Компьютерные технологии в научных исследованиях энергосистем

 

 

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ 

ФГБОУ ВО «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» 

 
 
 

М.М. БЕЗЗУБЦЕВА, В.С. ВОЛКОВ 

 
 
 
 
 
 
 
 
 

КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В НАУЧНЫХ 

ИССЛЕДОВАНИЯХ ЭНЕРГОСИСТЕМ 

 
 
 

ПРАКТИКУМ  

 

для обучающихся направления  подготовки 35.04.06 Агроинженерия,  
профиль «Энергетический менеджмент и инжиниринг энергосистем» 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 

2017 

 
 

 

 

УДК 004.942 
ББК 30 в 6 

Составители: М.М. Беззубцева, В.С. Волков 
 

Рецензенты: 
                      д-р. техн.наук, профессор ИТМО А.Г. Новоселов; 
                      д-р. техн.наук, профессор ФГБНУ «ИАЭП» С.А. Ракутько. 

. 
 
 
 
М.М. Беззубцева, В.С. Волков Компьютерные технологии в научных исследованиях 
энергосистем. Практикум для обучающихся направления 35.04.06 – Агроинженерия, профиль 
«Энергетический менеджмент и инжиниринг энергосистем». – СПб.: СПбГАУ, 2017. - 75 с. 
 
 
 
 
 

При составлении практикума использован многолетний успешный опыт реализации магистерской 

программы «Энергетический менеджмент и инжиниринг энергосистем» на кафедре «Энергообеспечение 
предприятий и электротехнологии» СПбГАУ в рамках деятельности учебной и научно-инновационной 
лаборатории «Инновационные электротехнологии». Концепция обучения предусматривает системное 
формирование 
компетентных 
знаний, 
направленных 
на 
решение 
основной 
задачи 
современной 

промышленности — создание конкурентоспособной и востребованной отечественной продукции нового 
поколения в кратчайшие сроки. При этом особое значение уделено кардинальной переоценке роли знаний и 
воспитанию команды специалистов для предприятий АПК, соответствующих мировым стандартам по 
профессиональным реакциям при выполнении НИОКР и оказания высокотехнологичных услуг. Условия 
развития инновационной экономики знаний требует интенсивного развития наукоёмких компьютерных 
технологий, которые носят в программе обучения надотраслевой характер и предопределяют интеграцию 
отдельных дисциплин с обеспечением более высокого уровня функциональности обучения. 

С целью эффективного решения научно-технических задач, предусмотренных программой обучения 

магистрантов в учебно-методическом пособии обобщены результаты компьютерного инжиниринга (Computer-
Aided Engineering). Особое внимание уделено методологии использования компьютерных технологий при 
проведении 
патентно-информационного 
поиска, 
математического 
моделирования 
исследуемых 

электротехнологических процессов, обработке и анализу полученных экспериментальных данных. 

Практикум 
представляет 
интерес 
для 
инженеров, 
научных 
сотрудников 
и 
специалистов 

электроэнергетиков агропромышленного комплекса и может быть рекомендовано для заочного и 
дистанционного обучения. 

 

Рекомендовано к публикации на электронном носителе для последующего размещения в 

электронной сети СПбГАУ, согласно соответствующему договору Методическим советом 
ИТССЭ, Протокол №  от « » сентября  2017 г. 

 

 

 

             © М.М. Беззубцева, В.С Волков, 2017 

©   ФГБОУ ВО СПбГАУ, 2017

ОГЛАВЛЕНИЕ 

 

ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................. 4 

Глава 1. Основные понятия и определения ......................................................... 7 

Глава 2. Компьютерные технологии в теоретических и 
экспериментальных исследованиях .................................................................... 16 

Глава 3.Методика проведения патентного поиска с использованием 
ресурсов сети интернет ........................................................................................... 23 
3.1. Поисковые серверы общего назначения .......................................................... 24 

3.2 Серверы с патентной классификацией .............................................................. 26 

3.2.1 Международная патентная классификация ................................................... 26 

3.2.2 Европейская патентная классификация (ECLA) ........................................... 27 

3.2.3 Национальная патентная классификация США (НПК США) ..................... 29 

3.3 Серверы с патентной информацией .................................................................. 29 
3.4 Сервер Евразийского патентного ведомства (ЕАПВ) ..................................... 30 

3.5 Серверы патентного ведомства России ............................................................ 31 

3.6 Сервер Европейского патентного ведомства (ESP@CENET) ........................ 32 

3.7 Сервер патентного ведомства США .................................................................. 33 

3.8 Сервер патентного ведомства Японии .............................................................. 34 

Глава 4. Обработка научной информации в табличном процессоре ........ 36 

Глава 5. Статистическая обработка экспериментальных данных с 
использованием программы MS OFFICE EXCEL ................................. 45 

5.1 Проверка значимости модели ............................................................................ 55 

5.2 Проверка на адекватность уравнения регрессии ............................................. 55 

5.3 Проверка на адекватность коэффициентов регрессии .................................... 58 

Литература ................................................................................................................. 60 

Приложения ............................................................................................................... 65 

 
 

ВВЕДЕНИЕ 

При составлении практикума использован многолетний успешный опыт 

реализации 
магистерской 
программы 
«Энергетический 
менеджмент 
и 

инжиниринг энергосистем» на кафедре «Энергообеспечение предприятий и 

электротехнологии» СПбГАУ в рамках деятельности учебной и научно-

инновационной лаборатории «Инновационные электротехнологии в АПК». 

Концепция 
обучения 
предусматривает 
системное 
формирование 

компетентных знаний, направленных на решение основной задачи современной 

промышленности 
- 
создание 
конкурентоспособной 
и 
востребованной 

отечественной продукции нового поколения в кратчайшие сроки. При этом 

особое значение уделено кардинальной переоценке роли знаний и воспитанию 

команды специалистов для предприятий АПК, соответствующих мировым 

стандартам по профессиональным реакциям на выполнения НИОКР и оказания 

высокотехнологичных услуг.  

Условия 
развития 
инновационной 
экономики 
знаний 
требует 

интенсивного развития наукоёмких компьютерных технологий,  которые носят 

в программе обучения надотраслевой характер и предопределяют  интеграцию 

отдельных 
дисциплин 
с 
обеспечением 
более 
высокого 
уровня 

функциональности обучения. 

С 
целью 
эффективного 
решения 
научно–технических 
задач, 

предусмотренных программой обучения магистрантов, в учебно-методическом 

пособии обобщены результаты компьютерного инжиниринга (Computer-Aided 

Engineering). 
Особое 
внимание 
уделено 
методологии 
использования 

компьютерных технологий при проведении патентно-информационного поиска, 

математического 
моделирования 
исследуемых 
электротехнологических 

процессов при проведении научно-исследовательской работы, обработке и 

анализу полученных экспериментальных данных. 

Учебно-методическое пособие состоит из введения, 5 глав, заключения и 

библиографического списка, включающего 52 наименования отечественной и 

зарубежной литературы. 

Учебное пособие направлено на формирование у студентов следующих 

компетенций: 

способностью самостоятельно приобретать с помощью информационных 

технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, 

в том числе в смежных областях знаний; 

владением культурой мышления; способностью к обобщению, анализу, 

критическому осмыслению, систематизации, прогнозированию, постановке 

целей и выбору путей их достижения; 

способностью использовать законы и методы математики, естественных, 

гуманитарных 
и 
экономических 
наук 
при 
решении 
стандартных 
и 

нестандартных профессиональных задач; 

владением логическими методами и приемами научного исследования; 

владением методами анализа и прогнозирования экономических эффектов и 

последствий реализуемой и планируемой деятельности; 

способностью анализировать современные проблемы науки и производства в 

агроинженерии и вести поиск их решения; 

способностью и готовностью организовать на крупных предприятиях АПК 

высокопроизводительное 
использование 
и 
надежную 
работу 

сельскохозяйственной 
техники 
и 
технологического 
оборудования 
для 

производства, хранения, транспортировки и первичной переработки продукции 

растениеводства и животноводства; 

готовностью к кооперации с коллегами и организации работы коллективов 

исполнителей; 

способностью и готовностью рассчитывать и оценивать условия и последствия 

(в том числе экологические) принимаемых организационно-управленческих 

решений в области технического и энергетического обеспечения высокоточных 

технологий производства сельскохозяйственной продукции; 

способностью и готовностью применять знания о современных методах 

исследований; 

способностью и готовностью организовывать самостоятельную и коллективную 

научно-исследовательскую работу, вести поиск инновационных решений в 

инженерно-технической сфере агропромышленного комплекса; 

способностью к проектной деятельности на основе системного подхода, 

умением строить и использовать модели для описания и прогнозирования 

различных явлений, осуществлять их качественный и количественный анализ; 

способностью проведения инженерных расчетов для проектирования систем и 

объектов; 

готовностью осуществлять контроль соответствия разрабатываемых проектов 

стандартам, техническим условиям и другим нормативным документам; 

способностью проектировать содержание 
и технологию преподавания, 

управлять учебным процессом. 

Внедрение наукоемких компьютерных технологий в учебный процесс 

при подготовке агроинженерных кадров, обслуживающих ПЭС, позволит 

обеспечить инновационное развитие высокотехнологичных предприятий 

аграрного сектора экономики по пути повышения энергоэффективности. 

Практикум представляет интерес для инженеров и специалистов 

электроэнергетиков 
агропромышленного 
комплекса 
и 
может 
быть 

рекомендовано для заочного и дистанционного обучения. 

Систематизированные знания, полученные в результате освоения 

дисциплины, помогут обучающимся расширить и обосновать инновационные 

проектные решения в энергосистемах АПК с получением следующих 

компетенций: 

ОК-3 готовностью к саморазвитию, самореализации, использованию 

творческого потенциала; 

ПК-4 способностью и готовностью применять знания о современных 

методах исследований. 

 
 

ГЛАВА 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ 

В производственных процессах АПК важнейшим ресурсом является 

информация как один из основных факторов повышения энергоэффективности 

производственных процессов в потребительских энергосистемах. В этой связи 

под термином информационная технология понимают современные виды 

информационного обслуживания, основанные на использовании средств 

вычислительной техники, связи, множительных средств и оргтехники. 

Компьютерные 
технологии 
(обобщенное 
название 
технологий, 

отвечающих за хранение, передачу, обработку, защиту и воспроизведение 

информации 
с 
использованием 
компьютеров) 
являются 
частью 

информационных и обеспечивают сбор, обработку, хранение и передачу 

информации с помощью компьютера [35, 49]. 

Основу современных компьютерных технологий составляют три 

технологических достижения:  

 возможность хранения информации на носителях; 

 развитие средств связи; 

 автоматизация обработки информации с помощью компьютера. 

Практически компьютерные технологии реализуются применением 

программно-технических 
комплексов, 
состоящих 
из 
персональных 

компьютеров или рабочих станций с необходимым набором периферийных 

устройств, включенных в локальные и глобальные вычислительные сети и 

обеспеченных необходимыми программными средствами. Использование 

названных элементов увеличивает степень автоматизации как научных 

исследований, 
так 
и 
учебных 
процессов, 
что 
служит 
основой 
их 

совершенствования. 

Компьютерные технологии повышают уровень эффективности работ в 

науке и образовании за счет следующих факторов: 

1  Упрощение и ускорение процессов обработки, передачи, представления 

и хранения информации. 

2 Увеличение объема полезной информации с накопителем типовых 

решений и обобщением опыта научных разработок. 

3 Обеспечение глубины, точности и качества решаемых задач. Возможность 

реализации задач ранее не решаемых. Постановка исследований и получение 
результатов, недостижимых другими средствами. 

4  Возможность анализа большого числа вариантов синтеза объектов и принятия 
решений. 

5  Сокращение сроков разработки, трудоемкости и стоимости научно-

технических работ при улучшении условий работы специалистов. 

Компьютерные технологии в настоящее время используется практически 

во всех сферах деятельности человека. Задачей учебно-методического пособия 

является обобщение знания по компьютерным технологиям применительно к 

обработки данных в научном эксперименте. 

Обычно, прежде чем говорить о применении компьютерных технологий в 

какой-либо деятельности, проводят тщательный анализ этой сферы для 

определения целесообразных направлений ее рационального использования, т.е. 

проводят патентно-информационный поиск по изучаемой тематике. 

Рациональная организация научно-исследовательских работ строится с 

использованием принципов системного подхода и схематично может быть 

представлена следующим образом (рисунок 1.1). 

Исходя из задач научных исследований и порядка их реализации можно 

определить следующие основные направления рационального применения 

компьютерных технологий в научных исследованиях: 

1 Сбор, хранение, поиск и выдача научно-технической информации. 

2 Подготовка программ научных исследований, подбор оборудования и 

экспериментальных устройств. 

3 Математические расчеты. 

4 Решение интеллектуально-логических задач. 

5 Моделирование объектов и процессов. 

6 Управление экспериментальными установками. 

7 Регистрация и ввод в ЭВМ экспериментальных данных. 

8 Обработка одномерных и многомерных (изображения) сигналов. 

9 Обобщение и оценка результатов научных исследований. 

10 Оформление и представление итогов научных исследований. 

11 Управление научно-исследовательскими работами. 

 

 

Рисунок 1.1 - Схема организации научно-исследовательской работы 

 

Известно, что наука – это сфера деятельности, направленная на получение 

новых знаний, которая реализуется с помощью научных исследований. 

Целью научных исследований является изучение определенных свойств 

объекта (процесса, явления) и на этой основе разработка теории или получение 

необходимых для практики обобщенных выводов. 

По 
целевому 
назначению 
научные 
исследования 
делят 
на 

фундаментальные, прикладные и научные разработки. 

Фундаментальные научные исследования связаны с изучением новых 

явлений и законов природы, с созданием новых принципов исследований 

(физика, математика, биология, химия и т. д.). 

Прикладные исследования – это нахождение способов использования 

законов природы и научных знаний, полученных в фундаментальных 

исследованиях, в практической деятельности человека. 

Разработки – это процесс создания новой техники, систем, материалов и 

технологий, включающий подготовку документов для внедрения в практику 

результатов прикладных научных исследований. 

Реализация целей научных исследований выполняется на основе методов. 

Метод – это способ достижения цели, программа построения и 

применения теории. 

Методы 
научных 
исследований 
делят 
на 
следующие 
группы: 

эмпирические, экспериментальные теоретические. Особую группу составляют 

методы научно-технического творчества. 

Эмпирические 
исследования 
выполняются 
с 
целью 
накопления 

систематической информации о процессе. При этом используются методы: 

наблюдение, регистрация, измерение, анкетный опрос, тесты, экспертный 

анализ. 

Экспериментальный уровень научных исследований – это изучение 

свойств объекта по определенной программе. 

Теоретические исследования проводятся с целью разработки новых 

методов решения научно-технических задач, обобщения и объяснения 

эмпирических 
и 
экспериментальных 
данных, 
выявления 
общих 

закономерностей и их формализации. 

На двух последних уровнях используются методы моделирования, методы 

анализа и синтеза, логические построения (предположения, умозаключения), 

аналогии, идеализации. 

В 
научно-техническом 
творчестве 
используются 
как 
названные 

общенаучные методы, так и эвристические приемы эффективного решения 

творческих задач, способствующие наиболее быстрому нахождению решения 

(озарению), т. е. разного рода оригинальные находки. 

При системном подходе научные исследования начинаются со сбора и 

предварительной 
обработки 
научно-технической 
информации 
по 
теме 

исследования. Эта информация может включать сведения о достижениях в 

исследуемой области, об оригинальных идеях, об открытых эффектах, научных 

разработках, технических решениях и т. д. 

Целью данного этапа является получение ответов на следующие вопросы: 

1  Какие авторы или научные группы занимаются аналогичной темой? 

2  Каковы известные решения по исследуемой теме? 

3 Какими известными методами и средствами решаются исследуемые 

проблемы? 

4 Каковы недостатки известных решений и какими путями их 

пытаются преодолеть? 

Углубленное изучение информации по предмету исследования позволяет 

исключить риск ненужных затрат времени на уже решенную проблему, детально 

изучить весь круг вопросов по исследуемой теме и найти научно-техническое 

решение, отвечающее высокому уровню. 

Основным источником информации являются научные документы, 

которые по способу представления могут быть текстовыми, графическими, 

аудиовизуальными и машиночитаемыми. 

Научные документы подразделяются на первичные и вторичные, 

опубликованные и неопубликованные. Первичные документы – это книги, 

брошюры, периодические издания (журналы, труды), научно-технические 

документы (стандарты, методические указания). 

Важное значение здесь имеет также патентная документация, под которой 

подразумеваются издания, содержащие сведения об открытиях, изобретениях и 

т. п. 

К неопубликованным первичным документам относятся: научные отчеты, 

диссертации, депонированные рукописи и т. п. Они содержатся в фонде 

ВНТИЦентра.  

Вторичные документы содержат краткую обобщенную информацию из 

одного или нескольких первичных документов: справочники, реферативные 

издания, библиографические указатели и т. п. Сбор и обработка научно-