Proiect Analiza i Diagnoza Sistemelor Economice

Perspectiva sistemelor de sistem n infrastructur

Spoial FlorentinaStaicu Elena MdlinaGrupa 1028

Introducere

Funcionarea societii moderne depinde n mare msur de calitatea facilitilor de infrastructur disponibile. Infrastructuri fizice, cum ar fi reelele de transport, ap i furnizarea energiei, eliminarea deeurilor, precum i telecomunicaiile, ofer condiiile de baz pentru persoanele fizice i funcionarea afacerilor. Progresul tehnologic i trecerea la o economie preponderent orientat spre servicii, au adus informaii, telecomunicaii i cunotine despre infrastructur n prim plan.De-a lungul timpului, infrastructurile au devenit tot mai critice n funcionarea societii, n timp ce procesele economice i sociale, ntr-o mare msur, se bazeaz pe serviciile oferite de astfel de sisteme. Nerespectarea acestor infrastructuri este una dintre cele mai importante vulnerabiliti ale societii moderne, aa cum a fost demonstrat de efectele negative ale furnizrii precum: ntreruperea apei, penele de energie electric, sau lipsa de telecomunicaii din trecut.Din punct de vedere istoric, infrastructurile au fost sisteme separate fizic i logic. Progresele n tehnologie, i n special n domeniul tehnologiei informaiei, au condus la o integrare i interconectare a diferitelor infrastructuri. Multe dintre infrastructurile critice depind de o furnizare a energiei electrice stabile i de ncredere. Nerespectarea n infrastructura de energie electric, prin urmare, duneaz n multe aspecte ale societii. n mod similar, tehnologia informaiei i comunicrii (TIC) a devenit crucial pentru funcionarea a celor mai multe dac nu toate celelalte sisteme de infrastructur (i pentru multe alte sectoare, deasemeni).Domeniul cercetrii infrasistemului acoper un spectru larg de subiecte, care pot fi vizualizate din diferite unghiuri, exist n diferite contexte, dau natere la diferite ntrebri, i pot conduce la soluii diferite. Exist, totui, un numr de aspecte comune ntre infrasisteme i cercetrile lor asociate (Herder i Thissen, 2001):. Infrasistemele prezint caracteristici spaiale.. Schimbarea n curs de desfurare n tehnologie i instituii, cum ar fi privatizarea iliberalizarea n multe sectoare . Exist necesitatea de a lua n considerare eventuale incompatibiliti dintre indicatori de performan . acestea includ fiabilitatea infrasistemelor, calitatea serviciilor, costurile. Eficacitatea infrasistemelor depinde de interaciunea complex a factorilor tehnologici, instituionali i umani. Infrasistemele converg, adic, ele devin tot mai conectate i dependente. Tehnologic, multe, daca nu toate infrasistemele depind de sistemul energetic. Infrasistemele afieaz toate caracteristicile sistemelor de sistem: ele constau din mai multe sisteme care sunt guvernate n mod independent, ce conin elemente puternic corelate.

n acest capitol, vom explora moduri n care un sistem al sistemului de perspectiv pe infrasistem poate ajuta la capturarea interaciunii complicate a tehnologie i instituiilor de la diferite niveluri ale sistemului. n primul rnd, vom prezenta un sistem conceptual simplu al modelului de sisteme care poat fi folosit pentru:1. Identificarea aspectelor i elementelor diferitelor infrasisteme cheie 2. Compararea asemnprilor i diferenelor dintre sectoare.

n continuare, vom descrie dou exemple mai specifice de analiz legate de energie i probleme de proiectare pentru a ilustra, pe de o parte, utilitatea potenial a descompunerii sistemelor de sisteme, i, pe de alt parte, varietatea de posibile descompuneri. n cele din urm, vom discuta importana unor factori determinani ai performanelor infrasistemului i vom arta cum aceti indicatori de performan se leag cu diferite nivele ale modelului unui sistem de sistem.

Straturile modelului unui infrasistem

Avnd n vedere caracterul multidisciplinar al zonei de cercetare a infrasistemelor, exist multe i diferite modele. Multitudinea de modele, fiecare dezvoltat dintr-o perspectiv monodisciplinar, i cu un scop specific n minte, nu faciliteaz compararea rezultatelor, s nu mai vorbim de simplificarea metodei pentru nvare trans-sectoriale. n aceast seciune, vom introduce un model pe mai multe niveluri generic i ilustreaz utilizarea modelului.Noi propunem un model conceptual de referin care se bazeaz pe o vedere sistemic de straturi infrasistemului (a se vedea, de asemenea, Koolstra, 2000; Thissen i Herder, 2003). Fiecare strat cuprinde componente fizice / tehnice, operaionale i de reglementare, actori i a interaciunilor acestora. Distingem trei straturi generice: nivel fizic de infrastructur, un strat operaional, i un strat de servicii. Distincia ntre straturi se bazeaz pe funcionalitate: stratul inferior furnizeaz condiiile necesare pentru existena i buna funcionare a stratului superior al sistemului. Acestea sunt descrise n figur.

Stratul de jos din cele trei straturi se refer la infrastructura fizic, care este, legturi (drumuri, conducte, cabluri, etc) i noduri (centrale electrice, incinertoare de deeuri, tampoane de ap, etc.). Procesele privind proiectarea, construcia i ntreinerea infrastructurii sunt de asemenea incluse n acest strat, i executate de indivizi, cum ar fi proprietarii structurilor fizice, designeri, comisarii de proiect, contractori, i altele asemenea. Acest strat inferior pune bazele pentru procesele de "nivel superior", care au loc n stratul de doi i trei.Al doilea strat al modelul de infrasistem general cuprinde procesele i persoanele care se ocup cu operarea i managementul reelei. Procesele aflate n aceast strat sunt n faza de control al reelei, gestionarea capacitii, i de rutare n reea. De exemplu, stabilitatea din reeaua naional de energie electric, controlul traficului la aeroporturile i pe drumuri, i algoritmi de branare la Internet sunt procese care sunt executate n acest strat de aciunile coordonate de operatorii de reea i manageri. Procesele din acest strat interacioneaz sistematic cu stratul superior prin capacitatea atribuit de diferii furnizori de servicii care acioneaz n stratul superior.Cea de a treia i partea de sus strat al modelului nostru se refer la furnizarea i utilizarea de produse i servicii bazate pe infrastructur, cum ar fi furnizarea de energie, transport public, de comunicare, furnizarea de ap, sau de ndeprtare a apelor uzate. n unele sectoare de infrastructur, cum ar fi n infrastructura de ap, produsele tangibile specifice, produse de o singur sau cteva mari productori de energie electric, pot fi identificate.In final, cel care ia decizia este introdus n model. Acest actor este reprezentat n toate nivelele modelului. Vizibilitatea i influena acestui actor asupra sistemelor i proceselor din cadrul infrastructurii variaz ntre infrastructuri. Unii au autoriti puternice care reglementeaz infrastructura fizic, precum i nivelurile de exploatare i servicii, n timp ce alte infrastructuri au autoritile de reglementare care opereaz n principal la nivel de servicii.

Compararea sectoarelor

Folosind modelul cu straturi introdus n seciunea anterioar, suntem capabili de a identifica un numr de aspecte comune fundamentale i diferenele dintre sectoarele. Pentru fiecare strat i sector, ne sunt indicate aproximativ: . procesele i / sau serviciile cheie, . actori cheie / rolurile, . componentele cheie.

Unele infrastructuri cuprind noduri "active", n cazul n care un bun fizic este prelucrat, schimbat, sau transformat, n timp ce alte infrastructuri cuprind n principal nodurile "pasive" , n cazul n care numai de tamponare sau ( re - ) activare. n cele din urm, stratul fizic conine diferene cu privire la existena unor surse: infrastructura energetic are bine definite surse de scar larg, n timp ce alte infrastructuri, cum ar fi infrastructura de telecomunicaii nu conine surse la scar larg. n calitate de consumatori i furnizori de joc ambele roluri au mici dimensiuni. n stratul de mijloc, diferenele fundamentale sunt notate n raport cu modul n care reeaua este exploatat i n ceea ce privete capacitatea, aceasta este administrat pe reelele . Unele infrasisteme au puine mijloace de control de reea sau de administrare, de exemplu, infrastructurile rutiere, n timp ce alte infrasisteme sunt puternic controlate, cum ar fi o infrastructur feroviar.Tendina spre ramificare de servicii pare a fi mai pronunat in unele sectoare dect n altele. De exemplu, serviciile personalizate pot fi cumprate destul de uor n sectorul de transport, ntruct serviciile personalizate sunt rare n sectorul energiei electrice. Motive pentru aceste diferene pot fi gsite n natura serviciului furnizat, i n msura n care sectorul a fost liberalizat. Furnizorii de servicii multiple sunt prezeni n sectoare foarte liberalizate, n timp ce doar un singur furnizor de servicii poate fi disponibil pentru un client ntr-un cadru de oligopol sau monopol.Sistemul multistrat de model de sisteme poate fi de asemenea utilizat pentru a analiza i compara diferitele schimbri care au loc. Schimbrile i inovaiile apar simultan de-a lungul diverselor dimensiuni relevante: dezvoltare tehnologic, transformare instituional, precum i schimbrile i inovaiile n spectrul de produse. Schimbrile tehnologice pot aprea la toate nivelurile, dar n primul rnd, la sistemele de control, (TIC) nivelurile fizice i operaionale.Schimbrile instituionale au loc la toate cele trei niveluri: privatizarea i liberalizarea au transformat situaia de monopol, n mare msur, intr-o situaie n care muli actori concureaz. Pentru sectorul TIC, acest lucru s-a ntmplat la toate cele trei niveluri. n sectorul energetic, concurena s-a dezvoltat n ceea ce privete producia de energie (strat de infrastructur) i livrare (stratul produse i servicii), dar nu n ceea ce privete reelele de distribuie a energiei i funcionarea lor. O situaie similar apare n transport, n cazul n care reelele fizice i de noduri au rmas n mare parte sub control monopolist n timp ce, de exemplu, n sectorul feroviar, au fost introduse experimente cu concuren la nivelul de servicii. Relativ puine schimbri instituionale a avut loc n sectorul de ap potabil, n cazul n care, de obicei, toate straturile au rmas n aceleai mini (dar n unele ri au fost privatizate).Dintre modificrile n produsele livrate / piee servite, de asemenea, au fost cea mai pronunat n sectorul TIC, fiind n acelai timp practic absent n sectorul apei potabile. Dou modificri importante referitoare la creterea interaciunii i interdependenei dintre sectoarele care nu sunt incluse n aceast cifr: dependena crescut de furnizarea de energie i TIC din toate sectoarele, precum i convergena instituional. Acesta din urm nseamn c aceste companii de utiliti au nceput s extind operaiunile lor n diferite sectoare, n mare parte de preluri i fuziuni, rezultnd n marile corporaii active, n special, att n sectoarele de ap i de energie (cum ar fi, de exemplu, SUEZ).

De exemplu, stabilitatea pe pia (tip de produs), n sectorul de ap potabil sugereaz c o strategie de robustee (proiectare, n esen, a sistemului, astfel nct acesta va fi capabil s se adapteze la schimbri n cantitatea de cerere) poate fi cea mai potrivit n proiectarea de noi elemente de infrastructur pe termen lung. Cu toate acestea, n sectorul TIC, schimbrile rapide la toate nivelurile sugereaz o strategie de flexibilitate, n cazul n care sistemul este proiectat n aa fel nct s poat fi uor adaptat la schimbrile tehnologice, la tip i dimensiune de cerere, etc.

Infrasistemulul energiei n sectorul rezidenial

Aplicarea conceptului de sistem de sistem cu referire la un caz mai specific: o posibil tranziie a sistemului energetic spre durabilitate (a se vedea, de asemenea, Pruyt i Thissen, 2007). Din motive de simplitate, ne limitm la o mic dar important component a sistemului energetic, respectiv consumul de energie pentru nclzirea sectorului rezidenial. n rile de Jos, aceasta reprezint aproximativ 20% din consumul total de energie i emisiile de CO2 aferente. ntrebarea este: ce fel de politici guvernamentale ar fi necesare pentru a reduce n mod semnificativ emisiile de CO2 legate de nclzirea rezidenial.Avnd o abordare analitic a sistemelor bazate pe model, acestea se confrunt cu ntrebri dificile cu privire la cele mai potrivite limite ale modelului. Dei consumul de energie pentru nclzirea rezidenial este doar o parte a sistemului energetic global, evoluia sa este codeterminat de mai muli factori i mecanisme legate de alegerea de resurse energetice i tehnologii de producere a energiei ca un ntreg, pentru exploatarea locuinelor, de inovaie tehnologic, i aa mai departe. Toate acestea printr-un efort de modelare detaliat va duce rapid la un model foarte complex, care acoper mai multe niveluri, procesele care funcioneaz la diferite termene, i aa mai departe. Un sistem conceptual al abordrii sistemului poate fi de ajutor pentru a pune eforturile de modelare n perspectiv, i s fac alegeri deliberate cu privire la limitele modelului. Cheia pentru abordare este identificarea diferitelor sisteme care, n interaciune reciproc, determin emisiile de CO2 provenite de la sistemele de nclzire. Aici, ne limitm la o prezentare simplificat a abordrii urmat n Agusdinata i Dittmar ( 2007), Agusdinata, ( 2008) i Agusdinata i DeLaurentis ( 2008), i distinge urmtoarele sisteme care determin emisiile de locuit: Sistemul consumului fizic de energie termic este, desigur, la baza analizei. Ea reprezint consumul real de cldur n locuine, fiind influenat de, printre altele, de comportamentul chiriailor i preferinele lor i caracteristicile de locuit fizice, cum ar fi gradul de izolare, precum i de tipul de sistem de generare de cldur utilizate. Sistemul investitorilor de locuin reprezint deciziile i aciunile proprietarilor de locuine i investitorilor legate de renovarea locuinei, investiii n tehnologie nou i / sau mai eficient generarea de cldur, i altele asemenea. Aceste decizii, desigur, sunt determinate de afaceri / interesele economice i poziia proprietarilor de locuine, care doar ntr-o msur limitat va fi emisiile de energie aferente. Sistemul de inovaie tehnologic a cldurii reprezint mecanismele i actorii care lucreaz n cercetare i dezvoltare n domeniul tehnologiei de cldur, ceea ce duce la disponibilitatea pe pia a noi produse i instalaii pentru generarea de cldur, cum ar fi instalaiile de micro-cogenerare, pompe de cldur mai eficiente, colectoare solare. Sistemul energetic naional este format din totalitatea surselor de energie, operatorii de transport, conversii i distribuia sistemelor, inclusiv furnizarea de energie pentru industrie, agricultur, i transport. Juctori importani aici sunt companiile naionale i internaionale de energie, proprietarii de reele i operatori.

. Bugetele de cercetare pot fi retrase din circuitul agricol, iar subveniile se pot acorda sistemului de inovaie tehnologic de nclzire. . subvenii sau alte mecanisme (cum ar fi obligaia de a emite un raport de nclzire a fiecrei locuine nainte de a fi vndute sau nchiriate) pot fi utilizate pentru a declana proprietarilor de locuine i investitorii s adopte o nou tehnologie, crend astfel o pia pentru produse noi. . campaniile publice ar putea avea loc pentru a sensibiliza publicul la consecinele poteniale ale emisiilor de CO2; taxele de mediu (cum ar fi o tax pe emisiile de CO2 sau un sistem de comercializare a emisiilor de CO2 n prezent, n curs de dezvoltare n UE) pot fi instalate pentru a crea diferene de cost ntre diferitele tipuri de consumator de energie i a surselor de energie, i, de asemenea, acest lucru poate afecta comportamentul consumatorului precum i piaa . Stimulentele pot fi date i naional pentru a stimula dezvoltarea

Conceptualizarea descris aici prezint sistemul de sisteme chiar i pri limitate ale sistemului energetic. n primul rnd, se ilustreaz modul n care o astfel de conceptualizare poate ajuta la identificarea varietii de prghii disponibile pentru factorii de decizie. Astfel, este precizat necesitatea de elaborare a politicilor abordate, astfel nct o combinaie adecvat de msuri politice complementare orientate spre diferitele sisteme componente sa fie aleas. Acest lucru este, n prezent, aa cum a fost ilustrat recent de guvernul olandez, atunci cnd, din motive strict bugetare, subveniile pentru dezvoltarea de surse de energie durabil la nivel naional au fost oprite, eliminnd un element important de la un set de altfel, destul de coerent de politici msuri.O a doua caracteristic important a sistemului de sisteme de conceptualizare este c pune caracterul multi-agent al sistemului de sisteme n lumina reflectoarelor. Diferite sisteme sunt controlate de ctre diferii ageni fiind ghidai de valori i obiective diferite. Un astfel de sistem de sisteme nu poate fi controlat n mod tehnocratic. Cunoaterea pieelor, motive pentru comportamentul agenilor i aa mai departe, sunt necesare, precum i factorii de decizie politic pot de asemenea beneficia de negocieri cu diferite partide (cum ar fi exploatatori de locuine la scar larg, companiile energetice, etc) cu privire la angajamentul lor de a contribui la obiectivele de sustenabilitate .

Flexibilitatea infrasistemului gazului

Al doilea exemplu pentru a ilustra aplicarea de diferite tehnici de modelare a sistemelor de sistem se refer la posibila proiectarea i punerea n aplicare a unei dispoziii flexibile de energie policarburant n rile de Jos (Herder et al., 2008a, 2008b). Infrastructura energetic actual n rile de Jos este rigid i inflexibil: unitile, cum ar fi centralele electrice i rafinriile de petrol conveg o anumit surs de energie n doar cteva produse; crbunele devine de energie electric, petrolul brut este transformat n combustibili pentru transport i gazele naturale sunt utilizate pentru a produce energie electric i termic. Este posibil s se schimbe sursa de energie uor, sau deloc, pe termen scurt. Mai mult dect att, chiar i modificarea oportunitilor pe termen lung sunt limitate i scumpe.Avnd n vedere incertitudinea resurselor disponibile de energie pentru rile de Jos n viitorul apropiat i n prezent, este de dorit o strategie de furnizarea de energie la nivel naional care s fie mai independent de combustibilii specifici. O idee de a realiza acest lucru este prin utilizarea gazului de sintez (un amestec de hidrogen i monoxid de carbon), ca purttor cheie de energie. Am folosit o abordare de modelare a sistemului de sistem de a explora un astfel de sistem de infrastructur gaz de sintez policarburant. Aceasta const ntr-o reea de distribuie mare, dar flexibil, gazeificatoare policarburant productoare de gaz de sintez de diverse calitati, de uniti pentru a rafina gazul pentru a stabili caietul de sarcini, i procesele industriale care se transform n produse utilizabile. O instalaie de gaz de sintez policarburant poate transforma solid, lichid, i materii prime gazoase n gaz de sintez.

Infrasistemul gazului de sintez cuprinde urmtoarele sisteme: . Sistemul fizic de producie gaz de sintez este sistemul fizic central (Level 1). Se refer la producia de gaz de sintez ntr-o reea de gazificatoare, inclusiv alegerea materie prim pentru instalaia de gazeificare. Alte variabile relevante sunt proprietile de gazeificare i eficiena comportamentului de pia de materii prime i consumul real de gaz de sintez, ca i constrngeri care sunt influenate de cererea pentru produse chimice i energetice. . Infrastructura de gaz de sintez (nivelurile 1 i 2) este reeaua fizic de compresoare, pompe i conducte de transport i care distribuie gazul de sintez. n plus, aceasta reprezint mecanismele de control i de siguran, care sunt operate de controlere, precum i regulile i regulamentele privind conexiunile fizice la infrastructura principal.. Sistemul de pia gaz de sintez (nivelurile 2 i 3), suprapunerea oferte fizice de sistem cu probleme, cum ar fi economia de un sistem flexibil complex gaz de sintez policarburant comparativ cu cele de afaceri de specialitate de conversie. Ea cuprinde, de asemenea, pe piaa intern de gaz de sintez, aranjamentele contractuale, problemele de proprietate, i a schimburilor. Acesta interacioneaz cu pieele de petrol i gaze convenionale la nivel mondial. . Sistemul de inovaie tehnologic (nivelul 3) reprezint mecanismele i actorii care lucreaz n cercetare i dezvoltare n tehnologie gazeificare, ceea ce duce la disponibilitatea pe pia a noi produse i instalaii pentru producerea de gaz de sintez i de utilizare, precum i n cercetare i dezvoltare n aplicaii Gaz de sintez, care s conduc la noi tehnologii i produse, precum i a tehnologiilor existente mai eficiente. . Piaa mondial a energiei i a produselor Gaz de sintez (nivelul 3), servete sistemului n care infrastructura de gaz de sintez este ncorporat. Acesta reprezint interaciunile infrastructurii gaz de sintez cu mprejurimile sale fizice i economice.

Un sistem de sisteme de descriere a infrasistemlui de gaz de sintez este de ajutor n acest sens, deoarece arat c sistemele i straturile sistemului sunt strns ntreesute, care necesit o modelare integrat i abordare de design. Prin separarea iniial ntre analiz i sarcinile de proiectare n sarcini pentru diferitele sisteme i pentru cele trei straturi diferite, modele pot fi realizate mai adecvate. Impactul variabilelor la un alt strat al sistemului poate fi contabilizat iniial sub form de constrngeri ce se potrivesc modelului de sistem. De exemplu, variabile de la un model de pia economic poate fi traduse n variabile sau intrri relevante din diferite modele fizice sau chimice, fr a pierde punctele forte nici tehnica de modelare.

Fiabilitatea i criticalitatea infrasistemelor

O problem cheie nerezolvat cheie este cum fiabilitatea sistemului poate fi garantat ntr-un context n care aciunile independente ale organizaiilor care interacioneaz cu multe obiective i interese concurente, n loc de organizaii unice. Ce factori sunt cruciali? Poate soluiile tehnologice s compenseze pierderea de control central?

Proiectarea Infrasistemelor cu incertitudini

Infrastructurile sunt sisteme de dimensiuni mari, cu durat lung de via. Prin urmare, multe incertitudini se refer la timpul vieii sistemului. Noi moduri de a face fa acestor incertitudini inerente, att n faza de proiectare ct i n etapele de funcionare trebuie s fie dezvoltate, cum sunt modelele flexibile, strategiile de adaptare, sau chiar proiectarea sistemelor evolutive, auto-nvare.

Cum se gestioneaz tranziiile?

Factorii de decizie politic au introdus paradigma pia cu scopul de a eficientiza sistemul n ansamblu. Competiia deschis cu un numr suficient de juctori de pe pia, ar prea ntr-adevr eficient din punct de vedere economic, experienele aratnd c trecerea la o astfel de situaie nu este de la sine evident. n termen lung, i dintr-o perspectiv diferit, tranziiile la infrasistem sunt mai durabile (n special transport, energie). Este nevoie de cercetare pentru a nelege mai mult aceste mecanisme de proiectare a cadrelor de reglementare adecvate pentru perioade de tranziie.

CONCLUZII I DISCUII

Sistemele de infrastructur sunt eseniale pentru funcionarea societii moderne. Schimbri semnificative i evoluiile n domeniul tehnologiei, de configurare instituional, i poziia economic au loc n multe infrastructuri, dar sunt puin cunoscute i alte schimbri care vor afecta indicatorii cheie de performan a infrastructurii, cum ar fi fiabilitatea, costurile, calitatea serviciilor, accesibilitate public i impactul asupra mediului. Inelegerea mecanismelor i factorii care influeneaz aceti indicatori de performan au nevoie de un adevrat sistem de abordare a sistemelor.

Putem concluziona c sistemele de sistem pot contribui n mod semnificativ la

1. descrierea i analiza diferitelor niveluri n infrasistem, a interaciunilor (n cadrul i ntre diferitele niveluri), nainte de (re-) proiectare a unui sistem de sisteme; 2. Descoperirea n mod clar a naturii multi-agent de infrasistem . 3 reflectarea pe poziionare, omisiuni, limite, interfee i interaciuni cu alte sisteme componente n acelai timp sau la diferite niveluri; . 4 punerea rezultatelor modelelor / analizelor sistemului component al analizelor n perspectiv; . 5 descrierea i de comunicarea n mod clar a structurii, dinamicii i intuiii dezvoltate n cadrul infrasistemelor i ntre infrasisteme 6. reflectarea cu privire la diferenele i punctele comune ntre diferite sectoare de infrastructur.

Multe publicaii ilustreaz potenialul de analize transversale, generice n domeniile economie evolutive, tiine politice, drept, i management public. Cercetarea i dezvoltarea tehnologic prezent se concentreaz n general pe un singur sector.