автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.07, диссертация на тему:Разработка программно-алгоритмического обеспечения диаологового взаимодействия оператора и вычислительного комплекса в составе сложных систем автоматизированного управления

р V 6 ^

1 I» ИЮЙ да

ВОРОНЕЖСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах руном пси

АНОСОВИЧ Борис Ростиславович

' РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНО-АЛГОРИТМИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДИАЛОГОВОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ОПЕРАТОРА И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА В СОСТАВЕ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ

Специальность

05.13.07 - Автоматизация технологических процессов и производств (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж 1993

Работа выполнена на кафедре автоматизированных и вычислительных систем Воронежского политехнического института

Научный руководитель -

доктор технических наук, профессор С.Л. Подвальный

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор В.Е Межов

кандидат технических наук, доцент 8.Г. Юрасов

Ведущая организация

Опытно-конструкторское бюро автоматики (ОКБЛ, г. Воронеж).

Защита диссертации состоится "5м июля.1993 г. в конференц-зале в Ю часов на заседании специализированного совета Д 963.81.92 Воронежского политехнического института.

Заверенные отзывы просим направлять по адресу; 394026, г. Воронеж. Московский пр., 14, Воронежский политехнический институт, специализированный совет Д 063.81.02

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского политехнического института.

Автореферат разослан " 4 " июня 1993 г.

Ученый секретарь специализированного совета,

доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Разработка высокоэффективных интегрированных автоматизированных систем управления технологическими процессами как непрерывного, так и дискретного действия является одним из направлений реализации концепции ускорения научно-технического прогресса. Сочетание в рамках таких систем высокой производительности вычислительной техники, сложных алгоритмов управления с применением методов искусственного интеллекта и свойств эмпирического выбора оптимальных действий оператором на основе накопленного опыта позволяет во много раз повысить производительность труда интегрированного производства.

Усложнение самчх объектов производства, постановка задачи их взаимосвязи в единую производственную систему обуславливают непрерывное возрастание требований к процессу взаимодействия "оператор -вычислительный компл'екс". В конечном итоге, эффективность работы интегрированной производственной системы во многом зависит от функциональных возможностей человеко-машинного интерфейса, повышения его эффективности и надежности.

Одной из важнейших особенностей интегрированных производственных систем является высокая сложность и структура их организации (наличие многих уровнен и подсистем производственного и административного управления и контроля, подсистем технологической подготовки производства, тренажерных и информационно-поисковых подсистем и др.). Структура человеко-машинного интерфейса, как правило, должна соответствовать всем особенностям реализации каждой из таких подсистем.

. Следует отмстить, что в настоящее время отсутствует единый подход к решению задач реализации алгоритмов построения различных уровней интерфейса "оператор-вычислительный комплекс", при использовании которого возможно значительное сокращение затрат и сроков программной разработки автоматизированного рабочего места оператора-технолога в составе АСУТП наряду с повышением эффективности его функционирования. Поэтому существует потребность в совершенствовании существующих и создании принципиально новых подходов к решению указанной проблемы.

Таким образом, для решения проблемы разработки оптимального интерфейса "оператор - система управления технологическим процессом" требуется комплексный анализ различных форм и видов интерактивного взаимодействия оператора и вычислительного комплекса, исследование и разработка алгоритмов и программных средств реализации такого взаимодействия.

Тематика работы входит составной частью в основное научное направление Воронежского политехнического Института "Разработка роботов, САПР и ГАП".

ЦЕЛЫО ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является разработка и исследование алгоритмов и программных средств интерактивного взаимодействия оператора и системы управления технологическим процессом при многоуровневой организации интегрированной производственной системы и наличии нескольких классов пользователей.

Для реализации указанной цели в работе определены следующие задачи исследования:

анализ структуры интерфейса "оператор - АСУТП" и возможных форм реализации его диалога;

исследование алгоритмов реализации адаптивных форм символьно-языкового диалога в составе человеко-машинного интерфейса;

разработка структуры и алгоритма функционирования графических форм диалога;

разработка инструментального технологического пакета программных средств (ПС) для интерактивной генерации подсистем графического отображения информации в составе интегрированных АСУТП, систем моделирования технологических процессов (ТП) и АСНИ;

разработка средств инструментального прикладного и сервисного программного обеспечения для решения задач графической визуализации данных с использованием реализованных инструментальных средств.

Практическая реализация программных средств в составе АСУТП позволяет увеличить количество оптимальных решений по управлению и, в целом, эффективность работы операторов-технологов автоматизированных производственных комплексов.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Б работе использованы методы системного анализа, теории алгоритмов и сложных систем, функционального анализа, теории математического моделирования и модульного программирования. НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем: предложен комплекс оценок для проведения сравнительного анализа существующих форм и структур символьно-языкового взаимодействия "оператор-Э13М", позволяющий с максимальной эффективностью определить предпочтительные диалоговые структура: для каждой из групп пользователей пнтеллектиых систем управления (ИСУ);

модифицирован алгоритм приобретения профессиональных навыков для построения автоматизированных обучающих систем (АОС) в плане расширения его возможностей для построения автоматизированных обучающих тренажерных систем (АТОС) в составе ИСУ, отличающийся от'базового вариаота наличием набора альтернативных моделей обучаемого с возможностями динамической адаптации;

разработаны принципы построения и струк'1 ура АТОС для реализации адаптивного алгоритма пошагового обучения, отличающаяся от известных построением информационного ядра системы на основе структурной модели

предметной области;

разработана структура графических кадрон, формат записи и хранения графической информации в графических кадрах и объектах, обеспечивающий динамическое отображение состояния структурных уровней ИСУ различной сложности с целью оперативного принятия оптимального решения по управлению ТП.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы представлена следующими результатами:

разработана гибкая, легко модифицируемая и адаптируемая структура программного комплекса графического отображения информации, отличающаяся высокой степенью универсальности, возможностью работы с ней пользователя-непрограммиста, а также возможностью создания комплекса пользовательских информационных объектов.

разработан инструментальный пакет ПС, обеспечивающий интерактивную генерацию подсистемы динамического графического представления состояния ИСУ и ее функционирование в реальном масштабе времени в составе автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора-технолога АСУТП, обеспечивающий снижение затрат на проектирование информационной' системы АСУТП.

на основе использования предложенной структуры программного комплекса графического отображения информации разработаны:

' а) пакет ПС для визуализации и анализа результатов моделирования динамики гидродинамических модулей ТП полимеризации для цепочки реакторов с целью принятия решения по вариантам последующей оптимизации управления ходом ТП;

б)- пакет ПС для визуализации результатов генерации отчетов и анализов различного вида при наличии большого объема статистических данных;

в) пакет ПС для визуализации результатов подготовки и установки стандартных программных пакетов в условиях значительного объема магнитных носителей различного качества.

ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Теорегические и практические результаты работы использовались в научно-исследовательских работах, выполняемых на кафедре ABC ВорПИ: 80/91 и 43/92 "Визуализация принятия решений при оперативном управлении автоматизированными технологическими комплексами", в виде комплекса программных средств внедрены: в службе комплексироиания вычислительной техники завода "Процессор" (г. Воронеж), в составе системы управления процессом производства цемента АО "Липецкцемент" (г. Липецк), в отделе АСУ городской службы занятости (г.

. Воронеж), с суммарным ожидаемым экономическим эффектом более 910 тыс. руб., внедрены в учебный процесс Воронежского политехнического института

и ряда других учебных заведений. Внедрение результатов диссертационной работы подтверждается соответствующими актами.

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

способ представления графической информации в виде произвольной комбинации структурных единиц - статического и динамического графических объектов, обеспечивающий высокоэффективное представление и анализ произвольной производственной ситуации.

формат графических кадров и составляющих их графических объектов как структурных единиц отображения информации;

алгоритмическая и программная реализация динамического представления состояния АСУ ТП в виде последовательности графических кадров, обеспечивающая динамическое отображение состояния структурных уровней ИСУ различной сложности с целью оперативного принятия оптимального решения по управлению ТП;

структура и способ организации АТОС для реализации адаптивного алгоритма приобретения профессиональных навыков, отличающейся от известных построением информационного ядра системы на основе структурной модели предметной области,

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: Международной конференции "Заводы будущего для реализации интеллектуального компьютерно-интегрированного производства" (Венгрия, г. Будапешт, 1990), Научно-технической конференции "Основные концепции и опыт проектирования многомашинных вычислительных комплексов на базе микроЭВМ для обработки больших объемов экономической информации" (г. Воронеж, 1987), Научно-технической конференции "Основные концепции и опыт проектирования многомашинных вычислительных комплексов на базе микроЭВМ для обработки больших объемов экономической информации" (г. Воронеж, 1987), Научно-практической конференции "Повышение эффективности функционирования систем и устройств" (г. Воронеж 1988), Межвузовской студенческой научной конференции "Актуальные вопросы информатики, вычислительной техники и автоматизации" (г. Казань, 1986), Всесоюзной научно-методической конференции "Интенсификация учебного процесса в высшей коле на базе микропроцессорных вычислительных систем" (г. Воронеж, 1987), Семинаре "Локальные сети микроЭВМ в системах обработки и управления" (г. Ленинград, 1990), Всесоюзной конференции "Динамика процессов и аппаратов химической технологии" (г. Воронеж, 1990), Симпозиуме "Эффективность, качество и надежность систем 'Человек-техника'" (г, Воронеж, 1990), Научно-практической конференции "Изучение основ информатики и вычислительной техники в школе и пузе" (г. Воронеж, 1988), Научно-техническом семинаре "Использование операционной системы ДЕМОС, операционной системы реальною времени для персональных ЭВМ "Электроника МС 0585" при

создании прикладных систем в области управления и учета" (г. Воронеж, 1988), Всесоюзном семинаре "Психологические проблемы использования ЭВМ в обучении и подготовке профессиональных кадров" (г. Пенза, 1980), Научно-практической конференции "Изучение основ информатики и вычислительной техники в школе и вузе" (г. Воронеж, 1988), Межвузовской научно-методической конференции "Совершенствование форм и методов применения технических средств обучения и вычислительной техники в учебном процессе" (г. Вологда, 1980).

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 132 наименования, 2 приложений. Основной текст работы изложен на 113 страницах машинописного текста. Работа содержит 48 рисунков, 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении работы обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цель, основные задачи исследования и приведены основные результаты работы.

В первой главе анализируются проблемы, возникающие при разработке эффективного интерфейса "оператор ТП - АСУТП" в составе интеллек-тных систем управления.

С целью определения функций и структуры интерфейса "оператор-вычислительная система" проведено исследование ИСУ как результатов дальнейшего развития самонастраивающихся систем с использованием в них элементов искусственного интеллекта. Рассмотрена обобщенная структура ИСУ, определено место интерфейса "оператор - АСУТП" и ней.

Основной целью функционирования интерфейса "оператор-вычисли-тёльная система" является управление информацией и ее обработка. С точки зрения программной реализации интерфейс "оператор ТП - АСУТП" состоит из двух подсистем: подсистемы процессов диалога и подсистемы процессов ввода-вывода.

Любой процесс диалога можно представить как последовательность переходов от одного состояния к другому. В соответствии с этим представлением рассмотрены реализации линейных, древовидных и сетевых структур диалога.

Рассмотрены основные способы формирования процедур ввода и вывода текстовых сообщений, организации сообщений выбора и указания для приема от пользователя и передачи ему данных через различные физические устройства.

Как альтернатива символьно-языковым, формам диалога, а также как

и

способ повышения эффективности восприятия и последующего анализа информации рассмотрены области применения и особенности реализации графических форм диалога. Проведен анализ трех способов представления ■ рафической информации: позиционного, структурного и комбинированного. Сделан вывод о преимущественном использовании структурного способа представления графической информации для целей представления состояния АСУТП. Показана обобщенная процедура формирования графического изображения из структурированных данных, из анализа которой сделан вывод, что используемое представление, как и более сложное комбинированное, сочетающее и себе перечисленные выше, требует организации базы графических данных (БГД1, создаваемой для обеспечения независимости хранимой информации от обрабатывающих программ, оптимизации объема памяти времени доступа и обработки (рафической информации. Рассмотрены принципы организации БГД и формирование дисплейного файла для вывода (рафической информации.

С целью обеспечения аппаратной независимости процедур преобразования графической информации обоснована необходимость использования разработанных графических стандартов. Рассмотрена организация и функции базовых графических систем С1К>, СК.Ч-:И) и РШС£>, а также организация прикладной графической системы для двумерной области, включающей (Ж5.

Рассмофепы реализации графического интерфейса в существующих отечественных и зарубежных пакетах ПС различного назначения. Проведен анализ и приведены сравнительные характеристики реализаций символьно-языковой и графической форм операторского диалога п разработанных подсистемах отображения производственной ситуации в составе АСУТП.

С целью снижения зависимости эффективного функционирования интерфейса "оператор ТП - АСУТП" от различия профессиональных уровней ею пользователей возможно использование двух противоположных путей решения этой проблемы. Первый - включение процедур адаптации к пользователю, второй - использование в составе ИСУ АТОС.

В главе проведен анализ и рассмотрены способы реализации различных форм адаптации к пользователю. Рассмотрены основные алгоритмы обучения 1' способы организации диалога в процессе обучения. Выделены его основные формы: учебно-информационный диалог; тренировочный диалог; уточняющий диалог; объясняющий диалог.

Рассмотрены способы реализации элементов учебного диалога в символьно-языковой и графической форме. Использование процедур графическою ввода-вывода позволяет манипулировать в процессе обучения не юлько некоюрыми фиксированными значениями и конкретными предметами, но и произвольно построенными образами ситуаций и процессов, позволяет формирован) сообщения более высокого порядка.

На основе проведенных исследований сформулированы задачи, обуславливающие достижение цели диссертационной работы.

Во второй главе проведено исследование особенностей интерфейса 'Ъператор - АСУТП" для различных категорий пользователей ИСУ. Для оценки различных диалоговых структур предлагается использовать пять основных оценок: степень специализации диалога, логическая организация диалога, избыточность диалога, уровень помощи и адаптация к пользователю.

Степень специализации диалога определяет способы его ведения. Наилучшим является естественный способ, при котором оператор, взаимодействующий с системой, не вынужден изменять существенно свои традиционные способы решения задачи управления.

Логическая организация диалога означает последовательность в построении элементов диалога, в использовании формата данных и их размещении на экране.

Избыточность диалога определяет количество информации, необходимой для нормальной работы системы.

Помощь пользователю в процессе диалога - это мера поддержки, которую диалог оказывает пользователю (оператору) при ere работе с системой.

Адаптация диалога - это мера того, насколько хорошо он соответствует различным уровням подготовки и производительности труда оператора и возможность динамического изменения этого соответствия.

С использованием предложенных оценок выделено пять основных структур символьно-языкового диалога: интервью (вопрос и ответ); меню; экранная форма; командный язык; многооконные интерфейсы.

Рассмотрены алгоритмы реализации каждой из пяти структур, проведен их анализ и приведены результаты экспертной оценки возможностей реализации каждой их структур символьно-языковой формы диалога на основе вышеуказанных оценок с целью выделения наиболее оптимальных для различных групп пользователей ИСУ и организации оптимального интерфейса "оператор - ЭВМ".

Основным пользователем ИСУ является оператор, наиболее интенсивно использующий информацию о состоянии системы. Сформулированы основные требования к языку диалога оператора:

1) обеспечение всех функций операторского диалога (ОД);

2) минимальность перегрузки памяти оператора информацией, связанной с организацией диалога;

3) возможность развития при наращиваиии функций ОД;

4) минимизации запоминания оператором большого количества частных правил или исключений;

5) простота перехода от информационной потребности оператора к

формулированию запроса на сходном языке системы;

0) доступность: язык ввода информационных запросов не должен требовать долговременного специального изучения.

Исходя из основных требований операторского диалога и анализа возможных диалоговых структур делается вывод о предпочтительном использовании структуры тина командного языка. Однако построение командного языка с использованием жестко определенных правил построения фраз хотя и обеспечивает относительную простоту его программной реализации, в действительности имеет целый ряд существенных недостатков: перегрузка памяти оператора излишней информацией, либо значительная трудоемкость и длительность поиска информации при использовании меню; неесгесгаенность входного языка; жесткий порядок перебора форм отображения. Такой тип диалога, очевидна может использоваться в ИСУ нижнею уровня при наличии относительно небольшого количества отображаемой информации. Анализ вышеперечисленных требований показывает, что в наибольшей степени им удовлетворяет ограниченный естественный профессиональный язык оператора ИСУ.

Аналогичный анализ проведен по отношению к остальным категориям пользователей ИСУ, для них предложены наиболее оптимальные формы и варианты реализации диалоговых структур.

В главе разработаны принципы построения и структура АТОС для реализации адаптивного алгоритма пбшагового обучения. На основе анализа классификации АОС, приведенной в главе 1, сделан вывод о построении алгоритма функционирования АТОС в составе АСУТП по методу тренировки (приобретения профессиональных навыков). Сформулированы основные характеристики алгоритма приобретения профессиональных навыков применительно к задаче разработки АТОС такие, как цель обучения, режим работы, признак достижения цели обучения, переход к следующему заданию, управление обучением, шаг обучения.

На основании проведенного анализа функционирования алгоритма приобретения профессиональных навыков предложена структура АТОС, реализующая данный алгоритм.

В общем виде АТОС должна поддерживать следующий шаг обучения: модуль управления обучением предлагает обучаемому очередное учебное воздействие, оптимальное сточки зрения целей обучения и знаний обучаемого; обучаемый готовит ответ и передает его системе; модуль - эксперт данной предметной области проверяет ответ и в случае неверного отвеу определяет допущенные ошибки; по этим ошибкам модуль диагностики ошибок пытается сделать заключение о породивших их неверных или неполных знаниях обучаемого. Результаты диагностики учитываются на новом шаге обучения.

В соответствии с данной моделью процесса обучения АТОС можно рассматривать как совокупность трех взаимодействующих подсистем: под-

система по решению задач в изучаемой предметной области; подсистема по диагностике ошибок обучаемого; подсистема по планированию процесса управления обученйем. Основой информационного ядра может служить структурная модель предметной области (МПО). Графически она может быть представлена в виде направленного графа, отражающего структуру предметной области. Вершинами графа служат элементарные знания и навыки данной предметной области, которые требуют изучения, а направленные д> и задают различного рода связи между ними. Рассмотрены две реализации модели предметной области, к которым могут быть сведены предметные среды различных учебных ситуаций.

Модель I. Пусть имеется множество исходных объектов М = { ш| }, множество правил О = { Ч]} и Множество объектов Б = {Г к }, построенных на множестве М по формальным правилам О, то есть Р = С1(М). Пусть на множестве (йр ( Г|, Г)) определено множество подстановок Ь = { Ц }, то есть Ц : означает, что если встречается объект ГЦ б Б, то после

применения подстановки Ь объект 6 Р заменяется на $ е Р. Любое частично упорядоченное множество К е Ь будет называться методом. Запись Г1 = Н(Г) означает, что к Г были применены правила подстановок метода Н в соответствии с отношением частичного порядка, определенного на этом методе, и результатом применений метода Н к объекту I является П. На рассмотренной модели могут решаться следующие типы задач:

а) Даны Го и П. Необходимо определить, существует ли метод Н1 6 I такой, что Н1 (Го) = П.

б) Даны ^ и с Б. Необходимо определить метод Н1 такой, что имеет место Н1(Го) = Г и Г е Р1.

Модель 2. Пусть множество исходных объектов М«разбито на множества, возможно пересекающиеся: N1 и М1, м' П М 0. Для каждого М с помощью О правил О1 строится р', то есть р' = О1 (М1) и определены множества подстановок Ь1 и множество методов Н1. Пусть Р - множество векторов I = (Г , Г2. ..., Гк), где Г' - представитель соответствующего Р1. Пусть задано множество объектов П = { г;}. На множестве И определено множество преобразований N = { пк } такое, что N(15) •> Р. То есть для произвольного г\ существует такое пк, что пк(г]) = Г и при этом пк £ N. ^ е К, Г е Р, N -множество правил декомпозиции.

Основные типы задач, решаемых на этой модели: •а) Даны г и Г, Необходимо найти п е N и набор (Н1, Н2, ..., Нк), преобразующий г в Г. , •

б) Даны г и вектор (Р1, Р2, ..., Необходимо определить п и набор (Н ,

Н2.....Нк) так," что после соответствующих преобразований полученный вектор

? имеет координаты, принадлежащие соогветствущим Р1.

Для построения на основе МПО динамической модели обучаемого

каждой вершине графа ставится в соответствие целый счетчик, отражающий в каждый момент времени меру усвоения данных знаний обучаемым. Значения всех таких счетчиков в совокупности отражают текущее состояние знаний обучаемого в структуре изучаемой предметной области. Текущее состояние знаний обучаемого, отраженное в модели, динамически учитывается всеми модулями для настройки на конкретную учебную ситуацию в ходе диалога с обучаемым. В качестве цели обучения обучаемому задается подмножество знаний и навыков МПО, которое требуется изучить, и целевой уровень знаний (значение счетчика модели обучаемого) для каждого навыка (знания). Знание текущей цели обучения, текущего состояния знаний обучаемого, ограничений на порядок изучения материала предметной области позволяет в любой момент определить статус изучае-мого'навыка (знания) и, в соответствии с этим, изменить работу с обучаемым. Изменение счетчиков модели обучаемого отражает результаты цикла обучения в информационном ядре. Поскольку содержание ядра используется всеми модулями АТОС, результаты очередного шага обучения будут учтены Долее.

• В третьей главе рассматривается структура, функции и программная реализация подсистемы оптимального графического отображения информации о состояния ИСУ в составе АРМ оператора-технолога.

В составе подсистемы оптимального графического представления состояния ИСУ выделено две структурные части! рабочая подсистема, предназначенная для функционирования в реальном времени в составе АРМ оператора-технолога или в составе модели ИСУ, представляющая собой набор вычислительных процессов для интерпретации запросов оператора на вид графической информации и технологическая подсистема, предназначенная для генерации рабочей подсистемы или оперативной се коррекции, представляющая собой набор вычислительных процессов для создания и последующей коррекции структурных единиц представления информации в графическом виде.

В соответствии с вышеприведенными требованиями рабочая подсистема оперирует с тремя видами представления графической информации на пульте оператора-технолога (графическими кадрами):

1) обобщенная схема состояния системы управления в целом или отдельных локальных систем управления производственными агрегатами (мнемосхемы, схемы контроля и поиска неисправных узлов и т.д.);

2) информация о комплексе аналоговых и цифровых параметров локальных СУ агрегатами и модулями (гистограммы для отображения аналоговых параметров, специальные динамические изображения для отображения дискретных параметров и т.п.);

3) зависимости аналоговых и цифровых параметров в различных масштабах времени и координат с возможностью интерполяции.

Функционально обособленные и законченные компоненты каждого кадра, имеющие физические прототипы в составе ИСУ, будем называть графическими объектами. В соответствии с понятием графического объекта все операции с ним ведутся как с единым целым.

Каждый из трех видов графических кадров состоит из совокупности статических и динамических графических объектов (изображений объектов ИСУ или их частей, постоянных во времени и, соответственно, изображений объектов 1 СУ, изменяющих свое состояние с течением времени). Поскольку каждый графический объект имеет свой физический прообраз (узел ИСУ, локальная СУ, автомат или робот, параметр СУ и т.д.) и несет некоторую, вполне определенную информацию о нем, связанная совокупность графических объектов является основным источником информации для анализа гостояния ИСУ и принятия решений по ее управлению. Использование понятия графического объекта как структурной единицы графического способа отображения-информации о состоянии ИСУ позволяет создавать при использовании конечного числа графических объектов неограниченное количество графических кадров в составе их трех указанных видов.

Рассмотрено формализованное описание схематической и пространственной модели графических кадров и их составляющих графических объектов - графических условных знаков и графических пространственных объектов. С целью оптимизации процедуры доступа к стандартным или пользовательским графическим объектам использована модель организации библиотечных данных, обеспечивающая независимость библиотечных образов, простоту работы с библиотечными объектами и существенное сокращение времени их поиска,

В главе рассмотрены существующие формо-определенные (БОР) и аппаратно-ориентированиые форматы существующих графических систем. На основе их анализа предложены оригинальные форматы организации хранения различных видов как статических и динамических графических объектов, так и различных видов графических кадров системы оптимального графического представления состояния ИСУ.

Рассмотренные принципы организации и функционирования подсистемы графического отображения состояния ИСУ реализованы в виде законченного комплекса инструментальных программных средств (ПС).

Инструментальный пакет ПС для генерации и функционирования подсистемы графического представления состоит из двух функционально законченных частей: пакет ПС для создания системы статических и динамических графических объектов и генерации из них совокупности графических кадров и пакета ПС для воспроизведения состояния ИСУ по запросам оператора-технолога в составе реальной ИСУ или в составе некоторой модели ТП. Он включает в себя следующие компоненты:

1) специализированный графический редактор;

2) библиотеки пользовательских статических и динамических объектов;

3) интерфейсы из языков высокого уровня к библиотечным объектам;

4) интерпретатор графических кадров.

Рассмотрены назначение, структура, функциональные возможности, алгоритмическая и программная реализация специализированного редактора графических кадров, процедур формирования статических и динамических пользовательских объектов, организации библиотек графических объектов.

Четвертая глава посвящена разработке программных комплексов визуализации состояния различных ТП, результатов моделирования и научных исследований. Рассмотрена реализация четырех пакетов ПС, реализованных с использованием подсистемы, графического отображения информации, описанной в главе 3.

Г) рамках решения задачи разработки системы управления технологическими процессами полимеризации производства термоэластопластов разработана математическая модель гидродинамической структуры реактора-полимеризатора с использованием метода моментов. Модель предназначена для исследования вариантов последовательного и параллельного соединения реакторов с различными структурами массовых потоков (реакторы вытеснения для случая поршневого потока и идеальной диффузионной модели, реакторы идеального микро- и макросмешения).

Для реакторов вытеснения математическая модель представляется следующим образом:

5Т ~Ж 01Й-Г2+Г>^ГУГ +ТР5}+1Г*- -

Для реакторов микро- и макросмешення соответственно:

ЧУ<к> 1 III е

су«

У (к"1) (0) (1| + /у>(к) (I п) Й (У) (к)Йг ,

с1 I

где \'|к1 - вектор выходных координат модели для к-го реактора в моментах ММР; I - длина реактора (0); г - радиус реактора; Эй Ог -коэффициенты продольной и поперечной диффузии^у - линейная скорость потока; О - среднее время пребывания в реакторе; Ну - вектор координат кинетическою модуля; <р - функция распределения потока.

Разработай пакет ПС, выполняющий следующие функции: а| выбор структуры гидродинамической модели; б) ввод технологических параметров; и) присоединение модели кинетического уровня; г) выбор методо.» численного решения;

д) выбор параметров моделирования, решение модели и сохранение полученных результатов для последующего анализа;

е) использование системы графического отображения информации для воспроизведения, анализа и визуализации полученных характеристик.

Система визуализации результатов моделирования разработана с использованием рассмотренной в главе £ системы динамического отображения состояния АСУ ТП, построенной исходя из частных требований к способам отображен.1» результатов моделирования. В указанной системе используется два вида графических кадров; кадр типа мнемосхемы для отображения структуры гидродинамической модели (типа и вариантов соединения реакторов) и графический кадр типа графиков аналоговых параметров с изменяемыми размерами графического окна, количеством графиков и масштабами представления по координатным осям.

С пользованием указанного пакета ПС проведено исследование зависимостей распределения среднечисленной и среднемассовой молекулярных масс, полидисперсности от структуры потока и технологических параметров процесса.

Рассмотрена реализация пакета программных средств визуализации состояния системы управления гибкой автоматизированной линией (ГАЛ) фотолитографии. Представлена структура производственных модулей линии- фотолитографии и СУ ГАЛ. Показана организация оконного графического интерфейса АРМ оператора-технолога системы управления, особенности реализации и возможности представления информации в каждом из используемых видов графических кадров. Рассмотрена организация технологической системы подготовки и оперативной коррекции вида и структуры используемых в системе графических кадров, реализация динамических графических объектов.

В главе рассмотрена организация пакета ПС для визуализаций результатов генерации отчетов и анализов различного вида при наличии большого объема статистических данных. Для генерации необходимых форм отчетности и проведения служебных анализов информации разработан пакет ПС, обеспечивающий создание форм отчетности стандартной и произвольной формы, представление результатов работы отчетов в удобной графической форме, проведение различных анализов с использованием фафического представления необходимых показателей. Рассматриваемый пакет ПС реализован с использованием функций системы графического отображения информации и использует графические кадры представления временных зависимостей различных параметров типа графиков, столбцовых и секторных диаграмм. При проведении анализов используются графические представления некоторых статистических функций и наложение различного рода зависимостей.

Пакет ПС для визуализации результатов подготовки и установки стандартных программных пакетов в условиях значительного объема магнитных

носителей различного качества предназначен для подготовки магнитного носителя к записи (форматирование и инициализация), тестирования магнитного носителя; копирования пакета ПС с оригинала и установки защиты-от перезаписи. Подсистема визуализации обеспечивает оперативное распознавание характера ошибок установки и прекращение работы сданным магнитным носителем или повторение операции полностью или с альтернативными параметрами, использует графические кадры типа мнемосхем выполнения отдельных операций технологического процесса и кадры - отображения параметров каждого этапа процесса установки ПС.

В заключении формулируются основные научные и практические результаты диссертационного исследования.

В приложении 1 приведены примеры изображений графических кадров различного' назначения. Приложение 2 содержит акты внедрения программных разработок. »

• ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

• I. Предложен комплекс оценок для проведения сравнительного анализа существующих форм иструктур символьно-языкового взаимодействия "оператор-ЭВМ", позволяющий с максимальной эффективностью определить предпочтительные диалоговые структуры для каждой из групп пользователей ИСУ.

2. Модифицирован алгоритм приобретения профессиональных навыков для построения АОС в плане расширения его возможностей для построения ЛТОС в составе ИСУ, отличающийся от базового варианта наличием набора альтернативных моделей обучаемого с возможностями динамической адаптации.

3. Разработаны принципы построения и структура АТОС для реализации адаптивного алгоритма пошагового обучения, отличающаяся от известных построением информационного ядра системы.на основе структурной модели предметной области.

4. Разработана структура графических кадров, формат записи и храпения графической информации п графических кадрах и объектах, обеспечивающий динамическое отображение состояния структурных уровней ИСУ различной сложности с целью оперативного принятия оптимального решения по управлению ТП.

5. Разработана гибкая, легко модифицируемая и адаптируемая структура программного комплекса графического отображени.: информации, отличающаяся высокой степенью универсальности, возможностью работы с; ней пользователя-непрограммиста, а также возможностью создания комплекса пользовательских информационных объектов.

0. Разработан инструментальный пакет ПС, обеспечивающий интерак-

тивную генерацию подсистемы динамического графического представления состояния ИСУ и ее функционирование в реальном масштабе времени в составе АРМ оператора-технолога АСУТП, обеспечивающий снижение затрат на проектирование информационной системы АСУТП.

7. На основе использования предложенной структуры программного комплекса графического отображения информации разработаны:

а) пакет ПС для визуализации и анализа результатов моделирования динамики гидродинамических модулей ТП полимеризации для цепочки реакторов с целью принятия решения по вариантам последующей оптимизации управления ходом ТП;

б) пакет ПС для визуализации результатов генерации отчетов и анализов различного вида при наличии большого объема статистических данных;

в) пакет ПС для визуализации результатов подготовки и установки стандартный программных пакетов в условиях значительного объема магнитных носителей различного качества.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Подвальный С.Л., Апосович Б.Р., Солдатов Е.А. Особенности использования многоканальных микропроцессорных АОС// Научно-практическая конференция "Психолого-пг^агогические проблемы развития познавательной самостоятельности студентов и учащихся в свете 'Основных направлений перестройки высшего и среднего специального образования в стране"': Тез. докл.-Воронеж, I987.-C 6 - 8.

2. Подвальный С.Л., Апосович Ь,Р„ Полухин В.Д. Организация работы персонального вычислительного комплекса "Электроника-05" в качестве интеллектуального терминала в составе ЛВС"// Научно-техническая конференция "Основные концепции и опыт проектирования многомашинных вычислительных комплексов на базе микроЭВМ для обработки больших объемов экономической информации": Тез. докл.-Воронеж, 1907. - С 43.

3. Подвальный С.Л., Аносовнч Б.Р. Специализированный пакет "Графика" для АСНИ// Научно-техническая конференция "Основные концепции « опыт проектирования многомашинных вычислительных комплексов на базе микроЭВМ для обработки больших объемов экономической информации": Тез. докл.-Воронеж, 1987. - С 32 - 35.

4. Диордиеа А.Л., Аносовнч Б.Р. Микропроцессорная система контроля спектральной прозрачности аэрозольных сред// Научно-практическая конференция "Повышение эффективности функционирования систем и устройств": Тез. докл.-Воронеж, 1988. - С 35.

5. Аносовнч. Б.Р., Козуб А.В. Использование многоканальной диалоговой АОС в курсе инженерной графики// Научно-практическая конферен-

ция "Повышение эффективности функционирования систем и устройств": Тез. докл.-Воронеж, 1988. - С 34.

6. Плутес Д.В., Аносович Б.Р. Научный руководитель Афанасьев АЛ. Организация многотерминальной диалоговой системы на базе ЭВМ "Электроника - 00"// Межвузовская студенческая научная конференция "Актуальные вопросы информатики, вычислительной техники и автоматизации": Тез. докл.-Казань, 1980. - С 9 - II.

7. Аносович Б.Р. Многопользовательская диалоговая обучающая система АДОС-Б// Всесоюзная научно-методическая конференция "Интенси-фик .ция учебного процесса в высшей школе на базе микропроцессорных вычислительных систем": Тез. докл. - Воронеж, 1987. - С 8.

8. Подвальный С.Л., Аносович Б.Р., Ермилов В.Н. Подсистема графического обеспечения распределенной системы управления гибкой автоматизированной линией// Семинар "Локальные сети микроЭВМ в системах обработки и управления": Материалы семинара - Л., 1990. - С 81-83.

9. Гусев С.И., Аносович Б.Р., Ермилов В.Н. Подсистема динамического отображения состояния системы управления гибкой автоматизированной линией// Всесоюзная конференция "Динамика процессов и аппаратов химической технологии": Тез. докл. - Воронеж, 1990. С 145.

10. Подвальный СЛ., Аносович Б.Р., Ермилов В.Н. Подсистема динамического отображения состояния системы управления гибкой автоматизированной линией// Симпозиум " Эффективность, качество и надежность систем 'Человек-техника'": Тез. докл.,- Воронеж, 1990.- С 103.

11. Подвальный С.Л., Аносович Б.Р. Графические средства представления информации в диалоговых АОС/7 Симпозиум " Эффективность, качество и надежность систем 'Человек-техника'": Тез. докл. - Воронеж, 1990. - С 102.

12. Подвальный С.Л., Гусев С.И., Прохончуков С.Р., Батуев И.Ю., Полухин В.Д., Аносович Б.Р. Система управления гибкими автоматизированными линиями// Международная конференция "Заводы будущего для реализации интеллектуального компьютерно-интегрированного производства": Тез. докл. -Венгрия, Будапешт: ИНТЕРТЕХНО' 90, 1990.-С.73-78.

13. Аносович Б.Р. Графический пакет для моделирования и управления// Научно-технический семинар "Использование операционной системы ДЕМОС, операционной системы реального времени для персональных ЭВМ "Электроника МС 0585" при создании прикладных систем в области управления и учета": Тез. докл. - Воронеж, 1988.-С.11-15.

14. Аносович Б.Р. Отображение средствами графики технологической ситуации// Научно-технический семинар "Использование операционной системы ДЕМОС, операционной системы реального времени для персональных ЭВМ "Электроника МС 0585" при создании прикладных систем в,области управления и учета"; Тез. докл. - Воронеж, ШШ. - С. 15-18. *"