автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Методология проективарония интегрированных АСУ на базе логико-информационного исдкода

ргб Ой 1 п МК

Санкт-Петербургский Государственный университет водных коммуникаций

На правах рукописи АРЕЗЬЕВ ;:Г0РЬ БОРИСОВИЧ

КЕТОЛОЛОПЗТ ИГОЗ^РОБЛПЛ Ж^ГЕРОБ/ЛЮ АСУ

ил в\зе лопя{о-;:1кюЕ.1,и$;ошюго исдлодд

Автореферат диссертации на соискание

^оной степени доктора технических наук

■Нпецтальность:

С5.ГЗ.С6 - Автоматизированные системы управления

О-Петербург

Работа выполнена в Северо-западном заочном политехническом институте

Социальные оппоненты:-доктор технических наук, доктор технических наук, доктор технических наук,

профессор 2аикин О.А. профессор Клыков Ю.и. профессор Оикарев А.А.

Ведущее предприятие; Государственный научно-исследовательский институт "Центр-систем управления"

Защита состоится " "___1995г, в 14е®часов

на заседании диссертационного Совета Д 116.01.03 при Санкт-. Петербургском Государственном университете водннх коы?.*унинацш! по адресу: 19С035, Санкт-Петербург,ул. Двинская, д.5/7

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Государствен ноге университета водннх коммуникаций

Автореферат разослан

1995г.

Учёный секретарь диссертационного Совета

доктор технических наук,профессор Кулибанов Ю,".

опт ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Усложнение коммуникаций и взаимодействия элементов сложных систем в процессе их Луккциовдрования, включение в их структуры социальных и неформальных составлявших вызвало резкое увеличение качественно новых потребностей управляющих систем в расширении информационных возможнос-

I

тей, оперативном анализе, средствах хранения и переработки данных и знаний. Поэтому очевидна актуальность перехода от. традиционных АСУ к сложным эргатическим комплексам - управляющим ин^ормационно-вычислительнкм системам, интегрирующих в себе все функции подготовки меню решений.

Шесте с тем до сих пор нет в общей теории систем методологии интегрированного представления организации системотехнических комплексов реализующих организационно-хозяйственные модели управления промыляенньм производством. Существующие подходы и методы, предлагаемые Аганбегяном А.Г., Алиевым P.A. ,Ереховым А.Н. ,Венделинш А.Г., Гринбергом A.C., Гла-дуном В.П., Мамиконовш А.Г., Кульбой В.В., Заикиным O.A.^ Синяком B.C. Поспеловым Д. А. и др. решают досконально только отдельные проблемы интеграции, включая общие закономерности принципа анализ-определение-вывод. Тем самым нет того комплекса, которыйjкак' система взаимосвязанных Факторов,можно было бы рассматривать в качестве общего мэхаяизма,считать методологией , предназначенной для решения проблем проектирования больших организационно-хозяйственных систем переработки информации и управления.

АКТУАЛЬНОСТЬ ТИ.Ы ДИССЕРТАЦИЙ заключается в необходимости восполнения пробелов, имеющихся в проблеме синтеза слоящих многоуровнегых систем типа ЛС \ и, в первую очередь,в создании адекватного сквозного гатг-млтичяского аппарата от постановки задач до их реализации на уровне ор-ганизацки и планирования решения. Актуальность работы с точки зрения конкрэтнпх результагов вызвана целесообразностью разработки: - логико-инТ орадацеопного. аппарата целереатизацпи и целеобразоваяия в т-'нтегпггроралной АС/,

- математического аппарата оценки глубины автоматизации больших систем подготовки и планирования решения,

- Еивода формальных процедур определения логико-информационной связи задач в ПАСУ,

- методов оценки глубины автоматизации задач ЛАС/, очерёдности их внедрения,

- объектно-ресурсной модели системы обработки данных в 1.АСУ,

- математического аппарата вывода эталонного режима состояния и прогнозирования, поведения объекта управления ПАСУ,

- новых логико-математических методов организации решения в условиях интегрированных АСУ,

- разработки теоретико-групповых методов искуственного интеллекта на основе декларированного задания информации о состоянии объекта управ-} ления,

- методов решения задач сжатия информации применительно к ПАСУ.

- процедуры оценки периодичности распознавания и разрешения проблемных ситуация.

• ЦШ- РАШТы

Целью работы является создание единой методологии обработки различных видов знаний, представленных в форме логико-информационных отно-| иений, для проектирования интегрированных АСУ,

Данная проблема требует развития принципов системной организации пасу, в рамках которой должен учитываться открытый характер предметной области, постоянное расширение круга•решаемых задач. Важно, чтобы это осуществлялось не за счёт трудоёмкого программирования, а путём ввода декларативных сведений в удобной для человека *орме.

Реализация поставленной цели потребовала решение следующих вопросов;

I. Разработка общих методов и принципов построения моделей поведения объектов управления ИАСУ. При этом они долйш иметь структурную .основу, отрыгал структурный характер предметных областей моделирования ' Позд'шае пространственно-временно» подели отображения логико-

информационной связи задач в челогеко-маляшных системах управления производством, в основе которой лежит Л ¡Г как множество подграфов, отобраг.алцих реализацию конкретных функций управления.

о. Решение задач целеполагания и оценки глубины автоматизации задач НЛО1'" как одного из видов организационно-хозяйственных ни!ортацнон-ных систем.

4. Разработка модели идентификация системы с переменной страту -

рои гнотестЕокно-пространстсенного типа. При этом модель должна учитывать гно'-'естяо всех допустимых возмокдах состояний её структуры и допустимые переходы от одного состояния к ^ругону.

0, Создэч^е алгоритмов синтеза структуры СОД как объектно-ресурсно"' '.годели распределения задач ПАСУ по узла».! обработки информации, которая удовлетворяет как условиям логико-ин:;оркационной связи задач, так и ресурсам каждого узла обработки кнгормации. методика должна учигывап вкбор КТС 1ЖГ на. базе использования характеристик распределения потоков запросов, обрабатываемы системой и оценки времени реакции в Еиде альтернативных конфигураций сети и вариации разных уровней архитектуры.

6. Разработка принципов и методов формирования эталонных pam.roв оценки состояния и поведения объекта управления, отракащих внешние и внутренние таТ-орлационные модели в ПАС'/. Эталонный режим должен отражать совокупность свойств, мехэлементкых отношений и характеристик, агор'»улиро ванных на уровне проектирования принятия решения по управлению.

7. Создание теоретических методов и моделей распознавания и раэ-реаения'пробле:гкых ситуаций в системах автоматизированного управления, "спользукпртх принципы логико-информационного подхода.

НАУЧНАЯ НСР.^НА пол.ученных в работе результатов состоит в следующем :

1. Разработаны оригинальные метода реализации мета-процедур вывода решения средстваг.тк проблемных ситуаций.

2. Епервые показано, что мета-процедуры анализа многофазной оценки ситуаций в условиях планирования сводятся к модели линейного сравнения параметров по принятому базису, что позволило разработать логико-ингормационную модель подготовки и планирования -решения в условиях неполной информации.

. Э. ."оказаны теоремы оценки глубины автоматизации, допустимой при сложившейся структуре прмчино-следственных отношений в моделях управления объектами "АС-У, оС - ситуаций и теоретико-ыно.тественный аппарат перспективного контроля, анализа и прогнозирования состояния рбъекта управления,

4. Разработаны новые эффективные алгоритмы упорядочения многест-*

ва задач и их комплексов в ИЛСУ, предложенные алгоритмы открывшот воз- . мощность реализовивать процесс и очерёдность разработки задач КАСУ не только по .функциональному, но и по информационно-логическому принци-| пу, что'значительно упрощает решение проектных вопросов при построении! ¡'-АСУ в целом.

5. Построена модель информационной связности задач ПАСУ, позволяющая выявлять общие для этих задач подмножества информационных модулей. При этом модель учитывает все возможные информационные связи: подсистем, обращений, экземпляров, массивов, что позволяет утвер/дать, что данная модель является достаточно полной при выборе и обосновании проектных решений формирования системы обработки данных в пасу.

6. Предложена модель идентификации системы с переменной структурой мно^ественно-пройтранственного №па. Сформулированы и доказаны процедуры сценки.времени.реакции альтернативных конфигураций и вариаций разных уровней архитектуры системы.

7. -Предложен метод диагностики ПС на базе модели прогноза скорости тешов роста основного производства по критерию минимума суммы времени разрешения и распознавания проблемной ситуации как выражения [¿'(М) + -¿г(Мт,е' обобщённый критерий для всех классов ПО.

0. Разработан метод гормального распознавания и разрешения проблемной ситуации на основе нногествепного модели идентификации значенч;! реальных признаков объекта с ранее установленными по эталону.

Построена модель проблемной ситуации как скстсуы

множества целеГ:, свойств, оператора решений. Применительно для КЛС проверена типизация проблемных ситуаций.

1С. Разработаны метода тормализащ:т сгатия информации при ;орт-рованни модели прогноза состояния объекта ул."'''. Построен алгоритм оп-роделекия возмо'чгых <*аз контроля и наделения зоны контроля и прогзгоз''-ровения в загасшостг от состояния объекта в контролирую.®»! дискрет вгемснм,

II. Ггля реалкзацгаг оператора решения ПС разработан математический аппарат процедур логики средствами теории категорий и функторов.

!Ы З'У'^'ГУ ЫШОСЛТСЛ следукцие положения диссертаций!шоп работы:

1. Модель логико-::н«'ор'ацконноГ связи задач как логкко-инф орм.шо>-онны2 гра;> состоящий из нескольких подграфов, отобрам.амцнх реалпза>"мо

•угап^ упр влекмя через процедуру оценки глубинк автоматизации зпд.-ч легнко-мн'ормпронкрй модели V. очередности внедрения задач по критерию максимально!", эффективности.

Методика синтеза структуры ^ОД как объектно-ресурсно"; модели распределения задач !1ЛСУ по узлам обработки ин'ормации, удовлетворя?)-

как условиям логпког'Ш-фор'ационной связи задач, так и ресурсам какого "3 узлов "СЛ.

3. ¡.?теттк»госки.Ч аппарат интегральных характеристик, как етдлот оцени; поведения и состояния объекта управления.

методика анатмзг и с;ягтеэа оценки состояния объекта управления в п?гегр':гога:-_иых Л7-г средствами аппарата проблеттшх ситуаций / ПС /.

о. ..'одоль ррспоонавакчя к разрешения ПС как аппарат иденти'икат.п о«гч<?г'*Л розлччег п>ч?зкаиов объекта с ранее установлотпзои по эталонно- у ре г у с- учетом прогноза скорости темпов роста основного прогз-

- е -

водства.

6. Методика формализации рефлексивного процесса вывода ПС, состоящую из последовательных процедур реализации и анализа семичленного силлогизма.

7. Принцип описания процедур рефлексивной логики средствами категорий и Функторов, модель подъязыков рефлексивного процесса на базе КС-грашатик.

ПРАКТИЧЕСКАЯ сНАЧ^.ЮСТЬ РАЮТП

Аппарат исследования и проектирования больших систем на базе логико-ишормационных методов позволяет решать вшеперечисленные зада-| чи. Изложенные в работе результаты открывают принципиально новые возможности реализации задач управления объектами как по отклонению, так и по оценке перехода объекта из состояния в состояние.

Подели представления ¡IX, как аппарата контроля состояния объекта в функции времени, алгоритмы вывода ПО для стандартных решений по управлению, которые ограничены условиями возможных реализаций, модели достижения целей функционирования систем, позволяют существенно упростить процессы принятия решений.

Полученные результаты нашли своё применение при построении систем управления проектно-конструкгорскими разработками в в глобальных структура;« типа транспортный узел или предприятие и локальных систем на уровне цеха и малого предприятия / Приложения 1,2/. Исследования последних, лет показали возможность использования результатов работы не только в больших системах, но и. для создания моделей управления, локального типа, что расширяет синтез информационного обеспечения систем управления в технике 2Ш пятого поколения /Приложение 4 /.

РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ ВНЕДРЕНЫ;

I. В "Центр-СУ" Госкомоборонпрома при создании методологии проек тирования интегрированных АСУ.

!!. В "ЦГОШ-Пентр" Минсудпрома ПСПР при разработке ППП систем оргп-нцаацад и 'оизводогра объектов "0»'ЛЛП" гг "ООДУЛ^Ш}".

3. В Акэ,цента народного хозяйства СССР для моделей управления транспортным узлом /Удостоверения ВДЕС Г 3-3CS,3IC5 /.

4. В организации "Гдавтюменьгеология" при создании систем управления разведко" месторождений газа и нефти, прогнозирования состояния геофизических объектов в условиях нефтедобычи.

D. В ГТШ-П Пт'нлегпроиа СССР для реализации проектов Генпланов.

6. В технической документации 4нркн ГО!-? как Ш1 оценки состояния объекта правления.

7, В учебном процессе для студентов специальности 22.01. к-чк совокупность учебных пособий и методических указаний по лабораторным работам, курсовому проектированию, практическим занятиям.

птт/^ж и аппрсеацЛЧ РАЕОХК

Основные результаты диссертации опубликованы в 6.1! печатных работ включая 3 монографии, в той числе 3 из mix в зарубежных изданиях. Материалы диссертации я её отдельные части представлялись :

- на 1.'е.-,дународно1;| конференции "Лнфортатика и внешняя торговля",ПНР, г. Гдыня,Т977г,

- на международном совещании по проблемам информатики и БТ, ЧССР.Праг:1 1991г.,

- на 6-ой П'коле-сем»яаре "Снстемология и её применение", АН СССР, Звенигород, Т981г.,

- на V Всесоюзном семинаре "Проблемы системотехники",АН СССР,Л.,К'Рсг,

- на семинаре "Представление знани'1 к системах искусственного интеллекта", АН УССР, Киев, ГС87г.

- на конференция " Перспективы развития систем искусственного интеллекта", .К"ев, АН СССР,1909г.,

- на Всесоюзном сен-ч-отре "Ледовое сотрудничество п автоматизация про--зводстм", Л., АН СССР,1990г.,

- на "©■"дународном семинаре "Методы и средства представления знаний", Л. ,Знание, 1990г.,

- на секции "Кскуствекньш интеллект",All СССР,'!,, 1990г.,

- па Ассоциации Системотехников в семинаре "Знание- Диалог-Решение", Л. ЛДгГШ, К-91г., ' ■

- на регионально.", конференции "Методы и средства представления знаний" .1. ,Д?5ГП1,1С 92 г.,

- на Мег--дународном семинаре " Интеллектуализация систем баз данных", Калининград,All СССР, ГСОЙг.,

- на ,'егдународном семинаре "Системный анализ и экономические стратегии управления", СПб, ЯЛТУ, 1994г.

Кроме того поставлены и прочитаны курсы "Проектирование подсистем и звеньев АСУ" в Куйбшгегском политехническом институте /1992г./,"Методы моделирования и представления знаний" в Тбилисском политехническом институте /1903г./, курс "Моделирование знаний" в Рижском политехническом институте / IС02г./, цикл лекций "Системный- анализ" в Горсис-темотехшке г. Киева / 1с 90г./, курс лекций по моделированию проблемных ситуаций в Институте математики и 3B!.i РАН /г. София, 1992г./, и б Институте вычислительной техники All ЧССР /г. Прага, 1094г./, прочитана серия докладов на тему "Прогнозирование поведения объектов управления" в Гунбольтовском университете /г. Берлин, 1093г./. СТРУКТУРА .. СК.1. Д.ССЁРГАЦ.^

JVcce-ртац'ля состоит из введения, шести- глав, заключения, списка литературы, в который вкючены 23«? работы отечественных и зарубежных авторов, пяти приложений, подтверещаюцих внедрение полученных результатов.

Объ"м диссертации.377 страниц текста, 60 рисунков, II таблиц, список литературы на 17 страницах, Приложения общим объемом в 123 страницы

садср..:ди:д pabctu.

/уссертеция включает в себя три основных теш-части: организация и построение ПАСУ /Главы 1-3/, разработка методов и моделей анализа состояния и поведения объекта управления в ПАСУ /Главы 4-ез/, распозна-ган^е ft рг;<реш9ние проблемных ситуаций в органчзацкотю-хозяйстьси-

ных системах / гпатВ б /.

ВВВДЕШЕ посвящено обоснованию актуальности работы, сТор.!улирова-на цель и основные результаты работы, отражена научная и практическая новизна, дано краткое содержание по главам, положения,выносимые на защиту. Кроме того приводятся оценки значжости работы и перечень организаций, гдв были внедрены её результаты.

В ГЛАВЕ 1 вводятся основные понятия, дан анализ и обзор известных методов организации и проектирования организационно-хозяйственных систем типа АСУ, показано место 1'АСУ в этом классе систем.

Интеграция в АСУ долгна предусматривать адаптивность её структуры в процессе функционирования системы и её взаимодействия с внешней средоП по всему циклу создания производственного продукта. К основным принципам интеграции относятся:

- иерархическое построение системы управления из элементов обработки информации с выделением уровней цех-производство-предприятие-объединение,

- единство централизованного банка данных с совокупностью локалыг:; информационных баз,

- единство формирования исходной информации и многократность её использования,

- агрегирование и дезагрегирование информации. по запроса.! на всех уровнях организационной структуры,

- единая методология проектирования элементов и задач АСУ по всем уровням управления на базе логико-рефлексивного моделирования.

В общем случае, процесс интеграции в организационно-хозяйственных системах сводится к поиску отклонений состояния объекта от эталонного режима и подготовка решения. При этом возможны следующие типы интеграции:

- горизонтальная, когда У-ункции управления АСУ рассматриваются на одном уровне, а процесс принятия решения реализуется на основании информации о взаимосвязи этих функций,

- вертикальная, когда интегрируются однородно уункцииуправления двух

и более уровней, а процесс принятия решения и распознавания проблемной ситуации реализуется на высшем уровне по интегрированной ин^орла-ции всех функций,

- пространственная интеграция обеспечивает распознавание проблемной ситуации и подготовку решения по всем функциям и подсистемам на одном уровне управления,

- временная интеграция подразумевает интеграцию управления на уровне временных интервалов, что даёт возможность обоснованно решать задачи управления по схеме время-ресурсы,

- Функциональная интеграция заключается в создании моделей АСУ,

■ предусматривающих единство целей и их согласованности по схеме критериев решения задач данной функциональной подсистемы,

- информационная интеграция ориентирует АСУ интегрированного типа на единую базу и банк данных, причём реализуется принцип инфорла-ционно-логического упорядочения множества задач при проектировании систем,

- программная интеграция заключается в создании совместного и взаимосвязанного комплекса моделей, алгоритмов и программ на базе единых математических методов и операционной системы,

- организационная интеграция обеспечивает распределение ьункций принятия решения и их огранизацию при выводе проблемной ситуации на межуровневом взаимодействии элементов системы управления,

- техническая интеграция определяет ¡{ТС ИАСУ, в. которой эюот комплекс представляет собой единую сеть ЕШ центроидного типа, обес печивамцую сопровождение баз данных и знаний на основе единой ОС по всем уровням интеграции ИАСУ.

Таким образом,'ИАСУ представляет собой человеко-машинную систему, реализующую постановку и решение задач управляющей структуры, которые осуществляются благодаря накоплению,хранению,обработке и передачи опыта мышления в условиях производственно-хозяйственной деятельности. Понимая под управляющей структурой совокупность линей-

них блоков принятия решений /ЕПР/, связанных отношениями подчинения и -коммуникациями, отметии, что они рассматриваются как интегрирующие блоки на своём ярусе управления и по сути являются в совокупности подсистемой "Руководитель". Неудовлетворённость управленческого персонала уровнем адекватности решений, поиск эффективных средств выявления проблемной ситуации и её разрешения на всех уровнях управления и лостави-1 ли задачу общей интеграции, когда в такой системе стало бы возможным получить совокупный э'гекг функционирования,превышающий сумму эжектор; реализации отдельных подсистем АСУ, работающих автономно. В&уно заметить, что интеграция на базе системного подхода в НАСУ есть не что иное, как теоретически обоснованное восстановление объективно существующих информационных связей в объекте управления средствами ВТ л ЕМ,'. ,

Такш образом, перед автором встали задачи вывода элемента ИАСУ, построения механизма информационного взаимодействия этих элементов, разработки модели глубины автоматизации задач ИАСУ и очерёдности их внедрения.

ВО НГ0Р0/1 ГЛАВЕ предлагается принципиально новый подход к организации ИАСУ, основанный на формировании логико-инфорамационного гра.а задач /Л1Т/, которые определены как Функциональные задачи, охватывающнг все '"азы управления. При этом узге на первом этапе проектирования разделяются автоматизируемые и не автоматизируете задачи, что позволяет строить ИАСУ с учётом оценки глубины автоматизации.

В основе модели проектирования летг.ит множество функций управйенич

и

'"десь \Л/г" - эЬ'ект, получаемый от реализации I -задачи по /

-задачаj -ft функции автоматизируема проливном случае

функции управления, $ С J -множество задач ¿. -го типа в У-ой функции управления. При этом:

{I-если г О - вп] ^ > Г I - если Z > О

F U) - £ 0 _ если z= о

Учитывая логико-;:н;ор.!ационную связь задач, которые реализуются > на одном или нескольких уровнях ''АСУ, каждой j -Pi Лункции можно поставиТ| вить в соотвествие 1лно:~ество взаимосвязанных задач. Таким образом фор—| мируется JUT, который представляет собой ОР-грат, состоящий из несколь ких подграфов, отобра-ающих реализацию конкретных функций управления. При этом, основное направления его дуг задано направлением кунтура функционирования системн. В связи с этим особую актуальность приобретает разработка методики информационной связности задач, инвариантной к структуре СОД.

В работе предлагается в качестве меры информационной связности объектов и задач использовать функцию трёх переменных

где >Ьг)(Qi, ¿J)- информационная связность объектов Qi и Qj через Н-и элемент СОД, Сп (3 ¿^jCnffij)количество обращений к Л -му элементу СОД соотвественно от Qc и Qj , Хп~ количество информации, содержащейся в !) -ом элементе.' Такое решение позволяет уке на первых этапах проектирования ИАСУ ввести понятие ш как массива, показателя или документа, который является общим для нескольких задач. Тогда подмножество ИМ, об«5их для задач Pq. } определится как

Ф f^aFJ) = (fjeKC^) п г| МШ)

подмножество Ш из массива W,связан1шх с задачей

dec

ф подмножество ИМ из массива Ш f> у, »связанных с задачей QpJ

^ Кб ~ число -массивов, используемый при решении задач подсистемы

¿к S

у> - число массивов, использованных при решении задачи в подсистеме^,

Степень информационной связности задач Qfi- и Qp- определится как

где 4/ - общее количество Ш

- количество экземпляров задач с(п ftp) ~ кРатность обращения к экземплярам 2 Км задачей" и QpJ Т ~ количество информации в экземпляре 2 ИЛ

f1'еслиШ ^^fif^aPJ)

L О в противном случае Jj - степень информационной связности задачи QQ с подсистемой^ определится как ^ ^

ф ftie, А) йг (Оес- j)JI"? Жг

где С?£ } Ур) - кратность обращения к экземпляру 2 Vl'^f) задачи ¿Kgt' и подсистемы

^ Г1, если^

L О в противном случае В свою очередь степень информационной связности подсистемам^ бУДет ' у £п __

1п7 DC*?z

где Си zffyj?)- кратность обращения к экземпляру Ш cjiitio^

f I, если Ш ¿¿г?^ ¿__ 0 в противном случае Полученные результаты дали возможность сформировать модель построения ЛИГ связи задач ¡'АСУ, примеры которых приведены в разделе 2.3. данной главы.

В обгцло методику построения ЛИГ важно включить оценку глубины автоматизации задач 1ГАСУ по всем контурам управления. Задача состоит в том,чтобы определить, кан©е распределение работ^-^ j -го год"р?.;а

- I6_

Mil1, при котором данные критических путей, соотвествуюн.им сетевым модели.! были бы минимачьными:

В разделе 2.-1 предложен эвристический алгоритм определения оптимальной глубины автоматизации задач КАСУ, даётся его описание и примеры реализации.

Однако, такое решение было бы не полно без учёта очерёдности введения задач ПАСУ/контур управления. В общем виде эта проблема формулируется следующим образом: упорядочить множество I задач на 2 подмножеств классов, в которых задачи ИАСУ не связаны маэду собой смекной шфорлацией.

Решение основано на графо-аналигическом методе, построении информационного графа и анализе матриц смежности. Для получения графа, упорядоченного по классам задач, строится матрица инцеденций ^ размером /1 где номера строк - номера вершин /задач/, а столбцов - номера стягивающих дуг. Автором разработан алгоритм и программа

due

для упорядочения множества задач ИАСУ по процедуре выбора очерёдности их внедрения по критерию максимума эффективности.

Таким образом, автором диссертации предложена методика организа-(ции ИАСУ, в основе которой лежит определение задачи, как основного элемента управления подготовки и реализации решения в ИАСУ

В ТРКТ1ЫИ ГЛАВЕ продолжены решения, связанные с' методологией проектирования ИАСУ в части технической реализации системы обработки данных в модели знание-планирование-решение. Обычно структуры сложных систем представляются через гра^о-матричные отношения. Тем не менее учёт ■ одновременного наличия многих различных по своей природе связей между элементами ИАСУ приводит к необходимости использования гиперграфов или

многомерных пространственных матриц. Любая многомерная матрица с элемен **

теми из„С может быть представлена операндом модели^ или описанием системы как частного случая статической модели, приведенной в главе 2. Учитнроя, что каждая задача ИАСУ обеспечивает реализацию одной из

\

Функций управления, структура ПАСУ может рассматриваться как набор функционально-технических компонентов, объединенных причино-следствен-ными связями. Причём тер.шн "связь" в этом случае понимается не только как информационное взаимодействие элементов СОД, но и как пассивное физическое вхождение одних элементов в другие.

При таком подходе к СОД как к объекту проектирования, этот процес может быть описан цискретной структурой вида

где подмножества интерпритируются следующим образом: X - множество функций обработки информации, выполняемых одним элементом СОД, котори"; определён как функциональный элемент / ФЭ /. $ - множество причино-следственных связей элементов ФЭ. 2 - множество технических элементов структуры СОД / ТЭ /.

Таким образом, задача оптимального синтеза СОД сводится к задаче дискретного булева программирования:

Пусть тлеется М2[Х/?! 2/ Р$ где М - конечное дискретное

мнопество. Р; ^ - подмножество М . X ~ функциональные

элементы Ф?, г3 - связи ФЭ, 2 - технические элементы ТЭ, Р - параметрические характеристики ТЭ.

Задача оптимизации структуры Ш возможна на пути синтеза структуры ОП множеством парето-оптимальных решений. Выбор парето-оптималь-ных решений или варианта реализации СП зависит от системы субъективных предпочтений проеятировпр'ка, которая формализуется через аппарат построения интегральных критериев. При наличии корректно построенного интегрального критерия возможно в автоматическом режиме перебрать все допустг-гмьге варианты, входящие в выпуклую оболочку множества Парето и выбрать .наилучший по интегральному критерию или. не применить в процедуре выбора специальные алгоритмы, использующие особенности предметно!! области для сокращения перебора вариантов..

Для ускорения работы диалоговых процедур возможно применение различных методов прямого поиска. Если свёртка частных критериев задана

В№Ле £ сд, ¿ =

«г

где Р с, - 1-й показатель, количественно характеризующий критерий опт и--* ыизации, -вес 6 -го критерия, или минимизирующего показателя, характеризующего его возможности /предпочтительность/ относительно других критериев, то меняя значения о ) б - ^^ в целевой функции проектировщик может просматривать всё множество Парето-оптимальных решений, про- , иэвольно или с использованием автоматических градиентных процедур, выбирая точки на выпуклой оболочке множества Парето.

В нашем примере для двух минимизируемых показателей запишем:

г'Де Р/ / - показатели ТЭ. Причём возможны варианты алгоритмических/ решений поиска оптимальной структуры ОП в зависимости от выбранной формы частного критерия Р. 5

Исходя из того, что основным элементом ПАС7 является объектная задача, оптимальное распределение задач /объектов/ ПАСУ по узлам обра-; ботки информации СОД имеет следующую содержательную постановку: необходимо найти решение,при котором суша свнзей между узлами систем! была бы минимальна и соогвествовала следующим условиям: I. каждая задача входит только в один узел, 2. количество ресурсов узла не должно превышать заданного значения, 3. отдельные хадачи могут быть размещены только в определенных узлах системы /условие соотвествия/, 4. отдельные задачи не могут быть размещены в разных узлах системы /условие не- \ разрывности задач/, 5. отдельные задачи не могут быть размещены в одном

узле системы /условие несовместимости задач/, тогда целевая Функция и-( и <

имеет вид: <- ^, -у __■. л , /

Л: ефе

Ы е

где Сс^ - мера связности объектов С и ^ . При этом существуют ограничения:

Каждая задача должна входить только в один узел Допустимое число задач, размещаемых в катдом узле

с-1

- Г9-

где максимально допустимое количество задач, размещаемое в £~-.

ом узле. Ограничение на максимально допустимое количество расходуемых в каждом узле ресурсов запишется как

х,-е 4ве} J 0) в=£ь

где ^е} ~ потребность в ресурсе ^ -го типа при решении ¿ -ой задачи в -ом узле, в 6] - количество ресурсов j -го типа в -ом узле.

Реализация предложенного подхода была формализована эвристическим алгоритмом и решена через метод последовательного склеивания верганн и рёбер исходного гра)а состояний с одновременной проверкой выполнения ограничений.

Исходя из изложенного, автору удалось разработать методику анализа и выбора КТС ИАСУ с учётом характеристики распределения потоков запросов, обрабатываемыхсистемой оценки времени реакции в виде альтернативных конфигураций сети. Приведены практические пример! реализации структур ИАСУ в СОД централизованного,децентралиэованногои матричного типа.

ЧЕТВЁРТАЯ ГЛАВА развивает логико-информационные представления СОД применительно к обобщенной модели оценки поведения объекта, формируемой как результат анализа информации не только о собственно объекте, но и внешней среде, целях и задачах системы в целом. Такую модель обычно принимают за некоторый эталон, который совокупно отражает идеальное состояние объекта на данный момент времени или за определённый проме.чуток времени.

Понятие "эталон" обычно связывают с какой либо образцовой мерей, служащей базой для оценки параметра, процесса или результата принятия решения'по управлению объектом. 3 общем случае будем ,считать, что эталонная информационная модель представляет собой отражение реального объекта во реей совокупности его свойств, межзлементных отношений и характеристик. В слуше КАСУ внешняя эталонная модель представляет собой двойной сетевой грабив совокупности сети работ и сети ресурсов. Дискретный учат каждой работы на уровне планирования решения приводит к необходимости построения 11Х, которая строится с учетом топологии

и параметров сетевой модели.

Суть интегральной характеристики, состоит в совокупном описании выполнения работ по знцаннсму показателю в функции времени. За внешнюю, информационную модель, на базе которой форлируется интегральная харак-' теристика, мо~но принять любое "орлальное описание процесса выполнения, комплекса операций. Наиболее полное и адекватное отражение реального • реального процесса, его колическтвенных данных по времени,ресурсам, технологии и логике отношений между элементарными операциями содержит сетевой гра.кк. Такой сетевой график является эталоном внешней информационной модели, поскольку с его помощью реализуется рациональная технология производственного процесса, который оптимизируется по всем временным и ресурсным данным предприятия на базе плановых показателей,: установленных для данного периода или цикла деятельности. Вместе с тем дискретный учёт каждой работы на уровне принятия решения приводит не только к чрезмерному усложнению процедуры контроля и анализа, но и к невозможности адекватного решения на оперативном уровне даже при использовании современных средств вычислительной техники, В этих условиях при разработке процедур автоматизированного контроля и анализа хода производственного процесса возникает проблема разработки обобщённых моделей дкнамиют поведения объекта, соотвесгвующих внутренней информа-Iгионной модели, в качестве которой и выбрана интегральная характеристика. Последняя интегрально отракаег все свойства и особенности конкрет нога сетевого графика как модели управляемого процесса. Предлагаемая постановка учитывает всё многообразие производственного процесса, его логику, приздшо-следственные связи, технологию и неформальные решения на уровне ПЕРГ-системы, вместе с тем осуществляется,вся совокупность контрольных процедур по любому параметру производственного цикла или г, к множеству, допустимы процедуры экстраполяции состояния объекта управления как прогноз поведения объекта во времени, определяется допустимая зона возможных значен;:!: контролируемых параметров, анализ производственного процесса в любоЛ момент времени. При этом оценка состояния и

поведеиия объекта управления и процедуры прогноза построены на базе дуальной модели ПЕРТ-интегральная характеристика, где ПЕРГ описквает принятую технологию Для данного объекта или процесса средствам дискретной математики, а интегральные характеристики выводятся из сетевой модели через интегрально-дифференциальное исчисление.

Основным понятием при оценки состояния объекта управления определена "элементарная работа", т.е. работа, совершаемая матду двумя со-|

бытиями в сети и выступающая как независимый показатель. При разра- 1

]

боте графов, описывающих производственник процесс, выбирается рацнсиал• льная детализация,степень детализации, Укрупнённая сетегая модель сбы-; чно предстваляется в виде совокупности фрагментов, которые в свою оче-' редь описываются еетшлг-подтрагменгами. В основу подТрагмента и- положена элементарная работа, выполняемая одним блоком ресурсов. С-бъём ка?дой работы распределяется в заданном промегутке времени, определяемого моментами с вершения начального и конечного события. С достаточно!*; для практических расчётов точность/о можно принять это распределение линейным. Тогда интенсивность выполнения элементарной определится кп:-г

а - - (и у)

где Огг - продолжительность рабочей смены, /7 - среднее число трудового ресурса в смену, 2 - средний коэффициент перевыполнения сменных норм, / число рабочих смен в день, Л -коэффициент на учтённых потерь времени.

В соотвествии с топологией сети в пределах интервала одновременно могут выпрлняться несколько элементарных операций. Суммарная скор рость одновременно выполняемых работ в интервале определится как

где ^^ - скорость выполнения € — операции на J -интервате Реальную характеристику распределения объема работ по времени пред-

- -

ставим в виде линейно-кусочной аппроксимации, как интегральную сумму

Здесь - объём работ, выполняемых в у -интервале времени, Д^.J -длительность у -го интервала

Такой подход основан на учёте естественного квантования временной оси моментами свершения всех событий сети. Предельный переход даёт выражение: ^

]/(1)^естщ V: =£с*и)ыг (м)

у О г

который допустимо аппроксимирует линейно-кусочную характеристику реаль-« ного процесса. Последнее выражение и представляет интегральную харак - ' теристику распределения объёмов выполнения работ в сетевой модели выполнения комплекса технологических операций объекта или процесса. От- ■ метим, что большинство технологий промышленного производства, строительства, транспорта, а для управления - к задачам оперативного контроля,. планирования и прогноза адекватно описввается именно сетевыми графиками в среде ПЕРТ. Получены формулы для расчёта и построения прогнозных моделей поведения объекта управления в ПАСУ для режимов с передним, задним и нормальным фронтом работ. В качестве обобщённой мбдели определения объёма работ в объекте управления принимается вы- . ракение' , ,

О (к5)

где - объем работ, установленный плановым расчётом за данный

временной интервал, & - коео^ициент повышения точности аппроксимации' "£: - текущее-время, ) Т^ - постоянные ко»: Ьициенты

- '¿ А.

Данное решение соотвествует бесконечной детализации сетеврй модели пр. цесса в случае бесконечной детализации работ при ,

Проведённые исследования сетевых моделей объектов управления а интегрированных АСУ строительства, машиностроения, проектирования позволили вывисти ряд типовых интегральных характеристик, трактуемых кал. эталонный режим для объекта данного класса вида время-ресурсы. 'Все они базируются на едином классическом описании движения объекта во вро мвни при его переходе из состояния в состояние средсвами дифференциальных уравнений второго порядка с постоянны,от коэффициентами:

г* ¿У

т* ш+т< я+ ? . Ш)

■ Ъ = Т3 + Тч ; ТД Тг + Тч

Для характеристик с нормальным фронтом работ справедлива модель вида (1/> 5) > которая является обобщением. Частные случаи характеристик с передним и задним фронтом работ описываются соотвественно моделями и :

. ст

Тз

Как частный случай идеального поведения объекта допустило рассматривав и линейную модель вида (^.3) .Однако опыт показал, что такое решение практически не применимо и характеризует только частный случай дву:-.-событийной сети. Сказанное в упрощённом виде может быть проиллюстрировано -примерами на Рис. 4.1. эти характеристики являются эталонным представлением для организации процедур прогноза и контроля в ПАСУ.

-6 о ¿/и

Нормальный фронт работ

i и

0 1м

Задний фронт работ

V' i/,и

0

Передний фронт работ

О

Линейный ,-ронт работ

Рис. 4.1. Типовые интегральные характеристики

распределения работ объекта управления

- И5 -

Предложенный в настоящей главе аппарат распознавания поведения и состояния объекта при оперативном управлении, прогнозировании и организации принятия решения,как показал опыт и результаты внедрения, удов -летворяет требованиям адекватности описания моделей элементов ПАСУ и точности в оценке состояния объекта управления.

ГЛАВА ПЯТАЯ посвящена разработке моделей контроля и анализа состояния объекта управления в Форме логико-сетевых представлений. Разработаны шесть основных интегральных характеристик, из которых в качестве эталонных принимаются время-ресурсные переходы объекта из состоя- ; ния в состояние. Модель, указанная выше представлена в Методологии семиотического моделирования СР АН СССР,Новосибирск,1£87г.

Решение задач контроля и анализа состояния объекта управления является необходимым условием создания интегрированной АСУ. Этот контроль может осуществляться двумя путями: непрерывно и дискретно. Для выработки управляющих воздействий в большинстве случаев необходимо получить информацию о ходе производственного процесса в определённые моменты времени, но таким образом, чтобы при каждом последующем контроля осталась возмо.таость принять решение, обеспечивающее выполнения комплекса операций в заданные сроки. Контроль в ЛАСУ предполагает как собственно контроль состояния объекта, так и прогнозирование его состояния на следующий период.

Выходными параметрами реального процесса в объекте управления является объём производства, затраченные средства, ресурсы, динамика капитальных вложений и т.п. При этом процесс управления в основном связан с оценкой скорости протекания выполнения комплекса операций и оценкой его состояния в данный момент времени или за установленный период. Контроль состояния объекта предполагает оценку по совокупности всех контролируемых параметров и установление причин перехода объекта из состояния в состояние.

В связи с изложенным представляется целесообразным рассмотреть

вопрос о-разработке алгоритма контроля, базирующегося на характеристиках интегрального распределения работ в виде ПЕРГ-системы, описывающей принятую технологию исследуемого процесса наиболее полно. Указан ные характеристики определяют адекватно процесс движения объекта к заданной цели. Действие алгоритма контроля основано на сопоставлении семейства характеристик, соотвествющих допустимым максимальной, фактической и минимальной скоростям протекания процесса производства, "эктическая интегральная характеристика строится в ходе выполнения комплекса операций и определяется рэальными продолжительности® выпол- , нения работ. Прочие характеристики соогвествуют принятым в системе ПЕРГ оптимистическим, писсимесгическим и наиболее вероятным оценкам рыполнения ка*дозй операции. В основу алгоритма положен принцип, в со-, отвествии с которым очередной момент контроля должен выбираться таким образом, чтобы при са-шх неблагоприятных условиях, сложившихся на объ-; екте после предыдущего контроля, для выполнения оставшегося объёма ра-; бот было бы достаточно времени до принятию решения, адекватно приводящего объект или процесс в наиболее вероятное или идеальное состояние.!

?а момент первого контроля принимается как разность ме.тду^/,^1 Бременем планового достижения объекта заданной цели и временем наиболее вероятным для этой процедуры:

Гля ¿1 фиксируется значение параметра по интегральной характеристике гак его Фактическое состояние ^ . Следующий момент контроля объекта ^ормируетсй из предположения, что его состояние остаётся неизменным . и соотвествует ^ = до наиболее вероятной оценки его последующего

го состоя1шя. Таким образом получается следующий момент контроля и определяется новое состояние объекта по Последующие ищут-

ся аналогично. Если в момент контроля реальное значение параметра ^¿(¿с)1* базовой интеграл!,ной характеристики совпадают, то дествие ал-горитмя прекращается. Полное совпадение VI в момент -¿! озна-

чает приход объекта в эталонное состояние и не вызывает управляющих вез действий, а следовательно и формирования процедур принятия решений по управлению. Об идентичности плановой и Фактической интегральной характеристик "Уср можно говорить по мере выполенмя ряда контрольных процедур, однако последнее не исключает контрольные операции и, как показал опыт, переводит процесс в прогнозирование состояния объекта на уровне подсистемы "руководитель1*.

Разработан эвристический алгоритм и реализован 1ШП для оперативного контроля и прогнозирования состояния объекта управления "АСУ, представленный на Рис. 5.1. Из особенностей алгоритма следует отметить следующее:

- Период между последовательными моментами контроля уменьшается по мере приближения к завершению комплекса работ,

- при цвух одинаковых объектах частота контроля выше у того, который блике к завершению,

- ускорение выполнения работ на объекте приводит к уменьшению числа контрольных опросов, а снижение объема работ наоборот приводит к увеличению их числа.

Развитие разработок по анализу поведения объекта управления ¡:ЛС'.' позволило вывести закономерность периодичности контроля по критерию минимума потерь:

[2-Н(П4,л1г.ппе)ЗА*Н(п<1пг.г.;Пе)£ (5.2)

Здесь: О - полное количество информации о состоянии системы, Н(П1,...П£^ - неопределённость знания о системе при выбранном числе контрольных опросов,

/у - количество информации, полученной в результате контроля, Л/ ~ стоимость получения и обработки информации,

- стоимость потерь, связанных с получением единицы недосаю-щей 7Ч1?ормацйи.

Стратегия выбфа ffl 5аз«зи1 характерце"

fUKU V<Ta,ít)

its усмбан

определить ti.rti + ùti.,

Вь/Ьача результат!

(ta ti,J

21

In |Пм'(((сл»ть"]

ößjlWiü'jy'i

Да

elë

ЙШресёлагёП iijiùlll

[ГЮййШмЛ Ra-vyíii-vül

г»o

JC

In,. ■ ИШрейШйЛ ! lílAonitdll

Да

iki алгоритм кепроры&вдо копиром

fbcó. ' блок-схема алгоритма многофазного контроля

При стационарном процессе накоплении информации получим:

Н(П1)пг ...пе)- Z Ci/ni . (S.S)

где Cl - постоянные, определяемые по интегральным характеристикам .

Величина первого шага контроля не зависит от "ормы и описания ' интегральной характеристики, второй и последующие шаги зависят как от . величины первого шага, гак и вида интегральной характеристики. При этом соблюдается необходимое условие достоверности экспертных оценок, принятое для систеш ПЕРТ:

- для трёх экспертных оценок

(sm)

- для двух экспертных оценок

ОГ) ) ^on ^ ^-i и-

ê (5-Ь)

Используя коэффициенты значимости экспертных оценок, принятых в системе ПЕРГ, для трёх экспертных оценок получил. Степень относительного расширения области контроля является нелинейной функцией величин!» первого шага контроля и , как показала реализация алгоритма-и экспериментальные расчёты, меняется в пределах £ £ Q è 2, Ц • Одно и то au значение первого шага при трёх оценках, соотвествувщее определённому значению суммы крайних экспертных оценок, может быть получено при любом соотношении этих оценок в рамках условия (5.4). £то объясняется тем, что исходное условие формирования первого шага (^ d) не накладывает ограничения на характеристику первого иага.

При известной вероятности выполнения некоторого события в плановые сроки •/¿^, определяется допустимая граница отклонения 4 от планового. Очевидно, нет необходимости контролировать работы, длительностью меньше, чем Д .

При оперативном контроле реального процесса заранее определить периодичность и число опросов системы в общем случае но предстаатяет-ся возчогним. "ля случая контроля в реткме опере;,хающего анализа могут

быть выполнены расчёты по определении количества опросов систеш. Та-тгке расчёты целесообразны, поскольку количество плановых опросов систе- • мы является некоторой деленной характеристикой модели.

При линейных "ункциях распределения работ по времени и неизменных ; ркспертных оценках продол^итнльностк выполнения комплекса операций, время очередного шага контроля в общем случае мог.ет быть представлена функциональным знакопеременным рядом:

+ .—37-й 4 --у,

Разработка предложенной модели показала необходимость организации ПНР по определённому параметру или группе параметров. Поэтому для ЛПР всех уровней управления ваяно соотнесение эталонного ре;;шма с реальным, т,е. формирование модели анализа соотнешений "А" и "Л " как совокупное-' ти локальных целей систеш с реально достигнутым результатом. Отсюда необходимо сделать вывод о проблемной ситуации разработки процедур в

ПАСУ и их распознаванию и разрешению.

Глава шестая ставит вопросы решения модельных ответов по про-•

блеме выбора ситуаций в анализе управления производстенными системами. Невозможность достигнуть заданной цели в установленное время с данными ресурсами вызывает конфликт, получивший название проблемы, а её оценка по заданному параметру и способу решения названа проблемной ситуацией ' /ПС/.

Понятие проблемной ситуации выводится из пары£л,А^ где А^ -гелаемое состояние объекта, А- некоторое условие, в зависимости от ко-, торого находится А*.- Не всякая пара А,А* заключает в себе проблему. Тау, если А^ получается непосредственно из А, то нет необходимости в поиске решения, поскольку оно заключено в условии. ПС детерминирована, когда известен эффективный способ достижения результата А^ из условия А. Следовательно процесс А,А^ = А А* интерпретируется как промесс построения логической рефлексивной модели связей мел.-ду А и А^ ус-

¿5". 6)

- У! -

транения инцетерминированности. Степень Еалности проблемы г.го;-..но оце нить по величине потерь, вызванных отклонением датой проблемы режима функционирования от эталонного. Гипотезой решения проблемы /II/ называется оператор УхСЦ!*) >где ^ - вектор параметров гипотезы /альтернативы/ реяения подпроблем, причём условия решения проблемы „,вт „л:

Следует отметить, что в практике управления встречаются неопределённые задачи, содержащие ПС с низкой ин; ормативностью, в ноторый мно;..е-стео целей, свойств и проблемы разрешения не структурированы, неполно представлены или в них присутствуют лолсные элементы /дезинформация/ Реализация таких задач осуществима в условиях риска изменения состоя ния объекта случайным образом через другие методы, выходящие за рамки данной работы.

Распознавание ПС понимается как выбор решения, устанавливающее принадлегность- её к некоторому'классу или подклассу-образу путём сравнения значений признаком данной реализации с ранее полученными. Правила распознавания вырабатываются на основе исследования объектов с известной принадле.-'сностью их различным классам /подклассам?/, обозначим набор классо /алфавит/ множеством:

где - к. ~ й образ объекта /ПС/,// - общее число распознаваемых обь-разов, входящих в данный алфавит. Обозначим совокупность признаков, которыми характеризуется алфавит образом через множество

еде /}/ - общее число признаков, / - текущий номер. Тогда каждому изображении, т.е. случаю появления той или иной ситуа* ции соотвествует совокупность значений признаков. Примем за - общее число различных изображений,^- номер изображения. Причём понятно, что класс принадлежности изображений или описание ПС 'ункцио-

т.е. о,р побора значений признаков данной реализации ^ г р4X {

нально зависит от набора ОС1 ~ -Г

- '¿с -

Проблема состоит в том, чтобы на основании обучающей последовав тельности создать такие описания образов объектов, которые позволили бы синтезировать алгоритм из их различения. Применительно к НАС7 сис- ' тема должна формировать описание классов в терминах признаков, характеризующих объекты обучающей последовательности. Кагдому признаку ставится в соотвествие элементарны* предикат определяющий наличие данного признака в анализируемом изображении, а кадцому изображению из обучающей последовательности соотвествует набор : значений элементарных предикатов ) , истинных для данного изоб- ■ ратения. В общем случае описанием изображения 7г? является конъюнкция

А'р^(зс) |

а описанием всех изображений, принадлежащих данному классу является , дизъюнкция V

о» ^CXJ

Те е.

которая называется исходим.? описанием класса. Исли ввести предикат ; обозначающий принадлежность изображения классу^ , то выраление

будет являтся логическим определением класса или образа. i

Предложенная методика распознавания ЙС легшт в основе построения ' концептуальной модели организации решения в ПАСУ. Такая модель связана с оценкой и идентификацией возникшей ситуации. Предлагаемое решение реализовано в виде ППП в "'All ГК НО СССР, per.*'." ¿1350К.

При реализации 'ункций управления ЛИР вьщвигает некоторую страте-; гию как совокупность возможных в сложившейся ситуации действий, напра-; пленных на достижение установленных в соотвествии с эталонным режимом системы показателей. Основная трудность формализации процесса выбора стратегии управления в многоуровневых иерархических системах типа ПАСУ, заключается в том, что большинство из указанных особенностей сводится ¡г не срмализуеккм, математически не описываемым в языке интегративных

качеств проявлений сложности системы, Основным приёмом выработки схемы концептуальной модели остаётся принцип рефлексии. Принцип рефлексии соотвествует характерному для процессов управления типу причинности, при котором причина и следствие связаны двусторонне. В этом сшс-ле принцип рефлексии можно рассматривать как информационно обратную связь, "ыслительно-языковая деятельность, подлежащая рефлексии, состо-1 ит из описания объекта этой деятельности её .постановки и описания задачи ^ , выбора,описания и реализации процедур, которые приводят задачи к разрешению -Л . Таким образом, модели рефлексивного процесса представляют собой описание в подъязыке // объекты, задачи и процедуры разрешения ¿(&(>)^ Ь[&), I .Приэтом внешние разрешающие струк-! туры представляют собой ре'лексивные внешние по отношению к ¿^ структуры, приводящие к решению задачи. Примером внешней разрешающей структуры является алгоритм.

Внутренние разрешающие структуры ¿'г'// описываются в метаязыке мЬ подъязыков ¿/^1Д д £ которые позволяют внешним структурам прц _ водить задачу к разрешению п)1) ^сп. Примером служит прямоугольностц декартовой системы координат, а её механизмом - теорема косинусов.

В работе сформулирован и формально описан рефлексивный силлогизм ■ как каноническая форма логического цикла, состоящая из семи этапов:

I. Метаязык . Формулировка метаязыка рерлексии. Фиксация свон ей субъективной позиции. Определение языковых средств, в рамках которых будет производиться рефлексия. Выбор метода моделирования и описания исходных данных.

■ 2. Предмет в языке . Постановка задачи л. ,описание

объекта моделирования о£ , описание внешних разрешающих структур,/ Введение

а, к, й в сферу метаязыка. 3. Подъязык £ . Выявление и формулировка подъязыков описания объекта. Нахождение и описание важнейших внутренних разрешающих структур Л в метаязыке мЬ {с/74) ,для чего мо>;:ет быть использован метод еомантичоских валентностей. Описание в подъязыках

соотвествующих предметов моделирования ¿04Ьк/Р); С/^)

1. Адекватность иди' антиномия. Нахлждение форм неадекватности подъязыков своим предметам, друг другу или мамим себе. Выявление противоречий, отвественных за эти неадекватности и семантических структур' имеющих указанные противоречия. Определение связей между противоречия- : ми и меоду соотвествующими семантическими структурами,

5. Снятие. Снятие обнаруженных противоречий через построение адекватных семантических структур, перевод внешних разрешающих структур во внутренние СП ^ >

6. Пересимволизация. Нахождение и описание нового подъязыка

основанного на адекватных семантических формах, образование собствен ной символики I '[м ^ м I ^ ') ]

7. Реализация. Решение поставленной задачи средствами нового подъязыка ¿, ^

Лалее цикл повторяется. Таким образом, получаем возможность адаптивно перестраивать модель знаний о ИАСУ в оперативном решме.

В работе даётся формальное описание подъязыков и методика их поро--?денияна базе КС-грамматик, что даёт возможность отражать и ¿/о£ через семантические валентности.

Семиотическая модель описания объектов с.;>ерн М объединяет описа-: ние объектов, необходто.шх для нормального функциогптрования системы уп- . равления. Обычно в системах известны элементарные объектвИ^ и информационные объекты и следовательно рефлексивная модель представляется как

где Т(Ш) -грамматика описания объектов с<5вры. Вазовые понятия X и И-от ношения Р- не расшифровываются через другие знаки и являются знаками, отражающими элементарные о позиций поставленной цели состояния об7-егта в виде, представленном в главе 3. Результатом работы модели 'горм"руется список объектов,свойств и назначений, необходимых для решения задач. Реализация подобного подхода представляет практический интерес с точки зрения построения баз меню и формальных решателей в

_ CD ..

в КАСУ при поиске взаимосвязанных пактов, явлений, подготовке и принятия решений и т.п.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ В диссертации впервые изложена методология проектирования ¡LAGУ на базе логико-рефлексивного подхода. Отказавшись от локального представления к проектированию элементов ПАСУ, когда процесс интеграции осуществляется через обобщение функциональных АСУ, автором предложена концептуальная модель создания ИАСУ в виде блока интеграции ff-ункцио-натгьных подсистем как подсистемы распознавания и разрешения проблемных ситуаций, известкой в литературе как подсистема "Руководитель".

Предлагаемая совокупность принципов, методов, алгоритмов в рамках общего направления проектирования подсистем и звеньев организационно-хозяйственных систем как сложных многоуровневых комплексов основана на математическом аппарате графа-матричных отношений, теории интегро-диф:ерецциального счисления, логико-ре^лсксивных представлений что мо.тет служить новым научным направлением в части дальнейшего развития теории распознавания и разрешения проблемных ситуаций в моделях подготовки и принятия решений. Этот инструментарий способствует расширению границ Формализации информационных процессов естественно-языкового интерфейса эргатических систем и комплексов, позволяет уменьшить сложность логических структур, время реакции на запрос и в кончном итоге - время синтеза интеллектуальных систем.

Основные теоретические и практические результаты диссертации заключаются в следующем:

■ 1. Выполнен аналитический обзор современного состояния в области техники и методов проектирования автоматизированных систем управления При.этом обобщение существующих подходов к этой проблеме позволило автору определить принципы интеграции и сфорлулировать основные типы интеграции применительно к такому классу объектов как АСУ, Ка базе общего подставления об АСУ как системы распознавания и ррзрезегшя Ш обоснован н pi ire,цел я качестве элемента интеграции блок-подсистем.*:

"ГУкоЕодктель".

<?. Разработана методика анализа сеязи задач в "АСУ на базе логи-ко-информациошого гра'а ЛИГ как Ор-графа из нескольких подграфов, отображающих реализацию конкретных функций управления,

3. Предложен метод оценки глубины автоматизации задач ПАСУ, позволяющий из множества возможных вариантов выполнения задач ЛИГ Еыбрать такой 3)° , при котором достигается /

4. Выведена единица проектирования ПАСУ, за которую принимается функциональная задача, как совокупность операционных задач обработки информации, характеризуемая замкнутыми функциональными связями по

всем фазам управления.

5. Разработана модель функциональной задачи, учитывающая неравномерное, распределение времени реализации локальных задач ПАС" по различным тункциям в контуре управления.

6. Выведен критерий информационной связи задач '.'АСУ, учитывэюпрй! свойства тирадагруеиости и многократности использования информации, Доказано, что оценкой кн'орчационной связи задач слугкт функция трёх переменных : ¿/ Д^) - £ (Сп (а1), Сп ГО/ ), 1п )

при (3 с, - информационная связность объектов 01, £?у через П -й элемент, С п (й^), количество обращений к П -му элементу

СОД объектов Ос и , Хю -количество информации, 'содержащейся и П - ом элементе.

7. Получены необходтие и достаточные условия для выбора очерёдности внедрения задач ¡'АСУ по критерию максимальном объективности.

С. Предложена модель идентификации системы с переменной структурой мна>ествешю-прострянственного типа, отражающая её организационные свойства через основу с^У , множество допустимых состояний структуры 2- к множество допустимых преобразований 'структура системы Т

С'оргулиро-акы и доказаны определения набора операндов $ как состояния стего!!!' е виде тройки < ¿(р^ 2. ( Т > •

10. Разработана объектно-ресурсная модель распределения задач по ■ узлам обработки информации, которая удовлетворяет условиям логико-информационной связи задач и ресурсам каждого из узлов системы обработки данных ПАСУ.

11. Построена методика выбора КТС ПАСУ на базе характеристик распределения потоков запросов, обрабатываемых системой и оценки времени реакции в виде альтернативных конфигураций сети и вариации разных уровней архитектуры,

12. Рассмотрены практические примеры реализации структур СОД ПАСУ централизованного, децентрализованного и матричного типа,

13. Предложено и разработано понятие внешней и внутренней информационной модели поведения объекта управления в 1'АСУ. За эталонную информационную характеристику принимается внутренняя модель и предлагается процедура е:; вывода.

14. В качестве модели прогноза состояния и поведения объекта предложена эталонная информационная модель как отражение совокупности его свойств, межэлементных-отношений и характеристик, сформулированных на уровне проектирования принятия решения.

15. Разработан математический аппарат построения интегральных характеристик, как результат описания структур и технологий средствами системы ПЕРТ. Выполнен анализ значительного числа ПЕРТ-моделей, обработанных интегральным характеристиками, в производстве, строительстве, проектировании, что'позволило вывести совокупность типовых характеристик с передним, нормальным и задним фронтом работ и создать единую методологию оценки поведения и состояния объекта управления.

16. Создана методика оценки периодичности-оперативного контроля состояния и поведения объекта управления как в реальном масштабе времени так и в релчгме опережающего анализа на базе системы двух и трех экспертах оценок, числа контрольных опросов при прогнозе состояния объекта. При этом удалось доказать, что предлокенная методика, орнентт.-роганная на ПЕРГ-пре.цставления, может быть использована для льбого

объекта или процесса, технология поведения которого описывается при-.* ччно-следственнкми отнопениями.

17. Построен графо-аналптический аппарат и выведены процедуры многофазного контроля и прогнозирования состояния объекта как системы технологических производственных операций. При этом показано, что разработанный алгоритм ;:ногофазного контроля работает и в тех случаях, когда на каком-либо этапе 'ункционирования системы пересматриваются оценки продолжительности выполнения оставшихся работ, что соотвествен- . но меняет эталонный срок окончания всех работ по кагдой их интеграль -ных характеристик, "ля повьшешя точности прогноза в алгоритм введены тернарные оценки, определяющие его состояние: обеспеченность ресурса- ' ми, эффективность использования ресурсов, оценка внешних условий выполнения работ.

ГС. Показано, что выбор опоркоГ. характеристики прогнозирования ' определяется на этапе принятия решения по результатам состояния^объек-та в данный момент времени. При этом обосновывается фаза контроля как совокупность возмоенье: для данного состояния систеш стратегии

19. .Разработан и опробован в реальных рбъектах ПАС7 алгоритм :.'кого'азного контроля и прогнозирования поведения объекта. Алгоритм учитывает как особенности трёхэкслертноП, так и двухэкспертно:". фор'ги описания ресурсно'.' ПЕРТ-модели. Сделан вагныГ: вывод: понижение индекса "азы требует ускорения принятия решения по управлению объектом.

?.£. Сформулировано понятие, построена модель распоснавпшя и р.-з-проблема:'- сстуацяи как множества вида П = [4/Л'/сС^; где й - множество целей . 1ЛС-У, /11 - описание проблей.! как множество сяо"ств проблем.:, представленное в виде модели проблемно." ситуации, с/. - оператор решения, при помощи которого достигается.

П0. Определены тр:* основных вида проблемно!' ситуации как диспропорция ресурсов, ситуация де ор'етпи структуры и недостаточность лист *.«'„;". 1>зработьн" одели разреиочия пробяскгш. ситуаций укас-пнпгх т*~05 "Л у;.огчс когроыг- ресурсов, процедур логичг-ского и.хода,

- ¿а-

достижения необходимого уровня информационного обеспечения.

23. Разработана методика Нормального распознавания ПО ка основе множественной модели идентификации значений реальных признаков объек;-;. с ранее установленными по эталону, в том числе последовательность Нормальных процедур снятия, расширения,минимизации семантических структур языка описания состояния объекта.

24. Предложен математически)" аппарат описания процедур ре.Тлексиг ной логики средствами теории категорий и функторов.

Разработан принцип ;орлализации логико-информационного процесса гг модель разрешения проблемной ситуации в виде семичленного силлогизма.

Указанная совокупность полученных результатов и состовляет по сущь ству содержание настоящей диссертации.

Основные результаты3 решения, разработки и содеркание работы отражены в слёдукцпл/лубликациях:

1. Арефьев И.Б., Пестов В.П. Система автоматизированного контроля и планирования работы транспортного узла. В кн: Комплексный план экономического и социального развития Ленинграда и ленинградской области. Л, I98ö,c.9I-94

2. Арефьеа К.В.,Сухарев В.Г.Классификация элементов эффективности и надёжности АСУ. Проблемы системотехники. Л,Судостроение 1980,с.145

3. Арефьев К.Б. Гальпер А. Р. Вероятностная модель транспортных перевозок в транспортном узле. Проблемы системотехники. Л,СЗПИ,с. 108-11«:

-1. Арефьев И.Б. Моделирование эрготохнических систем сбора и передачи информации при многократном резервировании. В кн:Эффективность, ка' чество и надёжность эргогехнических систем.'!,Кибернетика, IP8I, с. IP.6 5. Ареоьев П.1-. Структуры и модели АСУ ПТП региона. Проблемы системотехники и АСУ, Л, СЗПП, Г980, с. T5-2I.

0. Аре-Тьев II.Р. Лкнамика языков описания поведения сло.-.иых объектов п ре'локсишая логика. Труды III медвуэовскоЛ кои.-ерешсии, Кгичгнп-град, Ш'.-Шл,IVM, с.ГС-:?

- 407. Арефьев М.Е. элементы рефлексивной логики в .моделировании тран--' спортных систем. В кн:"Семиотическое моделирование в управлении", Новосибирск, АН СССР,1984, с. 97-98

8. Арефьев П.Б. Выбор информационных структур АСУ в процессе их ин- ; теграции. В кнУ Методы разработки и внедрения организационно-технологи- . ческих АСУ, Куйбышев,КДГ, 1981, с. 7-10

9. Арефьев П.Б., Чалов Д.В. Логико-информационный подход к поаыше- | нию эффективности ПАСУ за счёт оптимизации их информационной структуры. | В кн: Проблемы системотехники, Л,СЗШ.,1985,с. 13-17

i

10. Арефьев J'.F. ,Кукор Е.Л. Оценка периодичности распознавания и , разрешения проблемных ситуаций, В кн: Проблемно-ориентированные диалого- ! ше системы, Тбилиси, Пецниереба,I985,c.95-I02 ' |

11. Арефьев П.Г. Распределение множества объектов по узлам обработ-

i

ки информации КАСУ, В кн: Прикладная информатика, ¡(алининград, Iii АН УССР! 1987,с.70-72 . !

12. Арефьев П.Б. Распознавание проблемных ситуаций при автоматиза- >

I-

ции проектирования элементов КАСУ. В кн: Автоматизация проектирования систем планирования и управления, М, ЩУ АН СССР, 1987,с. 119-122 !

13. Арефьев U.E. Логико-информационная связь задач в АСУП. В кн: ' Проблемы системотехники и АСУ.Л,СЗП;Г, 1987,с. 152-156

v 14. Арефьев К.Б.,'Кезлинг P.E. Дукор F.JI. Интегрированные АС7 в ма- : шиностроении. Л,!'ашиностроение, 1908, с. 316

15. Лрефвев П.В. Синтез структуры.системы обработки данных в КАСУ. Г, ШУ АН СССР,1988 ' ;

16. Арефьев П.Е.,Кукор Б.Л. Семиотическое моделирование и представление структуры КАСУ. Новосибирск, СО Ail СССР. Вкн: 'ормы представления знаний и творческого мышления.

17. Арефьев '".Б. Математические основы рефлексивной логики и языков, пгецстчвления знаний. АН соц.стран, РГ-2б,КНВВТ, с. 202-214, 1990г.

18. Дрс'ьев :;.Е. Процедуры преобразования логико-рефлексивного описания структур слогных объектов и систем. Тбилиси, АН ГССР, В кн: Проб-

-¿/У-

лемно-орнентированные диалоговые системы", Г?90.с.231-2'^/.

19. Лрео.ьев H.F. Многофазный контроль производственных процессов на основе сетевых гра'иков. ж. Речной транспорт, & 10, Ll:, 1074,с.12-15

p.o. АреЛьев П.Р. Рейнгольд? А.Г. Прогноз выполнения комплекса операций на стадии оперативного управления судоремонтным предприятием, л, ЛНВТ, Труда Л.:В'Га,197о,с. 44-49.

21. Арефьев П.В., Ладенко П.С..Тульчинский Г.Л.,Башлыков А.К. и др. "Методология семиотического моделирования",Новосибирск, СО АН СССР, ICzú с. ЗГ-27.

22. Арефьев.II.Б, Логическое моделирование в интегрированных задачах САПР-'Ш. в-кн."Проблемы -системотехники и АС','1' Л,СЗШ1,1989,

с. 141-145.

23. Арефьев П.Р. .Панкина И.Л., Чалов Д. В. Оптимальное распределение' данных по узлам локальной сети. ФАЛ ГК НО СССР,per.'Я,'89014, 1989.

24. Арефьев И.Б. Анализ критериев эффективности и надёжности интегрированных АСУ. В кн: Проблемы системотехники и А0У.Л,СЗШ,с. Г4Г-П5

25. Арефьев II.Е.,Оторопев К).В. Задача нерегулярного размещения объектов в прямоугольной плоскости. СПбДДНТЛ, В нн: Проблемы историчес ких городов, К92, о. 66-71.

26. Арефьев П.В. АСУ и принятие решений на базе знаний. Л,СЗШ1, ¡J кн: Проблем системотехники и асу, 1990,с. 146-149.

27. Aief>¿<jS I. ReiûexoâojicQe design kno^Ce^t zefrzeja niai ion. S'opta, £ oí-сом не ace, /Ç9z,

JE.miíSi ВМАД

Все результат«, составляющие основное 'содержание диссертации, получены автором самостоятельно, В работах, опубликованных совместно с другими авторами, личный вклад автора диссертации заключается в следующем:

В работах (Г,3,5,*?J , посвящоннш вопросам организации систем упрптшенчя транспортами узлами, автором разработаны модели целелол^-

гания и целереализацин сложных многоуровневых систем, разработке моделей оценки глубины автоматизации задач отдельных подсистем АСУ поли-трзнспортным процессом, разработке структуры ПАС"" в системах транспорта, поиску оценок величины связи мегду отдельны.!« элементами ПАСУ.

В { 2,9,II,15 ) аваор предложил логико-информационные модели и алгоритмы оптимизации информационных структур больших систем, сформировал понятие "информационный модуль" применительно для задач НАС"'', разработал математический аппарат распределения задач ¡¡АСУ по узлам обработки информации.

В {"13 ) разработан алгоритм логико-информационной связи задач в ПАС/, привёл формальные процедуры построения логико-иы'ормациозшого гра'а, определил понятие подсистем ПАСУ. 5ти -те вопросы развивались в (16,17).

В (10, и) автору прннадлеясат идеи и разработка аппарата логико-гн'ормационного моделирования проблемных ситуаций к процедур моделнровп- | проблемных ситуаций и правил вывода формальных решенхй для организации у-"'вяения слогными многоуровневыми объектами.

Лично автором в (14,25) представлены теоретические к практические решения, примеры, методология интегральных характеристик оценки состояния и поведения объекта управления в ПАС/. В (.СО ^разработаны процедуры прогноза и алгоритм непрерывного коп троля в систмая оперативного управления судоремонтом.

В (27,22) получены семиотические модели распределения нн>"орч»7ги по локальным узлам обработки данных,

' АРЕФЬЕВ ИГОРЬ БОРИСОВИЧ АВТОРЕФЕРАТ

Подписано в печать 1зГо3.95.То]маГбОШ

Печ.л.2,8. Б.л.1,4. Тираж 100. Зак.145. РТГ1 изд-ва СПбУЭФ.

К1023, Санкт-Петербург, Садовая ул., д.21