских и дорогих хранилищ статистической информации, дорогостоящих средств ее передачи информации и обработки.
     Однако ТНУ не исключает сохранения статистической информации и использования технологий Big Data для целей анализа, планирования, прогнозирования, проектирования и т. п.
     Третья проблема Оптимального Управления - это чрезвычайно большая продолжительность расчета управляющих воздействий для крупномасштабного промышленного объекта, даже с использованием суперкомпьютеров. Она может длиться несколько дней для большой страны, например, для энергосистемы США, Китая, России и т. д. из-за необходимости обработки огромного количества статистической информации и использования большого количества циклов итерационных расчетов. Очевидно, что для автоматического управления любым объектом в реальном времени время расчета должно быть меньше секунды. Поэтому, чтобы сократить время расчета с 10 дней до 0,01 секунды, производительность компьютеров для оптимального управления должна быть увеличена примерно в 10^7 раз (10*24*3600 / 0,01 = 8 640 000 раз) по сравнению с современными суперкомпьютерами. Modern science and technology can’t to do this in the near future.
     ТНУ устраняет третью проблему Оптимального Управления тремя параллельными способами, включая:
1 – отказом от использования статистической информации. Это уменьшает требуемую производительность компьютеров приблизительно от 1,2*10^5 до 6*10^5 раз;
2 – расчетом величин управляющих воздействий за один шаг, т. Е. Без повторения циклов итерационных расчетов. Это уменьшает требуемую производительность компьютеров приблизительно от 1,5*10^2 до 2*10^2 раз;
3 – использованием Технологий Информационных Пирамид. Это уменьшает требуемую производительность компьютеров приблизительно от 10^8 до 10^11 раз.
     Таким образом, ТНУ обеспечивает общее снижение требуемой производительности компьютера примерно от 1,8*10^16 до 1,2*10^19 раз (от 1,2*10^5 * 1,5*10^2 * 10^8 до 6*10^5 * 2*10^2 * 10^11 раз). Это означает, что ТНУ будет решать свою задачу с помощью обычного офисного компьютера от 1,8*10^8 до 1,2*10^12 раз (от 1,8*10^15/10^7 до 1,2*10^19/10^7 раз) быстрее, чем Оптимальное Управление будет решать свою задачу с помощью суперкомпьютера. Время расчета для этой задачи в ТНУ будет от 0,048 до 0,00000072 секунд (от 10*24*3600 / 1,8*10^8 до 10*24*3600 / 1,2*10^12 секунд). Поэтому ТНУ может контролировать любые крупномасштабные промышленные объекты в режиме реального времени, используя обычные офисные компьютеры.
     Четвертой проблемой Оптимального Управления является отсутствие синхронизации с реальным временем скорости движения исполнительных органов автоматических регуляторов. Их перемещения выполняются пошагово, но для упомянутой синхронизации они должны двигаться со скоростями, которые в каждый момент времени должны обеспечивать соответствие закону регулирования, установленному персоналом в текущих условиях эксплуатации.
     ТНУ устраняет четвертую проблему Оптимального Управления за счет математически точного перемещения исполнительных механизмов всех автоматических контроллеров со скоростями, которые в любой момент обеспечивают соответствие закону управления, установленному персоналом в текущих условиях эксплуатации.
    Пятая проблема Оптимального Управления - это возможность возникновения автоколебаний в его системах автоматического управления за счет шагового движения исполнительных органов автоматических регуляторов. Их появление приводит объект к нестабильности. Поэтому описание методов настройки автоматических контроллеров для предотвращения возникновения автоколебаний путем изменения величины шагов движения исполнительных органов занимает примерно 70% теории автоматического управления.
     При испытаниях ТНУ на реальных объектах было установлено, что возможность возникновения автоколебаний исчезла из-за отказа от шагового перемещения исполнительных органов автоматических регуляторов, а также из-за точного расчета и соблюдения их скоростей движения.
     Шестой проблемой Оптимального Управления является учет воздействий на окружающую среду только на месте использования оборудования. Это способствует неправильному выбору технологий и оборудования для развития сетей. Результатом может стать увеличение общего глобального влияния сетей на окружающую среду при одновременном снижении некоторых видов локальных воздействий.
     ТНУ учитывает не только воздействие на окружающую среду в месте использования оборудования, но также учитывает другие воздействия, связанные с его производством, транспортировкой, монтажом, вводом в эксплуатацию, а также производством и транспортировкой топлива, расходных материалов и т. д.

Структура ТНУ

     ТНУ состоит из нескольких взаимосвязанных технологий, которые имеют собственный математический аппарат и алгоритм его реализации, в том числе:
1. Технология Расчета Прогноза в НАСТОЯЩЕМ.
     Она обеспечивает синхронизацию всего процесса управления с реальным временем при выполнении управляющих воздействий.
2. Технология Расчета Индексированной Ноологистической Области возможных режимов работы.
     Она обеспечивает адаптацию процесса управления объектами к фактическим внешним воздействиям, их техническому состоянию и разрешенным режимам их эксплуатации.
3. Технология Расчета Восходящей Индексированной Информационной Пирамиды.
     Она рассчитывает индексированную нологистическую область возможных режимов работы всей крупномасштабной сетки и каждого потребителя.
4. Технология Расчета Восходящей Неиндексированной Информационной Пирамиды.
     Она рассчитывает общее потребление всеми потребителями продукции крупномасштабной сетки.
5. Технология Выработки Управленческих Решений.
     Она рассчитывает параметры управленческого решения.
6. Технология Расчета Нисходящей Индексированной Информационной Пирамиды.
     Она рассчитывает набор значений оптимальных управляющих воздействий на каждый одномерный объект в составе многомерного объекта.
7. Технология Расчета Скорости Движения Исполнительного Органа Регулятора.
     Она рассчитывает скорость движения исполнительного органа регулятора каждого одномерного объекта.
8. Технология Расчета Нисходящей Неиндексированной Информационной Пирамиды.
     Она рассчитывает параметры допустимых пределов режимов работы всех объектов, которые работают вместе как части сложного объекта.
9. Технология расчета амортизации условно-постоянных воздействий на окружающую среду.
     Переносит суммарные значения условно-постоянных воздействий на продукцию, генерируемую в каждом устройстве.
10. Технология Реализации Управляющего Воздействия.
  Она в реальном времени синхронизирует скорость движения исполнительных органов автоматических контроллеров всех одномерных объектов, составляющих многомерный объект.
     Подробности - смотри http://www.noologistics.ru

РазработчикиТНУ

Владимир В. Матвеев
Директор ООО НПП “ЭЛ”,
моб. тел.: +79114524562 (Viber, WatsApp), эл. почта: wwmatveev@gmail.com
Валерий В. Матвеев
Заместитель Директора ООО НПП “ЭЛ”по НИОКР,
моб. тел.: +48519792559 (Viber, WatsApp), эл. почта: ELP_Matveev@wp.pl