Основные нормы техноэтики

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВО «Калининградский государственный технический университет»

Кафедра электрооборудования судов и электроэнергетики

ИКЗ сдано на проверку ИКЗ принято с оценкой «_______»

Д.т.н., профессор В.И. Гнатюк

Индивидуальное контрольное задание по курсу дисциплины

Работу выполнил студент

Логвиненко Александр Леонидович

Калининград 2021



Содержание

1. Цели ИКЗ

2. Прогнозирование электропотребления g-методом на основе ДВР

3. Определение статистических характеристик электропотребления

4. Прогнозирование электропотребления на следующий временной шаг

5. Оценка потенциала энергосбережения техноценоза

Список литературы



1. Цели ИКЗ

Философски осмыслить объект исследования (региональный электро технический комплекс) в понятиях современной науки о технике и технической реальности - достигается в первом разделе ИКЗ.

Получить представление о новейшей математической методологии ис-следования и оптимизации рассматриваемого объекта (регионального электро-технического комплекса) - достигается во втором разделе ИКЗ.

Освоить и внедрить современные эффективные методы оптимального управления исследуемым объектом (региональным электротехническим ком-плексом) - достигается во втором разделе ИКЗ.

Источники информации

Авторский интернетсайт Гнатюк В.И. Техника, техносфера, энергосбережение [Сайт] / В.И. Гнатюк. - Электронные текстовые данные. - М.: [б.и.], [2000]. - Режим доступа: http://www.gnatukvi.ru, свободный.

Основной учебник по курсу Гнатюк В.И. Закон оптимального построения техноценозов [Монография] / В.И. Гнатюк. - 3-е изд., перераб. и доп. - Электронные текстовые данные. - Калининград: [Изд-во КИЦ «Техноценоз»], [2019]. - Режим доступа: http://gnatukvi.ru/ind.html, свободный.

Пояснительная записка

Пояснительная записка оформляется в соответствии с требованиями стандартов. На защиту ИКЗ представляются в компьютерной форме все реализованные расчетно-графические модули. Распечатанная пояснительная записка должна в себя включать (в соответствии с вариантом): титульный лист; содержание; текст эссе; текст РГР; список литературы; приложения.

Исходные данные

1. Тема эссе: «Три основные нормы техноэтики».

2. Расчетно-графический модуль для печати: «Прогнозирование электропотребления G-методом на основе ДВР».

3. Номер объекта для прогнозирования электропотребления: 28.

4. Номер временного интервала для потенширования: 53.

5. Номер временного интервала для определения списка объектов, аномально потребляющих электроэнергию: 53.

Три основные нормы техноэтики

Техноэтика - система норм нравственного поведения разума (биологического или технического) в отношении технической реальности. Ключевой посылкой, определяющей когнитивную основу техноэтики, является отказ от антропоцентризма, а ее нормативным стержнем выступает модернизированный кантовский категорический императив: поступай согласно максимам, которые в то же время могут иметь предметом самих себя в качестве всеобщих законов, соответствующих вектору эволюции окружающего мира в ряду реальностей «неживая - биологическая - техническая - гипертехническая».

Рассмотрим основные нормы техноэтики, первую из которых можно было бы трактовать как традиционную гомоэтическую норму человеческих отношений, непосредственно следующую из классического кантовского категорического императива (упрощенно: не делай другому ничего, чего не хотел бы, чтобы делали тебе). В данном случае мы утверждаем, что этика человеческих отношений, в условиях глубокой интеграции биологического разума в техническую реальность, может выступать как составная часть техноэтики. Дело в том, что в настоящее время значительная часть человеческих отношений осуществляется в рамках (и в интересах) производственного процесса, направленного на развитие техники (включая образование, научные исследования, проектирование, строительство, менеджмент, торговлю, бухучет, финансы, нормотворчество и т.д.). С другой стороны, существенная часть человеческих отношений, не имеющих непосредственного отношения к производственной деятельности, также осуществляется в условиях постоянного присутствия технической реальности и (прямо или опосредованно) с помощью технических средств. Следовательно, в этой части гомоэтика, становясь частью техноэтики, регулирует отношения людей друг с другом через технику. При этом категорический императив в несколько измененном виде можно сформулировать следующим образом: не делай в технической реальности ничего, чего не хотел бы, чтобы делали в технической реальности другие.

Вторая норма техноэтики связана с экологической культурой (иногда ее более точно называют экоэтикой) и направлена на регуляцию отношений человека с неживой и биологической реальностями. Очевидно, что вызывающее опасность (и в этом смысле являющееся первоочередным объектом для этического нормативного регулирования) воздействие человека на неживую и биологическую реальности всегда осуществляется посредством (а зачастую и в интересах) реальности технической.

С другой стороны единственным ресурсным источником для развития технической реальности выступают реальности неживая и биологическая. Следовательно, устойчивое развитие технической реальности возможно лишь в условиях такого воздействия на неживую и биологическую реальности, которое не будет носить катастрофически необратимого характера.

При этом экоэтический императив формулируется следующим образом: не делай в неживой и биологической реальностях ничего, что противоречило бы устойчивому развитию технической (и гипертехнической) реальности.

Третья норма техноэтики направлена на регуляцию непосредственных взаимоотношений человека (биологического разума) с технической реальностью. Придавая особый статус и подчеркивая то, что в будущем ее роль будет неуклонно возрастать, мы данную норму называем гиперэтикой. И здесь также имеется ключевой императив, который регулирует поведение человека с целью устойчивого развития технической реальности: не делай ничего, что противоречило бы устойчивому развитию технической реальности и превращению ее в реальность гипертехническую. Однако здесь следует сказать о важном дополнении, которое регулирует поведение биологического разума с целью выживания (с сохранением достойного места) в интенсивно развивающейся технической (и далее гипертехнической) реальности. Дело в том, что по мере зарождения и развития гипертехнической реальности роль биологической составляющей в общем технобиологическом разуме будет неуклонно снижаться. Следовательно, в процессе техноэволюции одной из важнейших всегда будет оставаться задача сохранения зависимости технической реальности от человека. В форме императива гиперэтическое дополнение можно было бы сформулировать следующим образом: не делай ничего, что делало бы техническую реальность совершенно независимой от биологического разума.

В результате научно-технического прогресса и последующей научно-технологической эволюцией, произошло доминирование технологий и использование техники во всех видах коммуникаций. Проникновение техники и объединение человечества при помощи технологий стало глобальным, а скорость трансформации социума превысила адаптивные возможности культуры. Интеграции техники и технологий в культуру так, как это было раньше, не происходит. Техника, как ледокол, разрушает устоявшиеся связи, нормы, правила, и только отдельные фрагменты былого еще могут обманывать своей статичностью. Закономерным последствием «технизации» стало катастрофическое отставание в разработке норм этической адаптации общества к последствиям научно-технического прогресса и экологического кризиса.

Поступок, преумноженный технической мощью, нуждается в ограничивающих его нормах этики. Без рациональной разработки, таких норм обойтись уже нельзя.

Альтернативу можно пред лагать на основе технократического мышления. Всю сложность социально-геосферных отношений можно постараться свести к инструкции по эксплуатации техники. Такое решение будет исключительно технократичным.

В области социальных отношений - бюрократизация всех сторон жизни, мелочная регламентация отношений, множество согласований для принятия даже незначительных решений, развитие контролирующих органов, что неминуемо приведет к неповоротливости и взаимной противоречивости общественных отношений. Иное решение предлагается в рамках техноэтики, призваной формировать отношение людей науке, технике и технологиям в условиях экологического кризиса. Скорость смены поколений технических устройств, появление новых, продиктованных технологиями отношений порождает конфликт уже не между «отцами» и их «детьми», а между поколениями с десятилетним отличием в возрасте. Ускорение социальной жизни, вызванное техникой и технологиями, фиксируется в большей скорости речи городских жителей (по сравнению с сельскими), в увеличении темпа музыкальных произведений. Это понимал еще А.Бердяев, когда писал: «… все болезни современной цивилизации порождаются несоответствием между душевной организацией человека, унаследованной от других времен, и новой, технической, механической действительностью, от которой он никуда не может уйти. Человеческая душа не может выдержать той скорости, которой от нее требует современная цивилизация. Это требование имеет тенденцию превратить человека в машину».

Человек «омашинивается» по-разному. С одной стороны, существует устойчивая тенденция к симбиозу человека с механикой (внедрение искусственных имплантантов, например), но это диктуется медицинскими причинами и уже не вызывает серьезного опасения. Но такая тенденция не для всех людей и не от здоровой жизни. С другой стороны, попытки соединить в единое целое нервную систему человека и электронные приборы уже не фантастика, а реальность. Здесь опасения большие, так как появление у подобных симбионтов новых возможностей открывает перед ними радужные перспективы, каковые и вызывают опасения у обывателей. Будет ли подобный человек человеком в привычном смысле этого слова, не принесет ли он вред остальным людям, какими этическими и нравственными нормами он будет руководствоваться при общении с себе подобными и остальными, не возомнит ли он о себе как о Сверхчеловеке, а о нас как о «плевках под ногами». Все эти и многие другие вопросы становятся актуальными и не разрешимыми на научных основаниях.

До тех пор, пока не появится достаточное количество подобных технических объектов, нельзя будет обоснованно говорить об их поведении. Но тогда, когда они появятся, уже поздно будет говорить о причинении ими вреда обычным людям.

Мне кажется, что «ничего плохого» не будет, «просто» подобная нагрузка на психику, приведет к психическим и функциональным расстройствам.

Но человек «омашинивается» и по-другому. Он вовлечен в ритм современного производства и быта. Этот ритм определяется уже не биологическими и географическими факторами, а техническими и технологическими. Восприятие мира при помощи телевидения и Интернета, телефона и радио, СМИ стало определяющим в формировании мировоззрения человека современного. Он не просто думает при помощи машин, он уже часто думает как машина. Человек не смог научить машину думать и от этого ощутил одиночество. Он стал машиноподобным, и поэтому, попытался в технике обрести друга. «Дружба дружбой, а служба,

службой», и техника - не более чем обслуживающий элемент нашей жизни. Не следует из нее творить кумира . В противном случае, человек наделяет технические объекты антропными чертами, ищет в них интеллект, влюбляется, наделяет свободой воли - демонизирует… Игра с техникой приобретает религиозный оттенок поклонения. Человек начинает служить технике.

Одним из путей решения экологических проблем представляется включение природы в сферу этики. При помощи такого расширения этики удастся теоретически обосновать защиту природы. Расширение этической проблематики и включение в нее природы необходимо из-за ускорения трансформации среды обитания человечества. Ее геосферные составляющие трансформируются настолько быстро, что ни они сами, ни человечество не успевают адаптироваться к происходящим изменениям. «Сами процессы природы как бы слепы; в рамках естественных законов природа открыта нашему регулирующему вмешательству. С биологической точки зрения реакция природы заключается в том, что с разрушением окружающей среды в конечном счете станет невозможной сама жизнь. Если же мы хотим предотвратить такой исход, то должны сами заранее налагать соответствующие ограничения. Собственно говоря, мы должны с точки зрения этической дальновидности принимать во внимание также и далеко идущие временные и пространственные последствия наших технических мероприятий». Глобальность и скорость происходящих изменений не имеет аналогов в прошлой истории человечества. Н.Н.Моисеев писал: « антропогенные изменения окружающей среды уже при жизни одного поколения существенно меняют условия жизни людей и надежда на «естественную», т.е. стихийную, адаптацию цивилизации человека к подобным изменениям становится не только иллюзорной, но и крайне опасной» .

Как в условиях выработки межчеловеческих отношений (т.е. многообразие межличностных, межкультурных, межконфессиональных, межцивилизационных коммуникаций), так и в условиях взаимной адаптации человеческого общества и природы у нас нет того временного запаса,

который был у наших предков, зато у нас есть технико-технологическая мощь, в частности, военная, способная в короткий срок видоизменить окружающий мир.

Традиционный путь проб и ошибок выработки этических норм занимает столетия. Теперь он вынужденно заменяется на рационально предлагаемую этику. Высокая скорость научно-технического прогресса требует разработки этических норм ответственности за использование технических средств (научных достижений) на практике, а также их применения людьми различных религий и культурных общностей. Создание этики, соответствующей реалиям экологического кризиса (понимаемого и как кризис в духовной сфере), может быть осуществлено только в рамках традиционных религиозных конфессий.

Для формирования экологического сознания необходимо найти опору в уже существующих этических моделях. Таковыми являются традиционные религии, в них исполнение этических норм жестко контролируется. Вне опоры на изменение мировоззрения миллиардов людей потребности в сохранении природы экологические законы будут встречать неуклонное противодействие, как поведение навязываемое, и противоречащее существующим религиям и традициям. Любые политические решения «киотских мудрецов» будут восприниматься фундаменталистами всех видов и подвидов как культурная агрессия стран «золотого миллиарда» -- новый культурный колониализм. И реакция будет адекватной оказываемому давлению. Перед человечеством в лице его многочисленных религиозных и светских объединений стоит задача найти на практике ответ на следующий вопрос: «Мы уже полностью подчинились технологиям или еще способны управлять порожденным Франкенштейном?». От полученного ответа будет зависеть выживание человечества как вида, а также сохранение культурных, интеллектуальных, нравственных и материальных ценностей, которые позволяют нам осознавать себя как Человека - во всем многообразии значений, вкладываемых в этот термин. Было бы наивным предполагать, что не существует тенденции высвобождения техники и технологии из-под власти человека. Этот процесс инициирован человеком. Он находит отражение в технократическом мышлении, в системе дегуманизированного естественнонаучного инженерно-технического образования. Причины этого в том, что человек стремится переложить свою ответственность на других: общество, государство, время, географические условия, царящие нравы, других людей и т.д., в том числе и на технику, и технологии. Интерес к перекладыванию ответственности на технику и технологии вызван их тотальной масштабностью, уверенностью в их «рациональности», т.е. абсолютной объективности.

Последнее мифологизируется и получает обоснование в представлении о «внеэтичности техники и технологий». Для обывательского сознания техника и технологии предстают как эффективные средства и способы установить жесткое следование законам, обеспечить равные права и равные

возможности людям, предоставить в распоряжение людей некую уравнивающую силу, способную обеспечить их нивелирование к общему (общечеловеческому) знаменателю.

«Бог создал людей, а Сэм Кольт сделал их равными» - гласит народная американская мудрость XIX в. Ярким подтверждением развития процесса перекладывания ответственности на технику и технологии стало применение машин для подсчета голосов избирателей. Такой раздел этики - техноэтика - будет все более и более востребован по мере нарастания экологического кризиса. Невозможность разрешить проблемы перехода к стратегии «устойчивого развития» политическим методами заставляет искать обходные пути и в частности, изменением мировоззрения людей, формируя новые ценности и императивы в области поведения в обществе, в потреблении товаров и услуг, в отношении к окружающей природе. Отставание адаптации общества к техническому окружению может быть сокращено. Одним из возможных способов является постоянная выработка этических норм, регламентирующих взаимоотношение человека в рамках небольших географически локализованных объектах с окружающим миром посредством техники. Из участников социо-геосферных взаимодействий: индивидуумов, общества, техники, живой и неживой природы, только человек обладает способностью разумного поведения в изменяющейся среде. Все остальные субъекты либо эволюционируют по пути проб и ошибок, либо сохраняют пассивность (техника, неживая природа).

Апелляция к этике отдельного человека не представляется единственным путем внедрения техноэтических норм в структуру социума. Хотя отдельный человек играет значительную роль в процессе познания окружающего мира и его неповторимая индивидуальность накладывает отпечаток на весь процесс познания и применения знания на практике (техника), попытка обратиться к нему будет «размыта» разнообразием личностных характеристик. Гораздо продуктивнее обращаться не к отдельному индивидууму с предложением изменить структуру его этики, а к определенным сообществам, обладающим едиными (или сходными) ценностями и мировоззрением.

Техноэтика не является еще одним видом профессиональной этики, если, конечно, не рассматривать жизнь и дальнейшее выживание на планете как профессиональную деятельность экстремального толка. Техноэтические предложения направлены на обывателя, который может и должен выполнять этические требования своей профессии (инженерной, врачебной, научной и т.д. этики), но для многих профессий специальные этические нормы не выработаны. Также представляется сложным и обоснование причин, на основании которых необходимо соблюдать этические нормы. Любая попытка представить техноэтические нормы в качестве императива поведения будет наталкиваться на сопротивление традиционных установок и обычаев, принятых в том или ином обществе.

При создании норм техноэтики не нужно стремиться предложить новые этические основы для принципиально иной формы мировоззрения. Подобная практика будет аналогична созданию новой религии.

Необходимо направить усилия на выработку этических отношений к технике, базирующиеся на принципах уже существующих религий. В рамках мировых религий: христианства, ислама, буддизма и ряда других религий существуют нормы, регулирующие взаимоотношения человека и окружающего мира. Использование уже существующих норм в современном мире представляется наиболее успешной стратегией для внедрения техноэтики в массы. Необходим богословский анализ положений различных религий и усиление или смещение акцентов на существующие экологические проблемы. Представляется очевидным, что многообразие религий приведет и к многообразию техноэтических положений в разных регионах планеты и в различных культурах.

Такой веер возможных решений приведет к различным: успехам и неудачам. Но нет и не может быть одного «правильного» пути по преодолению экологических проблем. При наличии различных экономических условий и разнообразных геоклиматических условий единственно правильный путь - это путь разнообразных решений, приводящих к ослаблению техногенного воздействия на био- и геосферы, сохранению видового разнообразия биосферы и культурного разнообразия социосферы. Вне рационально созданных техноэтических норм адаптация человеческого общества к изменяющемся условиям будет приводить к усилению экологического кризиса как во внешней природной среде, так и в социальном окружении. Все вышеизложенное демонстрирует широкий плюрализм мнений и отсутствие единого «общечеловеческого» подхода к решению глобальных проблем, стоящих перед человечеством. Очевидно, что игнорирование различий в экономической, политической, культурной, религиозной сфере не позволит создать действенной этики, способной изменить поведение людей и правительств настолько, насколько этого требуют экологические реалии. Использование разнообразного религиозного опыта, накопленного в различных природных условиях среды обитания человека, делает этот опыт незаменимым для поиска выхода из экологического кризиса.

Экологические проблемы не могут быть разрешены в рамках технократического мышления, определившего само возникновение этих проблем. Во-первых, потому, что мы никогда не будем знать всех факторов, влияющих на эти процессы, а, следовательно, никогда не сможем рассчитать последствия своих действий. Во-вторых, потому, что процессы, протекающие в био-, гео- и социосферах, подчиняются законам самоорганизации, которые не позволяют предсказать направление развития системы после прохождения кризисных точек (точек бифуркации). В-третьих, воздействие на такие сложные самоорганизующиеся системы порождает противодействие, направленное на ослабление внешнего воздействия.

Для психического мира человека доминирование искусственного и подавление спонтанного оказывается также разрушительным.

В свете экологического кризиса технократическое мышление широко применимо для решения насущных проблем современности. Оно отражает не мир, а свои ценности бытия. Все проблемы развития экономики потребления, могут быть решены путем взимания дополнительного экологического налога, созданием «экологически чистых производств» . «Технократы искренне верят в то, что технологический прорыв (technological break-through) обеспечит устойчивое будущее человечества». Для технократического мышления свойственно предлагать лечение следствия путем модернизации причины . Сохраняя, а точнее, модернизируя status quo, технократ оставляет незыблемыми основания собственного существования.

До тех пор, пока потребность в Великой Триаде будет определяться самими элементами Триады, его существованию ничто не угрожает.

Наличие внешних ценностей, императивов, да вообще чего угодно неподконтрольного технократу должно быть устранено либо рационализировано. При этом все, что не удается рационализировать, устраняется как несущественное, и представление о мире формируется на основе модели с исчерпывающим набором факторов, обеспечивающим однозначное наступление выгодных технократу событий. На мой взгляд, опасность технократического мышления заключена в подобном игнорировании любых не поддающихся расчету факторов. Решение глобальных экологических задач, должно включать в себя такое этическое мировоззрение, которое позволит реализовать в разных регионах, с различным населением, различающимися религиями и культурами, тот подход к жизни, который позволит осуществить программу устойчивого развития. Подобная форма этики не может не опираться на существующие в данном регионе религии, в противном случае это будет не востребованное населением теоретическое предложение о некоторых формах поведения.

«Без привлечения философского и религиозного мировоззрения призывы к сохранению природы и жизни на Земле не находят убедительных обоснований с научной точки зрения. Я предлагаю не новую этику, а новое основание для той части этики, которая затрагивает взаимоотношения социума и природы. Не ставя сверхзадачи сформировать исчерпывающим образом этику нового времени, отвечающую экологическому вызову, попытаюсь обрисовать основные черты техноэтики. «Техноэтика» своей первой морфемой отражает техническую и технологическую мощь человечества, ставшего, согласно В.И.Вернадскому, «геологической силой». Для контролируемого и максимально управляемого протекания экологического кризиса, для смягчения отдельных его элементов от человечества потребуются поистине «тектонические» усилия не только и не столько в сфере техники, сколько в сфере духа. (Достаточно не делать то, что при помощи технического осуществляется повсеместно.

Такой технологический принцип «у-вэй» - «недеяние», может оказаться достаточным для смягчения кризиса.) Вторая морфема отражает распространение моральных отношений на возможность создания, применения и оценку последствий использования технических усовершенствований не только в сфере инженерной и технической деятельности, но и в повседневной жизнедеятельности основной массы людей . И распространение этой моральной оценки на человека и его окружение включает в себя всю сферу человеческой деятельности, т.е. будущее самого человечества как вида и рода (прямых и косвенных потомков), его прошлое и будущее, окружающую живую и неживую природу.

Включение всего пространственного и временного окружения человека в сферу моральной ответственности требует пояснения. Одно из наиболее распространенных обвинений антропоцентризма заключалось в приравнивании его к эгоизму. В такой трактовке, особенно в ее исторической ретроспективе, много справедливого. Но будет ли оправдан отказ от антропоцентризма в пользу «природоцентризма», особенно в его так называемой «восточной» трактовке?

Воззрения Индии, Китая, Японии часто противопоставляются западному (европейскому) антропоцентризму как альтернативные, считается, что они способные помочь европейской цивилизации увидеть выход из экологического кризиса. При этом забывается целый список причин, по которым эти формы мировоззрения не окажут никакого влияния на протекание экологического кризиса. Часть из них заключена в том, что мировоззрение восточных народов основано на религиозных представлениях, тогда как современный (XIX-XXI вв.) европейский антропоцентризм базируется на атеистических основаниях.

Реальная политика в области природоохраны в Индии и Китае значительно уступает странам европейской цивилизации. Таким образом, можно утверждать, что создается миф, в превратной форме изображающий гармоничные отношения человека и природы. Для стран европейской цивилизации будет полезен не отказ от антропоцентризма, а трансформация его в более щадящий, по отношению к окружающему миру вариант, который будет определять наше дальнейшее существование.

Увидеть мировоззренческие основы ограничения антропоцентризма, как формы эгоизма вполне возможно. Одним из путей этого будет распространение сферы моральной ответственности на живую и неживую природу, этот подход не только не противоречит антропоцентризму, но и является серьезной защитой от его эгоистичного варианта. Защита природы, в первую очередь, необходима нам самим для нашего дальнейшего существования (с точки зрения атеизма), для сохранения и преумножения того дара, который был нам даден Отцом нашим небесным (для христиан) . Распространение морали, на отличные от человека объекты достаточно спорно.

Обосновать это можно, на мой взгляд, тем, что все объекты природы, поскольку включены в сферу деятельности и потребления человека, являются прямыми или косвенными проводниками нашего воздействия на других людей . Из посреднической роли природы вытекает и моральная ответственность за сохранение прошлого в его культурных и природных проявлениях, а также и забота о грядущих поколениях. Нет ничего в сфере деятельности человека, что не являлось бы вне моральным по отношению к другим людям.

2. Прогнозирование электропотребления g-методом на основе ДВР

Рассмотрим G-метод прогнозирования, основанный на декомпозиции временных рядов (ДВР). После сбора статистической информации по электропотреблению техноценоза следующим этапом является анализ собранной информации и прогнозирование на очередной временной шаг [1-3]. Собранная статистическая информация заносится в файл Microsoft Excel, который должен быть назван "EP.xls" и помещен в директорию "c:\mathcad_dat", заранее созданную в корневом каталоге диска "c:\". Полученный файл представляет собой таблицу данных по электропотреблению рассматриваемого техноценоза, каждый столбец которой соответствует определенному объекту, а строка - значению электропотребления в очередной месяц года. В данном примере рассматривается помесячное (за 8 лет предыстории) электропотребление техноценоза, состоящего из 69 объектов.

Программа реализуется отдельно для каждого объекта. 1. Подготовка данных Осуществляем импорт данных из файла "EP.xls" в тело программы, задаем начало отсчета, извлекаем столбец из матрицы (рассматриваем объект номер 1), осуществляем логарифмирование данных, выделяем тренд по методу наименьших квадратов и производим его удаление (рис. 1 и 2).

Рис. 1. Анализ данных по электропотреблению после их преобразования:

абсцисса - номер месяца;

ордината - электропотребление в относительных единицах по логарифмической шкале;

ломанная кривая - электропотребление за известный период времени;

штриховая горизонтальная прямая - выделенный тренд

Как видно из рисунка 1, имеется тренд в сторону увеличения электропотребления, что, в свою очередь, еще раз свидетельствует об актуальности разработки методики прогнозирования для получения наиболее адекватного прогноза на следующий временной шаг в целях экономии электроэнергии.

Рис. 2. Электропотребление объекта после удаления тренда: абсцисса - номер месяца; ордината - электропотребление в относительных единицах по логарифмической шкале

Анализ сезонности данных

Группируем данные (рис. 3) и выделяем зависимость значений электропотребления объекта от времени года (сезонности).



Рис. 3. Изменение помесячного электропотребления объекта в различные годы исследуемого периода: абсцисса - номер месяца года; ордината - электропотребление в относительных единицах; кривые y1j - y8j - электропотребление соответственно с 1995 по 2002 годыИз характера изменений зависимостей, представленных на рисунке 3, можно сделать вывод, что в процессе электропотребления объекта явно прослеживается сезонность: зимой электропотребление выше, летом - ниже.

3. Определение статистических характеристик электропотребления

Для дальнейшей обработки данных необходимо выделить ежемесячные медианные и минимальные уровни электропотребления. С этой целью задаем матрицу сгруппированных по годам значений электропотребления и вычисляем медианный, средний и минимальный уровни. Сглаживаем данные по методу Гаусса в зависимости от ширины гауссовского окна и времени [4]. Визуализируем данные (рис. 4).

Рис. 4. Сравнение среднемесячных характеристик электропотребления: абсцисса - номер месяца в году



ордината - электропотребление в относительных единицах; верхняя кривая - среднемесячные медианные значения электропотребления; нижняя кривая - среднемесячные минимальные значения электропотребления

Вычисляем среднемесячные значения дисперсии, для чего задаемся доверительным интервалом в две сигмы и шириной гауссовского окна для функции сглаживания.

Для того чтобы не вычислять каждое среднемесячное значение дисперсии за все года предыстории, проверяем гипотезу об однородности дисперсий электропотребления по месяцам за все года наблюдений с помощью критерия Кокрена [5].

Так как , то нулевая гипотеза принимается. Дисперсии однородны и в расчетах может быть использовано среднее значение:



Верхняя и нижняя границы доверительного интервала:

4. Прогнозирование электропотребления на следующий временной шаг

Задаем горизонт прогноза, тренд, минимальные и медианные параметры, верхний и нижний 95 %-ые пороги. Объединяем и визуализируем данные (рис. 5).



Рис. 5. Электропотребление объекта на последующих временных шагах:

абсцисса - номер месяца; ордината - электропотребление в относительных единицах; левая часть графика - электропотребление за известный период времени с реальными данными (крестики); правая часть графика - прогнозное значение электропотребления с 95 %-ми доверительными границами (штриховые линии)

Осуществим обратное преобразование данных и получим прогнозные значения электропотребления исследуемого объекта в кВтч (рис. 6).



Рис. 6. Электропотребление объекта на следующий временной шаг, кВтч (расшифровка та же, что и к рис. 5)

Для получения прогнозного значения электропотребления формируется матрица, включающая преобразованные минимальный, медианный и 95 %-ый доверительный интервал с учетом тренда на 12 месяцев (рис 7).



Рис. 7. Прогноз электропотребления объекта на последующий год: абсцисса - номер месяца; ордината - электропотребление, кВтч; EP(2) - EP(3) - прогнозный минимальный - медианный интервал с учетом тренда на год; EP(5) - EP(4) - прогнозный доверительный 95 %-ый интервал с учетом тренда на год

По результатам расчетов строится таблица прогнозных значений электропотребления объекта (кВтч), в которой по столбцам отражается:1 - номер месяца; 2 - минимальные значения; 3 - медианные значения;4 и 5 - доверительные 95 %-ые границы.



В качестве прогнозного значения электропотребления объекта на последующий год берется сумма медианных прогнозных значений:

Анализ результатов прогноза на гауссовость

Завершающим этапом в процедуре прогнозирования является анализ остатков на соответствие нормальному закону распределения (рис. 8).



Рис. 8. Проверка на соответствие распределения прогнозных значений электропотребления нормальному закону: гистограмма - расчетные значения; кривая - теоретические значения

Так как Xi < X, то гипотеза принимается: остатки распределены по нормальному закону. Это, в свою очередь, свидетельствует о корректности прогноза для данного объекта.



5. Оценка потенциала энергосбережения техноценоза

Оценка эффективности методологии оптимального управления электропотреблением, а также потенциала энергосбережения техноценоза осложняется необходимостью осуществления практической внедренческой работы, растягивающейся на несколько лет. А ответ, как правило, необходимо иметь еще до принятия решения о внедрении методологии. Для решения этой задачи используется программа, позволяющая моделировать процесс реализации методики на глубину 5 - 7 лет и более. В основу здесь положен алгоритм имитационного моделирования с динамическими обратными связями [2]. В качестве стандартных процедур, отражающих процесс электропотребления объектов техноценоза, используются модифицированные методики интервального оценивания, прогнозирования и нормирования (см. Программы 1 - 9). Реализация конкретных значений электропотребления объектов в процессе моделирования осуществляется с использованием соответствующих преобразующих функций. Собственно оценка эффективности и потенциала энергосбережения техноценоза выполняется по критериальным выражениям, основанным на законе оптимального построения техноценозов [2].Программа здесь реализована применительно к примеру, использовавшемуся в предыдущих программах. Для упрощения расчетов сделано допущение, что каждый объект в будущем будет потреблять электроэнергию по прогнозируемой стохастической норме с учетом гауссового разброса параметров внутри доверительного интервала соответствующего кластера техноценоза.

1. Подготовка данных

Задаем начало отсчета и считываем исходные данные (R - вектор рангов объектов; W - матрица упорядоченных реальных данных по электропотреблению за рассматриваемый период (6 лет), кВтч; n - количество объектов; Rang - матрица рангов, соответствующих величине электропотребления каждого объекта за временной интервал) [2,6].

2. Интерполяция норм электропотребления

Первоначально с использованием модифицированных программ прогнозирования, интервального оценивания и нормирования осуществляется кластерный анализ и интерполяция норм электропотребления объектов техноценоза на моделируемый единичный временной интервал (как правило - год) [2,5,6]

 

3. Модельная реализация стохастических значений электропотребления

Ввиду недостаточной исследованности ряда динамических параметров, описывающих процесс электропотребления техноценоза, в данной программе приняты два допущения [1-4]:

1. При отсутствии в системе управления техноценоза стимулирующих воздействий, направленных на энергосбережение, в качестве математического ожидания и стандарта принимаются соответствующие параметры нормы, вычисленной для кластера. В противном случае математическое ожидание уменьшается в k1 раз, а стандарт - в k2 раза.

2. Все результаты электропотребления, превышающие норму, заменяются ее максимальным значением для данного объекта. В случае же если электропотребление объекта при моделировании окажется меньше нижней границы нормы, то в качестве электропотребления объекта принимается минимальное значение нормы.

Далее запишем полученные данные в файлы и визуализируем результаты расчетов [5,6]. При этом, в файл "C:\mathcad_dat\Dinam_1.xls" записываются моделируемые результаты электропотребления объектов техноценоза в будущем году при отсутствии мероприятий по энергосбережению, а в файл "C:\mathcad_dat\Dinam_2.xls" - моделируемые результаты электропотребления объектов техноценоза в будущем году в условиях проведения мероприятий по энергосбережению.

Рис. Сравнение электропотребления техноценоза к исходу цикла моделирования для двух вариантов:

темная гистограмма - электропотребление объектов при отсутствии мероприятий по энергосбережению; светлая гистограмма на фоне темной - электропотребление объектов в условиях проведения мероприятий по энергосбережению. нравственный поведение техника электропотребление

Приведенная выше программа позволяет моделировать процесс электропотребления объектов техноценоза на один временной интервал (как правило, год) вперед. После этого полученные результаты, ранее в теле программы записанные в файлы "Dinam_1.xls" и "Dinam_2.xls", должны в интерактивном режиме вне программы добавляться к исходной базе данных. При этом в отдельных файлах с одним и тем же именем "data.xls", но размещенных в разных папках, параллельно формируются две базы данных: одна с электропотреблением объектов при отсутствии мероприятий по энергосбережению, а вторая - с электропотреблением в условиях проведения мероприятий по энергосбережению. Далее отдельно для каждой из баз данных должны быть реализованы все расчетные программы, включая настоящую. После получения новых результатов моделирования (на второй год) и добавления к базам данных расчеты повторяются в цикличном режиме. Количество прогонов модели соответствует требуемой глубине прогноза. Очевидно, что в процессе моделирования имеет смысл содержать обе базы данных отдельно от рабочих файлов, размещенных в директории "C:\mathcad_dat". После каждого прогона модели и интерактивной модификации баз данных эти файлы, замещая предыдущие, должны экспортироваться в данную директорию как исходные для последующих расчетов. Естественно, при этом должен быть сохранен исходный файл, содержащий данные по реальному электропотреблению объектов техноценоза за предыдущие годы функционирования.

Определения списка объектов техноценоза, аномально потребляющих электроэнергию, для заданного временного интервала

Одной из ключевых процедур управления техноценозом [1,3] является своевременное выявление первоочередных объектов для углубленного энергетического обследования. Процедура интервального оценивания позволяет выявить и проранжировать объекты техноценоза, аномально потребляющие электроэнергию (см. Программу 5). Однако если таковых оказывается сравнительно много, то требуется дополнительное исследование с целью определения объектов, энергоаудит которых является первоочередной задачей для техноценоза в целом. Для этого осуществляется так называемое оценивание жизнеспособности объектов по электропотреблению [2,4,5]. Кроме того, данная процедура позволяет произвести дополнительное исследование объектов и сделать весьма плодотворные выводы относительно динамики их развития в целом (достаточно полно описано в [4]).

В ходе принятия решения по углубленному энергетическому обследованию (энергоаудиту) объектов техноценоза в качестве ключевого макроиндикатора учитывается их индекс жизнеспособности [4]. Индексом жизнеспособности называется угол, образуемый с осью абсцисс линией тренда временного ряда относительного электропотребления объекта, которое определяется как отношение электропотребления объекта к суммарному электропотреблению техноценоза. Как показано в [4], величина и знак индекса жизнеспособности позволяют сделать выводы относительно динамики развития (или стагнации) объекта, а также определить его номер в списке первоочередных объектов для углубленного энергетического обследования. Напомним, что по результатам первичной обработки статистической информации по техноценозу (Программы 1 - 3) сформирован ряд рабочих файлов с расширениями «xls» и «md», размещенных в директории «C:\mathcad_dat», которые будут использованы в данной программе для осуществления операции определения первоочередных объектов для углубленного энергетического обследования.

Подготовка данных Считываем из файла «C:\mathcad_dat\data.xls» данные, задаем начало отсчета, транспонируем полученную матрицу и определяем количество объектов [6].



2. Расчет электропотребления техноценоза

Суммарное потребление электроэнергии техноценозом для каждого временного интервала (в данном случае - года) рассчитывается при помощи подпрограммы.

Далее специальная подпрограмма вычисляет отношение электропотребления каждого из объектов к общему электропотреблению техноценоза. Результаты вычислений отображаются в процентах в матрице D, каждому столбцу которой соответствует объект, а строке - временной интервал.



Определяем количество временных интервалов и визуализируем расчеты с помощью графика (рис. 1):



Рис. 1. Временные ряды относительного электропотребления объектов техноценоза

Следует отметить, что на рисунке 1 в качестве иллюстрации построены графики только для объектов с номерами 1, 2, 3 и 7, причем самый верхний (в начале) график соответствует номеру 1, ниже идет 2, затем 3 и ниже всех 7.

3. Расчет индекса жизнеспособности объектов по электропотреблению

Рассчитываем тренд временных рядов относительного электропотребления для каждого из объектов техноценоза. Как было отмечено, угол наклона тренда к оси абсцисс отражает динамику изменения доли электропотребления каждого объекта в общем электропотреблении техноценоза и тем самым служит макроиндикатором жизнеспособности объекта по электропотреблению. В качестве тренда используется определяемая методом наименьших квадратов аппроксимирующая прямая.



Размещено на http://www.allbest.ru/

Полученная матрица T содержит коэффициенты регрессии аппроксимирующих прямых (D и X). Далее продемонстрируем результаты расчетов на примере объекта под номером 2 (графики - см. рис. 2).



Рис. 2. Макроиндикатор, отражающий динамику электропотребления объекта: абсцисса - годы; ордината - относительное электропотребление (%); точки - эмпирические значения; сплошная наклонная линия - тренд

Коэффициент «а» в уравнении аппроксимирующей прямой тренда равен тангенсу угла наклона данной прямой к оси абсцисс. На рисунке 2 для наглядности изображена сопряженная с трендом (черная прямая) горизонтальная красная прямая, которая иллюстрирует угол.Таким образом, для нахождения угла необходимо рассчитать arctg(a). Это выполняется с помощью подпрограммы, результат вычислений которой представляет собой вектор значений углов наклона прямых к оси абсцисс в радианах.



Пересчитываем радианы в градусы и определяем суммарный индекс жизнеспособности всех объектов.

С целью определения первоочередных объектов для углубленного энергетического обследования определяем элементы вектора "Тэта" с наибольшим значением угла. При этом можно варьировать требуемой долей первоочередных объектов, которая задается параметром P.



Таким образом, по результатам расчетов с применением в качестве макроиндикатора индекса жизнеспособности по электропотреблению в нашем примере объектами, требующими первоочередного углубленного энергетического обследования, являются объекты с номерами в исходной базе данных 47. Кроме того, по результатам расчетов можно сделать ряд важных выводов относительно динамики развития (или стагнации) объектов техноценоза. В частности, объект под номером 47 явно требует особого внимания со стороны системы управления техноценоза как один из наиболее слабых и стагнирующих.



Список литературы

1. Айвазян С.А. и др. Прикладная статистика: Классификация и снижение раз-мерности. - М.: Финансы и статистика, 1989. - 607 с.

2. Анализ временных рядов. Вып. 1. Прогноз и управление / Под ред. Дж. Бок-са и Г. Дженкинса. - М.: Издательство Мир, 1974. - 406 с.

3. Бусленко Н.П. Моделирование сложных систем. - М.: Издательство «Наука», 1978. - 399 с.

4. Гнатюк В.И. Техника, техносфера, энергосбережение / В.И. Гнатюк. - Электронные текстовые данные. - М.: [б.и.], [2000].

5. Гнатюк В.И. Закон оптимального построения техноценозов. - Выпуск 29. Ценологические исследования. - М.: Издательство ТГУ - Центр системных исследований, 2005. - 384 с.

6. Гнатюк В.И. Закон оптимального построения техноценозов [Монография] / В.И. Гнатюк. - 3-е изд., перераб. и доп. - Электронные текстовые данные. - Калининград: [Изд-во КИЦ «Техноценоз»], [2019].

7. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике. - М.: Наука, 1978. - 832 с.

8. Кудрин Б.И. Введение в технетику. - Томск: Изд-во ТГУ, 1993. - 552 с.

9. Кудрин Б.И., Жилин Б.В. и др. Ценологическое определение параметров электропотребления многономенклатурных производств. - Тула: Приокск. кн. изд-во, 1994. - 122 с.

10. Надтока И.И., Седов А.В. Системы контроля, распознавания и прогнозиро-вания электропотребления: Модели, методы, методики, алгоритмы и сред-ства. - Ростов-на-Дону: Ростовский университет, 2002. - 320 с.

11. Фуфаев В.В. Ценологическое определение параметров электропотребления, надежности, монтажа и ремонта электрооборудования предприятий регио-на. - М.: Центр системных исследований, 2000. - 320 с.

12. Хайтун С.Д. Проблемы количественного анализа науки. - М.: Издательство «Наука», 1989. - 280 с.

13. Чайковский Ю.В. О природе случайности. - Выпуск 18. Ценологические ис-следования. - М.: Центр системных исследований, 2001. - 279 с.

14. Шуп Т. Решение инженерных задач на ЭВМ. - М.: Мир, 1982. - 238 с.

15. Яблонский А.И. Математические модели в исследовании науки. - М.: Изда-тельство «Наука», 1986. - 352 с.

Размещено на Allbest.ru