автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Автоматизация проектирования программно-технических средств управления технологическими процессами атомных электростанций с реализацией элементов ИПИ-технологий

ВЛАСОВ Сергей Евгеньевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ПРОЦЕССАМИ АТОМНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ С РЕАЛИЗАЦИЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ ИПИ-ТЕХНОЛОГИЙ

Специальность 05.13.12 — Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора технических наук

Н. Новгород 2006

Работа выполнена в ФГУП «ФНПЦ Научно-исследовательский институт измерительных систем им. Ю.Е. Седакова» (г. Н. Новгород)

Научный консультант

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Батищев Дмитрий Иванович

Официальные оппоненты:

Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Норенков Игорь Петрович

Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Львович Яков Евсеевич

Доктор технических наук, профессор Кетков Юлий Лазаревич

Ведущая организация

ФГУДП «Всероссийский научно-исследовательский институт атомных

электростанций» (г. Москва) 13 '

Защита состоится «2л» к"- > 2006 г. в 14 часов в конференц — зале на заседании диссертационного совета Д 212.166.13 Нижегородского государственного университета им. Н.И. Лобачевского по адресу: 603950, г. Нижний Новгород, пр. Гагарина, 23.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного университета.

Нижегородского

Автореферат разослан

м>

-2006 г.

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат физико-математических наук, доцент

В.П. Савельев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Безопасное функционирование и развитие объектов атомной энергетики является важной народно-хозяйственной проблемой. Основную роль в обеспечении эффективных режимов работы, а при необходимости и останова энергоблока атомной электростанции (АЭС), которая является радиационным и ядерно-опасным объектом, выполняют автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) АЭС. С целью повышения безопасности, обеспечения высокой надёжности и оперативности управления энергоблоками АЭС научно-исследовательскими и промышленными предприятиями Федерального агентства по атомной энергии разрабатывается новое поколение АСУ ТП для вновь строящихся и модернизируемых российских и зарубежных АЭС, базовой системой которого являются программно-технические средства (ПТС) компьютерного управления энергоблоком.

ПТС являются человеко-машинной системой, предназначены для реализации управляющих и информационных функций в процессе эксплуатации энергоблока и состоят из трёх самостоятельных функциональных комплектов оборудования:

- технических средств оперативного диспетчерского управления энергоблоком (ТС ОДУ), используемых для прямого дистанционного контроля и управления энергоблоком при отклонениях от режима нормальной эксплуатации;

- программно-технического комплекса системы верхнего блочного уровня управления (ПТК СВБУ), осуществляющего компьютерные контроль и управление энергоблоком АЭС в режимах нормальной эксплуатации, планового пуска и останова;

- системы регистрации важных параметров эксплуатации энергоблока (СРВПЭ), которая предназначена для регистрации и хранения предаварийной, аварийной и поставарийной информации при нарушениях нормальных условий эксплуатации при проектных и запроектных авариях.

ПТС характеризуются функциональной сложностью, длительностью жизненного цикла (ЖЦ), большим числом участников разработки и значительным информационным обменом между ними, имеют важное значение для безопасности функционирования ядерного и радиационно-опасного объекта — энергоблока АЭС. Таким образом, ПТС отвечают всем критериям промышленных изделий, для разработки которых требуется внедрение процедур оптимального проектирования и технологий Информационной Поддержки жизненного цикла Изделий (ИПИ-технологий).

Научные исследования и результаты в области САПР, систем принятий решений, ИПИ-технологий, изложенные в диссертации, основаны на работах Д.И. Батищева, A.M. Бершадского, А.Ф. Колчина, В.М. Курейчика,

Я.Е. Львовича, И.П. Норенкова, Е.В. Судова, В.Н. Фролова и других российских и зарубежных учёных.

Следует отметить, что несмотря на проводимые исследования и полученные к настоящему времени результаты, освещающие методические основы и подходы к внедрению ИПИ-технологий, до сих пор практическое их внедрение связано с определенными трудностями, и, как правило, с решением частных задач. Это объясняется глобальным характером рассматриваемой проблемы, трудностями формирования единой информационной среды (ЕИС), спецификой процессов разработки сложных наукоёмких изделий (в частности, объединяющих радиоэлектронные системы и продукцию машиностроения), разнообразием применяемых автоматизированных систем, что вызывает проблемы, связанные с выбором форматов представления данных, построением общих баз данных, организацией коллективной работы программных модулей и специалистов.

В частности, отсутствуют исследования и реализация внедрения ИПИ-технологий для объектов атомной энергетики и автоматизированных систем управления технологическими процессами АЭС.

Таким образом, разработка информационных технологий, алгоритмов оптимального проектирования и методов принятия оптимальных решений, обеспечивающих информационную поддержку процессов разработки, производства и эксплуатации ПТС АСУ ТП АЭС, является актуальной и важной задачей.

Работа выполнена в соответствии с программой деятельности Федерального агентства по атомной энергии в рамках реализации «Энергетической стратегии России до 2020 года», Федеральной Целевой Программы (ФЦП) «Энергоэффективная экономика», Межправительственных соглашений по строительству АЭС за рубежом.

Цель и задачи исследования. Целью диссертации является разработка комплекса методов, моделей, информационных технологий, алгоритмов оптимального проектирования и принятия проектных решений, направленных на обеспечение эффективной автоматизированной сквозной системы разработки и информационной поддержки на этапах жизненного цикла нового поколения программно-технических средств автоматизированных систем управления технологическими процессами атомных электростанций, разрабатываемых для вновь строящихся и реконструируемых отечественных и зарубежных АЭС.

Решение данной задачи имеет важное народно-хозяйственное значение для повышения надёжности, безопасности, качества проектов по созданию современных систем управления энергоблоком, разрабатываемых для российских и зарубежных АЭС.

В соответствии с целью определены следующие задачи исследования:

- разработать информационную технологию сквозного автоматизированного проектирования и поддержки этапов жизненного цикла ПТС;

- разработать функциональные модели и провести функциональное моделирование и оптимизацию процессов проектирования и технологической подготовки производства ПТС для определения структуры интегрированной САПР и оптимизации информационных потоков;

- разработать методы и средства интеллектуальной поддержки этапа размещения ПТС в пунктах управления АЭС с выполнением требований эргономики;

- разработать алгоритмы оптимизации решения конструкторских задач (компоновки шкафов ПТС радиоэлектронными блоками, трёхмерной трассировки проводного монтажа) на базе эволюционно-генетических подходов и гиперграфовых моделей;

- разработать алгоритмы решения оптимизационных задач большой размерности по распределению ресурсов при объёмно-календарном, календарном планировании и оперативном управлении производством компонентов ПТС;

- исследовать и внедрить методы параллельного инжиниринга в процесс конструирования ПТС;

- исследовать графические информационные технологии для создания и управления информационными объектами ПТС, в том числе интерактивными электронными техническими руководствами, для представления в структурированном электронном виде ремонтной и эксплуатационной документации на ПТС;

- реализовать на основе предложенных методов, алгоритмов, моделей программное, информационное обеспечение сквозной САПР ПТС с интеграцией ряда коммерческих автоматизированных систем и СУБД, поддерживающей основные этапы жизненного цикла ПТС АСУ ТП АЭС.

Научная новизна заключается в решении научной проблемы, связанной с разработкой методов и технологий информационной поддержки жизненного цикла сложных технических систем, математических моделей и методов принятия решений в САПР, алгоритмов решения задач конструирования РЭА. К наиболее существенным научным результатам относятся:

- принципы построения средств интеллектуальной поддержки процесса проектирования в виде оболочки системы, основанной на знаниях продукционного типа, поддерживающей процесс компоновки ПТС в пунктах управления АЭС с выполнением требований эргономики и реализующей прямые и обратные цепочки рассуждений с различными эвристиками поиска решений;

- математические модели и алгоритмы решения оптимизационных задач большой размерности по распределению ресурсов в системах сетевого планирования и оперативного управления производством;

- математические модели РЭА, структуры данных и алгоритмы, основанные на эволюционно-генетических подходах, для решения большеразмерных комбинаторных задач конструкторского проектирования ПТС (задач компоновки, трассировки);

- принципы и методика формирования электронных анимационных моделей, описывающих процедуры монтажа, регламентного обслуживания, ремонта ПТС на этапе эксплуатации, предназначенных для обучения персонала АЭС.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Решена важная народно-хозяйственная проблема по созданию автоматизированной системы проектирования, управления производством, информационной поддержки на этапе эксплуатации нового поколения программно-технических средств ' компьютерного управления энергоблоками АЭС. Разработано методическое, программное, информационное обеспечение

автоматизированной системы. Апробирована технология информационного электронного взаимодействия между проектным институтом, выпускающим технический проект строительства энергоблока, разрабатывающим ПТС предприятием и АЭС, как потребителем ПТС и эксплуатирующей организацией. Создано и согласовано с Госатомнадзором РФ нормативное и методическое обеспечение, допускающее проводить компьютерное моделирование термомеханической прочности ПТС в процессе эксплуатации вместо предварительных натурных испытаний. Отработана информационная технология поставки на АЭС эксплуатационной, ремонтной документации в виде интерактивных электронных технических руководств (ИЭТР), анимационных электронных обучающих руководств для персонала АЭС.

Результаты диссертации внедрены в ФГУП «ФНПЦ НИИ измерительных систем им. Ю.Е. Седакова» (г. Н. Новгород) в промышленный режим проектирования и производства ПТС АСУ ТП АЭС и применялись для разработки функциональных комплексов ПТС для Калининской, Ростовской АЭС, АЭС «Бушер» (Иран), Тяньваньской АЭС (КНР), АЭС «Куданкулам» (Индия) в рамках реализации ФЦП «Энергоэффективная экономика» и Межправительственных соглашений по строительству АЭС за рубежом.

Применение сквозного автоматизированного маршрута

схемотехнического, конструкторского, технологического проектирования элементов ПТС, моделирования электронных схем и расчёта термомеханической прочности конструкций ПТС в процессе эксплуатации, интеллектуальной поддержки процессов конструирования, построения оптимальных планов-графиков выполнения производственных операций и их мониторинга позволило без привлечения дополнительных ресурсов до 50% сократить сроки разработки, испытаний и поставки ПТС с удовлетворением технических и финансовых требований российских и зарубежных контрактов.

Практическую ценность представляют следующие результаты работы:

1) разработана структура и состав экспертной системы поддержки принятия решений, которая может быть адаптирована к различным

прикладным слабо формализуемым задачам, возникающим при проектировании сложных технических систем;

2) разработана архитектура, структура баз данных системы для решения задач календарного планирования и оперативного управления производством, созданы диалоговые сценарии представления и мониторинга производственных расписаний, которые могут быть использованы для оперативного управления многостадийными производственными системами различного назначения;

3) разработан комплекс шаблонов проектирования, предназначенный для программной реализации широкого класса задач объектно-ориентированного конструирования РЭА, повышающий эффективность разработки программного обеспечения САПР со снижением сроков и трудоемкости;

4) разработана промышленная информационная технология формирования ИЭТР из информационных объектов различного типа (трехмерных моделей, конструкторской и технологической документации, аудио- и фотоматериалов) для представления в электронном структурированном виде эксплуатационной, ремонтной документации, анимационных обучающих руководств, которая может быть применена в различных предметных областях.

Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся:

1) принципы построения средств интеллектуальной поддержки процесса проектирования в виде оболочки системы, основанной на знаниях продукционного типа; оригинальная реализация пяти его основных компонентов (базы знаний, механизма вывода, подсистемы объяснения, подсистемы приобретения знаний, интеллектуального интерфейса), обеспечивающая открытость системы в плане формирования и развития базы знаний, применения новых стратегий (эвристик) достоверного и правдоподобного вывода, интеграции с известными промышленными (коммерческими) прикладными программными средствами, выполняющими формальные проектные процедуры;

2) математические модели РЭА, представленные в виде гиперграфов, набор операций с гиперграфами и над гиперграфами, позволяющий эффективно решать комбинаторные задачи конструирования РЭА большой размерности (компоновка, распределение трасс по слоям, трассировка); шаблоны проектирования и структуры данных для выполнения операций над гиперграфами большой размерности;

' 3) генетический алгоритм для решения задач компоновки РЭА (разбиения графа), отличающийся от аналогов способом представления хромосом в виде перестановок, наличием улучшающих алгоритмов для процедуры локальной адаптации и механизмов многокритериального отбора решений;

4) математическая модель представления кабельных каналов секций (монтажных шкафов ПТС) в виде антирефлексивного орграфа, информационная технология решения задачи трёхмерной трассировки соединений в секции ПТС, которая в отличие от существующих схем решения данной задачи комбинирует алгоритм поиска пути на графе и эволюционно-генетический алгоритм для глобального поиска оптимального порядка прокладки трасс;

5) математические постановки и оригинальные алгоритмы решения задач объёмно-календарного и календарного планирования (на основе идеологии «фронтальных» алгоритмов ограниченного перебора), оперативного управления производством (с применением набора «жадных» алгоритмов);

6) методика, анимационное наполнение, структуры данных, позволяющие реализовать информационную технологию разработки учебных электронных анимационных руководств для персонала АЭС;

7) структура, состав, комплексы баз данных и прикладных программ, образующих интегрированную систему автоматизации проектирования и принятия решений, обеспечивающую разработку, моделирование, подготовку производства ПТС и информационную поддержку на этапе эксплуатации.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на 3-й международной конференции «Компьютерные технологии управления качеством продукции» (Королев, 2003), межрегиональных научно-практических конференциях «Новейшие информационные технологии — инструмент повышения эффективности управления» (Н. Новгород, 2002, 2003), отраслевой научно-технической конференции «Проблемы внедрения ИПИ-технологий при проектировании АЭС» (Н. Новгород, 2003), заседании научно-технического совета Министерства Российской Федерации по атомной энергии (Москва, 2003), международных научно-практических конференциях по графическим информационным технологиям и системам «Кограф» (Н. Новгород, 2001, 2002, 2003, 2004), третьем бизнес-форуме «Информационные технологии в развитии Северо-Запада Российской Федерации» (С.-Петербург, 2002), б-ой международной научно-практической конференции «Применение ИПИ-технологий для повышения качества и конкурентоспособности наукоемкой продукции» (Королев, 2004), межотраслевом научно-практическом семинаре «Практика и перспективы применения ИПИ-технологий в производстве» (Ульяновск, 2004), 6-ом международном конгрессе по математическому моделированию (Н. Новгород, 2004), научных семинарах профессорско-преподавательского состава Нижегородского государственного университета и Нижегородского государственного технического университета.

Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 27 печатных работах.

Структура и объём диссертационной работы. Основное содержание диссертационной работы изложено на 244 страницах машинописного текста и включает введение, 6 глав, заключение, список литературы из 156 наименований, 55 рисунков и 3 приложения.

Во введении рассмотрены проблемы, требующие создания высокоэффективной САПР ПТС АСУ ТП АЭС, и основные задачи, требующие решения на этапах ЖЦ ПТС. Обоснована актуальность исследований и разработки алгоритмов компоновки и трёхмерной трассировки секций ПТС, оперативного управления производством, средств интеллектуальной поддержки слабо формализуемого этапа размещения ПТС в пунктах управления АЭС и программных подсистем САПР на их основе.

В первой главе проведен анализ развития САПР сложных технических объектов, к которым относятся ПТС АСУ ТП АЭС. Показаны организационные и технические предпосылки становления идеологии информационной интеграции этапов ЖЦ изделий на основе электронного информационного взаимодействия участников ЖЦ. Приведены определения стратегии CALS, характеристика и содержание ИПИ-технологий.

Определено функциональное назначение ПТС — реализация управляющих и информационных функций в процессе эксплуатации энергоблока АЭС, приведены характеристики, состав и конструктивные особенности 3 базовых подсистем ПТС - ТС ОДУ, ПТК СВБУ, СРВПЭ. Показано, что ПТС представляют собой сложно-функциональную радиоэлектронную аппаратуру (РЭА), построенную по модульному иерархическому принципу и содержащую механические и радиоэлектронные системы.

К ПТС предъявляются чрезвычайно высокие требования по надёжности, качеству, стойкости к внешним воздействующим факторам: сейсмостойкость (6 баллов МРЗ по шкале MSK 64), виброустойчивость, вибропрочность, средняя наработка на отказ не менее 20000 ч, срок службы до ремонта 15 лет, срок службы не менее 30 лет. Данная аппаратура относится к изделиям непрерывного длительного применения (30 лет), восстанавливаемым, ремонтируемым и обслуживаемым. Класс безопасности компонентов ПТС соответствует категории ЗН (управляющие системы нормальной эксплуатации, важные для безопасности) и 2У (управляющие системы безопасности).

Показано, что ПТС отвечают всем критериям промышленных изделий, для разработки которых требуется внедрение процедур оптимального проектирования и ИПИ-технологий.

Проанализированы этапы ЖЦ ПТС и функциональные возможности современных автоматизированных систем (САПР, АСНИ, АС ТПП, АСУ производством, разработки ИЭТР, управления данными по изделию (PDM) и данными системы менеджмента качества), поддерживающих данные этапы. Приведены задачи, которые эффективно не решаются коммерческими автоматизированными системами. Сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе рассматриваются процедуры интеллектуальной поддержки этапа размещения ПТС в пунктах управления АЭС с выполнением требований эргономики и технической эстетики, описываются принципы построения и архитектура экспертной системы, основанной на знаниях, приводятся особенности программной реализации экспертной системы.

При решении задачи размещения оборудования ПТС в пунктах управления АЭС учитывается ряд ограничений, накладываемых требованиями нормативной документации и технического задания на разработку ПТС.

В качестве исходных данных задаются планировки помещений с набором характеристик, ограничивающих возможности размещения оборудования, а также сам набор оборудования, компоновку которого необходимо выполнить. При этом оборудование ПТС разделяется на два основных класса: оборудование, за которым должен работать человек-оператор, и оборудование, выполняющее функции индикации и отображения параметров технологического процесса.

Экспертная система (средство интеллектуальной поддержки процесса размещения ПТС в пунктах управления АЭС) организована и функционирует как система, основанная на знаниях. В её состав включены инструментальные средства, реализующие определенные формы представления знаний о процессе проектирования, и механизмы интерпретации знаний с использованием процедуралыюго анализа и метапроцедур, лежащих в основе интеллектуальной деятельности человека: дедукции, индукции и абдукции.

В составе инструментальных средств экспертной системы разработаны пять основных компонентов: база знаний, механизм вывода (интерпретации знаний), подсистема объяснения, подсистема приобретения знаний и интеллектуальный интерфейс.

База знаний включает две составляющие. Одна из них объединяет в себе долговременные знания о предметной области, которые могут быть представлены в виде набора продукционных правил, иерархических структур фреймов, семантических сетей или других информационных структур, комбинирующих данные формы представления знаний. Другая составляющая базы знаний представляет её динамическую часть, в которой хранятся факты (оперативные данные), описывающие текущую ситуацию (например, состояние процесса проектирования).

Механизм интерпретации знаний объединяет в себе концептуальный анализатор и интерпретатор рабочего сценария. Концептуальный анализатор по оперативным данным прогнозирует действия, востребованные текущей ситуацией, планируя шаг за шагом рабочий сценарий проектирования. Интерпретатор реализует выполнение действий и внесение, в зависимости от их результатов, изменений в информационные структуры, характеризующие состояние процесса проектирования.

Подсистема объяснения призвана показать, в случае необходимости, в понятной для пользователя форме «ход рассуждений» механизма вывода для обоснования принятого им решения.

Подсистема приобретения знаний предназначена для выявления долговременных знаний из возможных источников (у эксперта, из накапливаемого опыта решения конкретных задач и т.п.) и приведения их к формату, воспринимаемому механизмом вывода.

Интеллектуальный интерфейс объединяет в себе все лингвистические, информационные и программные средства взаимодействия пользователя, инженера по знаниям и эксперта с соответствующими компонентами инструментария.

Анализ действий экспертов, связанных с диагностикой состояний сложных объектов и систем, показывает, что профессионал проводит экспертизу вполне целенаправленно, придерживаясь определенной стратегии. При этом он руководствуется множеством правил (эвристик), которые могут быть представлены в форме

ЕСЛИ <посылка> ТО <заключенне>, называемой продукционным правилом.

Первая часть правила (<посылка>) называется антецедентом, вторая (<заключение>) — консеквентом. Антецедент состоит из элементарных предложений (высказываний), соединенных логическими связками И и выражающих условия срабатывания правила. Консеквент включает одно или несколько предложений, описывающих выдаваемое правилом решение или ссылку на некоторое действие.

Правило может быть задано с коэффициентом уверенности, определяющим положительным значением меньше единицы степень адекватности (достоверности) вывода (консеквента) правила условиям его срабатывания (антецеденту). Другими словами, коэффициент уверенности правила определяет степень близости его к точной логической конструкции, для которой его значение принимается равным единице.

Процесс поиска решений реализуется как логический вывод, основанный на сопоставлении по образцу. При этом состояние процесса вывода (процесса проектирования) определяется содержимым рабочей памяти базы знаний, а роль операторов, переводящих систему из одного состояния в другое, выполняют продукционные правила.

Рабочая память хранит множество фактов (атрибутов и их значений), описывающих текущую ситуацию. До начала процесса вывода она содержит только исходные факты для решения задачи. Затем, по мере срабатывания правил, в неё добавляются новые факты — результаты промежуточных выводов. Объём рабочей памяти не обязательно монотонно растет. Он может и уменьшаться, если действие очередного правила состоит в удалении каких-либо фактов. Это должно сопровождаться пересмотром решений, полученных на основе подвергшихся изменению фактов.

Механизм вывода осуществляет:

- просмотр и сопоставление фактов из рабочей памяти и правил базы знаний;

- срабатывание правила;

- добавление в рабочую память новых получаемых фактов;

- определение порядка просмотра и применения правил;

- разрешение конфликта в случае применимости нескольких правил;

- запрос у пользователя дополнительной информации, необходимой для срабатывания очередного правила;

- обращение к процедурапьным действиям, связанным с заключением правила.

Таким образом, в механизме вывода можно выделить две составляющие:

- компонент вывода, реализующий собственно вывод;

- компонент управления выводом, определяющий порядок применения правил и регламентирующий действия, связанные со срабатыванием правил.

Подсистема приобретения знаний выполняет функции формирования базы правил на начальном этапе настройки оболочки экспертной системы на конкретную предметную область, а также пополнения базы правил новыми правилами или модификации уже имеющихся правил в ходе эксплуатации системы. При этом новые правила должны проверяться на непротиворечивость уже имеющимся с помощью предусмотренных для этого специальных программных средств.

Подсистема объяснения предназначена для формирования в наглядном для пользователя виде и выдачи по его требованию информации, поясняющей логику «рассуждений» механизма вывода при получении того или иного заключения или обращении к тому или иному действию.

Интеллектуальный интерфейс объединяет в себе лингвистические, информационные и программные средства, обеспечивающие доступ пользователя, инженера по знаниям и эксперта к соответствующим компонентам инструментария: пользователя — к механизму вывода и подсистеме объяснения в процессе проектирования, инженера по знаниям и эксперта — к подсистеме приобретения знаний при формировании и модификации базы правил.

Одним из наиболее важных компонентов информационного обеспечения является рабочая память, организованная в виде таблицы переменных условия. Строка этой таблицы имеет три поля. Первое — для идентификатора переменной, которая может входить в антецеденты правил и определять условия их активации. Второе поле — для признака инициализации переменной, фиксирующего факт присвоения ей определенного значения. Третье — для значения, присвоенного переменной. Исходно, перед началом вывода, заполнены только первые поля всех строк таблицы, т.е. дан перечень всех переменных, характеризующих состояние процесса вывода (процесса проектирования). Первыми инициализируются переменные, с задания значений которых начинается вывод. Затем в процессе идентификации и срабатывания

правил, значения неинициализированных переменных могут запрашиваться у пользователя или получаться как результаты промежуточных выводов.

В информационной структуре — массиве сработавших правил запоминаются в порядке их срабатывания идентификаторы продукционных правил, составивших логическую цепочку рассуждений. Тем самым механизм вывода фиксирует информацию, которая может быть востребована подсистемой объяснения для обоснования (пояснения) полученного решения.

Для большей наглядности подсистемой объяснения предусмотрено также представление логической цепочки рассуждений путем выделения на дереве решений пути от корня по ветвям дерева, соответствующим сработавшим правилам.

Для обеспечения мобильности инструментальных средств оболочки экспертной системы и возможностей их развития в направлении совершенствования моделей представления знаний и механизмов вывода при разработке программного обеспечения не были использованы специальные программные системы, ориентированные на построение экспертных систем. Все алгоритмы, информационное и лингвистическое обеспечение (включая графический интерфейс) реализованы в среде Microsoft Visual Studio .NET на языке С++ с использованием дополнительных библиотек.

Графический интерфейс построен по принципам объектно-ориентированного программирования с применением библиотеки классов Microsoft Foundation Classes. Интерфейс позволяет вводить и редактировать дерево решений, описывающее предметную область, на которую настраивается оболочка экспертной системы.

Для построения транслятора с входного языка описания дерева решений использована система автоматического построения трансляторов Parser Generator 2.07 фирмы Bumble-Bee Software Ltd. На вход данной программы подается описание грамматики языка в нормальных формах Бэкуса. Результатом работы программы являются два файла на языке С++, содержащие синтаксический и лексический анализаторы языка.

Для вызова процедур, входящих в антецеденты и консеквенты правил, разработан универсальный механизм, позволяющий обращаться и выполнять внешние программы. Данный механизм обеспечивает:

— возможность вызова процедуры, работающей под управлением другой операционной системы;

— удаленный вызов процедур;

— возможность расширения перечня поддерживаемых внешних программ без перекомпиляции экспертной оболочки.

Внешние процедуры реализуются посредством внешних динамических библиотек операционной системы Windows (*.dll). При запуске экспертная оболочка осуществляет поиск динамических библиотек и их загрузку. Каждая библиотека содержит строго определенный набор функций, вызывая которые, экспертная система получает информацию о содержащихся в данной

динамической библиотеке процедурах. Каждый модуль имеет собственное имя, которое становится префиксом к именам процедур, реализованных в данном дополнительном модуле. Таким образом, имя процедуры формируется в виде <имя модуля>. <имя процедуры;».

Модуль сообщает экспертной системе количество процедур в нём. Для каждой процедуры указывается число параметров, принимаемых ею в качестве входных, и количество возвращаемых значений. При вызове процедур параметры передаются и возвращаются в виде строковых констант.

Требования эргономики проверяются с использованием формальных вычислительных процедур, которые разработаны на встроенном в пакет 3ds шах скриптовом языке программирования MAXScript и вызываются из оболочки экспертной системы по технологии OLE Automation. По окончании работы процедуры возвращают символьную строку с перечнем обнаруженных нарушений в эргономических параметрах (или пустую строку, если нарушений не обнаружено).

Разработано 6 процедур, проверяющих следующие эргономические параметры варианта компоновки ПТС: высота рабочей поверхности ПТС; размер пространства для ног оператора; попадание органов управления в зону досягаемости моторного поля; оценка зоны обзора ПТС, когда оператор находится непосредственно перед ПТС; оценка зоны обзора коллективных средств отображения информации с рабочих мест АРМ; свободное пространство вокруг АРМ (зона обслуживания, зона для работы оператора).

В случае нарушения эргономических характеристик возможны два вида преобразований:

- изменение взаимного расположения объектов пункта управления;

- коррекция состава задействованных ПТС.

В третьей главе приводятся постановки оптимизационных задач компоновки радиоэлектронных блоков ПТС и трёхмерной трассировки монтажных шкафов, алгоритмы решения данных задач, основанные на эволюционно-генетических подходах, исследуются гиперграфовые модели для решения конструкторских задач большой размерности, даётся описание программной реализации разработанных алгоритмов.

Перейдём от функциональной схемы ПТС к неориентированному помеченному мультиграфу. Сформулируем оптимизационную задачу декомпозиции графа. Пусть задан неориентированный помеченный мультиграф G(X,E,w) порядка п, где X={xu...jc„} - множество вершин; Е - множество ребер; w — отображение, определяющее для каждой вершины хеХ вектор w(x)=(cx, wx, tf Pi, Чх, /*) характеристик. Здесь, c,eN - габариты; w.eW - вес; txеТ - тепловой режим; рхеР — потребляемая мощность; qxc.Q — подмножество множества типов оборудования Q, определяющее принадлежность к определенному типу оборудования; 1Х определяет условие несовместности элементов, /хсХ — подмножество множества всех вершин исходного графа таких, что типовой блок, соответствующий вершине х, и типовой блок,

соответствующий любой вершине из 1Х — несовместны и не могут располагаться в пространстве одного шкафа.

Требуется определить разбиение множества вершин X графа й(Х,Е,м>) на к - подмножеств (ЛГ(>.. - А) таким образом, чтобы для подграфов С|(А|Г£1,Н'1),..., С^ХьЁк^к) выполнялись следующие требования.

Требование критической вместимости для каждого шкафа:

, где 7 = 1,*.

Здесь С^1™ - максимальная вместимость пространствау'-ого шкафа.

Требование критического веса для начинки каждого шкафа:

Здесь Ш™" — максимальный суммарный вес блоков у'-ого шкафа.

Требование критической потребляемой мощности для каждого шкафа:

1>л^РГ\гдеу=й.

хеХ,

Здесь Р™*- максимальная потребляемая суммарная мощность блоков у'-ого шкафа.

Требование совместимости элементов для каждого шкафа — в пространстве одного шкафа должны присутствовать только совместные элементы:

/

и*.

-0,гдеу' = 1Д.

В качестве оценки качества решений задачи компоновки рассмотрим следующий набор критериев.

Минимизация внешних соединений (основной критерий) — общее число проводников внешней шины должно быть минимальным.

Максимизации удельного веса групп однотипных элементов в шкафах (дополнительный критерий) — критерий ориентирован на группировку элементов системы в монтажных шкафах по типу оборудования.

Оптимизация потребляемой мощности шкафов (дополнительный критерий) — критерий ориентирован на уменьшение разности между потребляемой мощностью электронной начинки каждого шкафа и его теплового режима.

Исходя из системы ограничений и набора критериев, можно выделить одну однокритериальную, две бикритериальные и одну трёхкритериальную задачу.

Для решения задачи компоновки применяется генетический алгоритм, дополненный специальными процедурами и операторами, в основе которых лежат эвристические подходы по построению и оптимизации структуры допустимых решений исходной задачи. Будем называть такой алгоритм гибридным.

Опишем оригинальные подходы, процедуры, операторы, введенные в схему гибридного алгоритма.

Представление решений в виде перестановок.

Представим решение задачи в виде строки, состоящей из п символов, принадлежащих алфавиту В„={1,2,...,«}. Каждый символ в строке обозначает номер вершины, а номер его позиции в строке определяет порядок проверки данной вершины. Таким образом, введенное представление в виде перестановки списка вершин в графе определяет порядок проверки вершин графа С{ХД, -и/).

Операторы репродукции новых решений.

Вводится набор операторов, ориентированных на работу с перестановками. В качестве операторов размножения рассмотрим две схемы кроссоверов — это ОХ-порядковый кроссовер и однородный кроссовер, основанный на порядке. Данные операторы манипулируют перестановками длины и и из двух родительских перестановок 7гр' и Жр получают две новые перестановки потомков 7гп' и ж„2. В качестве схемы, корректно реализующей генную мутацию во множестве перестановок, предлагается процедура однократного обмена, которая заключается в обмене значениями между двумя случайно выбранными генами в хромосоме. На базе парных обменов возможно реализовать различные типы мутаций, например, макромутации или хромосомные мутации.

Представленный набор операторов воспроизводства освобождает от необходимости разработки дополнительных механизмов контроля и коррекции недопустимых строк-кодировок.

Операторы отбора.

Используется общая схема формирования репродукционной группы, при которой в группу входят все особи текущего поколения: особи текущей популяции, потомки и мутанты. Для решения проблемы поддержания генетического разнообразия в популяции разработаны специальные подходы. Для поиска определенного числа решений предлагается механизм, основанный на сохранении заданного числа лучших особей — сохраняющий отбор. Суть его заключается в гарантированном переводе лучших особей с различными генотипами в следующее поколение.

Для поддержания высокого уровня генетического разнообразия в популяции предлагается механизм отбора с вытеснением одинаковых генотипов. При такой стратегии вопрос отбора некоторой особи в следующее поколение носит бикритериальный характер - включение особи в формируемую популяцию нового поколения зависит не только от степени ее приспособленности, но и от того, присутствует ли уже в формируемой популяции особь с таким же хромосомным набором.

Специальные процедуры и механизмы.

В структуру гибридного алгоритма введены следующие специальные механизмы: многокритериального отбора; локальной адаптации; контроля эффективности поиска; автоматической настройки параметров алгоритма.

Механизм многокритериального отбора.

Класс многокритериальных задач предполагает изменение символьной модели алгоритма. В данном случае приспособленность особи оценивается не скалярной величиной, а вектором, число компонентов которого совпадает с числом критериев исходной задачи.

Единственным модифицируемым оператором в алгоритме будет являться оператор отбора. В многокритериальном случае понятие «лучшие» особи следует заменить на «недоминируемые». При этом следующее поколение составят особи, для которых в текущей репродукционной группе не найдётся решений, лучших по всем критериям.

В общую схему алгоритма введен механизм многокритериального отбора, который заключается в следующем: во-первых, новая популяция формируется, по возможности, только из недоминируемых решений; во-вторых, если недоминируемых решений недостаточно, тогда популяция «добирается» из особей максимально близких к Парето-границе; в-третьих, в случае, когда недоминируемых решений больше, чем того нужно, то среди всех этих кандидатов проводится дополнительный отбор в следующее поколение, с тем, чтобы новое поколение было максимально равномерно распределено вдоль Парето-границы.

Реализация такого механизма заключается в ведении ряда дополнительных процедур: нахождения крайних точек Парето-границы, ранжирования решений, временного хранения недоминируемых решений, многокритериального отбора.

Механизм локальной адаптации.

В многокритериальном случае механизм локальной адаптации состоит из следующих процедур: однократного обмена; пересчета частных критериев; процедура отбора.

Все процедуры используются в рамках одного оператора адаптации. Оператор адаптации для задач ¿-разбиения графа осуществляет поиск

некоторого локального оптимума в окрестности относительного обмена -всевозможных разбиений графа С^Л^и*), которые можно получить из текущего разбиения с помощью обмена двух вершин из разных

подграфов.

Механизм контроля эффективности поиска.

Для предотвращения ситуации снижения разнообразия рабочих решений на каждой итерации в процессе поиска предлагается специальный механизм контроля за эффективность поиска, который состоит из следующих процедур: сбора информации; принятия решений; генетического всплеска.

Механизм автоматической настройки параметров алгоритма.

Разработан специальный механизм для автоматической коррекции и настройки параметров генетического алгоритма в процессе его работы, который заключается во внедрении в его общую структуру автоматных моделей (стохастических автоматов). Пусть имеется некоторый параметр Р гибридного алгоритма и набор его всевозможных состояний {41, 4Л-

Каждому состояния § ( приписывается действительное число /?,е[0,1], которое определяет вероятность его установки. Стохастический автомат выбирает некоторое состояние 4 с параметра Р случайным образом, исходя из распределения вероятностей {ри рг,-.., /?„}• Если при Р — 4с произошло некоторое улучшение в работе алгоритма, то вероятность выбора параметра 4 с возрастает, а вероятности выбора других состояний, соответственно, уменьшаются.

Для решения задачи компоновки исследованы гиперграфовые модели, с помощью которых эффективно представляются схемы радиоэлектронных устройств.

В случае конструкторских задач больших размерностей применяется прием редукции графов, основанный на уменьшении количества узлов графа. При построении алгоритма, основанного на редукции гиперграфа, особо актуальным является вопрос представления гиперграфовых структур, которое позволит организовать эффективное управление гиперграфом в процессе работы алгоритма. В работе предлагается механизм управления гиперграфом - фильтрация.

Под фильтром понимается оператор Ф, на вход которого подаётся гиперграф Н, а на выходе получается новый гиперграф Ф//. Кроме исходного гиперграфа // фильтр на вход получает условие фильтрации, которое можно представить в виде отображения ф^хЯ"—>{0,1}, где А — множество атрибутов (меток) вершин, 91 — множество значений атрибутов. Отображение <р каждой паре («атрибут», «значение») ставит в соответствие либо 0, либо 1. Значение 1 подразумевает, что элемент исходного гиперграфа, имеющий данный атрибут с данным значением, будет профильтрован - т.е. подвержен работе оператора фильтрации. Таким образом, отображение ф для гиперграфа // однозначно

определяет множество элементов гиперграфа фН, для которых будет выполняться условие фильтрации.

Вводится два типа фильтров: скрывающие фильтры и объединяющие фильтры.

Результатом работы скрывающего фильтра является исходный гиперграф без элементов, удовлетворяющих условию фильтрации. Определены три частных случая скрывающих фильтра: фильтр, скрывающий только гиперрёбра, фильтр, скрывающий только вершины, фильтр, скрывающий подграфы.

Основная идея объединяющих фильтров заключается в применении операций стягивания элементов исходного гиперграфа Н, удовлетворяющих условию фильтрации <р. Рассматриваются следующие варианты объединяющего фильтра: фильтр, объединяющий гиперрёбра в одно новое гиперребро; фильтр, объединяющий вершины в одну новую гипервершину; фильтр, объединяющий гиперрёбра по значению атрибутов; фильтр, объединяющий вершины по значению атрибутов.

Для решения задач над гиперграфами больших порядков предлагается многоуровневая схема. Переход от уровня к уровню строится на механизмах фильтрации и предполагает генерацию гиперграфа меньшей размерности. Общее число уровней в схеме может задаваться как параметр алгоритма или вычисляться, исходя из размерности исходного гиперграфа. Итогом применения многоуровневой системы фильтрации является переход к гиперграфу приемлемого порядка.

С применением эволюционно-генетического алгоритма решается задача разбиения редуцированного гиперграфа. Затем производится восстановление редуцированного разбиения до исходного графа, заключающееся в приписывании атрибутов вершинам, значения которых указывают номер класса разбиения, в который попала вершина редуцированного гиперграфа.

Существует ряд операций, которые часто используются, и в то же время требуют просмотра всего гиперграфа. Для ускорения выполнения таких операций предложен механизм кэширования. Объект, реализующий принцип кэширования, запоминает для каждого набора входных параметров возвращаемое значение. Если запрос поступил впервые, то будут просмотрены все ребра гиперграфа и построен список; после этого список будет сохранен механизмом кэширования. При поступлении следующего аналогичного запроса сохраненный результат будет выдан немедленно без просмотра гиперграфа.

В работе реализованы механизмы кэширования для следующих операций: получить список вершин, обладающих заданным атрибутом; получить список гиперребер, обладающих заданным атрибутом; получить список гиперребер, инцидентных заданной вершине; получить список вершин, смежных с заданной.

Кэширование может быть включено пользователем как дополнительный режим работы программного обеспечения.

Задача трёхмерной трассировки монтажных шкафов (секций) ПТС заключается в нахождении трасс соединений по каналам в пространстве монтажного шкафа. В задаче имеется технологическое ограничение: соединения могут входить в канал в любое регулярное отверстие, но пиковая загрузка по длине канала по возможности не должна превышать величины

Топологию каналов будем моделировать антирефлексивным орграфом С(Уу4^), задав взаимно однозначное соответствие между множеством вершин графа V и множеством каналов К с помощью отображения к: У—> К. Таким образом, вершина ге Vсоответствует каналу к(у)е.К. Дугой вида (у^)еА соединим вершину у,еУ с вершиной V,б V, если топология каналов допускает возможность пропустить соединение из канала к(у,) в канал к(у/)- Каждой дуге (у„у/)еА припишем действительное число м'(у„уД которое равно расстоянию между соответствующими каналами в пространстве монтажного шкафа.

Исходный граф О дополним парой смежных вершин и vf для каждого соединения с,, / = Гт. Здесь V, соответствует исходящему контакту /'-го соединения, — входящему, т — число соединений.

Путь (у,'_ уД...,ут') в графе (7, проходящий от вершины V,1 до вершины ут', будем называть трассой т, соединения с„ если ут'=у, , vTm=vf, у/е К для всех 1 = 27=1.

Тогда длина трассы £Х.х,) — есть функция следующего вида:

о( т(> = дгт(;+о2ст,.;, (1)

/-1

где = М.V1,*1)-длина трассы, проходящая вне канала;

У-1

/-1

£>2(7,) = а(у'г-\у*Т1 ),Р(у/(- длина трассы, проходящая внутри

каналов. Здесь а() и Р(.V',*1) — точки, входа и выхода трассы для канала, соответствующего вершине ; ¡¡(а,р)~ длина отрезка (а,р).

Допустим, что для каждого соединения существует, по крайней мере,

один вариант прокладки трассы. Обозначим через т = (т.....,г„) вариант

прокладки всех соединений с„ / = Пот. Обозначим через У множество всех возможных вариантов прокладки трасс для всего комплекта соединений о. ( = I , я».

Рассмотрим некоторый канал к. Трассы могут входить и выходить из канала к в разных точках на протяжении всей его длины В силу этого через разные участки канала может проходить разное число трасс, и, соответственно, загрузка канала к есть функция вида: Л(г,г), где ?е[0, £>*]. Обозначим через /, (г) пиковую загрузку канала к по всей его длине £>*:

Таким образом, технологическое ограничение на пиковую загрузку канала для варианта прокладки соединений г е Т можно записать следующим образом:

тахЫ1А<р. (2)

Здесь 5* — расчетная максимальная величина загрузки канала.

В качестве критерия качества варианта прокладки соединений г е Т выберем минимизацию суммарной длины трасс:

^Х2^.)- (3)

г=|

Для решения задачи (2)-(3) разработаны две схемы решения: двухпроходная схема и схема глобального поиска оптимальной прокладки трасс.

Двухпроходная схема трассировки.

• На первом этапе происходит поиск оптимальных трасс т,* для всех соединений с„ / = 17т без учета загрузки каналов кеК. Получаем оптимистичную оценку длин трасс для каждого соединения О (с,)=0(т; ), / = 1, т.

• На втором этапе последовательно прокладываем трассы в порядке возрастания их оптимистичной оценки длины. После прокладки трассы т, для очередного соединения с1 изменяем параметры загрузки каналов. Если на очередном этапе пиковая загрузка некоторого канала превысит допустимое значение (1), то вершина, соответствующая данному каналу в графе С, изолируется. Если переполнение каналов привело к ситуации, когда невозможно проложить трассу для некоторого соединения, то алгоритм прекращает свою работу с рекомендацией для лица, принимающего решение, о необходимости изменении топологии каналов или увеличении их габаритов.

Алгоритм прокладки трасс для соединения.

Алгоритм заключается в поиске минимального пути в графе между двумя вершинами. Применяется модифицированный алгоритм Дейкстры, в котором происходит учет длины трасс не только вне каналов (классический алгоритм), но и внутри них. Длина пути в графе каналов (7 рассчитывается по формуле (1).

Алгоритм глобального поиска оптимальной прокладки трасс.

Двухпроходная схема на первом этапе работы фиксирует порядок просмотра соединений для прокладки трасс и в случае неудовлетворительного решения не способна найти лучший вариант. В этом случае перспективным

видится применение эволюционно-генетического подхода. Поиск оптимального варианта прокладки трассы представлен в виде итерационного процесса, каждый цикл которого включает в себя следующие этапы.

1. Генерация новых вариантов прокладки трасс при помощи схем кроссовера и мутации.

2. Оценивание найденных вариантов.

3. Отбор наиболее перспективных вариантов.

Перенумеруем соединения с„ / = Г~т. Решения задачи (2)-(3) предлагается кодировать в виде перестановок тгт) из номеров соединений.

Каждая перестановка определяет порядок прокладки трасс соединений.

В этом случае по любой перестановке л можно построить вариант прокладки трасс г>, выполнив второй этап двухпроходной схемы. Процедура оценки варианта трасс тл будет заключаться в оценке суммарной длины трасс (3). В случае нарушения условия (2) будем говорить о недопустимости варианта трасс тх. Такие перестановки зг будем называть недопустимыми. Применим штрафные функции для оценки перестановок:

У*. ¿>(г„ ), если я—допустимая;

*(гг)=г /гГ)

0.7 —тах *', в противном случае.

В качестве репродукции новых решений используются схемы порядковых кроссоверов. Данные операторы манипулируют перестановкам и из двух родительских перестановок получают две новые перестановки потомков.

Система автоматизации трёхмерной трассировки соединений по каналам монтажных шкафов программно реализована как подсистема конструкторского проектирования ПТС. Система прокладывает трассу каждого соединения, после чего осуществляет расчет различных интегральных характеристик, таких как степень загрузки каждого канала, необходимая длина соединений по типам, количество расходных материалов, необходимое для обжима и пометки соединений. Информация о необходимом количестве соединений и расходных материалов позволяет существенно более точно определить заказ на их поставку, поскольку оценки, генерируемые системой, гораздо точнее получаемых при использовании эвристик ручного расчёта.

При применении системы до 40 процентов минимизируется суммарная длина соединений по сравнению с ручным вариантом раскладки, время данного проектного этапа сокращается на порядок.

В четвертой главе приводятся математические постановки, алгоритмы решения задач объёмно-календарного и календарного планирования, оперативного управления производством и программная реализация системы планирования и оперативного управления производством компонентов ПТС.

Пусть Т={1,2,...,То} - множество тактов планирования, J — множество всех работ, К()') — множество работ, непосредственно предшествующих работе с номерому.у'бД /-множество различных ресурсов, л, - срок годности ресурса /', /б/, п,е {1,2, ...,Т0}. Введём наборы параметров.

Технологические параметры.

гу — ресурсоемкость работы } по ресурсу /, ту, М0- — минимальная и максимальная интенсивности потребления деятельностью} ресурса /, /1" — минимальная и максимальная длительности выполнения работ, /е

Организационные параметры.

щ — ранний срок возможного начала выполнения работе ], Ц - директивный срок окончания выполнения работе ], ) где множество работ, имеющих директивные сроки, Ус ./.

Ресурсные параметры.

Уи — количество ресурса ¡, которое в такт г поступит в систему, / е/, 1е Т, Варьируемые параметры математической модели.

х=(х,.....х\д) - вектор времен начала выполнения работ,

у=(у1,...,увектор времен окончания выполнения работ,

г,у, — интенсивность потребления работой) ресурс 1 в такт /е/,уе./, <еТ.

Ограничения математической модели.

Технологические ограничения.

Варьируемые параметры модели <*,, у^ /е/, jeJ, /е7> определяют множество частично-целочисленных неотрицательных переменных:

Взаимозависимость работ задается ограничениями:

х: £ таху1 ,] Г5ч

J икм V-3;

Офаничения на интенсивности потребления работами ресурсов и требования выполнения работ без перерывов:

xJeT, у} £ 7",7 еУ,

(4)

гш >0, (' е и

т„ ^ 2 М0, дс, <; Г < уг I еЛ/еЛге Т, г,„ = 0, : г /е е Л Г е Г.

(6)

Полное выполнение работ:

I;

/ЕГ

isIJeJ. (8)

Организационные ограничения. Ограничения на сроки начала работ:

(9)

Ограничения на сроки окончания работ:

(10)

Ресурсные ограничения.

/ '+ПГ' ,-1

Обозначим через Р„ = X Ун- X X г«,. - ^тах(0, Ри.),

где тах(0, Рц)- потери ресурса /, поступившего в систему в такт из-за истечения срока его годности.

Тогда иг„ = XУ;г~ X X "ус- X тах(0,Ри,) - количество ресурса /',

которое может быть использовано в такт * для выполнения работ. С учетом введенных ограничений, ресурсные условия в общем случае имеют вид:

Ег* ^^ i<ëljeJ. (П)

В задаче объемно-календарного планирования требуется найти совокупность варьируемых параметров (4), удовлетворяющих системе ограничений (5)-(9), (11), для которых достигает минимального значения обобщенный критерий оптимальности (12), связанный со штрафными санкциями, налагаемыми на систему за нарушения директивных сроков выполнения работ:

Г(х,у,г) = X сух тах(0, у .-О.)

J J \ /

Здесь су - штрафные санкции, которые получит система, если работа _/' будет выполнена на один такт позже заданного для этой работы директивного срока,Уе^°.

Рассмотрим совокупность частных критериев оптимальности, задаваемых кусочно-линейными функциями:

•100, если

?>(1>„„ <0=

Р,--—-, в противном случае, 1 е 1,1 еТ

Здесь а„. р„ - коэффициенты, определяющие штрафные санкции за один

процент избытка и недостатка ресурса I в такт /, /е/, 1еТ. В качестве обобщенного критерия оптимальности выберем функционал

который определяет стремление минимизировать штрафные санкции за неритмичность расходования ресурсов по тактам планирования.

В задаче календарного планирования требуется найти совокупность варьируемых параметров (4), удовлетворяющих системе ограничений (5) - (10), для которых достигает минимального значения обобщенный критерий оптимальности (13).

Поставленные задачи объемно-календарного и календарного планирования относятся к классу ИР-полных. В работе для решения этих задач предлагаются приближенные «фронтальные» алгоритмы ограниченного перебора. Эти алгоритмы основаны на идеологии «жадных» алгоритмов, в которых включенная в строящееся решение работа (операция) не может быть исключена из него на последующих шагах построения. Для каждого такта планирования формируется множество работ, любая из которых по технологическим условиям может начать выполняться, начиная с текущего такта. На множестве работ из фронта работ задается строгий линейный порядок. Для задания порядка используются так называемые «динамические» и «статические» характеристики работ. К динамическим характеристикам относятся временные характеристики сетевой модели, определяемые технологическими условиями изготовления изделий. К статическим характеристикам относятся коэффициенты «расширяемости» (количество работ, которые зависят от выполнения данной работы), коэффициенты приоритетности работ, длительности выполнения работ. Характеристики работ упорядочиваются, используя лексикографическую и аддитивную схемы, что позволяет задать на множестве работ из фронта работ полный строгий порядок. При разных применениях схемы, по разному упорядочиваются работы из фронта работ, что позволяет строить не одно, а несколько расписаний, лучшее (с точки зрения критерия оптимальности) из которых и принимается за решение задачи.

Задача оперативного управления заключается в составлении расписаний выполнения работ для многостадийных производственных систем при альтернативных вариантах выполнения работ на машинах (оборудовании). Оценка качества расписаний определяется тремя основными составляющими: затратами на выполнение работ на машинах, затратами на переналадки машин и штрафными санкциями, налагаемыми на систему за нарушения заданных директивных сроков.

Пусть J — множество работ, I — множество машин (станков), К — множество стадий, объединяющих однотипные станки. Работе j поставим в соответствие набор г' = (г/, г/.....г/), где г/— номер стадии, на которой должна

выполняться /-тая операция работы у, г/ еК,! = \,к1 Здесь под операцией

(13)

понимается процесс выполнения работы на станке какой-либо стадии. Обозначим через время выполнения /-ой операции работы} на машине /(стадия сш— затраты за единицу времени выполнения /-ой операции работы} на машине ¿, тщ — время переналадки машины /с работы 5 на работу }, гд - время наладки станка / на 1-ую операцию работы у, ¿,ч — затраты за единицу времени переналадки машины / с работы 5 на работу у, £>,— директивный срок завершения последней операции работы у, —

коэффициент, определяющий штрафные санкции, связанные с нарушением работой ] определенного для этой работы директивного срока, /е/, 1 = \,к, леУ.

Варьируемые параметры модели.

Обозначим через Х= {ха, ¡е/, 1 = \,к1 jeJ}, где х:1 - момент начала выполнения операции / работы /на машине /; У= {у^, /б/, 1 = \,к1 jeJ}, где

{1, если операция I работы у выполняется на машине ¡, О, в противном случае, Уу1& {0,1}, Уд!=1, если 1-ая операция у'-ой работы выполняется на 1-ой машине; Уу1=0, если 1-ая операция у'-ой работы не выполняется на /-ой машине;

2= { г у , /е/, / = \,к1 jsJ}, где г4 - номер по порядку выполнения /-ой операции у'-ой работы на ■'-ой машине, г9 е{о,1,...,ЛГ }, N = , /е/, I = \,к) уе/.

У«''

Ограничения математической модели:

г|//у7=Л (14)

(Каждая операция любой работы выполняется на одной машине)

Если у.]Г1^уф_Г1,то ^^

(Начало любой операции может наступить лишь после завершения всех

операций, ей предшествующих по технологии)

Если = 1, у,„, =1, г„, = г,„ +1, то хя, ;> х,„ + г., + ,

- - (16)

/б/, « = 1,А„ / = 1 уеУ, уе/.

(Начало выполнения любой работы на машине может качаться лишь после завершения выполнения на этой машине предыдущей работы)

ä Fyi, если ztß = 1, /е/, / = 1 ,kj, jeJ. (17)

(Момент начала выполнения самой первой для машины операции может наступить лишь после наладки станка на эту работу)

х„ äO, y,j, е {0,1}, ZV е {ОД.....N), iel, I = Tj^, jeJ. (18)

(Естественные условия на введенные переменные).

В качестве частных критериев оптимальности выберем следующие три группы:

- группу частных критериев, связанных с директивными сроками выполнения работ:

F,J(X,У,Z) = gu max(0,+ min, где /0 = 1;

- штрафные санкции, связанные с нарушением директивного срока, определенного для работы j, j eJ;

- группу частных критериев, связанных с затратами на переналадки машин:

F2,(X,r,Z) = 2 Zi>.,4vX,,>V min ;

*.У1гы-ги-1 »-I

- суммарные затраты, связанные с переналадками машины с номером i,

ieli

- группу частных критериев, связанных с затратами на выполнение на машинах всех операций:

Fy(X,Y,Z) = -> min;

/е/ J-l

- суммарные затраты, связанные с выполнением всех операций по работе с номером ),jeJ.

В качестве свертки частных критериев оптимальности выберем аддитивную свертку как внутри групп частных критериев, так и между группами:

F ^Fu + UFv + ZF,;- (19)

/.J i€/ jmJ . V /

Поставленная задача являются NP-трудной задачей дискретной оптимизации и включает в себя исходные параметры, варьируемые параметры, ограничения (14)-(18) и обобщенный критерий (19), который можно интерпретировать как суммарные затраты на выполнение всех работ построенного расписания.

Для решения задачи применяется набор «жадных» алгоритмов, которые применительно к рассматриваемой задаче являются эффективными алгоритмами (по вычислительной сложности), не гарантируют получения точного решения, но находят некоторое допустимое решение, являющееся приближенным к оптимальному.

Алгоритм АО построитель расписания А(Р).

На вход алгоритма поступает перестановка Р, определяющая приоритетность работ и операций, составляющих эти работы. Алгоритм по перестановке Р строит допустимое решение исходной задачи (1)-(5), (9), распределяя работы по машинам и упорядочивая их исходя из следующего «жадного» принципа: очередная работа, определяемая исходной перестановкой, закрепляется за той машиной очередной стадии, для которой затраты на эту работу (с учетом переналадок и возможных нарушений директивных сроков) минимальны.

Алгоритм А1 поиска перестановки Р глубины К

Вводится натуральное число А, И<п, и производится перебор Ы вариантов перестановок. Лучший с точки зрения обобщенного критерия вариант определяет очередную работу, включаемую в строящуюся перестановку Р. Исходными данными для работы алгоритма являются начальная перестановка и натуральное число А - глубина перебора. На первом шаге работы алгоритма из А первых работ перестановки в их естественном порядке строится фрагмент расписания и находится суммарная стоимость этого фрагмента. Так для всех Ы различных перестановок. Фрагмент расписания минимальной стоимости определяет первую работу в строящемся расписании. Эта работа исключается из начальной перестановки и процесс построения перестановки продолжается.

Алгоритм локального улучшения расписания.

Для каждой работы определяется ее «вклад» в строящееся расписание. Для наиболее «дорогих» работ увеличивается их приоритет. Пусть по некоторой начальной перестановке построено расписание р стоимости

С(р) = ¿я,, где g¡ - «вклад» работы / в стоимость расписанияр с учетом

затрат на обработку, переналадки и возможные нарушения директивных сроков. Исходя из величин gl и номеров по порядку вхождения работ в начальную перестановку, происходит их перемещение с целью уменьшения стоимости расписания. Схема перемещения соответствует перестановочному приему для задач теории расписаний с одним обслуживающим прибором.

Алгоритм критического пути.

Для каждой работы рассчитываются ее временные характеристики, на основании которых определяются резервы времени работ относительно заданных директивных сроков. Первоначальная перестановка определяет последовательность работ, резервы времени которых не убывают.

Алгоритм Метрополиса (SimulatedAnnealing).

В алгоритме проводится аналогия между:

- энергией термодинамической системы (£) и обобщенным критерием оптимальности задачи (F ), полагая что их значения совпадают;

- перестановкой (Р), задающей порядок выполнения работ, и состоянием термодинамической системы (ж).

Вводятся случайные операторы перехода из одного состояния системы в другое (от одной перестановки работ к другой). Задается эмпирический параметр Т— температура термодинамической системы. Из формулы распределения вероятностей энергий для термодинамической системы Больцмана следует, что вероятность перехода системы из состояния с энергией

-АЛ/

Е, в состояние с энергией Е2 при температуре Г, Р(АЕ) = е /1Т, где ДЕ = Е2-Е, и к-постоянная Больцмана (коэффициент пропорциональности, задающий отношение между энергией и температурой). Оптимизационный алгоритм работает следующим образом: для некоторого начального параметра Г0 в состоянии я-„ находится Е„ - значение энергии термодинамической системы. Применяется случайный оператор перехода из состояния л-0 в л-,. Находится значение £, для этого состояния. Если АЕ20 или Р(АЕ)<£, где случайное число, равномерно распределенное в диапазоне [0,1], то ж, принимается за текущее состояние системы и шаг работы алгоритма повторяется. Иначе шаг повторяется при том же самом состоянии системы ж0. После определенного числа шагов предполагается, что происходит «охлаждение» термодинамической системы Тм = Т, /2. Условием остановки алгоритма является отсутствие улучшений значения критерия задачи.

Учитывая, что в основе каждого из предложенных алгоритмов лежит некоторая перестановка, алгоритмы могут объединяться в цепочки, когда результирующая перестановка одного алгоритма становится начальной перестановкой для работы следующего алгоритма.

Решение оптимизационных задач планирования и оперативного управления осуществляется с использованием диалоговой программной системы, реализованной на языке С++ с использованием библиотеки MFC. Разработанная система применяется для автоматизации оперативно-диспетчерского управления инструментальным производством средств технологического оснащения ПТС. Строится расписание выполнения всей совокупности работ, минимизирующее суммарные затраты, связанные с изготовлением партии изделий. По построенному расписанию формируются сменно-суточные задания как в целом для инструментального цеха, так и для отдельных.участков, групп оборудования и рабочих.

В пятой главе приводятся основные методические подходы, определенные концепцией БИС и ИПИ-технологий и реализованные в САПР ПТС: функциональное моделирование и оптимизация процессов

проектирования и ТПП ПТС с реализацией модели электронного документооборота обращения и согласования конструкторской и технологической документации, информационная поддержка этапа эксплуатации ПТС, основанная на передаче потребителю электронных интерактивных руководств.

В качестве базовой методологии функционального моделирования применена методика IDEF0. Для функционального моделирования этапов ЖЦ ПТС были определены и применялись программные продукты BPWin и ERWin компании «Computer Associates». Под целью функционального моделирования рассматривается сокращение трудоемкости и временных параметров выполнения этапов проектирования и ТПП ПТС.

Построены модели «Как - есть» для процессов проектирования и управления ТПП ПТС с глубиной до третьего уровня. С использованием методики стоимостного анализа (Activity Based Costing, ABC) оценены затраты в нормо-часах процессов обращения и согласования конструкторской документации в условиях параллельного действия на предприятии электронного и бумажного документооборота. Построена модель обращения конструкторской документации в ЕИС (модель ТО-ВЕ), которая основана на следующих принципах и интегрированных информационных ресурсах:

- электронных архивах подразделений и электронном архиве предприятия, содержащим структуру (состав) ПТС, трехмерные модели конструкций, утвержденную КД, ТД;

- использовании системы управления электронным документооборотом (PDM) и отказе от бумажного документооборота КД, ТД;

- автоматизированных рабочих местах (АРМ) специалистов, выполняющих бизнес-процессы (автоматизированные проектные процедуры) в едином информационном пространстве.

Показано, что в модели (Как должно быть) прогнозируется снижение трудоемкости процедур обращения и согласования КД на 20 процентов.

Набор функций, реализующих проектные операции и составляющих основу автоматизированных подсистем, и структура информационных потоков, полученные в результате выполнения функционального моделирования процессов проектирования и ТПП ПТС, положены в основу функциональной схемы разработанной интегрированной САПР ПТС с элементами ИПИ-технологий.

Исследованы промышленные графические информационные технологии для создания интерактивных электронных технических руководств. На основе анализа функциональных возможностей данных систем для разработки ИЭТР ПТС АСУ ТП АЭС в качестве базовой выбрана система автоматизированной подготовки сопроводительной документации в электронном виде TGB (разработка НИЦ С ALS-технологий «Прикладная логистика»).

Для решения задачи создания информационных объектов ИЭТР применен комплекс промышленных программно-инструментальных средств

фирм: UGS (I-DEAS) и Autodesk (AutoCAD 2005, Autodesk Inventor Series 9, 3ds max 6.0). Для создания трехмерных моделей процедур обслуживания и ремонта ПТС используются: 2D и 3D- модели ПТС, созданные в процессе проектирования ПТС в различных САПР; «бумажные» чертежи и фотографии образцов ПТС (приборы, разъемы, клеммы, фрагменты консервации, упаковки и др.); инструкции по эксплуатации (ремонту) соответствующих ПТС в условиях эксплуатации; спецификации сборочных единиц.

ИЭТР для ПТС имеют формализованную структуру и содержат ряд разделов.

В раздел ИЭТР «описание и работа» входят: назначение оборудования, технические характеристики, требования по метрологическому обеспечению, состав, устройство и работа, маркировка и пломбирование, упаковка.

Разделы по ремонту и техническому обслуживанию ПТС имеют схожую структуру - в корневом каталоге содержится общая информация (о производящем обслуживание персонале, периодичности обслуживания, климатических условиях и т.д.) и информация о мерах безопасности при проведении работ. Во вложенных папках содержится подробная информация о ремонте или обслуживании отдельных узлов секций ПТС.

Информационная технология позволяет последовательно перемещаться по созданному ИЭТР (страница за страницей), или, используя оглавление (или окно структуры), сразу перейти к интересующему пользователя разделу. Возможно также перемещение по ссылкам, поясняющим ту или иную текстовую информацию.

ИЭТР позволяет в процессе эксплуатации систематически вносить сведения, касающиеся комплектности, хранения, упаковки и распаковки секций, учета неисправностей, замены составных частей, рекламаций, ремонта, использования, технического состояния, периодического контроля основных эксплуатационно-технических характеристик секций или их сборочных единиц.

В ИЭТР в соответствии с перечнем возможных неисправностей и способов их устранения на базе разработанных виртуальных моделей могут встраиваться анимационные ролики, иллюстрирующие процесс ремонта секций ПТС. В инструкции по ремонту приводится следующая информация: наименование неисправности, внешние проявления и дополнительные признаки; вероятная причина; действия по устранению.

В блок ИЭТР по техническому обслуживанию секций ПТС включаются разделы: меры безопасности; порядок технического обслуживания; внешний осмотр; проверка функционирования каналов управления и отображения информации.

Таким образом, с применением информационных технологий разработана методология создания ИЭТР, в которой на основе анимационного содержания оптимальным образом структурируются сведения, необходимые персоналу АЭС для технического обслуживания, ремонта и эксплуатации ПТС АСУ ТП АЭС.

В шестой главе приводятся результаты применения разработанных алгоритмов, информационных технологий и процедур оптимального проектирования для разработки ПТС АСУ ТП 3-го энергоблока Калининской АЭС, АЭС «Бушер» (Иран), Тяньваньской АЭС (КНР), АЭС «Куданкулам» (Индия).

Средствами автоматизации и оптимального проектирования поддерживаются следующие основные этапы жизненного цикла ПТС:

1. Моделирование размещения оборудования в пункте управления АЭС с выполнением требований эргономики выполняется с применением экспертной системы, из оболочки которой вызывается программный пакет 3ds шах, используемый для создания трехмерных моделей помещения и оборудования; интеллектуальная поддержка данного проектного этапа с оценкой варианта компоновки оборудования позволяет до начала работ по конструкторскому проектированию ПТС оценить структуру и состав оборудования, его основные эргономические параметры; полученные решения служат исходными данными для задачи компоновки функциональных блоков по секциям ПТС, создания трехмерных твердотельных моделей оборудования и трассировки соединений внутри секций;

2. Разработка и моделирование электронных схем, топологическое проектирование печатных плат, компоновка приборов и электронных модулей по секциям ПТС, размещение модулей в секциях и трассировка кабельных соединений, выпуск КД выполняются с применением базовых коммерческих систем Mentor Graphics, I-DEAS и семейства продуктов AutoDesk, дополненных оригинальными программными модулями решения задач компоновки и трехмерной трассировки кабельных соединений;

3. Инженерные расчеты и анализ конструкций ПТС на действие внешних эксплуатационных факторов (компьютерное моделирование процессов транспортировки и эксплуатации ПТС) выполняются с применением системы инженерного анализа I-DEAS, дополненной библиотеками материалов и методиками по проведению расчетов;

4. Планирование и оперативное управление производством средств технологического оснащения реализуется с применением разработанной автоматизированной системы управления инструментальным производством;

5. Разработка эксплуатационной и ремонтной документации на ПТС реализуется с помощью разработанной информационной технологии создания ИЭТР.

В результате внедрения САПР ПТС производительность труда специалистов конструкторско-технологических подразделений возросла в 3 раза, сроки разработки, производства, испытаний ПТС сократились в 2 — 2,5 раза. Основными факторами для достижения данных результатов являются: применение средств интеллектуальной поддержки на этапе размещения ПТС в

пунктах управления АЭС, внедрение методов параллельного инжиниринга в практику конструирования ПТС, применение процедур оптимальной раскладки кабельных соединений в секциях ПТС, виртуальное моделирование термомеханической прочности ПТС в процессе эксплуатации с сокращением числа натурных испытаний, внедрение системы оперативного управления производством средств технологического оснащения ПТС, формирующей оптимальные оперативные планы и сменно-суточные задания.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

В результате выполнения диссертационной работы разработан и практически реализован комплекс научно обоснованных технических решений, внедрение которых позволяет решить важную народнохозяйственную проблему по созданию нового поколения программно-технических средств компьютерного управления энергоблоками АЭС, что обеспечивает значительное повышение эффективности и безопасности эксплуатации радиационно-опасного объекта — реакторного оборудования АЭС.

В ходе выполнения диссертационной работы получены следующие основные результаты.

1. Разработана информационная технология интеллектуальной поддержки слабо формализуемого этапа размещения ПТС в пункте управления энергоблоком АЭС с применением экспертной системы, основанной на знаниях:

- разработаны продукционная система представления знаний эксперта о процессе размещения ПТС, стратегии поиска решения в глубину и ширину с использованием прямых и обратных цепочек рассуждений; разработана архитектура экспертной системы, состоящая из пяти компонентов (базы знаний, механизма вывода (интерпретации) знаний, подсистемы объяснения, подсистемы приобретения знаний, интеллектуального интерфейса), программное, информационное, лингвистическое обеспечение системы, произведено наполнение базы знаний продукционными правилами, описывающими процесс размещения ПТС;

- разработан универсальный программный механизм для вызова из оболочки экспертной системы внешних процедур, задействованных в продукционных правилах, для оценки соответствия варианта размещения требованиям эргономики созданы расчетные процедуры, функционирующие в среде графической системы 3ds max и проверяющие эргономические параметры ПТС.

2. Разработаны математические модели и алгоритмы решения задачи компоновки секций ПТС радиоэлектронными блоками, основанные

на методах декомпозиции графов и эволюционно-генетическом подходе:

- разработан гибридный генетический алгоритм, отличающийся от классического генетического алгоритма представлением решений в виде перестановок, набором операторов размножения (репродукции новых решений), ориентированных на работу с перестановками, схемой отбора с поддержанием высокого уровня генетического разнообразия в популяции;

в структуре генетического алгоритма применены специальные механизмы, учитывающие специфику многокритериальных задач оптимизации, построенных на графовых моделях, — механизмы многокритериального отбора, локальной адаптации, контроля эффективности поиска (с оценкой генотипического разнообразия и вызовом процедуры генетического всплеска), настройки параметров алгоритма (с применением стохастических автоматов для автоматического выбора более эффективных настроек и параметров алгоритма в процессе его выполнения).

3. Разработаны 2 класса алгоритмов трехмерной трассировки кабельных соединений секций ПТС:

- в первом подходе реализована двухпроходная схема укладки трасс, в которой на первом этапе происходит поиск оптимальной конфигурации трасс без учета пропускной способности (заполнения) кабельных каналов, на втором этапе осуществляется прокладка трасс в порядке возрастания их оптимальных длин с оценкой реального заполнения каналов;

- во втором подходе реализована итерационная двухуровневая процедура трассировки, основанная на применении генетического алгоритма для глобального поиска оптимального порядка прокладки соединений, в рамках которого происходит генерация перестановок, определяющих порядок прокладки трасс, оценка и отбор наиболее перспективных вариантов решений;

- разработана диалоговая автоматизированная система трехмерной трассировки кабельных соединений, позволяющая генерировать широкий набор интегральных характеристик по результатам построения трасс, в результате применения которой до 40 % сокращается суммарная длина кабельных соединений в монтажной секции ПТС по сравнению с ручным вариантом раскладки, временные затраты на выполнение данного проектного этапа сокращаются на порядок.

4. Исследованы и разработаны структуры данных для описания гиперграфов и набор операций над гиперграфами для решения конструкторских задач большой размерности:

- на примере задачи компоновки разработан набор атрибутов и механизм управления гиперграфом — фильтрация, который позволяет

эффективно реализовать процесс редукции гиперграфа (многоуровневую схему понижения размерности, решения задачи на гиперграфе приемлемого порядка и восстановление результата до уровня исходного гиперграфа);

для ускорения выполнения базовых операций над гиперграфами разработан механизм кэширования (сохранения для набора входных параметров возвращаемого значения выполненной операции);

- созданы программные компоненты, основанные на шаблонах проектирования, значительно уменьшающие время решения задачи разбиения гиперграфов больших размерностей.

5. Сформулированы оптимизационные задачи распределения ресурсов и разработан набор алгоритмов для решения задач объемно-календарного, календарного планирования и оперативного управления производством ПТС:

- разработаны «фронтальные» алгоритмы ограниченного перебора, применяющие различные процедуры упорядочения работ с использованием их «динамических» и «статических» характеристик, что позволяет строить несколько расписаний, лучшее (с точки зрения критерия оптимальности) из которых и принимается за решение задачи;

реализована диалоговая программная система оперативного управления инструментальным производством средств

технологического оснащения ПТС, с помощью которой строится расписание выполнения совокупности работ, минимизирующее суммарные затраты по изготовлениею изделий, с формированием оптимальных сменно-суточных заданий как в целом для инструментального цеха, так и для отдельных участков, групп оборудования и рабочих.

6. На основе разработанных математических моделей и алгоритмов создана и внедрена в промышленную эксплуатацию интегрированная САПР ПТС с элементами ИПИ-технологин, с применением которой на ряд российских и зарубежных атомных электростанций (Калининская АЭС, Ростовская АЭС, АЭС «Бушер» /Иран/, Тяньваньская АЭС /КНР/, АЭС «Куданкулам» /Индия/) поставлены программно-технические средства АСУ ТП нового поколения.

Основные публикации по теме диссертации

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ 1. Батищев Д.И., Власов С.Е., Морозов В.Ф., Булгаков И.В. Топологический синтез аналогово-цифровых микроэлектронных устройств // Информационные технологии. 1996. № 2, с.39-43.

2. Микульчик A.A., Власов С.Е., Мичасов В.А. Практическая реализация концепции АСУ документооборотом в системе качества // Экономика и производство. 2002. № 2, с. 31-34.

3. Власов С.Е. Интегрированная система автоматизации НИОКР конверсионного предприятия как эффективный инструмент «двойных технологий» // Конверсия в машиностроении. 2003. №2, с. 90 - 93.

4. Власов С.Е, Иванченко В.А., Пименов С.А., Тяжелова Е.Г. Автоматизация конструирования программно-технических средств АСУ ТП атомных станций с применением решений UGS II САПР и графика. 2004. №11.

5. Батищев Д.И., Власов С.Е., Старостин Н.В., Филимонов A.B. Компоновка радиоэлектронного оборудования по блокам. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2005.

6. Прилуцкий М.Х., Власов С.Е. Многостадийные задачи теории расписаний с альтернативными вариантами выполнения работ И Системы управления и информационные технологии. 2005. № 2, с. 4448.

7. Власов С.Е., Сидорук P.M., Перенков С.А., Райкин Л.И. Разработка ремонтной и эксплуатационной документации программно-технических средств АСУ технологических процессов АЭС на основе интерактивных электронных технических руководств // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2005. № 3, с. 90-94.

8. Сидорук P.M., Райкин Л.И., Власов С.Е. Исследование промышленных графических информационных технологий для создания ИЭТР // Информационные технологии. 2005. № 4.

9. Прилуцкий М.Х., Власов С.Е. Многокритериальные задачи объёмного планирования. Лексикографические схемы // Информационные технологии. 2005. № 7, с.61-66.

10. Власов С.Е., Пименов С.А., Перенков С.А. Верификация вычислительных алгоритмов системы I-DEAS NX компании UGS PLM Solutions для проведения инженерных расчетов и анализа объектов атомной энергетики // САПР и графика. 2005. № 7, с.83-86.

11. Власов С.Е., Райкин Л.И., Перенков С.А. Функциональное моделирование процессов проектирования и технологической подготовки производства радиоэлектронной аппаратуры // Информационные технологии в проектировании и производстве. 2005. №4, с. 66-72.

Статьи и материалы конференций

12. Батищев Д.И., Власов С.Е., Булгаков И.В. Организация механизмов управления в генетических алгоритмах с помощью стохастических автоматов. Воронеж. Материалы Всероссийского материала-

совещания. Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании, медицине. 1995, с. 3-4.

13. Власов С.Е., Батищев Д.И. Применение генетических алгоритмов для трассировки нерегулярных структур с однослойной коммутацией. Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах. Межвузовский сборник научных трудов. Воронеж. 1995, с. 80-91.

14. Батищев Д.И., Власов С.Е., Булгаков И.В. Решение задачи «слепого» упорядочения при помощи генетических алгоритмов. Обозрение прикладной и промышленной математики. Сер. Методы оптимизации. 1996. Т. 3. Вып. 5, с.725-724.

15. Власов С.Е. Разработка интегрированной САПР радиоэлектронной аппаратуры с реализацией элементов ИПИ-технологий. Материалы 3-го бизнес-форума. Информационные технологии в развитии Северо-Запада Российской Федерации. С.-Петербург. 2002, с. 63-65.

16. Басалин П.Д., Власов С.Е., Безрук К.В., Малышев М.В. Инструментальные средства интеллектуальной поддержки процессов проектирования в САПР. Материалы международной научно-практической конференции КОГРАФ-2004. Н.Новгород. 2004.

17. Сидорук Р.М., Власов С.Е., Райкин Л.И., Титов А.А Информационная поддержка жизненного цикла изделий - ИПИ-технологии (Концепция, инструментальные средства разработки, подготовка и переподготовка специалистов). Материалы международной научно-практической конференции КОГРАФ-2004. Н.Новгород. 2004.

18. Власов С.Е., Сидорук P.M., Перенков С.А., Райкин Л.И. Внедрение элементов ИПИ-технологий для программно-технических средств АСУ ТП АЭС на примере разработки ИЭТР. Труды Нижегородского государственного технического университета. Серия: информационые технологии. Вып. 1. Нижний Новгород: Изд-во НГТУ. 2004, с. 124-130.

19. Власов С.Е., Костюков В.Е., Лотов В.Н., Перенков С.А. Автоматизированная система проектирования программно-технических средств АСУ ТП атомных станций. Труды Нижегородского государственного технического университета. Серия: Информационные технологии. Вып. 1. Нижний Новгород: Изд-во НГТУ. 2004, с.131-138.

20. Прилуцкий М.Х., Власов С.Е. Оптимальное распределение ресурсов в задачах календарного и объемно-календарного планирования. Труды Нижегородского государственного технического университета. Серия: Системы обработки информации и управления. Вып. 11. Нижний Новгород: Изд-во НГТУ. 2004., с.31-36.

21. Сидорук P.M., Райкин Л.И., Власов С.Е. Исследование ИПИ-технологий и внедрение их для автоматизированных систем управления технологическими процессами атомных электростанций. В материалах VI Международной научно-практической конференции

«Применение ИПИ-технологий для повышения качества и конкурентоспособности наукоёмкой продукции». М.:Япус-К. 2004, с.59-66.

22. Сидорук P.M., Райкин Л.И., Власов С.Е. Прикладные исследования и подготовка специалистов по ИПИ-технологиям для предприятий Нижегородской области. В трудах научно-практического семинара «Практика и перспективы применения ИПИ-технологий в производстве». Ульяновск: Изд-во УлГУ. 2004, с. 147-160.

23. Батищев Д.И., Власов С.Е., Балашов В.В. Исследование методов автоматизированной трассировки однослойных структур. Известия СПб ТЭТУ «ЛЭТИ». Сер. Информатика, управление и компьютерные технологии. Вып. 1/2005, с.40-44.

24. Батищев Д.И., Власов С.Е., Старостин Н.В., Филимонов A.B. Новый подход к представлению гиперграфовых структур. Вестник ВГАВТ. Межвузовская серия. Моделирование и оптимизация сложных систем. 2005. Вып. 1.

25. Батищев Д.И., Власов С.Е., Старостин Н.В., Филимонов A.B. Оптимальная трехмерная трассировка кабелей по кабельным каналам монтажного шкафа. Известия СПб ГЭТУ ЛЭТИ. Сер. Информатика, управление и компьютерные технологии. Вып. 2/2005, с.40-47.

26. Сидорук P.M., Райкин Л.И., Титов A.A., Власов С.Е., Перенков С.А. Геометрические, виртуальные и анимационные модели в интерактивных электронных технических руководствах. В трудах международной научно-технической конференции «Информационные средства и технологии». 18-20 октября 2005 г. В 3-х т. ТЗ. — М.: Янус-IC 2005, с. 173-176.

27. Vlasov S.E., Kostyukov V.E. Application of mathematical modeling and optimization methods for NPP APCS soft-and hardware development. 6 International Congress of Mathematical Modeling. N.Novgorod. 2005, p. 382.

Подписано в печать 07.04.2006. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 2. Зак. 635. Тир. 100.

Типография Нижегородского госуниверситета. Лиц. ПД № 18-0099 от 04.05.2001. 603000, Н. Новгород, ул. Б. Покровская, 37.

Введение.

1. Методология построения интегрированной системы проектирования ПТС АСУ ТП АЭС с элементами ИПИ-технологий. Задачи исследования.

1.1. Эволюция САПР. Автоматизация этапов жизненного цикла изделия. Понятие ИПИ-технологий.

1.2. Принципы построения, конструктивные особенности ПТС АСУ ТП АЭС, требующие внедрения ИПИ-технологий.

1.3. Основные этапы жизненного цикла ПТС.

1.4. Исследование и анализ коммерческих автоматизированных систем, используемых на этапах жизненного цикла ПТС.

1.5. Цель и задачи исследования.

2. Интеллектуальная поддержка этапа размещения ПТС в пунктах управления АЭС с выполнением требований эргономики и технической эстетики.

2.1. Требования к размещению ПТС в пунктах управления АЭС.

2.2. Экспертная система как средство интеллектуальной поддержки процесса размещения ПТС.

2.3. Архитектура экспертной системы.

2.4. Особенности программной реализации экспертной системы.

2.5. Методология интеллектуальной поддержки этапа размещения ПТС в пунктах управления АЭС.

3. Исследование гиперграфовых моделей и эволюционно-генетических методов для оптимального решения задач конструирования радиоэлектронных блоков ПТС.

3.1. Математическая постановка задачи компоновки радиоэлектронных блоков ПТС.

3.2. Применение эволюционно-генетических методов для решения задач компоновки ПТС.

3.3. Исследование гиперграфовых моделей для решения конструкторских задач большой размерности.

3.4. Оптимизация трехмерной трассировки монтажных шкафов ПТС.

3.5. Программная реализация системы трассировки.

4. Решение оптимизационных задач планирования и управления производством ПТС.

4.1. Математическая модель и алгоритмы решения задач объемно-календарного и календарного планирования.

4.2. Математическая постановка и алгоритмы решения задач оперативного управления.

4.3. Программная реализация системы планирования и оперативного управления производством компонентов ПТС.

5. Информационная поддержка этапов жизненного цикла ПТС.

5.1 Построение и оптимизация функциональной модели процессов проектирования и технологической подготовки производства ПТС.

5.2 Исследование графических информационных технологий для разработки ремонтной и эксплуатационной документации для ПТС в виде интерактивных электронных технических руководств.

6. Внедрение ИПИ-технологий и процедур оптимального проектирования в практику разработки ПТС АСУ ТП АЭС.

6.1 Результаты применения средств автоматизации для разработки ПТС АСУ ТП для 3-го энергоблока Калининской АЭС.

6.2 Результаты автоматизированного проектирования ПТС АСУ ТП для зарубежных АЭС.

6.3 Оценки эффективности внедрения процедур оптимального проектирования в практику разработки ПТС.

В настоящее время атомная энергетика является одной из базовых отраслей, обеспечивающей стабильное развитие российской экономики, уменьшая ее зависимость от ресурсной составляющей и позволяя более реально планировать производство электроэнергии на длительный период. Она также переносит вектор развития энергетического производства с угле- и нефтегазодобывающих отраслей и транспорта топлива на современные наукоемкие технологии.

За последние годы функционирование объектов атомной энергетики неразрывно связано с опережающим решением проблем их безопасности. Основную роль в обеспечении эффективных режимов работы, а при необходимости и останова энергоблока атомной электростанции (АЭС), которая является радиационным и ядерно-опасным объектом, выполняют автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) АЭС. С целью повышения безопасности, обеспечения высокой надёжности и оперативности управления энергоблоками АЭС научно-исследовательскими и промышленными предприятиями Федерального агентства по атомной энергии разрабатывается новое поколение АСУ ТП для вновь строящихся и модернизируемых российских и зарубежных АЭС.

Базовой системой современной АСУ ТП являются программно-технические средства (ПТС) компьютерного управления энергоблоком. ПТС являются человеко-машинной системой и предназначены для реализации управляющих и информационных функций в процессе эксплуатации энергоблока. С точки зрения конструктивного исполнения ПТС представляют собой сложно-функциональную радиоэлектронную аппаратуру (РЭА), построенную по модульному иерархическому принципу и содержащую механические и радиоэлектронные системы.

Высокие требования к надежности и качеству ПТС, стойкости к внешним воздействующим факторам, функциональная сложность аппаратуры, необходимость применения при ее разработке современной элементной базы и электромеханических изделий, требование минимизации сроков и стоимости разработки по условиям контрактов на модернизацию энергоблоков АЭС обусловили необходимость создания высокоэффективных средств автоматизации проектирования ПТС АСУ ТП АЭС.

При разработке ПТС необходимо решение основных задач схемотехнического, топологического и технологического проектирования РЭА - разработка и моделирование электронных схем, синтез топологии печатных плат, компоновка радиоэлектронных модулей по блокам, размещение электронных модулей в объеме монтажных шкафов (секций ПТС) и трассировка кабельных соединений, выпуск конструкторской и технологической документации, управление производством. В настоящее время накоплен большой теоретический опыт, разработано множество методов, алгоритмов и программных средств для решения основных задач конструкторского проектирования РЭА. Однако в связи с тем, что многие задачи конструирования являются многокритериальными задачами оптимизации [17] и относятся к классу ЫР - трудных задач [96], разработка алгоритмов и процедур оптимального проектирования по-прежнему остается актуальной задачей.

Качество алгоритмов компоновки и трассировки межсоединений во многом определяется выбранной математической моделью исходной схемы и топологической моделью устройства. Наиболее применяемыми являются графовые модели, которые удобны для реализации формальных конструктивных алгоритмов, однако обладают известной проблемой представления цепей.

Задача компоновки сводится к задачам декомпозиции графов. Постановки последних могут включать широкий набор ограничений, связанных со спецификой предметной области, а порядок разбиваемых графов может достигать сотен тысяч. Применение для решения данных задач эволюционно-генетического подхода требует разработки специальных процедур, учитывающих многокритериальность задачи, символьное описание модели (представление решения в виде перестановок), структурные особенности графовых моделей.

Алгоритмы двухмерной трассировки микро- и радиоэлектронной аппаратуры [8] не могут быть без адаптации применимы для трехмерной разводки кабельных соединений ПТС. Это объясняется как технологическими ограничениями, накладываемыми на конструкцию кабельных каналов ПТС, так и требованиями к их заполнению. Необходимость минимизации суммарной длины кабельных соединений требует разработки алгоритма глобального поиска оптимальной конфигурации трасс, что может быть реализовано с применением эволюционно-генетического подхода, адаптированного под специфику конструкции ПТС.

Таким образом, для решения задачи компоновки секций (монтажных шкафов) ПТС радиоэлектронными блоками и трехмерной трассировки кабельных соединений в объеме секции необходима разработка специального класса моделей, алгоритмов, программного обеспечения на их основе, позволяющих конструктору за приемлемое время получать псевдооптимальный вариант решения и проводить его оценку.

На этапе технологической подготовки производства (ТПП) ПТС важной задачей является получение оптимального решения для комплекса взаимозависимых задач планирования и управления. Общая проблема управления процессом изготовления сложных изделий, к которым относятся ПТС, заключается в определении сроков начала и окончания выполнения работ, ин-тенсивностей потребления работами необходимых ресурсов таким образом, чтобы, не нарушая требования технологического и, возможно, организационного и ресурсного характера, обеспечить изготовление всей заданной совокупности изделий. Данная проблема относится к задачам объемно-календарного, календарного планирования и оперативного управления, которые являются ЫР - трудными. Для данного класса задач большой размерности (сотни изделий, состоящих из тысяч деталей, технология изготовления которых включает десятки тысяч операций) в настоящее время отсутствуют алгоритмы, гарантирующие получение точного решения за приемлемое время, а также не разработаны коммерческие программные системы, осуществляющие для реального производственного процесса поиск некоторых допустимых решений, приближенных к оптимальному.

Для решения описанных задач перспективным представляется исследование и применение идеологии «жадных алгоритмов», в которых включенная в расписание работа не может быть удалена из него на последующих шагах построения, и разработка на их основе системы оперативного управления производством компонентов ПТС.

Ведущая роль в обеспечении безопасности АЭС принадлежит оперативному персоналу пункта управления энергоблоком. Надежность работы оператора в значительной степени зависит от оптимальных значений эргономических показателей размещенного оборудования ПТС, вариантов компоновки органов управления и систем отображения информации. Вариант размещения ПТС должен удовлетворять набору ограничений, заданных требованиями нормативной документации по эргономике.

Проектный этап размещения ПТС в пункте управления АЭС является слабо формализованной творческой процедурой, требующей для повышения качества проектных решений внедрения средств интеллектуальной поддержки. Такие средства целесообразно реализовать в виде экспертной системы, основанной на знаниях. В настоящее время отсутствуют коммерческие экспертные системы, которые без адаптации могут быть применены для решения данной задачи. Следует отметить, что подобные программные продукты реализованы либо как законченные решения, не позволяющие развивать их функциональность, либо как набор инструментальных средств, с применением которых возможно проводить собственную разработку. Таким образом, актуальной является задача исследования и разработки принципов приобретения, накопления, практического применения знаний эксперта-конструктора, архитектуры и программного обеспечения экспертной системы, поддерживающей процесс размещения ПТС в пунктах управления АЭС в соответствии с заданными правилами проектирования и оценивающей варианты размещения на соответствие требованиям нормативной документации по эргономике.

Современный этап развития информационных технологий и средств автоматизации заключается в реализации единой информационной среды (ЕИС), в рамках которой на протяжении жизненного цикла (ЖЦ) изделия создается, актуализируется и поддерживается его электронная модель путем высоко-интегрированного взаимодействия автоматизированных систем.

Концепция ЕИС, обеспечивающей стандартизованные автоматизированные способы поддержки ЖЦ изделия, является основой внедрения и развития современных СЛЬБ-технологий (аналогичный русскоязычный термин - «ИПИ-технологии» - технологии Информационной Поддержки жизненного цикла Изделий). ПТС отвечают всем критериям (функциональная сложность, длительность ЖЦ, важное значение для безопасности функционирования ядерного и радиационно-опасного объекта - энергоблока АЭС, большое число участников разработки и значительный информационный обмен между ними) промышленных изделий, для разработки которых требуется внедрение процедур оптимального проектирования и ИПИ-технологий. Следует отметить, что несмотря на проводимые исследования и полученные к настоящему времени результаты, освещающие методические основы и подходы к внедрению ИПИ-технологий, до сих пор практическое их внедрение связано с определенными трудностями, и как правило, с решением частных задач.

Методология ИПИ-технологий предполагает проведение этапа начального функционального моделирования бизнес - процессов, которые выполняются на этапах ЖЦ сложных технических систем, их оптимизацию (включая и информационные потоки) и построение по результатам моделирования структурно - функциональной схемы информационной системы, автоматизирующей этапы ЖЦ. В настоящее время отсутствуют публикации, освещающие опыт использования различных программных систем функционального моделирования, результаты его выполнения для этапов ЖЦ сложных технических систем (РЭА, изделий машиностроения, авиационно-космической техники), конкретные приемы оценки эффективности бизнес -процессов и их оптимизации. Требует решения задача построения и оптимизации функциональной модели процессов проектирования и ТПП ПТС с реализацией методологии безбумажного электронного обращения и согласования конструкторской и технологической документации.

Длительность ЖЦ ПТС (срок службы не менее 30 лет) вызывает необходимость поставки на АЭС большого объема эксплуатационной и ремонтной документации. Представление ее в традиционной бумажной форме снижает эффективность обслуживания, профилактики и ремонта АСУ ТП ядерно-опасного объекта. Задача разработки интерактивных электронных руководств с элементами анимации требует исследования и разработки информационной технологии создания трехмерных электронных моделей, элементов анимации, структуры и средств навигации в электронном руководстве, ориентированной на конкретные коммерческие САПР и промышленные графические технологии.

Таким образом, разработка информационных технологий, алгоритмов оптимального проектирования и методов принятия оптимальных решений, обеспечивающих информационную поддержку процессов разработки, производства и эксплуатации ПТС АСУ ТП АЭС, является актуальной и важной задачей.

Научные исследования и результаты в области САПР, систем принятий решений, ИПИ-технологий, изложенные в диссертации, основаны на работах Д.И. Батищева, A.M. Бершадского, А.Ф. Колчина, В.М. Курейчика, Я.Е. Львовича, И.П. Норенкова, Е.В. Судова, В.Н. Фролова и других российских и зарубежных ученых.

Работа выполнена в соответствии с программой деятельности Федерального агентства по атомной энергии в рамках реализации «Энергетической стратегии России до 2020 года», ФЦП «Энергоэффективная экономика», Межправительственных соглашений по строительству АЭС за рубежом.

Цель и задачи исследования. Целью диссертации является разработка комплекса методов, моделей, информационных технологий, алгоритмов оптимального проектирования и принятия проектных решений, направленных на обеспечение эффективной автоматизированной сквозной системы разработки и информационной поддержки на этапах жизненного цикла нового поколения программно-технических средств автоматизированных систем управления технологическими процессами атомных электростанций, разрабатываемых для вновь строящихся и реконструируемых отечественных и зарубежных АЭС.

Решение данной проблемы имеет важное народно-хозяйственное значение для повышения надежности, безопасности, качества проектов по созданию современных систем управления энергоблоками.

В соответствии с целью определены следующие задачи исследования:

- разработать информационную технологию сквозного автоматизированного проектирования и поддержки этапов жизненного цикла ПТС с возможностью ее эффективной реализации с применением коммерческих САПР;

- разработать функциональные модели и провести функциональное моделирование и оптимизацию процессов проектирования и технологической подготовки производства ПТС для определения структуры интегрированной САПР и оптимизации информационных потоков;

- разработать методы и средства интеллектуальной поддержки этапа размещения ПТС в пунктах управления АЭС с выполнением требований эргономики;

- провести исследования гиперграфовых моделей, разработать алгоритмы оптимизации решения конструкторских задач (компоновки шкафов ПТС, трехмерной трассировки проводного монтажа) на базе эволюционно-генетических подходов;

- разработать алгоритмы решения оптимизационных задач большой размерности по распределению ресурсов при объемно-календарном, календарном планировании и оперативном управлении производством компонентов ПТС;

- исследовать и внедрить методы параллельного инжиниринга и объектно-ориентированного проектирования в процесс конструирования ПТС;

- исследовать графические информационные технологии для создания и управления информационными объектами ПТС, в том числе интерактивными электронными техническими руководствами, для представления в структурированном электронном виде ремонтной и эксплуатационной документации на ПТС;

- реализовать на основе предложенных методов, алгоритмов, моделей программное, информационное обеспечение сквозной САПР ПТС с интеграцией ряда коммерческих автоматизированных систем и СУБД, поддерживающей основные этапы жизненного цикла ПТС АСУ ТП АЭС.

Научная новизна заключается в обобщении положений и решении научной проблемы, связанной с разработкой методов и технологий информационной поддержки жизненного цикла сложных технических систем, математических моделей и методов принятия решений в САПР, алгоритмов решения задач конструирования РЭА. К наиболее существенным научным результатам относятся:

- принципы, архитектура и технология экспертной системы, основанной на знаниях, поддерживающей процесс компоновки ПТС в пунктах управления АЭС с выполнением требований эргономики и технической эстетики и реализующей прямые и обратные цепочки рассуждений с различными эвристиками поиска решений;

- математические модели и алгоритмы решения оптимизационных задач большой размерности по распределению ресурсов в системах сетевого планирования и оперативного управления производством;

- математические модели РЭА, структуры данных и алгоритмы, основанные на эволюционно-генетических подходах, для решения большеразмерных комбинаторных задач конструкторского проектирования ПТС (задач компоновки, трассировки);

- принципы и методика формирования электронных анимационных моделей, описывающих процедуры монтажа, регламентного обслуживания, ремонта ПТС на этапе эксплуатации, предназначенных для обучения персонала АЭС.

Практическая ценность и реализация результатов работы. Решена важная народно-хозяйственная проблема по созданию автоматизированной системы проектирования, управления производством, информационной поддержки на этапе эксплуатации нового поколения программно-технических средств компьютерного управления энергоблоками АЭС. Разработано методическое, программное, информационное обеспечение автоматизированной системы. Апробирована технология информационного электронного взаимодействия между проектным институтом, выпускающим технический проект строительства энергоблока, разрабатывающим ПТС предприятием и АЭС, как потребителем ПТС и эксплуатирующей организацией. Создано и согласовано с Госатомнадзором РФ нормативное и методическое обеспечение, допускающее проводить компьютерное моделирование ПТС в процессе эксплуатации вместо предварительных натурных испытаний. Отработана информационная технология поставки на АЭС эксплуатационной, ремонтной документации в виде интерактивных электронных технических руководств (ИЭТР), анимационных электронных обучающих руководств для персонала АЭС.

Результаты диссертации внедрены в ФГУП «ФНПЦ НИИ измерительных систем им. Ю.Е. Седакова» (г. Н. Новгород) в промышленный режим проектирования и производства ПТС АСУ ТП АЭС и применялись для разработки функциональных комплексов ПТС для Калининской, Ростовской АЭС, АЭС «Бушер» (Иран), Тяньваньской АЭС (КНР), АЭС «Куданкулам» (Индия) в рамках реализации Федеральной Целевой Программы «Энергоэффективная экономика» и Межправительственных соглашений по строительству АЭС за рубежом.

Применение сквозного автоматизированного маршрута схемотехнического, конструкторского, технологического проектирования элементов ПТС, моделирования электронных схем и расчета термомеханической прочности конструкций ПТС в процессе эксплуатации, интеллектуальной поддержки процессов конструирования, построения оптимальных планов-графиков выполнения производственных операций и их мониторинга позволило без привлечения дополнительных ресурсов до 50% сократить сроки разработки, испытаний и поставки ПТС с удовлетворением технических и финансовых требований российских и зарубежных контрактов.

Практическую ценность представляют следующие результаты работы:

1) разработана структура и состав экспертной системы поддержки принятия решений, которая может быть адаптирована к различным прикладным слабо формализуемым задачам, возникающим при проектировании сложных технических систем;

2) разработана архитектура, структура баз данных системы для решения задач календарного планирования и оперативного управления производством, созданы диалоговые сценарии представления и мониторинга производственных расписаний, которые могут быть использованы для оперативного управления многостадийными производственными системами различного назначения;

3) разработан комплекс шаблонов проектирования, предназначенный для программной реализации широкого класса задач объектно-ориентированного конструирования РЭА, повышающий эффективность разработки программного обеспечения САПР со снижением сроков и трудоемкости;

4) разработана промышленная информационная технология разработки ИЭТР, содержащих эксплуатационную, ремонтную документацию, анимационные обучающие руководства, из информационных объектов различного типа (трехмерных моделей, конструкторской и технологической документации, аудио- и фотоматериалов), которая может быть применена в различных предметных областях.

Основные положения, выносимые на защиту. На защиту выносятся:

1) принципы построения экспертной системы, основанной на знаниях, отличающейся от существующих вариантов архитектуры подобных систем реализацией пяти основных компонент: базы знаний, механизма вывода (интерпретации знаний), подсистемы объяснения механизма вывода, подсистемы приобретения знаний, интеллектуального интерфейса; стратегии и эвристики поиска решений; универсальный механизм вызова процедур, входящих в антецеденты и консеквенты правил;

2) математические модели РЭА, представленные в виде гиперграфов, набор операций с гиперграфами и над гиперграфами, позволяющий эффективно решать комбинаторные задачи конструирования РЭА большой размерности (компоновка, распределение трасс по слоям, трассировка); шаблоны проектирования и структуры данных для выполнения операций над гиперграфами большой размерности;

3) генетический алгоритм для решения задач компоновки РЭА (разбиения графа), отличающийся от аналогов способом представления хромосом в виде перестановок, наличием улучшающих алгоритмов для процедуры локальной адаптации и механизмов многокритериального отбора решений;

4) математическая модель представления кабельных каналов секций (монтажных шкафов ПТС) в виде орграфа, информационная технология решения задачи трехмерной трассировки кабелей в секции ПТС, которая в отличие от существующих схем решения данной задачи комбинирует алгоритм поиска пути на графе и эволюционногенетический алгоритм для глобального поиска оптимального порядка прокладки трасс;

5) математические постановки и оригинальные алгоритмы решения задач объемно-календарного и календарного планирования, оперативного управления производством (с применением набора «жадных» алгоритмов);

6) методика, анимационное наполнение, структуры данных, позволяющие реализовать информационную технологию разработки учебных электронных анимационных руководств для персонала АЭС;

7) структура, состав, комплексы баз данных и прикладных программ, образующих интегрированную систему автоматизации проектирования и принятия решений, обеспечивающую разработку, моделирование, подготовку производства ПТС и информационную поддержку на этапе эксплуатации.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на 3-й международной конференции «Компьютерные технологии управления качеством продукции» (Королев, 2003), межрегиональных научно-практическая конференциях «Новейшие информационные технологии - инструмент повышения эффективности управления» (Н.Новгород, 2002, 2003), отраслевой научно-технической конференции «Проблемы внедрения ИПИ-технологий при проектировании АЭС» (Н.Новгород, 2003), заседании научно-технического совета Министерства Российской федерации по атомной энергии (Москва, 2003), международных научно-практических конференциях по графическим информационным технологиям и системам «Кограф» (Н.Новгород, 2001, 2002, 2003, 2004), третьем бизнес-форуме «Информационные технологии в развитии Северо-Запада Российской Федерации», (С.-Петербург, 2002), 6-ой международной научно-практической конференции «Применение ИПИ-технологий для повышения качества и конкурентоспособности наукоемкой продукции» (Королев, 2004), межотраслевом научно-практическом семинаре «Практика и перспективы применения ИПИ-технологий в производстве» (Ульяновск, 2004), 6-ом международном конгрессе по математическому моделированию (Н.Новгород, 2004), научных семинарах профессорско-преподавательского состава Нижегородского государственного университета и Нижегородского государственного технического университета.

Публикации. Результаты диссертационной работы отражены в 27 печатных работах.

Структура и объем диссертационной работы. Основное содержание диссертационной работы изложено на 244 страницах машинописного текста и включает введение, 6 глав, заключение, список литературы из 156 наименований, 55 рисунков и 3 Приложения.

Заключение

В результате выполнения диссертационной работы разработан и практически реализован комплекс научно обоснованных технических решений, внедрение которых позволяет решить важную народно-хозяйственную проблему по созданию нового поколения программно-технических средств компьютерного управления энергоблоками АЭС, что обеспечивает значительное повышение эффективности и безопасности эксплуатации радиационно-опасного объекта - реакторного оборудования АЭС.

В ходе выполнения диссертационной работы получены следующие основные результаты.

1. Разработана информационная технология интеллектуальной поддержки слабо формализуемого этапа размещения ПТС в пункте управления энергоблоком АЭС с применением экспертной системы, основанной на знаниях:

- разработаны продукционная система представления знаний эксперта о процессе размещения ПТС, стратегии поиска решения в глубину и ширину с использованием прямых и обратных цепочек рассуждений;

- разработана архитектура экспертной системы, состоящая из пяти компонент (базы знаний, механизма вывода (интерпретации) знаний, подсистемы объяснения, подсистемы приобретения знаний, интеллектуального интерфейса), программное, информационное, лингвистическое обеспечение системы, произведено наполнение базы знаний продукционными правилами, описывающими процесс размещения ПТС;

- разработан универсальный программный механизм для вызова из оболочки экспертной системы внешних процедур, задействованных в продукционных правилах, для оценки соответствия варианта размещения требованиям эргономики созданы расчетные процедуры, функционирующие в среде графической системы ЗсЬ тах и проверяющие эргономические параметры ПТС.

2. Разработаны математические модели и алгоритмы решения задачи компоновки секций ПТС радиоэлектронными блоками, основанные на методах декомпозиции графов и эволюционно-генетическом подходе:

- разработан гибридный генетический алгоритм, отличающийся от классического генетического алгоритма представлением решений в виде перестановок, набором операторов размножения (репродукции новых решений), ориентированных на работу с перестановками, схемой отбора с поддержанием высокого уровня генетического разнообразия в популяции;

- в структуре генетического алгоритма применены специальные механизмы, учитывающие специфику многокритериальных задач оптимизации, построенных на графовых моделях, - механизмы многокритериального отбора, локальной адаптации, контроля эффективности поиска (с оценкой генотипического разнообразия и вызовом процедуры генетического всплеска), настройки параметров алгоритма (с применением стохастических автоматов для автоматического выбора более эффективных настроек и параметров алгоритма в процессе его выполнения).

3. Разработаны 2 класса алгоритмов трехмерной трассировки кабельных соединений секций ПТС:

- в первом подходе реализована двухпроходная схема укладки трасс, в которой на первом этапе происходит поиск оптимальной конфигурации трасс без учета пропускной способности (заполнения) кабельных каналов, на втором этапе осуществляется прокладка трасс в порядке возрастания их оптимальных длин с оценкой реального заполнения каналов;

- во втором подходе реализована итерационная двухуровневая процедура трассировки, основанная на применении генетического алгоритма для глобального поиска оптимального порядка прокладки соединений, в рамках которого происходит генерация перестановок, определяющих порядок прокладки трасс, оценка и отбор наиболее перспективных вариантов решений;

- разработана диалоговая автоматизированная система трехмерной трассировки кабельных соединений, позволяющая генерировать широкий набор интегральных характеристик по результатам построения трасс, в результате применения которой до 40 % сокращается суммарная длина кабельных соединений в монтажной секции ПТС по сравнению с ручным вариантом раскладки, временные затраты на выполнение данного проектного этапа сокращаются на порядок.

4. Исследованы и разработаны структуры данных для описания гиперграфов и набор операций над гиперграфами для решения конструкторских задач большой размерности:

- на примере задачи компоновки разработан набор атрибутов и механизм управления гиперграфом - фильтрация, который позволяет эффективно реализовать процесс редукции гиперграфа (многоуровневую схему понижения размерности, решения задачи на гиперграфе приемлемого порядка и восстановление результата до уровня исходного гиперграфа);

- для ускорения выполнения базовых операций над гиперграфами разработан механизм кэширования (сохранения для набора входных параметров возвращаемого значения выполненной операции);

- созданы программные компоненты, основанные на шаблонах проектирования, значительно уменьшающие время решения задачи разбиения гиперграфов больших размерностей.

5. Сформулированы оптимизационные задачи распределения ресурсов и разработан набор алгоритмов для решения задач объемно-календарного, календарного планирования и оперативного управления производством ПТС:

- разработаны "фронтальные" алгоритмы ограниченного перебора, применяющие различные процедуры упорядочения работ с использованием их «динамических» и «статических» характеристик, что позволяет строить несколько расписаний, лучшее (с точки зрения критерия оптимальности) из которых и принимается за решение задачи; реализована диалоговая программная система оперативного управления инструментальным производством средств технологического оснащения ПТС, с помощью которой строится расписание выполнения совокупности работ, минимизирующее суммарные затраты по изготовлениею изделий, с формированием оптимальных сменно-суточных заданий как в целом для инструментального цеха, так и для отдельных участков, групп оборудования и рабочих.

6. На основе разработанных математических моделей и алгоритмов создана и внедрена в промышленную эксплуатацию интегрированная САПР ПТС с элементами ИПИ-технологий, с применением которой на ряд российских и зарубежных атомных электростанций (Калининская АЭС, Ростовская АЭС, АЭС «Бушер», Иран, Тяньваньская АЭС, КНР, АЭС «Куданкулам», Индия) поставлены программно-технические средства АСУ ТП нового поколения.

Список терминов и сокращений

АС - автоматизированная система

АСУ - автоматизированная система управления

АСНИ - автоматизированная система научных исследований

АС ТПП - автоматизированная система подготовки производства

АСУП - автоматизированная система управления производством

АСУТП - автоматизированная система управления технологическими процессами

АЭС - атомная электростанция

БИС - большая интегральная схема

БПУ - блочный пункт управления

ГА - генетический алгоритм

ЕИС - единое информационное пространство

ЕСКД - единая система конструкторской документации

ЖЦ - жизненный цикл

ИЛП - интегрированная логистическая поддержка

ИПИ - Информационная Поддержка жизненного цикла Изделий

ИЭТР - интерактивное электронное техническое руководство

КД - конструкторская документация

КЭМ - конечно-элементная модель

МПКУ - мозаичная панель контроля и управления

МТР - материально теоретические ресурсы

МЭ - мозаичный элемент

НДС - напряженно-деформированное состояние

НИОКР - научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы

ПО - программное обеспечение

ПП - печатная плата

ППБ - пульт-панель безопасности

ПТК - программно-технический комплекс ПТС - программно-технические средства

ПТС АСУ ТП АЭС - программно-технические средства автоматизированных систем управления технологическими процессами атомных электростанций

РЭА - радиоэлектронная аппаратура

САПР - система автоматизированного проектирования

СБИС - сверхбольшая интегральная схема

СВБУ - система верхнего блочного уровня

СМК - система менеджмента качества

СОЗ - система, основанная на знаниях

СОИ - средства отображения информации

СРВПЭ - система регистрации важных параметров эксплуатации

ТД - технологическая документация

ТПП - технологическая подготовка производства

ТС - технические средства

ТС ОДУ - технические средства оперативно-диспетчерского управления

ТУ - технические условия

ЧПУ - числовое программное управление

ЭРИ - электро-радио изделия

ЭС - экспертная система

ЭСО - электронная система отображения

CAD - Computer Aided Design - система автоматизированного проектирования

CAE - Computer Aided Engineering - система автоматизации инженерных расчетов

CALS - Continuous Acquision and Lifecycle Support - компьютерное сопровождение и поддержка жизненного цикла изделий

САМ - Computer Aided Manufacturing - система автоматизации подготовки производства

ERP, MRP - Enterprise, Manufacturing Recourse Planning - автоматизированная система управления прооизводственно-хозяйственной деятельностью PDM - Product Data Management - управление данными по изделиям PLM - Product Lifecycle Management - управление жизненным циклом изделия

1. Абрайтис Л.Б. Шимайтис А.П. Алгоритмы компоновки узлов и исследование их эффективности // Вычислительная техника. Вып.З. Том 2. Каунас. 1971, с.66-76.

2. Басалин П.Д. Модель представления знаний интеллектуальной САПР цифровой аппаратуры. Труды Всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы». Ч. 1. Воронеж. 2001, с.121-122.

3. Басалин П.Д., Власов С.Е., Безрук К.В., Малышев М.В. Инструментальные средства интеллектуальной поддержки процессов проектирования в САПР. Материалы международной научно-практической конференции КОГРАФ-2004. Н.Новгород. 2004.

4. Батищев Д.И. Генетические алгоритмы решения экстремальных задач. Под ред. Львовича Я.Е.: Учеб. пособие. Воронеж. 1995, 64 с.

5. Батищев Д.И. Методы оптимального проектирования. М.: Радио и связь. 1984.

6. Батищев Д.И., Власов С.Е., Балашов В.В. Исследование методов автоматизированной трассировки однослойных структур. Известия СПб ТЭТУ «ЛЭТИ». Сер. Информатика, управление и компьютерные технологии. Вып. 1/2005, с.40-44.

7. Батищев Д.И., Власов С.Е., Булгаков И.В. Решение задачи «слепого» упорядочения при помощи генетических алгоритмов. Обозрение прикладной и промышленной математики. Сер. Методы оптимизации. 1996. Т. 3. Вып. 5, с.725-724.

8. Батищев Д.И., Власов С.Е., Морозов В.Ф., Булгаков И.В. Топологический синтез аналогово-цифровых микроэлектронных устройств// Информационные технологии. 1996. № 2, с.39-43.

9. Батищев Д.И., Власов С.Е., Старостин Н.В., Филимонов A.B. Компоновка радиоэлектронного оборудования по блокам. Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского. 2005.

10. Батищев Д.И., Власов С.Е., Старостин Н.В., Филимонов A.B. Новый подход к представлению гиперграфовых структур. Вестник ВГАВТ. Межвузовская серия. Моделирование и оптимизация сложных систем. 2005. Вып.1.

11. Батищев Д.И., Власов С.Е., Старостин Н.В., Филимонов A.B. Оптимальная трехмерная трассировка кабелей по кабельным каналам монтажного шкафа. Известия СПб ТЭТУ ЛЭТИ. Сер. Информатика, управление и компьютерные технологии. Вып. 2/2005, с.40-47.

12. Батищев Д.И., Гудман Э.Д., Норенков И.П., Прилуцкий М.Х. Метод комбинирования эвристик для решения комбинаторных задачупорядочения и распределения ресурсов // Информационные технологии. 1997. № 2, с.29-32.

13. Батищев Д.И., Гудман Э.Д., Норенков И.П., Прилуцкий М.Х., Метод декомпозиций для решения комбинаторных задач упорядочения и распределения ресурсов // Информационные технологии. 1997. № 1, с.29-33.

14. Батищев Д.И., Львович Я.Е., Фролов В.Н. Оптимизация в САПР. Воронеж: Изд-во Воронежского государственного университета. 1997,416 с.

15. Батищев Д.И., Старостин Н.В, Дроздова Е.П. Экстремальные задачи правильной раскраски графа. Воронеж. Межвузовский сборник научных трудов "Прикладные задачи моделирования и оптимизации". 2000. Часть 2, с.49-60.

16. Батищев Д.И., Старостин Н.В. /:-разбиение графов. Вестник ИНГУ "Математическое моделирование и оптимальное управление". Н.Новгород. 2000, с.25-37.

17. Батищев Д.И., Старостин Н.В. Гибридный подход к решению экстремальных задач на графовых структурах. Известия СПб ГЭТУ "ЛЭТИ". Серия "Информатика управление и компьютерные технологии". 2002. Вып.З, с. 10-17.

18. Батищев Д.И., Старостин Н.В. Способы повышения эффективности генетического поиска оптимального к-разбиения графа. Воронеж. Межвузовский сборник научных трудов "Прикладные задачи моделирования и оптимизации". 2000. Часть 2, с. 4-17.

19. Бернштейн JI.C., Селянкин B.B. О минимальном разрезании графов со взвешенными ребрами // Электронная техника. Сер.9. АСУ. 1976. вып.4(20), с.96-106.

20. Бершадский A.M. Применение графов и гиперграфов для автоматизации конструкторского проектирования РЭА и ЭВА. Саратов: СГУ. 1983.

21. Букатова И.Л. Эволюционное моделирование и его приложения. М.: Наука. 1979.

22. Вагин В.Н., Головина Е.Ю. Загорянская A.A., Фомина М.В. Достоверный и правдоподобный вывод в интеллектуальных системах / Под ред. В.Н.Вагина, Д.А.Поспелова. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2004, 704 с.

23. Вендров A.M. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. М.: Финансы и статистика. 1998.

24. Власов С.Е. Интегрированная система автоматизации НИОКР конверсионного предприятия как эффективный инструмент «двойных технологий» // Конверсия в машиностроении. 2003. №2, с. 90 93.

25. Власов С.Е, Иванченко В.А., Пименов С.А., Тяжелова Е.Г. Автоматизация конструирования программно-технических средств АСУ ТП атомных станций с применением решений UGS // САПР и графика. 2004. №11.

26. Власов С.Е., Батищев Д.И. Применение генетических алгоритмов для трассировки нерегулярных структур с однослойной коммутацией. Оптимизация и моделирование в автоматизированных системах. Межвузовский сборник научных трудов. Воронеж. 1995, с. 80-91.

27. Власов С.Е. Разработка интегрированной САПР радиоэлектронной аппаратуры с реализацией элементов ИПИ-технологий. Материалы3.го бизнес-форума. Информационные технологии в развитии Северо-Запада Российской Федерации. С.-Петербург. 2002, с. 63-65.

28. Власов С.Е., Пименов С.А., Перенков С.А. Верификация вычислительных алгоритмов системы I-DEAS NX компании UGS PLM Solutions для проведения инженерных расчетов и анализа объектов атомной энергетики // САПР и графика. 2005. № 7, с.83-86.

29. Гореткина.Е. Рынок PLM продолжает расти // PC WEEK/RF. 2003. № 20, с.26.

30. Горинштейн Л.Л. О разрезании графов // Известия АН СССР. Техническая кибернетика. 1969. № 1, с.79-85.

31. ГОСТ 12.2.032-78. ССБТ (Система стандартов безопасности труда). Рабочее место при выполнении работ сидя. Общие эргономические требования.

32. ГОСТ 12.2.033-78. ССБТ. Рабочее место при выполнении работ стоя. Общие эргономические требования.

33. ГОСТ 12.2.049-80. ССБТ. Оборудование производственное. Общие эргономические требования.

34. ГОСТ 21958-76. Система «Человек-машина». Зал и кабины операторов. Взаимное расположение рабочих мест. Общие эргономические требования.

35. ГОСТ 22269-76. Система «Человек-машина». Рабочее место оператора. Взаимное расположение элементов рабочего места. Общие эргономические требования.

36. ГОСТ 24750-81. Средства технические вычислительной техники. Общие требования технической эстетики.

37. Гэри М., Джонсон Д. Вычислительные алгоритмы и труднорешаемые задачи. М.: Мир. 1982.

38. Емеличев В.А., Мельников О.И., Сарванов В.И., Тышкевич Р.И. и др. Лекции по теории графов. М.: Наука. 1990.

39. Закраевский А.Д. и др. Приложения теории графов к задачам логического проектирования дискретных устройств. Исследования по прикладной теории графов. Новосибирск: Наука. 1986.

40. Зыков A.A. Гиперграфы // Успехи математических наук. 1974. №6(180), с.89- 154.

41. Жирков А., Колчин А., Овсянников М., Сумароков С. Интерактивные электронные технические руководства // PC WEEK/RE. 2001. №47, с.29.

42. ИСО 9000:2000. Системы менеджмента качества. Основные положения и словарь.

43. Калянов Г.Н. CASE-технологии. Консалтинг в автоматизации бизнес-процессов. -3-е изд. М.: Горячая линия-Телеком. 2002, 320 с.

44. Козлов М.К., Шафранский В.В. Календарное планирование выполнения комплексов работ при заданной динамике поступления складируемых ресурсов // Известия АН СССР. Техническая кибернетика. 1977. №4, с.75-81.

45. Колчин А.Ф., Овсянников М.В., Стрекалов А.Ф., Сумарков C.B. Управление жизненным циклом продукции. М.: Анахарсис. 2002, 304 с.

46. Конвей Р.В., Максвелл B.JL, Миллер J1.B. Теория расписаний. М.:Наука. 1975.

47. Коробков Б.П. Методы разрезания графов на минимально связанные подграфы и их использование в задачах адаптивной обработки информации. В кн.: Адаптация в вычислительных системах. Рига: Зинатне. 1978. Вып.4, с.107-129.

48. Коробков Б.П., Растригин JI.A. Рандомизированные методы разрезания графов. Часть 1 // Известия АН СССР. Техническая кибернетика. 1982. № 3, с.163-172.

49. Коробков Б.П., Растригин JI.A. Рандомизированные методы разрезания графов. Часть 2 // Известия АН СССР. Техническая кибернетика. 1982 № 4, с. 120-126.

50. Коробков Б.П., Растригин JI.A. Глобальный рандомизированный алгоритм разрезания графов. В кн.: Структурная адаптация многомашинных систем обработки информации. Рига: Зинатне. 1978, с.56-62.

51. Коробков Б.П., Растригин JI.A. Рандомизированные алгоритмы агрегации графов. В сборнике "Адаптация в вычислительных системах". Рига: Зинатне. 1978, вып.4, с.6-20.

52. Кристофидес H. Теория графов. Алгоритмический подход. М.: Мир, 1978.

53. Курейчик В.М., Калашников В.А., Лебедев Б.К. Автоматизация проектирования печатных плат. Изд. ростовского университета. 1984, 80 с.

54. Леви Р., Дранг Д., Эдельсон Б. Практическое введение в технологию искусственного интеллекта и экспертных систем с иллюстрациями на Бейсике. М.: Финансы и статистика. 1990, 239 с.

55. Львович Я.Е., Горбунов В.Г., Кондрахин И.М. Разработка подсистемы интеллектуальной поддержки многокритериального проектирования объектов САПР. Высокие технологии в технике и медицине: Межвуз. сб. науч. Тр. Воронеж, 1994, с. 15 -21.

56. Львович Я.Е., Фролов В.Н., Меткин Н.П. Автоматизированное проектирование технологических процессов и систем производства РЭА. М.: Высшая школа. 1991,463 с.

57. Магрупов Т.М., Арипджанов М.К., Юсупов С.Ю. Разбиение цифровых устройств на большие интегральные схемы. Вопросы кибернетики, вып.110. Ташкент: РИСО АН УзССР. 1980, с. 29-37.

58. Маклаков C.B. Моделирование бизнес-процессов с AIIFusion Process Modeler (BPwin). M.: ДИАЛОГ-МИФИ. 2003, 240 с.

59. Малышев Н.Г., Берштейн Л.С., Боженюк A.B. Нечеткие модели для экспертных систем в САПР. М.: Энергоатомиздат. 1991,136 с.

60. Марка Д.А., МакГоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования. М.: "МетаТехнология". 1993.

61. Матюхин И.Я., Олейник Р.И. Алгоритмическое проектирование цифровых устройств //Вопросы радиоэлектроники. Сер. ЭВТ, вып.8. 1965, с.205-225.

62. Международные стандарты ISO 9001:2000. Системы менеджмента качества. Требования.

63. Меликов A.M., Бернштейн JT.C., Курейчик В.М. Применение графов для проектирования дискретных устройств. М: Наука. 1974, 304 с.

64. Меликов A.M., Бернштейн Л.С., Селянкин В.В., М.И. Хиль. Применение гиперграфов для компоновки схем в ячейки // Техническая кибернетика. 1974. № 3, с. 202 207.

65. Методология функционального моделирования IDEF0. М.: Издательство стандартов. 2000, 75 с.

66. Микульчик A.A., Власов С.Е. Автоматизированная система управления документооборотом в системе качества предприятия // Вестник военного регистра. 2003. №2 (26), с. 8-20.

67. Микульчик A.A., Власов С.Е., Мичасов В.А. Практическая реализация концепции АСУ документооборотом в системе качества // Экономика и производство. 2002. № 2, с. 31-34.

68. Морозов К.К., Мелихов А.Н., Бернштейн JI.C. Методы разбиения РЭА на конструктивно законченные части. М.: Советское радио, 1974,304 с.

69. Норенков И.П. PDM управление данными в системах проектирования и электронного бизнеса // Информационные технологии. 2001. №2, с. 14-19.

70. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования. Учебник для ВУЗов 2-е изд. (серия «Информатика в техническом университете»). М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э Баумана. 2002, 336 с.

71. Норенков И.П., Кузьмик П.К. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана. 2002, 319 с.

72. Пападимитриу X., Стайглиц К. Комбинаторная оптимизация: Алгоритмы и сложность. М.: Мир. 1985.

73. Петренко А.И. Тетельбаум А .Я. К вопросу о разбиении большой интегральной схемы на подсхемы //Машинные методы проектирования электронных схем. 1975, с. 273.

74. ПНАЭГ-01-011-97. Общее положение обеспечения безопасности атомных станций.

75. Подчасова Т.П., Лагода А.П., Рудницкий В.Ф. Управление в иерархических производственных структурах. Киев: Наукова думка. 1989, 183 с.

76. Попков В.К. О решении некоторых задач на сверхбольших графах. Моделирование на вычислительных системах. СМ-3. Новосибирск: ВЦ СО АН СССР. 1982, с. 93-106.

77. Португал В.М., Семенов А.И. Модели планирования на предприятии. М.: Наука. 1978, 269 с.

78. Построение экспертных систем: Пер. с англ./ Под ред. Ф.Хейеса-Рота, Д.Уотермана, Д.Лената. М.: Мир. 1987, 441 с.

79. Представление знаний в человеко-машинных и робототехнических системах. Том А. Фундаментальные исследования в области представления знаний. М.: ВЦ АН СССР. ВИНИТИ. 1984, 261 с.

80. Прилуцкий М.Х., Власов С.Е. Многостадийные задачи теории расписаний с альтернативными вариантами выполнения работ // Системы управления и информационные технологии. 2005. № 2, с. 44-48.

81. Прилуцкий М. X., Власов С. Е. Многокритериальные задачи объемного планирования. Лексикографические схемы // Информационные технологии. 2005. № 7, с.61-66.

82. Прилуцкий М.Х., Кумагина Е.А. Задача упорядочения работ как задача о назначениях // Вестник Нижегородского государственного университета. Математическое моделирование и оптимальное управление. Нижний Новгород: Изд-во ННГУ. 1999. Вып. 21, с. 1824.

83. Прилуцкий М.Х., Нефедов Д.С., Попов Д.В. Распределение ресурсов в дискретно управляемых системах // Электронный журнал "Исследовано в России". 2002, 032/020228, с.322-337 (http://zhurnal.ape.relarn.ru/articles/2002/032.pdf).

84. Р 50.1-029-2001. Рекомендации по стандартизации. Информационные технологии поддержки жизненного цикла изделия. Интерактивные электронные технические руководства. Общие требования к содержанию, стилю и оформлению. М.: Госстандарт России. 2001.

85. Р 50.1-030-2001. Рекомендации по стандартизации. Информационные технологии поддержки жизненного цикла изделия. Интерактивные электронные технические руководства. Требования к логической структуре базы данных. М.: Госстандарт России. 2001.

86. Растригин Л.А. Случайный поиск в эволюционных вычислениях. В сб.: Обозрение прикладной и промышленной математики. 1996. Том 3. № 5, с.688-705.

87. Рейгольд Э., Нивергельт Ю., Део Н. Комбинаторные алгоритмы. Теория и практика. М.: Мир. 1980, 478 с.

88. Робсон М., Уллах Ф. Практическое руководство по реинжинирингу бизнес-процессов /Пер. с англ. под ред. Н.Д. Эриашвили. М.: Аудит. ЮНИТИ. 1997, с. 224.

89. Рыжков А.П. Алгоритм разбиения графа на минимально связанные подграфы // Известия АН СССР. Техническая кибернетика. 1975. №6, с. 122-128.

90. Селютин Н.И. Разбиение микромодульных схем // Изв. Северо-Кавказ. Научный центр высшей школы. Сер. Технических наук. 1975. № 5, с. 13-18.

91. Сидорук P.M., Райкин Л.И., Власов С.Е. Исследование промышленных графических информационных технологий для создания ИЭТР // Информационные технологии. 2005. № 4.

92. Сидорук P.M., Райкин Л.И., Титов A.A. Разработка интерактивных электронных технических руководств в ИПИ-технологиях. В материалах Всероссийской научно-методической конференции

93. Информационные технологии в учебном процессе". НГТУ. Нижний Новгород. 2003, с.252-257.

94. Смолич Г.Г., Смолич Л.И. Алгоритмы разбиения множества вершин гиперграфа на максимально связные группы // Известия АН СССР. Техн. кибернетика. 1981. № 4, с.216.

95. Старостин Н.В. Многокритериальная агрегация сложных систем. Воронеж. Труды всероссийской конференции «Интеллектуальные информационные системы». 2001. Часть 1, с. 104-105.

96. Стори А.Е., Вагнер Х.М. Опыт применения целочисленного программирования при расчете календарного плана для предприятий единичного и мелкосерийного производства, Сб. «Календарное планирование». М.: Прогресс. 1966, с. 241-256.

97. Судов Е.В, Левин А.И., Давыдов А.Н., Барабанов В.В. Концепция развития CALS-технологий в промышленности России. М.:НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика». 2002.

98. Судов Е.В. Интегрированная информационная поддержка жизненного цикла машиностроительной продукции. Принципы. Технологии. Методы. Модели. М.: ООО Издательский дом "МВМ". 2003, 264 с.

99. ТанаевВ.С., СотсковЮ.Н., Струсевич В.А. Теория расписаний. Многостадийные системы. М.: Наука. 1989, 327 с.

100. Таунсенд К., Фохт Д. Проектирование и программная реализация экспертных систем на персональных ЭВМ: Пер. с англ./ Предисл. Г.С.Осипова. М.: Финансы и статистика. 1990, 320 с.

101. Фещенко В.П., Матюшков Л.П. Итерационный алгоритм разрезания графа на к подграфов //Автоматизация проектирования сложных систем. Минск. 1976. Вып.2, с. 74-77.

102. Хитров И. 3-D инструментарий для электронной документации // САПР и графика. 2003. №5.

103. Частиков А.П., Гаврилова Т.А., Белов Д.Л. Разработка экспертных систем. Среда CLIPS. СПб.: БХВ-Петербург. 2003, 608 с.

104. Шмелев В.В. Динамические задачи календарного планирования // АиТ. 1997. №1, с.121-126.

105. Экспертные системы. Принципы работы и примеры: Пер с англ./ Под ред. Р.Форсайта. М.: Радио и связь. 1987, 224 с.

106. Barnard S.T., Simon Н. D. A fast multilevel implementation of recursive spectral bisection for partitioning unstructured problems, Concurreny: Practice and Experience. Vol. 6. 1994, p. 101-117.

107. Biskup Dirk, Cheng T.C. Edwin, Multi-machine scheduling with earliness, tardiness and complexion time penalties // Сотр. and Oper. Res 26. 1999. №1, p.45-57.

108. CALS -технологии. Методология функционального моделирования. Рекомендации по стандартизации. Р50.1-2000.

109. Chun Y., Moskowitz Н., Plante R. Sequencing a set of alternatives under time constraints // J. Oper. Res. Soe. 1995. №6, p. 1133-1144.

110. Devis L. Handbook of Genetic Algorithms. New York. Van Nostrand Reinhold. 1991.

111. Garey M.R., Johnson D.S., Sethi R. The complexity of flowshop and jobshop scheduling. Math.Oper.Res. 1. 1979, p. 117-129.

112. Geoffrion A.M. Lagrangian relaxation and its uses in integer programming. Math. Programming Study 2. 1974, p. 82-114.

113. George Karypis. Multilevel hypergraph partitioning // University of Minnesota. Department of Computer Science. Minneapolis. MN 55455.

114. Glover F. Tabu search part I,II. ORSA J. Comput., Vol. 1-2. 1989(90), p. 190-206,4-32.

115. Goldberg D.E. Genetic algorithms in search, optimization, and machine learning. Addison-Wesley. 1989.

116. Gonzalez T., Sahni S. Flowshop and jobshop schedules: complexity and approximation, Oper. Res. 26. 1978, p. 36-52.

117. Hendrickson B., Leland R. A multilevel algorithm for partitioning graphs //inProc. Supercomputing'95. 1995.

118. Holland J.H. Adaptation in Natural and Artificial Systems. University of Michigan Press. Ann Arbor. MI. 1975.

119. ISO/IEC 2382-24:1995 Computer Integrated Manufacturing. Vocabulary

120. Karypis G., Kumar V. A fast and high quality multilevel scheme for partitioning irregular graphs. SIAM Journal on Scientific Computing. Vol. 20. № 1. 1999, p. 359-392.

121. Karypis G., Kumar V. Analysis of multilevel graph partitioning. Technical Report 95-037. University of Minnesota. Department of Computer Science. 1995.

122. Kordes U.R. Formulation and solution of circuit card design problems through use of a graph methods. Advances in Electronic Circuit packaging. Vol.2. № 7. 1962.

123. NATO CALS Handbook. March 2000. Brussels (http:/www.nato.be).