Размещено на http://www.allbest.ru/

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«ВЫСШАЯ ШКОЛА ЭКОНОМИКИ»

Московский институт электроники и математики

Выпускная квалификационная работа

по направлению 09.03.03 Прикладная информатика

Проектирование системы прогнозирования сбыта тепловой энергии

Студент Ф.К. Кривенцов

Рецензент к.т.н., доцент,

директор ИИБС МИСИС

М.И. Нежурина

Руководитель ВКР к.т.н., доцент

А.В. Белов

Москва 2017 г.



Аннотация

В данной работе проводится разработка модели автоматизированной системы управления сбытом тепловой энергии, использующей встроенный инструмент прогнозирования. Цель работы - с помощью разработанной системы оптимизировать процессы учета и анализа данных о потреблении тепловой энергии. В процессе проектирования был проведен анализ текущей ситуации рынка сбыта тепловой энергии, выявлены его основные недостатки и предложены пути оптимального решения. Далее была спроектирована модель автоматизированной системы управления сбытом и модель данных прогнозирования. На примере было доказана эффективность разработанной системы при выставлении счёта пользователю. Результаты работы могут использоваться теплосбытовыми компаниями в целях снижения рисков и усиления эффективности работы системы.



Abstract

This work is dedicated to development of automated heat selling management system using built-in prediction instrument. The purpose of work is to optimize accounting and analyzing processes with using of developed system. Analysis of current situation of heat selling management was conducted in terms of finding its main weaknesses and proposing optimal solutions. Next step is development of automated selling management system model and prediction model. The effectiveness of the system was proven with example of provided billing process. The results of this work may be useful for heat selling companies for risks reduction and improvement of system's efficiency.



Введение

Теплоснабжение занимает одну из важнейших позиций в современном состоянии сферы обслуживания. Стабильность подачи тепловой энергии имеет большое значение для условий проживания/работоспособности потребителей, как в крупных городах, так и в небольших населенных пунктах. Технологическая неисправность или ошибка персонала может привести к ряду кризисных обстоятельств, включающих как объемные финансовые потери для компании, так и угрозу жизни и собственности потребителя. Из этого следует, что поддержка стабильной работы теплосбытовой компании должна быть приоритетной задачей её управления.

Одной из проблем управления сбытом тепловой энергии является отсутствие возможности оценки будущих поставок для каждого клиента. Так как тепловая энергия не может быть поставлена в большем количестве, чем в ней существует реальная потребность, то избытки должны быть минимизированы на стадии планирования сбыта. Такую возможность предоставляет использование автоматической системы расчета потребления, включающей в себя индивидуальные счетчики тепла и инструмент для прогнозирования потребления тепловой энергии. С помощью прогнозирования станет возможным объективная оценка текущего состояния контроля над сбытом тепловой энергии и будет выявлена основа для дальнейшего развития деятельности теплосбытовой компании. Основной задачей инструмента прогнозирования будет расчёт индивидуального потребления для клиента, основывающийся на информации о его учтенном потреблении из клиентской базы данных. Далее будет проведено сравнение результатов использования автоматизированной системы управления сбытом с существующим на данный момент подходом, использующим расчёты по нормативам. Результат поможет определить будущее направление работы для системы управления сбытом и повысить эффективность экономического планирования задач теплосбытовой компании.

Глава 1. Анализ современных проблем сбыта тепловой энергии

1.1. Основные понятия, принципы и особенности теплоэнергосбыта

Теплосбытовая компания - производитель тепловой энергии для общественных нужд, иначе предприятие, основным направлением деятельности которого служит поставка тепловой энергии. Тепловая энергия как продукт содержит два компонента: горячую воду и пар. Горячая вода используется в целях отопления, вентиляции и горячего водоснабжения потребителей. Пар используется для технических целей. Своевременное производство и поставка тепловой энергии является важной задачей как для экономики, так и для поддержания уровня удовлетворенности жителей населенного пункта, пользующегося услугами теплосбытовой компании

В зависимости от решения региональных властей, счёт за отопление может выставляться или в течении отопительного периода, илив течении всего года. Исходя из постановления Правительства РФ «О предоставлении коммунальных услуг собственникам и пользователям помещений в многоквартирных домах и жилых домов» от 6 мая 2011 г., отопительный период должен начинаться после 5-дневного периода, в котором среднесуточная температура наружного воздуха будет ниже 8 градусов по Цельсию[1]. Как правило, это период с октября по апрель.

Если рассматривать тепловую энергию, как продукт, то можно выделить два характерных свойства:

1. Тепловая энергия не может быть выпущена в большем объеме, чем в ней существует потребность, иначе избыток потреблён не будет;

2. Объем потребленной тепловой энергии связан с температурой наружного воздуха. Наружная температура и объем потреблённой энергии имеют зависимость в противоположных фазах (чем ниже температура - тем больше объем потребления). Также на графиках зависимости отмечается линия ограничения, показывающая наличие предела производства тепловой энергии (при падении температуры ниже обозначенного линией уровня объем потребляемой теплоэнергии не изменяется).

Формирование счета за потребленную энергию для клиента теплосбытовой компании происходит в зависимости от типа учёта на его жилплощади.

1. Установлен квартирный счетчик тепла. Клиенту выставляется счёт, исходя из показателей квартирного счетчика, также прибавляется часть сборов на общеквартирные нужды (к примеру, отопление лестничных площадок многоквартирного дома). В расчетах учитываются объем потребленной энергии в помещении клиента, объем на общедомовые нужды и тариф на тепловую энергию.

2. Установлен общедомовой счетчик тепла. Клиенту выставляется счёт, пропорционально размеру его жилплощади. В расчетах учитываются объем потребленной энергии по показаниям общедомового прибора, площадь помещения клиента и тариф на тепловую энергию.

3. Счетчики тепла не установлены. Клиенту выставляется счёт по установленным нормативам на отопление. В расчетах учитываются площадь помещения клиента, тариф на тепловую энергию и установленный норматив потребления, меняющийся в зависимости от времени года.

Стоимость услуг по отоплению по состоянию на 2017 год рассчитывается на основании постановления Правительства РФ «О предоставлении коммунальных услуг собственникам и пользователям помещений в многоквартирных домах и жилых домов» от 6 мая 2011 г. Для каждого из типов учёта обозначена определенная расчетная формула, обозначенная в данном документе [1].

Для наиболее корректного построения прогноза сбыта тепловой энергии необходима точная информация о потреблении каждого пользователя. Это возможно с использованием индивидуальных счётчиков тепла.

Действующая формула для выставления счёта пользователям с индивидуальными счётчиками применяется только в том случае, когда индивидуальными счетчиками оборудованы все жилые (и нежилые) помещения в доме. Формула имеет следующий вид:

(1)

где - итоговая плата за отопление для владельца i-го помещения

- объём потребления за расчётный период в i-м помещении, определяемый индивидуальным прибором учёта (счётчиком)

- объём потребления на общедомовые нужды в доме, определяемый общедомовым прибором учёта, рассчитывается по формуле

(2)

(разность общедомового объёма потребленной энергии и суммы потребления по помещениям)

- общая площадь i-го помещения

- общая площадь всех помещений дома

- действующий тариф на тепловую энергию, определяемый законодательством РФ

Формула для выставления счета пользователям без индивидуального счетчика потребления, но с общедомовым счетчиком, имеет следующий вид:

(3)

где - объем потребленной энергии за расчетный период по показаниям общедомового прибора учета

Формула для выставления счета пользователям без индивидуального и общедомового приборов учета:

(4)

где - норматив потребления, меняющийся в зависимости от времени года, устанавливаемый властями

Схема процесса учета потребления тепловой энергии в зависимости от наличия/отсутствия счетчика принимает следующий вид (Рис. 1) (построена с использованием ARISExpress):

Рис.1 Схема процесса учета потребления тепловой энергии

1.2. Проблемы, связанные с теплоэнергосбытом

Несмотря на высокий уровень функциональности современных систем по управлению сбытом тепловой энергии, сфера теплоэнергосбыта на сегодняшний день не обладает высокой эффективностью в финансовом секторе[2]. Одной из причин этого недостатка является отсутствие возможности прогнозирования затрат на отпускаемую продукцию. В большой мере это связано с малым количеством клиентов с установленным индивидуальным счётчиком потребления тепловой энергии, наличие которого является важным фактором для построения индивидуального прогноза. Выставление счёта для пользователя без собственного счётчика, как указывалось в пункте 1.1, происходит по формуле (4), в которой используется норматив потребления тепловой энергии, устанавливаемый местными органами власти. Использование такого подхода чревато большими погрешностями, так как в (4) не учитывается реальный уровень потребления тепловой энергии, в результате чего потребителю приходится выплачивать сумму, превышающую реальную стоимость потребленной энергии, а теплосбытовая компания отпускает большой объем излишков, которые, исходя из особенностей, упомянутых в пункте 1.1, не могут быть потреблены. Данную проблему может решить внедрение автоматизированной системы управления сбытом тепловой энергии, включающей в себя установленные у каждого пользователя индивидуальные счетчики потребления и инструмент для прогнозирования, с помощью которого будет возможно оценить эффективность работы системы.

1.3. Использование АСУ в теплосбытовой компании

Автоматизированная система управления теплосбытом (АСУ ТС) предназначена для автоматизации основных процессов сбора, передачи и обработки данных в теплосбытовой компании.

Основными целями АСУ ТС являются:

* Ускорение исполнения задач по учету, структурированию и анализу данных о потреблении

* Уменьшение зависимости процесса учета данных от человеческого фактора

* Повышение работоспособности и эффективности процесса управления теплоэнергосбытом

* Уменьшение количества промежуточных процессов при сборе данных

* Итоговый вывод информации о выполненной работе системы в удобном для составления отчётов и долгосрочного анализа виде

Использование АСУ ТС позволит значительно уменьшить риск получения некорректной информации о потреблении и сократит затраты на учет потребления для клиентов.

1.4. Постановка задачи разработки подсистемы прогнозирования АСУ ТС

Цель прогнозирования заключается в планировании будущих направлений развития теплоснабжающего предприятия и определения средств, необходимых для их достижения. Прогнозирование потребления тепловой энергии базируется на анализе данных из биллинговой системы, содержащей учтенные счета пользователей. На основании этих данных разрабатывается план ожидаемого потребления для каждого клиента. Для построения максимально достоверной оценки необходимо использовать как можно больше учтенных данных.

Индивидуальный счётчик потребления необходим, чтобы оценить фактическое потребление клиента (учитывая те промежутки времени, когда пользователь вручную снижает температуру в помещении, к примеру, на время своего отсутствия). Только с использованием данных о реальном потреблении становится возможным построение плана поставки тепловой энергии для конкретного пользователя.

Подсистема прогнозирования на основе информации из базы данных об учтенных счетах будет выполнять оценку будущего объема потребления для конкретного пользователя и рассчитывать оптимальный объем поставки. Возможность прогнозирования сбыта тепловой энергии позволит минимизировать издержки поставок и сократить затраты на производство.

Подсистема прогнозирования потребления позволит сравнить данные по учету, полученные с помощью индивидуального счетчика, включенного в АСУ, с данными, получаемыми при подсчете по формуле с нормативом (для клиента без счетчика). Из полученных результатов будет следовать вывод о целесообразности внедрения АСУ ТС в теплосбытовую компанию.

Выводы

Эффективность деятельности теплосбытовой компании определяется уровнем оперативности используемой в ней системы управления сбытом. Для значительного упрощения контроля над процессами в компании и для улучшения качества работы с клиентами в существующую систему может быть внедрена автоматизированная система управления теплосбытом (АСУ ТС). Использование АСУ ТС позволит существенно сократить временные затраты на получение и обработку получаемой от клиента информации о потреблении тепловой энергии, а также автоматизировать процесс взаимодействия с клиентской частью, исключив тем самым ошибки человеческого фактора. Для обоснования эффективности внедряемой системы необходимо использовать инструмент для прогнозирования потребления тепловой энергии, с помощью которого будет проведено сравнение результативности систем с использованием и без использования АСУ ТС.

1. Определены основные понятия, принципы и особенности сферы сбыта тепловой энергии.

2. Дана оценка современной ситуации в организации контроля по управлению сбытом в теплосбытовых компаниях.

3. Определено понятие автоматизированной системы управления теплосбытом, описаны её основные функции и поставлена задача для подсистемы прогнозирования сбыта.

4. Полученные результаты отмечают основные проблемы сферы теплосбыта и предлагают возможный путь их решения. Для этого в существующую систему будет внедрена АСУ ТС с подсистемой прогнозирования потребления тепловой энергии. На основе смоделированных данных будет проверена эффективность работы системы и оценена целесообразность её внедрения.

база данные теплоэнергосбыт прогнозирование



Глава 2. Построение модели системы прогнозирования

2.1. Описание модели

В рамках данной работы будет рассматриваться модель использования АСУ ТС на примере определения потребления индивидуального пользователя в многоквартирном доме. Обязательное условие использования АСУ ТС - наличие у пользователя индивидуального счетчика для определения объема использования тепловой энергии. Так как указанная в пункте 1.1 формула для выставления счета пользователю с индивидуальным счетчиком в соответствии с законодательством используется только при наличии прибора учёта в каждом жилом (и нежилом) помещении в доме, будет использоваться модель, в которой каждое помещение многоквартирного дома оснащено счетчиками.

Важное отличие существующей системы учета с использованием индивидуального счетчика от моделируемой АСУ ТС - отсутствие необходимости для пользователя вручную учитывать показания счетчика и передавать их в теплосбытовую компанию. Показания счетчика ежедневно фиксируются, АСУ ТС автоматически пересылает данные на сервер, где они будут учитываться и записываться в базу данных, с возможностью доступа к ним для дальнейшей обработки.

После того, как система получит данные о потреблении клиента за определённый период и проведёт необходимые вычисления для выставления счёта, сформированный счёт будет отправлен клиенту.

Работа АСУ ТС заключается в следующей последовательности операций:

1) Учет потребления тепловой энергии индивидуальным счётчиком, установленным у пользователя

2) Отправка данных о потреблении в биллинговую систему

3) Обработка данных и передача информации о потреблении в отдел расчетов

Таким образом, использование АСУ ТС позволит избежать технических ошибок в определении точного потребления (к примеру, при ручном заполнении счета пользователем) и потери счета при передаче его в отдел, отвечающий за учёт в биллинговой системе.

В некоторых современных системах управлением сбытом тепловой энергии уже внедрена и используется АСУ. В качестве примера можно привести интегрированные автоматизированные системы управления предприятиями теплоснабжения «Тепловые сети» (ИАСУ «Теплосеть») или система дистанционного мониторинга «Элдис»[3][4]. Обе этих системы обладают возможностью удаленного сбора и анализа данных о потреблении энергии, а также автоматизации необходимых расчётов и работы с данными. Тем не менее, в существующих АСУ ТС не предусмотрено использование инструмента прогнозирования, который помогает определить направление развития компании, значительно снизить издержки ресурсов и оценить качество работы внедряемой системы.

Организация АСУ ТС для клиентов состоит из следующих шагов:

1) Установка индивидуальных приборов учёта тепловой энергии во всех жилых (и нежилых) помещениях здания пользователя

2) Синхронизация работы прибора учёта с сервером, установленным в теплосбытовой компании

3) Получение доступа АСУ к базе данных об учтенных счетах пользователя для обработки и анализа

4) Обеспечение технической поддержки установленной аппаратуры, а также методической и информационной совместимости

5) Предоставление своевременного технического и программного обновления аппаратуры при необходимости



2.2. Построение модели процесса учета потребления в АСУ ТС

Для корректного определения задач АСУ ТС необходимо построить модель бизнес-процессов в теплосбытовой компании. Бизнес-процессом называется набор действий, выполняемых с целью получения определённого результата.

Для моделирования схем процессов используются программные инструменты. В качестве средства моделирования бизнес-процессов АСУ ТС в данной работе выбрана программная среда ARISExpress. Основными достоинствами среды являются полный набор возможностей для описания, анализа, оптимизации и документирования бизнес-процессов, бесплатное распространение, удобный интерфейс и полная локализация на русский язык.

Измененная с учетом использования АСУ ТС схема процесса учета потребления тепловой энергии представлена на Рис. 2 (построена с использованием ARISExpress):

Рис. 2 Модель процесса учета тепловой энергии с использованием индивидуальных счетчиков тепла



2.3. Общее описание функциональных задач АСУ ТС

Разрабатываемая АСУ ТС должна обладать всеми необходимыми подсистемами для анализа, сбора, хранения, передачи и систематизирования данных о потреблении тепловой энергии. Исходя из такой постановки задачи, в системе должны выполняться следующие функциональные задачи:

1) Мониторинг нагрузки

Управление базой данных абонентов и документов, на основании которых заключается договор о теплоснабжении. Формирование отчетности, основанной на анализе этих данных.

2) Мониторинг учета

Управление базой данных о приборах учета потребления тепловой энергии, установленных у абонентов, включающей в себя характеристики и учтенные показания. Автоматизация предоставления информации о технических условиях, необходимых для установки и эксплуатации прибора учета. Автоматизация сведения водного и теплового балансов с помощью алгоритмов расчета, в рамках всей системы или по конкретному пользователю.

3) Составление, учет и архивирование документов

Расчет стоимости потребленной абонентом энергии на основании данных с прибора учета, с учетом возможных дополнений и повторных расчётов. Выставление счета, включающее запись в базу данных об учтенном потреблении для каждого абонента, печать необходимых документов с возможностью редактирования и внесения необходимых поправок в шаблоны.

4) Учет поступлений

Автоматизированное управление банковских поступлений. Формирование необходимых счетов, управление базами данных об учтенных счетах, оплаченных и неоплаченных документах, покупках и продажах, возможность постоянного обновления данных. Возможность моментального доступа к необходимым данным, их анализа и изменения.

5) Планирование и прогнозирование

Возможность аналитического анализа имеющихся данных. Составление аналитических расчетов на будущие покупки и продажи. Использование инструмента прогнозирования для построения прогноза будущего потребления тепловой энергии на основании учтенной информации о потреблении для каждого абонента из базы данных.

6) Организация работы с бюджетными потребителями

Автоматическое ведение договоров по лимитам предоставления тепловой энергии бюджетным потребителям. Управление базой данных по бюджетным абонентам. Возможность присваивать бюджетный статус на основании анализа источников формирования доходов потребителя.

7) Организация работы по претензиям и искам

Управление базой данных по претензиям, искам и другим правовым документам. Автоматизация составления и обновления базы данных о должниках с возможностью анализа и изменения. Автоматизация расчётов дополнительных корректировок для конкретных абонентов. Возможность автоматической отправки и учета претензионных актов пользователям и в юридический отдел компании.

8) Организация работы по налогообложению

Автоматизированная подсистема составления отчетов по налогообложению.

9) Генератор отчетности

Автоматизированная подсистема по составлению отчетов на основании информации из баз данных.

10) Организация необходимых сервисных работ

2.4. Требования к организации АСУ ТС

Кроме постановки функциональных задач, для корректного и оптимального функционирования разрабатываемой АСУ ТС необходимо обозначить условия, необходимые для полноценной работы системы.

· Организация клиент-серверной архитектуры системы для работы в многопользовательском режиме с распределением прав доступа к данным. Число пользователей может быть изменено.

· Реализация взаимодействия серверов системы с удаленными индивидуальными приборами учета потребления у пользователейпо выделенной сети. Важно отметить, что при отправке информации должна обеспечиваться целостность данных, а сам процесс должен занимать как можно меньшее время.

· Организация и описание реляционных баз данных в системе с возможностью доступа, анализа и изменения данных. Структура баз данных, основные поля, хранимые процедуры и функции должны быть подробно описаны. Также в системе должно быть предусмотрено пользовательское средство, обеспечивающее удобный просмотр информации из базы данных, документов и счетов.

· Возможность копирования, изменения и восстановления любой выбранной информации. Для этой цели используются точки восстановления и резервное копирование составляющих системы.

· Установка интуитивно понятного интерфейса для пользовательской части системы, соответствующего современным стандартам и оперативно реагирующим на действия пользователей, таких как ввод, анализ и изменение данных. Приложение документационного пакета с инструкциями по эксплуатации системы.

· Возможность переноса в новую систему архива данных из прошлой системы, предоставление полного доступа к их анализу и обработке в соответствии с разработанными стандартами.

На сервере должна быть установлена операционная система не ниже MSWindows 2000/XP. В качестве систем управления базами данных АСУ ТС могут быть использованы ORACLE DB EE или MS SQL Server. Офисное программное обеспечение пользовательской части системы должно включать пакетыне ниже MiсrosoftOffice 2000/MiсrosoftOffice XP.

Используемые в АСУ ТС прикладные подсистемы должны удовлетворять следующим требованиям:

· Реализация трёхуровневой программной архитектуры: представления (Web-client), бизнес-логики (Web-сервисы) и базы хранимых данных.

· Организация использования сервисов, отвечающих за информационную безопасность - целостность и конфиденциальность хранимых данных.

· Взаимосвязь с пакетом MicrosoftOfficeи с реляционными базами данных для систематизации и обеспечения быстрого доступа к необходимой информации.

· Поддержка жизненного цикла подсистем, включающего определение требований, моделирование, проектирование и внесение необходимых дополнений, а также создание прикладной документации и доступная техническая поддержка.

2.5. ER-модель данных АСУ ТС

Для определения общего вида модели разрабатываемой автоматизированной системы используется представление её основных атрибутов в ER-модели. ER-модель - это информационно-логическая модель данных, включающая в себя описание объектов системы с набором связей, отношений и атрибутов. Подобная модель позволяет выделить основные объекты и структурировать описываемую систему. ER-модель АСУ ТС представлена на Рис. 3 (построена с использованием ARISExpress).



Рис. 3 ER-модель данных в АСУ ТС

Данные о потреблении с привязанными к ним датами отправляются в биллинговую систему автоматически индивидуальным прибором учёта, установленным у пользователя. В этой же подсистеме хранится и прогноз потребления для данного пользователя, получаемый инструментом прогнозирования на основе анализа данных из базы плательщиков. База плательщиков связана с базой абонентов, содержащей информацию о каждом абоненте теплосбытовой компании и с базой договоров. В базе данных плательщиков содержится информация обо всех учтенных счетах потребителя, получаемая в результате работы сектора расчетов и из биллинговой системы. Данные базы абонентов и базы договоров вручную вносятся, проверяются и редактируются оператором при регистрации нового потребителя.

2.6. Определение и задачи прогнозирования

Автоматизированные системы прогнозирования потребления используются в целях планирования сбыта энергетических ресурсов и контролирования соблюдения норм выпуска и поставки. Процесс прогнозирования включает в себя обработку больших массивов данных, использование дополнительных (поправочных) коэффициентов, исследование статистических и функциональных закономерностей.

Используемый в АСУ ТС инструмент прогнозирования должен обладать возможностью строить индивидуальный прогноз для каждого пользователя, чтобы в дальнейшем анализировать эти данные при расчетах стоимости потребляемой им тепловой энергии. Расчёты происходят в системе автоматически по установленным законодательством формулам. Также результаты прогнозирования будут использоваться для планирования будущих распределений средств и ресурсов в теплосбытовой компании.

Модель процесса использования средства прогнозирования в системе теплосбытовой компании представлена на Рис. 4 (построена с использованием ARISExpress):

Рис.4 Модель процесса использования подсистемы прогнозирования



2.7. Инструмент прогнозирования

Анализ данных о потреблении тепловой энергии требует наличия соответствующей программной среды с возможностью обработки массивных объемов данных с использованием статистических методов. Инструмент прогнозирования должен получать на вход данные из базы учтенных счетов пользователей, проводить анализ и автоматически строить прогноз на указанный период, который также отправляется в специальную базу данных для прогнозов, где будет доступен для дальнейшей обработки.

В качестве инструмента прогнозирования для АСУ ТС выбран программный пакет для статистического анализа STATISTICA, разработанный компанией StatSoft. Пакет реализует все необходимые в АСУ ТС функции анализа и обработки крупных массивов данных о потреблении, обладает удобным и понятным интерфейсом, обладает повышенной точностью вычислений.Также в STATISTICA предусмотрена возможность взаимодействия с реляционными базами данных, включая импорт/экспорт данных в необходимом формате с помощью методов STATISTICA VisualBasic.

Для оперативного построения прогноза на основании получаемых данных в STATISTICAиспользуется макрос для прогнозирования. Макрос позволяет автоматизировать работу инструмента прогнозирования, в связи с чем отпадает потребность в контроле над проведением вычислений и уменьшается риск ошибки итоговых расчётов. При необходимости есть возможность редактировать программный код макроса, изменяя и дополняя входные и выходные параметры в зависимости от конкретной цели расчётов.

2.8. Построение прогноза на указанный период

Для построения корректного прогноза на 31 день необходимы данные за период, как минимум в 8 раз превышающий данный. Таким образом, минимальные необходимые объем используемых данных - 248 дней, что соответствует выборке о потреблении за январь с 2009 по 2017 год. Для увеличения точности в данной модели выборка была взята по данным за 13 лет. Смоделированный набор данных содержит информацию о потреблении тепловой энергии за январь с 2005 по 2017 года включительно.

Моделирование случайных величин проводилось в среде Python. Заданные рамки моделирования были выбраны с учетом информации о средних показателях потребления тепловой энергии по январю. Для квартиры площадью 62 м2, рассматриваемой в модели и в дальнейших вычислениях, объем потребления за январь приблизительно равен 1,2 Гкал. На основании этого значения были построены ежедневные показатели потребления энергии. Показатели потребления для каждой модели были вручную скорректированы с учётом показателей температуры в выбранных периодах. Данные о температуре получены с сайта WeatherArchive.ru, проводящего архивацию данных о погоде с 1999 года[5]. Пример данных об учете потребления тепловой энергии в январе 2007 года приведён в табл. 1.

Таблица 1. Потребление тепловой энергии в январе 2007 года

Дата	Q, Гкал	t, °C
01.01.2007	0,03339	+2.00°C
02.01.2007	0,03229	+2.78°C
03.01.2007	0,03305	+2.38°C
04.01.2007	0,03211	+0.25°C
05.01.2007	0,03225	+1.00°C
06.01.2007	0,03353	+1.88°C
07.01.2007	0,03253	+2.12°C
08.01.2007	0,03359	+0.75°C
09.01.2007	0,03323	+1.00°C
10.01.2007	0,03284	+4.75°C
11.01.2007	0,03280	+6.50°C
12.01.2007	0,03594	+2.25°C
13.01.2007	0,03401	+3.25°C
14.01.2007	0,03575	+0.62°C
15.01.2007	0,04582	+1.75°C
16.01.2007	0,03224	+0.38°C
17.01.2007	0,03230	+2.12°C
18.01.2007	0,03396	+2.00°C
19.01.2007	0,03303	+5.00°C
20.01.2007	0,03498	?0.62°C
21.01.2007	0,03306	?1.75°C
22.01.2007	0,03441	+1.00°C
23.01.2007	0,03781	?6.75°C
24.01.2007	0,03782	?9.88°C
25.01.2007	0,04348	?10.50°C
26.01.2007	0,04107	?13.75°C
27.01.2007	0,03970	?9.25°C
28.01.2007	0,03981	?5.78°C
29.01.2007	0,04615	?10.62°C
30.01.2007	0,04695	?12.50°C
31.01.2007	0,04540	?10.38°C

Среднее значение объема использованной тепловой энергии за январь с 2005 по 2017 год (по смоделированным данным) - 1,1809 Гкал.

Программный пакет STATISTICAполучает на вход данные о ежедневном потреблении тепловой энергии и на их основании строит прогноз на ежедневное потребление тепловой энергии в январе 2018 года. На Рис. 5 показан график потребления тепловой энергии в Гкал в январе за период с 2005 по 2017 год. Красным цветом выделен построенный с использованием STATISTICA прогноз на январь 2018 года, зеленым цветом обозначены верхняя и нижняя границы прогноза. Спрогнозированные данные о ежедневном потреблении тепловой энергии в январе 2018 года приведены в табл. 2.



Рис. 5 Потребление тепловой энергии в Гкал в январе за период с 2005 по 2017 год и прогноз на 2018 год с границами

Таблица 2. Прогноз потребления тепловой энергии в январе 2018 года

Дата	Прогнозирование за январь 2005-2017 Q, Гкал
	Прогноз	Нижняя граница	Верхняя граница	Станд. Ошибка
01.01.2018	0,037058	0,031632	0,042484	0,003290
02.01.2018	0,036441	0,028768	0,044114	0,004653
Дата	Прогнозирование за январь 2005-2017 Q, Гкал
	Прогноз	Нижняя граница	Верхняя граница	Станд. Ошибка
03.01.2018	0,037871	0,028473	0,047268	0,005699
04.01.2018	0,039063	0,028211	0,049914	0,006581
05.01.2018	0,038868	0,026736	0,051000	0,007358
06.01.2018	0,040696	0,027405	0,053986	0,008060
07.01.2018	0,040306	0,025951	0,054662	0,008706
08.01.2018	0,039223	0,023876	0,054569	0,009307
09.01.2018	0,038963	0,022686	0,055241	0,009871
10.01.2018	0,037361	0,020203	0,054519	0,010405
11.01.2018	0,037822	0,019827	0,055818	0,010913
12.01.2018	0,038538	0,019742	0,057333	0,011398
13.01.2018	0,037455	0,017892	0,057018	0,011864
14.01.2018	0,036542	0,016241	0,056844	0,012312
15.01.2018	0,037721	0,016707	0,058735	0,012744
16.01.2018	0,039189	0,017486	0,060892	0,013162
17.01.2018	0,039178	0,016807	0,061550	0,013567
18.01.2018	0,039384	0,016365	0,062404	0,013960
19.01.2018	0,038520	0,014870	0,062171	0,014342
20.01.2018	0,039137	0,014872	0,063402	0,014715
21.01.2018	0,040116	0,015251	0,064980	0,015078
22.01.2018	0,039304	0,013855	0,064754	0,015433
23.01.2018	0,038504	0,012483	0,064525	0,015780
24.01.2018	0,038797	0,012216	0,065378	0,016120
25.01.2018	0,039473	0,012344	0,066602	0,016452
26.01.2018	0,039974	0,012308	0,067640	0,016778
27.01.2018	0,040119	0,011926	0,068313	0,017097
28.01.2018	0,039477	0,010766	0,068188	0,017411
29.01.2018	0,039409	0,010191	0,068628	0,017719
30.01.2018	0,038912	0,009193	0,068630	0,018022
31.01.2018	0,039497	0,009287	0,069706	0,018320

В результате прогнозирования ожидаемое потребление тепловой энергии в январе 2018 составит 1,2029 Гкал. Заметим, что оно близко к значению среднего объема потребления тепловой энергии за период, по данным которого проводилось прогнозирование. Это значение будет использоваться в дальнейших расчетах для доказательства эффективности использования приборов индивидуального учета потребления. Также спрогнозированные данные о потреблении помогут при планировании будущего распределения ресурсов и затрат теплосбытовой компании.

Также отметим, что при прогнозировании не учитывалось влияние температуры на объём потребленной энергии. Это связано, в первую очередь, с определенной особенностью потребления тепла, заключающейся в том, что при опускании температуры ниже определенной отметки зависимость количества отпускаемой энергии от температуры становится не таким жёстким [6]. В рассматриваемый в прогнозе период (январь), температура в основном придерживается средней отметки в , что позволяет не учитывать взаимосвязи между температурой и потреблением. Как правило, на протяжении отопительного периода (с октября по апрель) по большей части также преобладает именно отрицательная температура. Кроме того, при прогнозировании потребления на долгосрочный период (к примеру, на ближайший год), в АСУ ТС не будет возможности использования точных данных о температуре на указанный период, так как долгосрочное (от 10 суток до 3 месяцев) и сверхдолгосрочное (от 3 месяцев) прогнозирование температуры связано с особыми трудностями и его предел оправдываемости довольно невысок[7]. Следовательно, прогнозирование потребления в рассматриваемой АСУ ТС будет основываться только на информации об учтенном потреблении для пользователя, а точность и эффективность прогноза будут зависеть от количества и точности учтенных ранее данных.

Выводы

Внедрение АСУ ТС в теплосбытовую компанию поможет избежать множества системных и технических ошибок. Основные процессы, отвечающие за передачу данных о потреблении тепловой энергии, при использовании АСУ ТС заменяются автоматизированными процессами, выполняющими поставленную задачу более корректно и оперативно, чем пользователь или оператор. Также система будет обладать инструментом прогнозирования, с помощью которого будет возможно оценить будущие направления использования ресурсов компании, а также оценить целесообразность использования индивидуальных приборов учёта тепловой энергии. В качестве примера с помощью программного статистического пакета STATISTICAпостроен прогноз потребления тепловой энергии на обозначенный период, использующий данные об учтенном потреблении как исходные материалы для вычисления. Итоговый прогноз соответствует ожидаемому значению, при этом его точность можно улучшить с увеличением количества входных данных (учтенных счетов из базы данных).

1. Обозначены основные задачи функционирования и организации АСУ ТС.

2. Смоделирована модель процесса учета потребления и построена ER-модель данных в АСУ ТС.

3. Определены задачи прогнозирования потребления тепловой энергии и выбран инструмент прогнозирования. На основе смоделированных данных о потреблении построен прогноз и проведена его предварительная оценка на близость к соответствию ожидаемым результатам.

4. Полученные результаты позволяют спроектировать автоматизированную систему управления для теплосбытовой компании. Использование встроенной в неё подсистемы прогнозирования даст возможность для оценки будущего направления использования ресурсов и эффективности использования АСУ ТС для компании.



Глава 3. Оценка полученных результатов

3.1 Проверка согласованности модели с критериями эффективности АСУ ТС

Исходя из заданных в пункте 1.3 основных задач внедрения АСУ ТС в теплосбытовую компанию, необходимо убедиться, что предложенная модель действительно удовлетворяет всем установленным критериям.

1) Ускорение исполнения задач по учету, структурированию и анализу данных о потреблении - выполняется за счет передачи данных от счетчика к серверу на автоматической основе

2) Уменьшение зависимости процесса учета данных от человеческого фактора, повышение работоспособности и эффективности процесса управления теплоэнергосбытом, уменьшение количества промежуточных процессов при сборе данных - выполняется за счет автоматизации системы учета

3) Итоговый вывод информации о выполненной работе системы в удобном для составления отчётов и долгосрочного анализа виде - выполняется за счет использования встроенного программного обеспечения (STATISTICA)

3.2 Определение исходных данных для оценки эффективности АСУ ТС

Как было указано в пункте 2.1, для описания работы модели АСУ ТС рассматривается пользователь, проживающий в многоквартирном доме, каждое жилое (и нежилое) помещение которого оснащено приборами автоматического учета объема потребления тепловой энергии.

Для оценки эффективности модели на примере расчетов счета за потребление в январе 2018 года для данного индивидуального потребителя введём следующие данные:

В многоквартирном доме 9 этажей (по 3 квартиры на каждом) и 6 подъездов. Итого общее число жилых помещений в доме .

- общая площадь i-го помещения (в данном случае, принадлежащего пользователю)

руб/Гкал - действующий тариф на тепловую энергию

= 1,18087 Гкал - средний объем потребления за январь (на основании смоделированных данных)

- объем потребленной энергии за январь 2018 года по показаниям общедомового прибора учета

- сумма потребления по помещениям (приведена по данным о среднем объеме потребления с корректировкой на увеличение)

3.3 Оценка счетов за потребление на примере модели данных о пользователе

На основании определенных первоначальных данных рассчитаем итоговую стоимость потребления за январь в трёх возможных вариантах:

1) Пользователь не имеет индивидуального и общедомового приборов учёта.

2) Пользователь имеет общедомовой прибор учёта.

3) Пользователь имеет индивидуальный прибор учёта.

Формулы для расчёта использованы с учётом информации из пункта 1.1.

3.3.1 Счет для пользователя без индивидуального и общедомового приборов учета

Для выставления счета пользователям без индивидуального и общедомового приборов учета используется формула (4).

Гкал/м2 - норматив потребления

р.

Пользователь без индивидуального и общедомового приборов учета заплатит 2717,37 р. за потребление тепловой энергии в январе 2018 года.

3.3.2 Счет для пользователя с общедомовым прибором учета

Для выставления счета пользователям с общедомовым счетчиком используется формула (3).

- общая площадь всех помещений дома (для удобства будем считать, что в доме есть только жилые помещения, равные по площади)

р.

Пользователь с общедомовым прибором учета заплатит 1848 р. за потребление тепловой энергии в январе 2018 года.

3.3.3 Счет для пользователя с индивидуальным прибором учета

Для выставления счета пользователям с индивидуальным счетчиком используется формула (1).

Из формулы (2):

Гкал

Гкал - объем потребления в январе 2018 года, полученный в результате прогнозирования в АСУ ТС

р.

Пользователь с индивидуальным прибором учета заплатит 1810,5 р. за потребление тепловой энергии в январе 2018 года.

3.3.4 Сравнение полученных результатов

В результате расчётов максимальная стоимость потребления тепловой энергии наблюдается у пользователя без установленных приборов учёта потребления (2717,37 р.), а минимальная - у пользователя с индивидуальным счётчиком (1810,5 р.). Из этих показателей следует вывод, что установка индивидуального счетчика, предусматриваемая моделируемой в данной работе АСУ ТС, даёт значительную финансовую выгоду для клиента теплосбытовой компании, что повышает её привлекательность для потенциальных потребителей на рынке.

Выводы

Результатом внедрения АСУ ТС в теплосбытовую компанию являются значительные преимущества в секторе работы с клиентами, в финансовом секторе и в части планирования будущего направления развития работы. Автоматизация процессов учёта и отправки данных о потреблении в биллинговую систему позволит избежать возможных ошибок человеческого фактора и упорядочит имеющуюся информацию о каждом индивидуальном потребителе. Важным достоинством разработанной АСУ ТС является наличие используемого в ней инструмента прогнозирования, позволяющего планировать управление ресурсами. Кроме того, была проведена оценка эффективности прогнозирования потребления с использованием смоделированных данных. Результаты подчёркивают преимущества использования АСУ ТС для индивидуального пользователя в финансовом плане, что делает теплосбытовую компанию более конкурентоспособной в своей сфере деятельности.

1. Приведены результаты оценки эффективности прогнозирования потребления с использованием смоделированных данных.

2. Полученные результаты подтвердили предположение об эффективности, с точки зрения технико-экономических показателей, использования проектируемой АСУ ТС для индивидуального пользователя, что делает теплосбытовую компанию более конкурентоспособной в своей сфере деятельности.



Заключение

Используемые в современных теплосбытовых компаниях системы управления сбытом не лишены множества значительных недостатков. Для компании в их число входит невозможность оценить будущие планы по распределению средств, а для пользователя - завышенные суммы при уплате счетов за потребление. Кроме того, вероятность получения некорректных данных при выставлении счетов клиенту высока из-за большого влияния человеческого фактора на процессы сбора, систематизации и обработки данных о потреблении для каждого пользователя. Подобные недостатки должны быть исправлены и минимизированы, так как управление сбытом тепловой энергии является одной из важнейших задач мировой энергетической промышленности и напрямую влияет на благосостояние как частных пользователей, так и предприятий.

Решением подобной проблемы может послужить внедрение в теплосбытовую компанию автоматизированной системы управления теплосбытом (АСУ ТС). С помощью данной системы основная часть работы по учёту потребляемой энергии будет автоматизирована, что значительно уменьшит риск ошибки при передаче и обработке данных. Кроме того, АСУ ТС использует встроенный инструмент прогнозирования, позволяющий спланировать будущие расходы ресурсов компании, а также оценить преимущества использования системы для пользователей.

В данной работе рассмотрена модель АСУ ТС на примере теплосбытовой компании.

В первой главе обозначены основные понятия и принципы управления сбытом тепловой энергии, включающие в себя установленные правила для расчёта платы абонента за потребление тепловой энергии и возможные варианты для учета энергии (установка индивидуального или общедомового счетчика, либо их отсутствие).

Выделены проблемы современного состояния данной сферы и рассмотрены возможные способы их решения.Сформулированы основные задачи АСУ ТС и поставлена задача для моделирования системы.

Во второй главе описано построение модели системы прогнозирования в разрабатываемой АСУ ТС. Обозначены основные принципы и план организации работы системы. Далее с помощью программной среды ARISExpressпостроены схемы бизнес-процессов учета потребления тепловой энергии и использования средства прогнозирования с учетом внедрения АСУ ТС. В качестве инструмента прогнозирования выбран программный пакет STATISTICA, отвечающий всем необходимым для построения прогноза требованиям. Далее смоделированы данные о потреблении тепловой энергии, на основании которых построен пример прогноза потребления и его график. Отмечены особенности построения прогноза и оценена его сопоставимость с ожидаемыми результатами.

В третьей главе проводится проверка согласованности параметров построенной модели с заданными критериями эффективности АСУ ТС. Далее определяется модель исходных данных индивидуального пользователя, используемая для оценки эффективности подсистемы прогнозирования. Проведено сравнение результатов вычисления счёта для пользователя с индивидуальным прибором учета потребления, с общедомовым прибором и без приборов учёта. Результат подтверждает эффективность и клиентскую выгоду от использования метода учета потребления, основанного на АСУ ТС. Разработанная в результате работы модель может быть использована на теплосбытовом предприятии с целью улучшения организации работы с входящими данными от клиентов, минимизации рисков потери или ошибочности данных, оптимизации технической части существующей системы управления сбытом тепловой энергии. Используемое в автоматизированной системе средство прогнозирования дает возможность снизить возможные убытки от излишек производства компании, рассчитывать будущий спрос на потребление для каждого пользователя и определять направление работы.

Список использованных источников

1. Семикашев В.В. Потребление тепловой энергии населением России. // Проблемы прогнозирования. 2010. № 4. С. 73-86.

2. Основные требования к созданию интегрированных автоматизированных систем управления предприятиями централизованного теплоснабжения «Тепловые сети» (ИАСУ «Теплосеть»). // Отраслевой методический материал. РД 34.35.128-96 (утв. РАО «ЕЭС России» 15.02.1996).

3. Прогноз и архив погоды. URL: http://weatherarchive.ru/ (дата обращения: 02.05.2017).

4. Пазюк С.А., Коваленко Г.В. Прогнозирование объёма сбыта тепловой энергии на предприятии энергетического комплекса.// Актуальные вопросы экономических наук. 2011. № 19. С. 388-396.

5. Угрюмов А.И. Долгосрочные метеорологические прогнозы. Учебное пособие. - СПб.: РГГМУ, 2006.

Размещено на Allbest.ur

...