Размещено на http://www.allbest.ru/

Кафедра информационных систем

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

по дисциплине «Информационные технологии»

на тему: «Проектирование и разработка программных приложений для решения прикладных задач»

Выполнил(а): студент(ка)

группы ИДПО_ЭиЭ-З-23/1

Петров Иван Владимирович

Проверила: доцент Ермакова А.Н.



Содержание

цифровизация технология интерфейс производственный

Введение

1. Теоретические основы цифровизации отрасли

1.1 Цифровизация электроэнергетики в России

1.2 Цифровые домашние и коммерческие решения в области управлением энергопотреблением

1.3 Цифровые технологии: влияние на развитие АПК в России

2. Проектирование графического интерфейса и разработка алгоритмов для решения прикладных задач

2.1 Алгоритмизация производственного процесса

2.2 Организация проектирования графического интерфейса производственной задачи

Список использованной литературы



Введение

В настоящее время процесс цифровой трансформации затрагивает все отрасли экономики, в стороне не осталась и российская электроэнергетика, ощущающая влияние бурного развития цифровых технологий. Актуальность анализа уровня цифровизации электроэнергетики России обусловлена тем, что в современном мире развитие энергетических технологий и повышение энергетической эффективности является одним из приоритетных направлений государственной политики. Прогнозируется, что темпы роста спроса на электроэнергию вдвое превысят темпы роста спроса на транспортное топливо, а к 2025 году электроэнергетика будет обеспечивать 25% всех энергетических потребностей. Кроме того, для данной отрасли характерна некоторая специфика реализации процесса цифровизации.

Во-первых, электроэнергетическая отрасль обладает особым статусом, она определяет развитие других секторов экономики, поскольку практически все отрасли так или иначе связаны с энергоресурсами.

Во-вторых, являясь базовой отраслью экономики, имеющей долгую историю существования, электроэнергетика сформировала полную инфраструктуру, систему институтов, видов экономической деятельности.

В-третьих, электроэнергетическая отрасль представлена множеством предприятий, предоставляющим рабочие места для огромного числа трудоспособных граждан с определенным уровнем квалификации, который должен соответствовать действующей бизнес-модели и существующей энергетической парадигме.

В современных научных исследованиях уделяется значительное внимание вопросам направлений цифровизации как мировой энергетики в целом, так и изучению подходов ее протекания на постсоветском пространстве]. Однако большая часть работ затрагивает тренды цифровой трансформации отдельных отраслей топливно-энергетического, либо посвящена отдельным проблемным вопросам цифровизации отрасли.

Несмотря на актуальность и практическую значимость цифровизации электроэнергетики, исследованиям уровня цифровой зрелости российской электроэнергетической отрасли с опорой на данные отечественной статистики посвящено не так много работ. В основном используются зарубежные источники, которые не отражают в полной мере специфические особенности электроэнергетики России и, соответственно, не учитывают вытекающие из них ограничения и проблемы внедрения цифровых технологий.

Целью исследования является анализ особенностей цифровизации и обоснование предложений по преодолению угроз и вызовов цифровой трансформации электроэнергетической отрасли России.

Основные задачи исследования связаны с анализом особенностей реализации процесса цифровой трансформации электроэнергетической отрасли России, выявлением проблемных сторон внедрения цифровых технологий в систему электроэнергетики на текущем этапе развития и разработке путей их решения, которые могут способствовать успешному продолжению цифровизации отрасли.

Объектом исследования выступила энергетическая отрасль российской экономики, предметом - процесс цифровизации исследуемого объекта.

В данной научной статье исследованы специфические черты электроэнергетической отрасли России, определяющие приоритетный характер цифровизации этой экономической сферы. Описаны основные тенденции, перспективные направления развития отрасли, выделенные как зарубежными, так и российскими экспертами, ключевые факторы и прогнозы развития сектора. Проведен анализ статистических данных, характеризующих уровень цифровизации российской электроэнергетики и сделан вывод об ограниченности статистических показателей для анализа степени цифровизации в отраслевом разрезе и о необходимости расширения источников информации для оценки цифровой зрелости российской экономики. Сформулированы ключевые особенности цифровой трансформации, характерные для российской электроэнергетики, с учетом которых обозначены проблемы и угрозы развития отрасли, вызовы, стоящие перед внедрением цифровых технологий в электроэнергетику. В рамках их преодоления предложены направления стратегических действий, которые разделены по субъектным уровням: государство, отраслевые объединения, предприятия, научные институты, потребители. В заключении описаны основные риски отказа от внедрения цифровых технологий и возврата к прежней энергетической парадигме, а также представлены перспективные возможности, которые может предоставить цифровизация электроэнергетической отрасли. Практическая значимость проведенного исследования состоит в возможности применения его результатов при выработке стратегии дальнейшей цифровой трансформации электроэнергетики как на уровне государственного управления, так и на уровне отдельных компаний, их объединений, а также потребителей электроэнергии.



1. Теоретические основы цифровизации отрасли

1.1 Цифровизация электроэнергетики в России

Мы привыкли говорить о цифровизации применительно к системам связи, но с развитием информационных технологий этот процесс охватил и многие другие отрасли. Первая индустриальная революция произошла, когда в конце XVIII века ручной труд начали широко заменять машинами. Вторая революция произошла в начале XX века, когда Генри Форд придумал конвейер. В настоящее время мир переживает третью революцию, связанную с цифровизацией, и любое производство будет со временем управляться компьютерными программами, которые могут размещаться где-нибудь в "облаках". Хотя и с опозданием, этот процесс добрался и до электроэнергетики. Когда-то это должно было случиться… Об этом сегодня и предлагаю поговорить.

Текущие проблемы электроэнергетики хорошо известны и в чём-то близки проблемам, с которыми в своё время пришлось столкнуться и в ИКТ-отрасли. К ним относится моральное и физическое старение всего парка работающего оборудования (более 50 % активов сетей единой национальной энергетической сети имеют сверхнормативный срок эксплуатации -- более 25 лет, а износ российских электроэнергетических систем по разным данным составляет от 50 до 70 %), преобладание импортных поставок систем управления и автоматизации предыдущего поколения (80 % инвестиций идёт в развитие зарубежных технологий и поставку устаревших решений) и сокращение национальной инвестиционной программы.

Энергетической отрасли жизненно необходима модернизация на базе интеллектуальных систем с целью повышения эффективности и снижения капитальных и операционных затрат. К тому же на трансформаторах, линиях электропередачи и сооружениях много не сэкономишь -- согласно законам физики передаваемые мощности требуют соответствующего "железа". Поскольку эксперименты Н. Тесла столетней давности по беспроводной передаче электроэнергии с помощью башни Wondercliff так и не были завершены (хотя интерес к ним в последнее время вновь появился), столь эффектная в области связи "беспроводка" у электроэнергетиков пока не получается.

Электроэнергетические сети в чём-то похожи на сети связи -- они имеют магистральные и распределительные участки с различными рабочими напряжениями и структурой "звезда" или "кольцо". В качестве сетевых узлов выступают подстанции, в которых происходит преобразование напряжения передаваемой электроэнергии. Важнейшая особенность любой электроэнергетической системы заключается в том, что производство электроэнергии, её распределение и преобразование в другие виды энергии осуществляются практически в один и тот же момент времени. Другими словами, сегодня электроэнергия практически нигде не аккумулируется (проекты создания сетевые накопителей электроэнергии находятся в разработке), и вся система работает в режиме on-line. Все элементы системы взаимно связаны и взаимодействуют, а энергия, произведённая в системе, всегда равна энергии, в ней же потреблённой. Здесь можно заметить, что в отличие от ИКТ-отрасли, которая прошла огромный путь, чтобы в отличие от почтовой связи иметь возможность иметь всю передаваемую информацию в режиме on-line, электроэнергетика изначально работала в данном режиме, и мечты её специалистов направлены на то, чтобы научить свои сети работать в режиме off-line.

Ещё одна особенность тесно связана с гигантской совокупностью разнообразнейших потребителей в единой сети, что резко повышает актуальность обеспечения надёжности работы энергосистемы и требует создания в энергетических системах достаточного резерва мощности во всех её элементах.

Относительная быстрота протекания переходных процессов, связанных с короткими замыканиями, включениями и отключениями, качаниями, нарушениями устойчивости, требует обязательного применения специальных автоматических устройств. Подобные устройства, часто весьма быстродействующие, должны обеспечить надлежащую корректировку переходных процессов в системе. Правильный выбор и настройка всех этих автоматических устройств, к которым относятся аппараты защиты от перенапряжений, установки релейной защиты, автоматические регуляторы, автоматические выключатели ит. п., немыслимы без учёта работы всей системы как единого целого. Всё это способствует широчайшему внедрению автоматики в энергетических системах и полной автоматизации отдельных электростанций и подстанций. И от этой автоматики (помимо систем связи, разумеется) зависит сегодня благосостояние каждого развитого государства.

Указанные выше задачи решаются созданием автоматизированной системы управления технологическим процессом (АСУ ТП). В её рамках собирается первичная информация по всем параметрам технологических процессов, решаются задачи метрологического обеспечения, выполняются процедуры прямого регулирования и дистанционного управления оборудованием. Данная система является источником информации для верхних уровней управленческой структуры (диспетчерский пункт, центр управления) и во многом определяет эффективность управления всей энергетической системой.

В целом АСУ ТП подстанции интегрирует в себе подсистему релейнозащитной автоматики (РЗА), противо-аварийной автоматики (ПА), автоматизированную информационно-измерительную систему коммерческого учёта электроэнергии (АСКУЭ), регистраторы аварийных событий (РАС), систему мониторинга и диагностики силового оборудования, систему определения места повреждения (ОМП) кабеля, системы сбора и передачи оперативной и неоперативной технологической информации, системы контроля качества электроэнергии, инженерных и вспомогательных систем и др.

Интересно, что технологии, до сих пор массово применявшиеся для мониторинга и управления в электроэнергетике, находились на уровне развития телефонной связи 30-х годов прошлого века: аналоговые каналы с медными проводами от каждого из множества датчиков до целой армии реле и индикаторов. Кроме того, всё это материало- и энергоёмко, что снижает надёжность, затратно и негибко при проектировании, неэффективно при масштабировании и модернизации и, кроме того, требует много персонала при эксплуатации. Остаётся добавить, что электроэнергетика, основанная на устаревших принципах мониторинга и управления, сама по себе может представлять угрозу для государства.

В целом в отличие от ИКТ в электроэнергетике процесс цифровизации находится в начальной стадии. Несмотря на то, что тенденция перехода на цифровые технологии в системах сбора и обработки информации, управления и автоматизации подстанций наметилась ещё более 15 лет назад, первая в мире цифровая подстанция была запущена лишь в 2006 г. Тем не менее, сегодня практически все ведущие компании-производители электроэнергетической отрасли активно работают в данном направлении, учитывая положительный опыт ИКТ-отрасли. Тем более, что телекоммуникации являются основой систем мониторинга и управления в любой другой отрасли экономики. К тому же цифровизация, окончательно победившая в начале XXI веке в ИКТ, подняла на новую высоту не только отрасль связи, но все отрасли, которые сумели этим воспользоваться.

Инновационное развитие электроэнергетики сегодня характеризуется объединением электросетевой и информационной инфраструктур в узлах сети -- цифровых подстанциях. Цифровая подстанция (ЦПС) -- элемент активно-адаптивной (интеллектуальной) электросети с системой контроля, защиты и управления, основанной на передаче информации в цифровом формате. Технология ЦПС позволяет удешевить строительство подстанций, уменьшить их габариты, повысить надёжность и, в конечном счёте, повысить качество энергоснабжения потребителя, не увеличивая стоимость. Это в свою очередь, даёт повышение помехоустойчивости, сокращение количества оборудования, цепей вторичной коммутации и экономию площадей. ЦПС можно быстрее строить и проще выработать типовые проекты для тиражирования. В настоящее время на планете сотни ЦПС.
С появлением первых микропроцессорных релейных устройств защиты информация от них стала также интегрироваться и в системы АСУ ТП. Постепенно количество устройств с цифровыми интерфейсами увеличивалось (противоаварийная автоматика, системы мониторинга силового оборудования, системы мониторинга щита постоянного тока и собственных нужд и т. д.). Вся эта информация от устройств нижнего уровня интегрировалась в АСУ ТП по цифровым интерфейсам. Однако, несмотря на повсеместное использование цифровых технологий для построения систем автоматизации, подобные подстанции не являются в полной мере цифровыми, так как вся исходная информация, включая состояния блок-контактов, напряжения и токи, передаётся в виде аналоговых сигналов от распределительного устройства в оперативный пункт управления, где оцифровывается отдельно каждым устройством нижнего уровня (всё это даже увеличивает стоимость подстанции, так как требует установки большого числа АЦП). Например, одно и то же напряжение параллельно подаётся на все устройства нижнего уровня, которые преобразовывают его в цифровой вид и передают в АСУ ТП. На традиционных подстанциях различные подсистемы используют различные коммуникационные стандарты (протоколы) и информационные модели. Для функций защиты, измерения, учёта, контроля качества выполняются индивидуальные системы измерений и информационного взаимодействия, что значительно увеличивает как сложность реализации системы автоматизации на подстанции, так и её стоимость. Ну а если учесть, что исторически информация от всей автоматики шла по отдельным медным кабелям, и таких подстанций было построено многие тысячи, то можно представить себе объём, извините за выражение, "аналогового железа".

Переход к качественно новым системам автоматизации и управления оказался возможен при появлении новых стандартов и технологий ЦПС, к которым, прежде всего, относится специально разработанный стандарт МЭК 61850. В отличие от других, он регламентирует не только вопросы передачи информации между отдельными устройствами, но и вопросы формализации описания схем -- подстанций, защиты, автоматики и измерений, конфигурации устройств. В указанном стандарте предусматриваются возможности использования новых цифровых измерительных устройств (в том числе с цифровым оптическим выходом) вместо традиционных аналоговых измерителей (трансформаторов тока и напряжения). К примеру, цифровые измерительные трансформаторы передают мгновенные значения напряжения и токов по протоколу МЭК 61850-9-2 устройствам уровня присоединения. В итоге ИТ позволяют перейти к автоматизированному проектированию ЦПС, управляемых цифровыми интегрированными системами, и здесь будут аналогии с системами управления из ИКТ-отрасли.

Все информационные связи на ЦПС являются цифровыми и образуют единую шину процесса. Это открывает возможности быстрого и прямого обмена информацией между устройствами, что в конечном итоге позволяет отказаться от массы медных кабельных связей, отдельных устройств, а также добиться более компактного их расположения. Итак, главная особенность ЦПС состоит в том, что все её вторичные цепи -- это цифровые каналы передачи данных, образующие единую информационную сеть (сеть передачи данных).

Таким образом, основой ЦПС является единая телекоммуникационная инфраструктура, выполненная на базе современных технологий. Основная идея, заложенная в идеологию ЦПС, -- осуществлять мониторинг всех процессов как можно ближе к источникам информации, передавать полученные данные во все подсистемы посредством волоконно-оптических линий связи и виртуализировать большинство функций, выполняемых на подстанции. Таким образом, все измерительные устройства становятся источниками информации, а все встроенные интеллектуальные электронные устройства -- её потребителями. В свою очередь, устройства автоматизации превращаются просто в компьютеры со специализированным ПО, а система защиты и управления ЦПС -- в набор логических программных модулей с различным функционалом и новым уровнем защищённости. В результате виртуализированная ЦПС размещается на сервере и собирается из программных модулей РЗА, ПА, РАС, АСКУЭ и пр. как большой бутерброд или как матрёшка. Процесс проектирования также переходит и в область компьютерных программ. Общим итогом всей этой деятельности является замена разнофункциональных аналоговых систем единым сервером со специализированным ПО, включающем в себя профильные программные модули. С целью повышения надёжности сервер изготавливается в защищённом исполнении и дублируется для "горячего резерва". Таким образом, считается, что ЦПС позволяет повысить уровень безопасности электроэнергетических объектов, получить существенное снижение металлоёмкости, уменьшить число элементов в системах управления и мониторинга с одновременным повышением эффективности их работы, повысить уровень надёжности и наблюдаемости, а также минимизировать затраты на инжиниринг и наладку

Что дальше? Дальше будет логичным переход от рынка аппаратных платформ к рынку ПО и к "облачным" решениям. Правда, они должны обладать соответствующей защитой и от "дурака" и от "отнюдь не дурака", поскольку возможные последствия отсутствия такой защиты для единой энергетической системы страны нетрудно себе представить. То есть внедрение ЦПС может представлять своего рода угрозу для государства, но каков век, таковы и угрозы. Можно, к примеру, подключить всю систему управления энергосетями страны к Интернету, а потом героически бороться с угрозами. Вот, к примеру, военные во всём мире уже давно поняли, что подключать всё подряд к Интернету совсем не обязательно. Зато в 2014 году на конференции по информационной безопасности, проходившей в Международном союзе электросвязи (МСЭ) в Женеве довелось слышать, как представитель одной африканской страны хвалился системой управления национальной энергетикой, поставленной одним американским поставщиком, которая может управляться из любой точки мира. Мысленно многие участники конференции пожелали ему успеха.

В настоящее время во всём мире выполнено уже много проектов, связанных с применением стандарта МЭК 61850, показавших преимущества данной технологии. Вместе с тем ряд вопросов ещё требует дополнительных разработок. Это относится к надёжности цифровых систем, к вопросам конфигурирования устройств на уровне подстанции и энергообъединения, к созданию общедоступных инструментальных средств проектирования, ориентированных на разных производителей.

Для сравнения "прошлых" и новых технологий можно привести примерные расчёты для оборудования "традиционной" подстанции и аналогичной по задачам ЦПС. В первом случае потребуется 150 км медного кабеля, 100 шкафов автоматического управления, 900 м2 площади, а общие затраты на оборудование и монтаж -- около 400 млн. руб. Второй вариант требует 15 км волоконно-оптического кабеля, три шкафа защиты и управления (двойное резервирование того самого сервера), 150 м2 площади и общие затраты -- около 160 млн. руб. Ну а если учесть, что с дистанционным мониторингом и всем прочим в ЦПС может управиться один оператор с планшетным ПК, нетрудно представить и общую выгоду по капитальным и операционных инвестициям. На одном цветном металлоломе можно неплохо заработать. Снижение эксплуатационных расходов получится и за счёт перевода объектов в разряд "необслуживаемых", а также их унификации и стандартизации. Кроме того, появится способность систем оперативно адаптироваться к изменяющимся условиям, повысить надёжность и безопасность за счёт обеспечения прозрачности используемых алгоритмов. Не менее легко представить и "облако", из которого управляется целая группа ЦПС, а то и вся система энергетики. То есть налицо воистину огромный простор для разработчиков и поставщиков, что, заметим, в целом не является какой-либо новостью для специалистов ИКТ-отрасли.

Разумеется, есть и проблемы. Прежде всего, ещё не утверждены стандарты, по которым должна проектироваться и которым должна соответствовать ЦПС, нет соответствующего метрологического обеспечения, в которое до сих пор заложены "традиционные" аналоговые измерения, нет и соответствующим образом обученного персонала. Нет даже устоявшегося определения ЦПС.

Сегодня в России активно ведётся работа по развитию технологии ЦПС, запущен ряд пилотных проектов, ведущие российские компании приступили к разработке соответствующих отечественных продуктов и решений. Остаётся пожелать, чтобы руководство отрасли с пониманием отнеслось к этим работам и опиралось на отечественных производителей (в том числе и в области ПО) и подтолкнуло процесс цифровой стандартизации. Но, однако, не одной только ЦПС ограничивается сегодня модернизация электроэнергетики.

Интеллектуальные сети встречаются не только в ИКТ-отрасли. Если создать электросеть, которая собирает информацию от всех потребителей и производителей энергии и на её основе перераспределяет потоки мощности, то можно направить их туда, где дефицит, и накапливать там, где есть избыток. В таком случае каждый потребитель энергии в любой момент может стать её поставщиком. Подобная технология уже разрабатывается и называется SmartGrid, а сети на её основе называются активно-адаптивными сетями (из-за того, что у сети появляются элементы, активно меняющие свои параметры в зависимости от изменяющегося режима потребления). Как мы уже знаем, важнейшим элементом таких сетей являются ЦПС.

SmartGrid предполагает создание саморегулирующейся электроэнергетической системы, которая, обладая всей текущей информацией о состоянии сети и потреблении, будет распределять текущие энергетические ресурсы, полученные как от промышленных производителей, так и от частных пользователей. При этом излишек энергоресурсов будет накапливаться в специальных хранилищах и использоваться в периоды пиковых нагрузок. Иначе говоря, энергетическую систему будущего можно рассматривать как одноранговую сеть, весьма похожую на Интернет, в которой потребители наравне с поставщиками электроэнергии станут активными участниками процесса распределения и потребления электроэнергии. Как и в Интернете, повышение эффективности работы всей системы осуществляется за счёт децентрализации функций генерации и управления потоками электроэнергии и информации в энергетической системе, а также благодаря снижению затрат на организацию системы передачи электроэнергии, оперативного устранения неисправностей и возможности передачи электроэнергии и информации в двух направлен

Сегодня концепция SmartGrid рассматривается во многих странах в качестве начала масштабного перехода к возобновляемым источникам энергии (ВИЗ) в лице солнца, ветра и воды, хотя сам подход к этой концепции может несколько отличаться. Повсеместное аккумулирование излишков энергии может стать драйвером роста водородной энергетики и электротранспорта. К примеру, Калифорния намерена к 2020г. генерировать 12000 МВт с помощью ВИЗ на местных электростанциях. По данным Pike Research, к этому времени региональным драйвером SmartGrid станет Китай, а общемировой объём соответствующего рынка составит свыше 70 млрд долларов США. Но, правда, надо ещё уметь создавать такие аккумуляторы и перенаправлять потоки электроэнергии.

Сегодня, как мы все знаем, у нас нет выбора в поставщике электроэнергии несмотря на утверждения отдельных "великих реформаторов" о наличии так называемого рынка электроэнергии. А вот в SmartGrid потребитель имеет возможность оптимизировать график загрузки своих мощностей для минимизации затрат, а также получения дохода от своей персональной электростанции. Так что когда-нибудь в дополнение к планируемым Правительством РФ социальным нормам электропотребления у нас, возможно, появятся и многотарифные счётчики электроэнергии от разных поставщиков.

Однако не всё так просто. Концепция SmartGrid, конечно, красивая, но чтобы реализовать всё вышесказанное, электроэнергетикам потребуется разработка новых технологий по самым разным направлениям, к которым специалисты относят создание интеллектуальных измерительных приборов (SmartMetering), развитие компонентов электрической сети и устройств управления потоками мощности, развитие систем накопления энергии (аккумуляторы, водородное топливо, суперконденсаторы, ГАЭС и т. п.),
Кое-что уже появляется буквально на наших глазах. Не так давно учёные Дальневосточного федерального университета и института Автоматики и Процессов управления ДВО РАН создали уникальный метод диагностики высоковольтного оборудования в режиме on-line на основе анализа спектров его собственного электромагнитного излучения. Изобретение обладает рядом несомненных преимуществ перед традиционными методами диагностики. Отсутствует необходимость отключать оборудование, информация о появлении и развитии дефекта немедленно появляется в электромагнитном излучении, нет необходимости разрабатывать специальные приборы для регистрации и обработки информации. И самое важное -- дефект фиксируется на самой ранней стадии его появления и развития. Изобретение защищено десятью патентами и не имеет мировых аналогов. Остаётся добавить, что оно так и "просится" в состав ЦПС.

На сегодняшний день широкому внедрению инноваций в электроэнергетике по обыкновению препятствуют несовершенство законодательства, недостаточное финансирование и настороженное отношение ко всему новому. Вот, к примеру, в Китае законодательно закреплено, что все новые подстанции должны строиться только в виде ЦПС, в США и Европе значительное число подобных объектов уже находится в опытно-промышленной эксплуатации для наработки опыта и перехода к данной технологии. В России такой практики пока нет, но, вроде бы, уже есть «концептуальные мысли». Есть и пилотные проекты ЦПС, которые, кстати, по производимому драматическому эффекту весьма походят на севший посреди деревенских изб вертолёт. Кто-то удивится и пойдёт дальше запрягать телегу, кто-то заинтересуется и подойдёт поближе, а кто-то, перекрестившись, уйдёт обратно в избу и полезет на печь. Ну а надежда, как всегда, на инноваторов.

1.2 Цифровые домашние и коммерческие решения в области управлением энергопотреблением

В современном мире вопросы эффективного энергопотребления стали ключевыми, и жилищно-коммунальное хозяйство (ЖКХ) не является исключением. Рациональное использование энергоресурсов не только способствует снижению коммунальных расходов для жильцов, но и важно для устойчивости и экологической ответственности. В этой статье рассказывается, как цифровые решения, основанные на интернете вещей (IoT), играют ключевую роль в обеспечении эффективного энергопотребления в ЖКХ.

Внедрение ИТ-решений играет важную роль в сфере эффективного энергопотребления в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ)..

Так, благодаря смарт-счетчикам и датчикам более прозрачным становится мониторинг и контроль потребления энергоресурсов, что позволяет непрерывно отслеживать расход электроэнергии, газа, воды и других ресурсов. Полученные данные анализируются и передаются на центральный сервер для детального мониторинга. Это дает возможность эффективно управлять ресурсами и оптимизировать их использование.

Экономические выгоды цифровизации ЖКХ проявляются в снижении операционных и капитальных затрат. IT-разработки повышают эффективность и рациональность управления ресурсами, что приводит к снижению коммунальных платежей для жильцов и уменьшению затрат для администраторов жилых комплексов и коммунальных служб. Таким образом, цифровизация ЖКХ открывает новые перспективы для более эффективного энергопотребления и управления ресурсами, содействуя устойчивому развитию и снижению негативного воздействия на окружающую среду.

В последние годы большое распространение получили технологии «интернета вещей». Интернет вещей (IoT) описывает устройства с датчиками, возможностью обработки данных, программным обеспечением и другими технологиями, которые подключаются и обмениваются данными с другими устройствами и системами через Интернет или другие коммуникационные сети. Интернет вещей включает в себя электронику, связь и информатику. Термин «Интернет вещей» считается неточным, поскольку устройства не обязательно должны быть подключены к общедоступному Интернету; они должны быть подключены только к сети и иметь индивидуальный адрес. Эта область развивалась благодаря конвергенции множества технологий, включая повсеместные вычисления, товарные датчики и все более мощные встроенные системы, а также машинное обучение. Старые области встраиваемых систем, беспроводных сенсорных сетей, систем управления, автоматизации (включая дома и автоматизации зданий) независимо и коллективно обеспечивают работу Интернета вещей. На потребительском рынке технология IoT чаще всего является синонимом продуктов "умного дома", включая устройства и бытовую технику (осветительные приборы, термостаты, домашние системы безопасности, камеры и другую бытовую технику), которые поддерживают одну или несколько распространенных экосистем и могут управляться с помощью устройств, связанных с этой экосистемой, таких как смартфоны и умные колонки. IoT также используется в системах здравоохранения.

Существует ряд проблем, связанных с рисками, возникающими при развитии технологий и продуктов Интернета вещей, особенно в таких областях, как конфиденциальность и безопасность, и, как следствие, были предприняты шаги со стороны промышленности и правительства для решения этих проблем, включая разработку международных и местных стандартов, руководящих принципов и нормативно-правовой базы. Из-за своей взаимосвязанности устройства Интернета вещей уязвимы для взлома и нарушения конфиденциальности. В то же время способ беспроводной передачи данных этими устройствами создает неопределенность в регулировании, усложняя юрисдикционные границы передачи данных.^[13]

Это сеть физических устройств, подключенных к интернету и обменивающихся данными между собой. За последнее десятилетие произошел заметный переход от устройств, не связанных с Интернетом вещей, к устройствам интернета вещей. Фактически, по прогнозам, к 2030 году 75% всех устройств будут IoT, это решение востребовано в самых разных областях. Основными принципами технологии являются сбор данных, анализ информации и принятие решений на основе полученных

В ЖКХ IoT играет ключевую роль. Системы IoT позволяют жильцам и администраторам зданий точно мониторить и контролировать потребление энергоресурсов, предоставляя детальную информацию о расходе электроэнергии и воды. Это позволяет оптимизировать использование ресурсов и снизить счета за коммунальные услуги.
Сфера применения IoT в ЖКХ обширна, она включает мониторинг и контроль потребления электроэнергии и воды, автоматическую оптимизацию систем отопления и кондиционирования, а также снижение расходов на коммунальные услуги для потребителей:

Мониторинг и контроль потребления энергии и воды. Счетчики снабжаются сенсорами, которые непрерывно измеряют расход электроэнергии и воды. Эти данные предоставляют детальную информацию о потреблении энергоресурсов. Жильцы и администраторы зданий могут видеть, где и как используется энергия, что позволяет оптимизировать процессы. Это позволяет регулировать потребление энергии, снизить расход энергоресурсов и сократить затраты для жильцов и администраторов зданий.

Оптимизация систем отопления и кондиционирования. Smart-устройства могут регулировать температуру в помещениях, учитывая данные о текущей погоде и предпочтениях жильцов. Благодаря IoT, отопительные и кондиционирующие системы способны автоматически выключаться, когда никто не находится в помещении, или регулировать температуру в зависимости от времени суток. Это обеспечивает поддержание комфортного микроклимата и снижает расходы на отопление и охлаждение.

Как результат, системы IoT предоставляют жильцам больше контроля над своими расходами на энергоресурсы. Это помогает существенно сократить коммунальные платежи и сэкономить деньги.

Цифровизация сферы жилищно-коммунального хозяйства (ЖКХ) открывает перед ней значительные перспективы развития, но также ставит перед ней ряд препятствий. Рассмотрим их более подробно:

Среди основных перспектив стоит выделить:

1. Эффективное управление ресурсами. Цифровые технологии позволяют более точно и эффективно управлять потреблением электроэнергии, воды и газа. Это способствует снижению расходов на коммунальные услуги и сокращению экологического воздействия.

2. Повышение качества обслуживания. Внедрение IoT-решений и мониторинга способствует оперативному реагированию на аварийные ситуации, обеспечивая безопасность и комфорт для жильцов.

3. Снижение операционных расходов. Автоматизация процессов в управлении жилыми комплексами и обслуживании инженерных сетей оптимизирует работу персонала и снижает затраты на обслуживание.

4. Экологическая устойчивость. Цифровые решения обеспечивают более рациональное использование ресурсов и снижение выбросов загрязняющих веществ, что важно с учетом глобальных экологических проблем.

5. Инновационные модели управления. Внедрение ИТ влечет за собой пересмотр модели управления жилыми комплексами и коммунальными службами, что способствует более гибким и эффективным практикам.

Наряду с перспективами отрасль сталкивается и с вызовами:

· Инфраструктурные проблемы. Для внедрения цифровых решений, включая широкополосный доступ в интернет и обновление оборудования, требуется создать соответствующую инфраструктуру.

· Кибербезопасность. С ростом числа подключенных устройств и передачи данных возрастает и риск кибератак. Обеспечение надежной кибербезопасности становится приоритетом. Так, по статистике 40,8% умных домов по всему миру имеют одно или несколько уязвимых подключенных устройств, которые могут поставить под угрозу весь умный дом. Если хотя бы одно из этих устройств подвергнется кибератаке, вся семья может оказаться под угрозой возникновения нескольких проблем с безопасностью.

· Конфиденциальность данных. Сбор и хранение данных о потреблении ресурсов могут вызвать вопросы о конфиденциальности. На этом фоне важно разработать строгие политики и меры защиты данных.

· Обучение и адаптация персонала. Внедрение цифровых технологий требует подготовки и адаптации персонала к новым системам и процессам.

· Финансирование. Развитие цифровизации ЖКХ требует финансирования на всех уровнях, от государственных программ до инвестиций внутри жилых комплексов.

· Регуляторные аспекты. Необходимо разработать и принять законы и нормативные акты, регулирующие использование цифровых технологий в ЖКХ и защищающие интересы потребителей.

К тому же, не стоит сбрасывать со счетов человеческий фактор.

Некоторые жильцы и управляющие компании сопротивляются изменениям и считает их излишними затратами.

В завершение стоит подчеркнуть, что цифровизация в жилищно-коммунальном хозяйстве (ЖКХ) представляет собой перспективное направление развития, которое может принести значительные выгоды и улучшения в данной сфере. Однако для успешной реализации этой цифровой трансформации необходимо преодолеть несколько вызовов и преодолеть препятствия. Важно обеспечить сбалансированный и устойчивый процесс внедрения цифровых решений в ЖКХ, учитывая особенности этой отрасли и потребности ее участников. Необходимо разработать эффективные стратегии и планы действий, которые учитывают интересы жильцов, администраторов жилых комплексов, коммунальных служб и государственных органов.

1.3 Цифровые технологии: влияние на развитие АПК в России

В сложных современных условиях перед государством стоит задача обеспечения эффективного управления системой народного хозяйства. Решить данную задачу представляется возможным только при сбалансированном развитии совокупности отраслей производства страны. Однако не все отрасли одинаково готовы к современным темпам развития и внедрению новых технологий. Одной из проблемных отраслей в российской экономике остается агропромышленный комплекс (далее - АПК). Состояние аграрного сектора во многом определяет экономическую стабильность и уровень продовольственной безопасности государства. Сегодня драйвером развития являются инноватика и цифровизация, однако в большинстве регионов сфера АПК не готова к их массовому внедрению.

Применение современных программ развития АПК позволяет повысить эффективность землепользования, ускорить технологические процессы переработки. Одним из механизмов рационализации расходов и обеспечения конкурентоспособности продукции АПК выступает цифровизация сельского хозяйства. Актуальность применения современных технологий в данной сфере обусловлена ролью АПК в обеспечении продовольственной и экономической безопасности. В условиях санкций роль АПК можно назвать стратегической и оказывающей непосредственное влияние на обеспечение национальной безопасности. В период с 2014 года в данную отрасль были направлены из бюджета большие объемы финансирования, однако прогрессивное развитие АПК все еще сопряжено с множеством проблем.

В современном мире процесс автоматизации давно стал обыденным явлением, а человек все больше адаптируется к жизни в мире, где преобладает искусственный интеллект и интернет вещей. В экономике процессы автоматизации, информатизации, компьютеризации перешли в стадию цифровизации. Те отрасли народного хозяйства, где процессы цифровизации внедряются менее интенсивно, сдерживают развитие процесса цифрового развития в целом. Для обеспечения запросов потребителей и удержания конкурентных позиций в отрасли АПК так же необходимо активное внедрение цифровых технологий. Сегодня без организации и систематизации этого процесса сельскохозяйственная отрасль не сможет обеспечить соотносимый с мировыми показателями уровень рентабельности. Цифровизация АПК - это не просто инструмент динамичного развития, это одно из условий выживания отрасли. Цифровизация дает предприятиям возможность усилить свои ключевые компетенции, повысить эффективность управления всеми функциональными областями (производство, маркетинг, финансы, логистика и т.д.), а также сформировать эффективные механизмы управления рисками.

На государственном уровне проблема цифровизации АПК нашла отражение в принятии и реализации ряда программных документов и нормативно правовых актов, таких как Национальная программа «Цифровая экономика 2024», Государственная программа развития агропромышленного комплекса от 14 июля 2012 года № 717 (с изменениями на 24 декабря 2021 года), Федеральная научно-техническая программа развития сельского хозяйства на 2017-2025 годы (далее - ФНТП) и Указ Президента РФ № 204 «О национальных целях и стратегических задачах развития Российской Федерации» на период до 2024 года, также Министерство сельского хозяйства РФ разработало проект «Цифровое сельское хозяйство».

В 2024 года на цифровизацию АПК планируется направить более 300 млрд. руб.; дополнительные капиталовложения в размере 152 млрд. руб. ожидаются от ИТ-компаний.

Одним из важных аспектов развития АПК выступает то, что в ФНТП учтена необходимость обеспечения сельскохозяйственных предприятий всеми необходимыми комплектующими от компьютеров до программ искусственного интеллекта. Проект характеризуется детальным подходом ко всем заложенным в нем техническим мероприятиям.

Одним из перспективных направлений в рамках Национальной программы «Цифровая экономика 2024» признается заключение смарт-контрактов, внедрение которых является перспективой для стабильного функционирования АПК в будущем. Сегодня это направление активно развивается в мировой экономике. В РФ по состоянию на начало 2022 смарт-контракты используются по минимуму.

Говорить о том, что цифровизация в сфере АПК активно продвигается на сегодняшний день преждевременно. До настоящего времени на 75% предприятий этой сферы цифровизация заключается в автоматизации бухгалтерского учета, ведении сайта компании, использовании геоинформационных систем. В большинстве случаев цифровые технологии используются в сфере сельскохозяйственного производства, при автоматизации процессов на животноводческих комплексах, при агротехнологических процессах, в сфере переработки их применение минимально. Сегодня только 3,3% сельскохозяйственных предприятий ориентированы на внедрение технологических инноваций (см. рисунок 1).



Рис. 2 Структура инвестиций в инновации в сфере АПК за 2021 г.

В качестве основных факторов, сдерживающих цифровизацию АПК можно выделить следующие:

- недостаточный уровень культуры управления, не позволяющий в полной мере использовать цифровые технологии в стратегическом планировании и принятии управленческих решений;

- недостаточный уровень цифровой компетентности персонала;

- недостаточный уровень технического оснащения, являющегося базисом цифровизации. Это одна из важнейших проблем. Невозможно устанавливать передовые программные продукты на устаревшее оборудование, невозможно обеспечить адекватную работу технологий при плохом сигнале интернет-связи;

- низкая доступность кредитных средств. Цифровые технологии требуют больших затрат. Отсутствие доступа к дешевым кредитам малому и среднему бизнесу сдерживает процесс цифровизации АПК, где в перерабатывающем секторе более 60% оборота приходится на малые и средние предприятия [5].

При этом нельзя однозначно сказать, что передовые цифровые технологии в АПК не применяются. На крупных предприятиях и комплексах постепенно идет освоение новых технологий. Так, в 2020 году 1% от всего полученного молока выработан с применением робототехники. Новаторами стали животноводы Красноярского края, первыми запустившие в эксплуатацию роботизированную установку «Карусель» GEADairyProQ.

Крупные растениеводческие сельхозпредприятия активно применяют беспилотные системы, дроны как для наблюдения за полями, так и для обработки посевов гербицидами и удобрениями. Применяются системы контроля почв, геолокационные и геоаналитические системы.

Одним из главных рисков цифровизации во всех сферах без исключения была высокая зависимость от импортного программного обеспечения. В России активно велись собственные разработки, но обеспечить все потребности цифрового рынка они не могли. Сегодня, в силу геополитических обстоятельств, РФ поставлена в условия, когда эти риски реализованы в полной мере.

На протяжении последних лет (2019-2021 год) лидерами по разработке программного обеспечения точного земледелия и точного животноводства были США и Япония.

Один из основоположников методологии точного земледелия доктор П. Роберт в 1994 г. определил ее как сельскохозяйственную систему менеджмента, основанную на информации и технологиях для идентификации, анализа и управления с учетом дифференцированных пространственных и временных почвенных вариаций на отдельно взятом поле, для оптимизации затрат, повышения устойчивости агроценозов и экологической стабильности производства.

Точное земледелие является основным технологическим трендом сельскохозяйственного производства и включает в себя технологии ГИС, дистанционного зондирования земли, оценки урожайности и решения Интернета вещей. В основе концепции точного земледелия лежит утверждение, что земельные угодья неоднородны и для получения более качественного урожая необходимо обрабатывать их отдельными участками.

Патентная активность России в данной сфере была предельно низкой. Несмотря на это точное земледелие использовали более чем в 40 регионах.

В большинстве случаев оно реализовывалось с помощью сельскохозяйственных машин «JohnDeere». Это еще раз характеризует высокую зависимость процессов цифровизации от внешних факторов. Именно в сфере АПК сегодня есть достойные отечественные продукты, способные заменить импортное программное обеспечение.

В сфере точного земледелия можно отметить программное обеспечение ГИС Панорама АГРО, которая не уступает по функциональным возможностям импортным аналогам и полностью совместима с отечественными программами автоматизации учета и отчетности. Проекты «Умное поле», «Умный сад», «Умная теплица», «Умная ферма» так же базируются на отечественных технологиях.

Важно учитывать и тот факт, что Россия входит в число лидеров по производству беспилотных летательных аппаратов, так востребованных в АПК.

Уже с начала 2022 года в Аналитический Центр Минсельхоза России поступило более 100 заявок о разработках в сфере цифровизации АПК, включающие в себя:

- проект системы диагностирования состояния животного при пастбищном содержании;

- проект системы мониторинга здоровья и воспроизводства у крупного рогатого скота;

- проект агрометеорологического обеспечения деятельности аграрных предприятий и пр.

Все предлагаемые проекты не требуют импортного программного обеспечения. Для управления подобными проектами может быть использована компьютерная техника с российским программным обеспечением, что повышает их актуальность.

Однако для эффективной цифровой трансформации АПК недостаточно произвести импортозамещение программных разработок. Важно обеспечить прочный фундамент внедрения новых технологий, как минимум, качественный доступ к скоростному интернету, стабильность сигнала сетей и провести комплексную модернизацию оборудования.

Таким образом, сфера АПК является одной из наименее подготовленной из отраслей народного хозяйства к внедрению инноваций и цифровизации. Решить эту проблему сегодня можно только комплексно, начав с формирования прочного базиса цифровизации.



2. Проектирование графического интерфейса и разработка алгоритмов для решения прикладных задач

2.1 Алгоритмизация производственного процесса

Среди 52 предприятий определить наименование завода с наиболее низким и наиболее высоким уровнем рентабельности производства. Определить также порядковые номера предприятий и их наименования, имеющие рентабельность свыше 43%.

Таблица 1

Расчет рентабельности производства

Предприятия	Затраты, тыс.руб	Выручка, тыс. руб.	Прибыль	Уровень рентабельности, %
			тыс.руб.	%
A	B	C	D	E	F
1 2 * * * 52	64,5 85,2 * * * 96,7	95,6 93,2 * * * 99,5	? ? * * * ?	? ? * * * ?	? ? * * * ?
ИТОГО	?	?	?	100	-
БОЛЬШЕ 43%	?	?	?	?	43

А - порядковый номер каждого предприятия

В(N) - затраты, тыс.руб.

С(N) - выручка, тыс.руб.

D - прибыль предприятия, тыс. руб.

E - прибыль предприятия, %

F - уровень рентабельности

Di = Ci - Bi

Ei = Di /ИТОГО *100

Fi = Di / Bi*100

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 Блок-схема расчета



Список использованной литературы

1. Варшавская В.В. Стратегическое управление атомной энергетикой в условиях циф- ровой экономики // Экономика, предпринимательство и право. 2020. № 3.

2. Воропай Н.И., Губко М.В., Ковалев С.П., Массель Л.В., Новиков Д.А., Райков А.Н., Сендеров С.М., Стенников В.А. Проблемы развития цифровой энергетики в России // Проблемы управления. 2019. № 1. c. 2-14. doi: 10.25728/pu.2019.1.1.

3. Горбатенко Н.А. Цифровизация электроэнергетики России // Вестник науки и образования. 2020. № 6-2(84). c. 5-8.

4. Грабчак Е.П. Цифровизация в электроэнергетике: к чему должна прийти отрасль? // Энергетическая политика. 2020. № 1(143). c. 16-21. doi: 10.46920/2409- 5516_2020_1143_16.

5. Давыдовский Ф.Н. Либерализация мировой электроэнергетики и проблемы становления конкурентных рынков в условиях реструктуризации // Экономика, пред- принимательство и право. 2011. № 7(7). c. 12-28.

6. Жилкина Ю.В. Цифровизация электроэнергетики как «окно возможностей для повышения эффективности энергосистем государств-участников СНГ // Вестник Казанского государственного энергетического университета. 2022. № 4(56).

7. Купчиков Т.В., Борматин В.Е., Герих В.П., Ермоленко Г.В., Рахимов А.С., Фролова О.Ю. Цифровая трансформация электроэнергетики: от Союза Советских Социалистических Республик к Содружеству Независимых Государств // Энергетический вестник. 2023. № 28. c. 20-39.

8. Васильев М.Ю. Направления инновационного развития для сельскохозяйственного предприятия / М.Ю. Васильев // Цифровая наука. 2021. №3. [Электронный ресурс]. URL: https://clck.ru/fJDBV (дата обращения: 18.03.2022).

9. Ильина А.А. Модель цифровой платформы АПК / А.А. Ильина, А.А. Кудряшов // ЭПП. 2020. №1. [Электронный ресурс]. URL: https://1economic.ru/lib/41563 (дата обращения: 18.03.2022).

10. Что такое смарт-контракт. Объясняем простыми словами. Портал «Секрет фирмы». [Электронный ресурс]. URL: https://secretmag.ru/enciklopediya/chto-takoe-smart-kontrakt-obyasnyaem-prostymi-slovami.htm (дата обращения: 18.03.2022).

11. Цифровая трансформация отраслей: стартовые условия и приоритеты: докл. к XXII Апр. междунар. науч. конф. по проблемам развития экономики и общества, Москва, 13-30 апр. 2021 г. / Г. И. Абдрахманова, К. Б. Быховский, Н. Н. Веселитская и др.; рук. авт. кол. П. Б. Рудник; науч. ред. Л. М. Гохберг, П. Б. Рудник, К. О. Вишневский, Т. С. Зинина; Нац. исслед. ун-т «Высшая школа экономики». -- М.: Изд. дом Высшей школы экономики, 2021. [Электронный ресурс]. URL: https://conf.hse.ru/mirror/pubs/share/463148459.pdf (дата обращения: 18.03.2022).

12. Форум «Агрохолдинги России - 2021». ЕЦПБ. МГУ имени М.В. Ломоносова. [Электронный ресурс]. URL: https://www.ecfs.msu.ru/index.php/ru/news/595-forum-agrokholdingi-rossii-2021 (дата обращения: 18.03.2022).

...