автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Модели и алгоритмы интеллектуальной поддержки оперативного мониторинга обеспеченности производства систем автоматики

На правах рукописи

ГУЛЯЕВ Анатолий Васильевич

МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ ПОДДЕРЖКИ ОПЕРАТИВНОГО МОНИТОРИНГА ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА СИСТЕМ АВТОМАТИКИ

Специальность 05.13.01 — Системный анализ, управление и обработка информации (информационные технологии)

2 О МАП 2015

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005569249

Тамбов-2015

005569249

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Тамбовский государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «ТГТУ») на кафедре «Информационные системы и защита информации».

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Алексеев Владимир Витальевич

Официальные оппоненты: Кудинов Юрий Иванович,

доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Липецкий государственный технический университет» (г. Липецк), кафедра информатики, заведующий кафедрой

Зайцев Александр Владимирович,

доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» (МАИ), кафедра «Системы автоматического и интеллектуального управления», профессор

Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский автомобильно-дорожный государственный технический университет (МАДИ)», г. Москва

Защита диссертации состоится 25 июня 2015 г. в 15 часов на заседании диссертационного совета Д 212.260.07 при ФГБОУ ВПО «ТГТУ» по адресу: 392000, г. Тамбов, ул. Ленинградская, д. 1, ауд. 160.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ ВПО «ТГТУ» http://www.tstu.ru.

Автореферат разослан « Р » 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета У/

Д 212.260.07 ^Т^^Егоров Сергей Яковлевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В условиях системного подхода к решению проблемы управления качеством функционирования систем автоматики, в том числе и применяемых на железнодорожном транспорте, одной из основных является задача своевременного обеспечения ее производства элементами электронной компонентной базы (ЭКБ) требуемого качества и в необходимом объеме.

Введение санкций, препятствующих поставкам иностранной ЭКБ, затрудняет производство систем автоматики, отвечающих современным требованиям по надежности. Действительно, рыночная экономика, санкционные меры в условиях мелкосерийного производства приводят к колебаниям спроса и предложения. Это непосредственно влияет на объемы страхового запаса ресурсов предприятий. Системы мониторинга, основанные на методах математической статистики и др., не всегда позволяют отреагировать на эти изменения, а, следовательно, возникает риск срыва производства. Поэтому актуальной является задача поиска решений, направленных на обеспечение производства систем автоматики элементами ЭКБ отечественного производства. Актуальность решения такой практической задачи обусловлена тем, что информация о производителях ЭКБ и ее номенклатуре слабоструктурирована, информация о характеристиках, объемах и качестве выпускаемых элементов не всегда достоверная.

В этих условиях совершенствование системы мониторинга производителей элементов ЭКБ в значительной степени позволит решить задачу своевременного обеспечения производства систем автоматики элементами ЭКБ, удовлетворяющими требованию надежности. Следует заметить, что применительно к таким отраслям, как космическая, авиационная, железнодорожного транспорта и др., эта же проблема имеет место не только для систем автоматики, но и телемеханики, поэтому в дальнейшем используется термин «системы автоматики и телемеханики» (CAT).

Поскольку одним из факторов, определяющее устойчивость и непрерывность производства, в том числе и CAT для железнодорожного транспорта, является своевременность инициализации действий по восполнению требуемого производственного ресурса, то определение этого момента является одной из важнейших задач, решаемых системой мониторинга предприятия. Решение этой задачи предполагает разработку математических моделей и алгоритмов, позволяющих формализовать и обработать разнородную информацию для принятия необходимых решений при определении сроков и объемов поставки элементов ЭКБ для производства CAT.

Степень разработанности темы исследования. Для решения задачи определения сроков и объема поставок на производство широко применяется подход, основанный на использовании (s, 0)-модели. Но она является идеализированной моделью, поскольку на практике процесс сокращения ресурсов, необходимых производству, изменяется не линейно, а ступенчато. Кроме того, отдельные моменты процессов обеспечения производства ресурсами связаны с неопределенностью. Эти обстоятельства не позволяют использовать (s, 0-модель в условиях колебаний потребности ресурсов. Возможности учета неопределенности исходной информации предоставляют подход, основанный на интеграции статистиче-

ских и вероятностно-игровых методов, но их применение предполагает стационарность и длительность наблюдения процесса поставок, что весьма затруднительно в указанных выше условиях.

Логичным шагом в направлении совершенствования систем мониторинга является привлечение экспертной информации для решения задачи оперативного мониторинга обеспеченности производства CAT элементами ЭКБ.

Таким образом, практическая задача организации интеллектуальной поддержки оперативного мониторинга обеспеченности на произвольном временном интервале производства CAT элементами ЭКБ требуемых видов является актуальной.

Основы системного подхода к обработке информации в интересах управления, имеющей слабоструктурированный или нечеткий характер, заложили такие ученые, как А. Н. Борисов, Д. А. Новиков, Э. В. Попов, Д. А. Поспелов, Л. Заде,

A. Кофман, Н. Нильсон и многие другие. Вопросы применения положений теории нечетких множеств при решении прикладных задач, в том числе и задач поддержки принятия решений, распределения ресурсов, исследованы в работах Е. А. Березина, Б. Ф. Безродного, С. Л. Блюмина, Ю. Ю. Громова, Л. С. Турина, Э. Г. Давыдова, С. Г. Данилюка, О. И. Ларичева, А. В. Зайцева, А. В. Лотова, М. Г. Матвеева,

B. А. Немтинова, В. Л. Тамбовцева, Ю. С. Сербулова, Я. А. Фомина и многих других. Однако в работах этих авторов при разработке методов и моделей обработки слабоструктурированной или нечеткой информации детально не рассматривались задачи организации интеллектуальной поддержки оперативного мониторинга обеспеченности производства ресурсами, а также специфика учета, формализации и обработки экспертной информации при решении подобных задач.

Объект исследования — процесс обеспечения производства систем автоматики элементами электронной компонентной базы.

Предмет исследований — методы, модели и алгоритмы (информационные технологии) обработки информации об элементах электронной компонентной базы различных производителей, объеме и качестве их производства, позволяющие реализовать интеллектуальную поддержку оперативного мониторинга обеспеченности производства систем автоматики.

Цель исследования — снижение объема страхового запаса элементов электронной компонентной базы при производстве систем автоматики на основе применения разработанных моделей и алгоритмов интеллектуальной поддержки оперативного мониторинга обеспечения производства.

Научная задача состоит в разработке моделей и алгоритмов интеллектуальной поддержки решений по своевременному обеспечению производства систем автоматики элементами электронной компонентной базы.

Для достижения цели исследования и решения научной задачи необходимо решить следующие частные задачи:

1. Провести анализ методов и моделей, применяемых в системах мониторинга и поддержки принятия решений по обеспечению ресурсами производства, на основе обработки слабоструктурированной информации.

2. Разработать математическую модель обработки слабоструктурированной информации о состоянии обеспечения производства систем автоматики элементами электронной компонентной базы.

3. Разработать математическую модель оперативного мониторинга обеспеченности производства систем автоматики элементами электронной компонентной базы.

4. Разработать логико-лингвистическую модель количественной оценки обеспеченности производства систем автоматики элементами электронной компонентной базы заданного типа.

5. Построить алгоритмы, позволяющие программно реализовать разработанные модели, оценить эффективность их применения и выработать рекомендации по построению системы интеллектуальной поддержки оперативного мониторинга обеспеченности производства систем автоматики ресурсами.

Научная новизна результатов исследования заключается в создании совокупности взаимосвязанных моделей и алгоритмов, составляющих основу информационной технологии интеллектуальной поддержки оперативного мониторинга обеспеченности производства элементами электронной компонентной базы в условиях неопределенности, а именно:

1. Математическая модель обработки слабоструктурированной информации о состоянии обеспеченности производства систем автоматики элементами электронной компонентной базы, отличающаяся введением лингвистических переменных, характеризующих страховой объем электронной компонентной базы требуемых типов, определяемых формируемыми функциями принадлежности.

2. Математическая модель оперативного мониторинга обеспеченности производства систем автоматики элементами электронной компонентной базы, отличающаяся формированием нечетких множеств, характеризующих страховые запасы по компонентам типов ресурсов, качество реализации производственных функций и нечетких оценок оперативного мониторинга обеспеченности производства систем автоматики требуемыми элементами электронной компонентной базы на произвольном интервале времени.

3. Логико-лингвистическая модель количественной оценки обеспеченности производства, отличающаяся построением нечетких множеств, формализующих лингвистические переменные, характеризующие состояния обеспеченности производства ресурсами, на основе мнения экспертов.

4. Алгоритм построения функции принадлежности (ФП) нечетких множеств, формализующий лингвистические оценю! обеспеченности производства ресурсами заданного типа, необходимыми для организации процесса оперативного мониторинга обеспеченности производства; обобщенный алгоритм коррекции нечетких множеств, отличающиеся учетом поступающей статистической информации, в том числе и экспертных оценок о качестве элементов электронной компонентной базы.

Теоретическая и практическая значимость результатов работы.

Теоретическая значимость результатов работы состоит в разработке, на основе таких принципов системного анализа, как: единства, развития и функциональности, совокупности математических моделей обработки слабоструктурированной информации о состоянии обеспеченности производства и его оперативного мониторинга; логико-лингвистической модели количественной оценки обеспеченности производства; алгоритма построения функции принадлежности нечетких множеств и обобщенного алгоритма коррекции нечетких множеств, реа-

лизующих системный подход к формализации и обработке слабоструктурированной информации, выраженной в том числе и экспертными оценками.

Создано специальное математическое обеспечение для решения задачи организации интеллектуальной поддержки оперативного мониторинга обеспеченности производства требуемыми ресурсами, инвариантное к предметной области.

Практическая значимость результатов исследования состоит в: программной реализации разработанных моделей и алгоритмов; создании информационной технологии оперативного мониторинга обеспеченности производства требуемыми ресурсами, инвариантной к предметной области; разработке предложений по структуре, составу и функциям системы контроля качества и интеллектуальной поддержки оперативного мониторинга обеспеченности производства систем автоматики элементами электронной компонентной базы.

Методология и методы исследований. Методологическую основу исследования составляют базовые положения теории систем и теории нечетких множеств, методы искусственного интеллекта, математического моделирования.

Основные результаты исследования, выносимые на защиту:

1. Математическая модель обработки слабоструктурированной информации о состоянии обеспеченности производства систем автоматики элементами электронной компонентной базы.

2. Математическая модель оперативного мониторинга обеспеченности производства систем автоматики элементами электронной компонентной базы.

3. Логико-лингвистическая модель количественной оценки обеспеченности производства систем автоматики элементами электронной компонентной базы.

4. Алгоритм построения функции принадлежности нечетких множеств, формализующий лингвистические оценки обеспеченности производства ресурсами заданного типа, и обобщенный алгоритм коррекции нечетких множеств.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием апробированного математического аппарата теории систем и нечетких множеств, непротиворечивостью результатов принятия решений об обеспеченности производства CAT заданными типами элементов ЭКБ, полученными на основе известных и разработанных моделей и алгоритмов.

Результаты работы докладывались и обсуждались на IV Всероссийской научно-практической конференции «Современное непрерывное образование и инновационное развитие» (г. Серпухов, 2014); XXXII и XXXIII всероссийских научно-технических конференциях «Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем» (г. Серпухов, 2013, 2014); VII Международен научно-практической конференции «Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке и производстве» (г. Протвино, 2013).

Результаты исследования использованы в Проектно-конструкторско-технологическом бюро железнодорожной автоматики и телемеханики - филиале ОАО «РЖД» (ПКТБ ЦШ - ОАО «РЖД»), г. Москва; Лосиноостровском электротехническом заводе - филиале ОАО «Объединенные электротехнические заводы» («ЛОЭТЗ - филиал ОАО «ЭЛТЕЗА»), г. Москва, что подтверждено актами.

По результатам выполненных исследований опубликовано 12 печатных работ, в том числе 6 в научных изданиях, рекомендуемых ВАК Минобрнауки РФ.

В публикациях, написанных в соавторстве, лично автору принадлежат результаты: анализа предметной области [7, 8]; формулировки постановок задач [5, 6]; построения и анализа моделей, выносимых на защиту [1, 2, 8, 9]; результаты оценки эффективности использования моделей [12].

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы составляет 144 страницы основного текста, включая 30 рисунков и 1 таблицу. Список литературы включает 138 наименований.

Основные результаты исследования соответствуют п. 3 и 10 паспорта специальности 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (информационные технологии).

Работа выполнена в рамках приоритетных научных направлений стратегического развития предприятий оборонной промышленности, а также в рамках НИР № Ю/СО, шифр «Садовник».

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение диссертации посвящено анализу предметной области исследования, обоснованию актуальности темы, формулированию цели и научной задачи, определению объекта и предмета исследования. Приведены сведения, подтверждающие новизну, теоретическую и практическую значимость, достоверность полученных научных результатов, а также данные об их реализации, апробации и публикациях.

В первой главе «Аналнз организации процесса обеспечения производства систем автоматики ресурсами» проанализированы организационные и методические предпосылки совершенствования системы мониторинга обеспечения производства систем автоматики. Показано, что решаемая научная задача актуальна для таких отраслей, как космическая, авиационная, железнодорожного транспорта.

Выполнен анализ технологий, в том числе и информационных, существующих подходов, реализующих оперативный мониторинг, в условиях слабоструктурированной или нечеткой информации, поставок на производство CAT элементов ЭКБ.

Результаты анализа закономерностей процесса обеспеченности производства CAT для ж/д транспорта ресурсами, в частности элементами ЭКБ, иллюстрируются рис. 1. Это позволило в рамках комплексной стратегии обеспечения надежности систем железнодорожной автоматики и телемеханики выявить круг основных проблем, обуславливающих необходимость наличия существенного страхового запаса ЭКБ на производстве.

Среди основных причин, обуславливающих неопределенность информации, препятствующих решению задачи своевременного обеспечения производства CAT элементами ЭКБ соответствующей номенклатуры и отвечающих требованиям надежности, выявлены такие, как: множество потенциальных поставщиков элементов ЭКБ не всегда определено; зачастую отсутствует информация об объемах и характеристиках надежности производимых элементов ЭКБ; практически отсутствует информация о сравнительных характеристиках элементов-аналогов ЭКБ.

Органы аккредитации

Неком мерческое партнерство »Объединение производителен железнолооожнон техники» (НПОПЖТ)

Регистр сертифн кацин на федеральном келезнодорохном транспорте (PC ФЖТ)

Проек-тно-конструкторско-технологическое бюро (ПКТБ)

Аккредитованная испытательная лаборатория (ИЛ

(Проверенш «то^наиЛ Г Корретиричка про,'- Л контратяЭК J\ раны испытаний ЭК J

/т-ч/^

(Отбраковка попкнии- \[ к V ально ненадежных ЭК)\

Разработка ЛжотевиыЧ •липовым программам I входного контроля J

Рспрао-тна специальных^

программ Лм учета специфически усювий испольювания ЭК в конкретной АпЖА Т )

^f Роультаты входного Л_

"^.контргш параметров ЭК J

Фу нкции ЦТЛ и ПКТБ « аспекте контроля качества ЭК

(Диагностика АпЖА Т в целью яок¡питии откашшго ЭК

и

Проведение оценки

от из зкспщтации

D

Проведение ФТА причин отказа ЭК в Л АпЖА Т, находящейся в эксплуатации )

^ Сбор и oooouiemie данных об отказах

ГПроведение аудитов СМК предприятий L мьтивщиков.

Формирование и октуампачия

г Перечень ЭК, наиболее часто (системно) отказывающих в аппаратуре I ЖАТ прн эксплуатации

' Перечень Э)С разрешенных к Л применению в ОАО «РЖД» )

( Проведение раоот по подбору замены {устареиших и снятых с проимодства ЭК \в АпЖА Т. находящейся.

Л О

Проведение испытаний, обеспечиваю- А

/н*)бор аиаюгов и доказательство неухуОи/ения характеристик АпЖА Т )

Заказчик

(предприятие или организация ОАО «РЖД»)

Стрчтрные подразделения ОАО «РЖД», его филиалы,

дочерние и зависимые общества, задействованные в процессе МТО

Предприятие-изготовитель аппаратуры ЖАТ

Организация, осуществляющая эксплуатацию АпЖАТ

^Непосредственная залпка ЭК^

Предприятие-поставщик ЭК

Аккредитованная испытательная лаборатория

Рис. 1. Структурно-логическая схема обращения ЭКБ в ОАО «РЖД»

В таких неопределенных условиях организация интеллектуальной поддержки оперативного мониторинга обеспеченности производства CAT элементами ЭКБ требуемой номенклатуры и качества позволит разрешить проблему своевременного обеспечения производства CAT, в том числе и для железнодорожного транспорта, элементами ЭКБ, удовлетворяющими требованию надежности.

Проведенный анализ предметной области позволил обосновать возможность снижения рисков несвоевременной поставки элементов электронной компонентной базы на производство на основе разработки и внедрения информационной технологии интеллектуальной поддержки оперативного мониторинга его обеспечения элементами ЭКБ требуемой надежности. Обоснован математический аппарат, позволяющий обеспечить интеллектуальную обработку информации о производителях элементов ЭКБ, их характеристиках и объемах производства.

На основе этого сформулированы цель и задача разработки моделей и алгоритмов, являющихся основой информационной технологии интеллектуальной поддержки оперативного мониторинга обеспеченности производства CAT элементами ЭКБ.

Во второй главе «Разработка моделей обработки информации для интеллектуальной поддержки оперативного мониторинга обеспеченности ресурсами производства» представлена формализованная постановка решаемой научной задачи — разработки моделей и алгоритмов обработки информации для интеллектуальной поддержки решений по своевременному обеспечению производства систем автоматики и телемеханики элементами электронной компонентной базы.

Для оценки обеспеченности производственного процесса, реализуемого на

предприятии ПЛ ресурсом типа rj, т.е. мониторинга его объема vj, использовано

б

понятие состояния производства Е, определяемое наличием достаточного объема ресурса типа г?, которым обеспечивается целевое функционирование производства в течение заданного времени. Индексы означают: 5 - порядковый номер предприятия (производства) в множестве аналогичных предприятий (производств) (Л/л); у - номер типа ресурса из множества всех необходимых производству ресурсов (•У5). Тогда моменты времени начала и окончания производственного процесса (Г*,шп , Г*тах ) практически полностью определяют интервал возможных значений объема V* ресурса типа г] на производстве Д.

Для описания процесса обеспечения производства Д ресурсами Гу введена лингвистическая перемешая «Наличие ресурса типа г* » ( Щ): Л* = «Наличие ресурса типа г? ». Введено терм-множество лингвистической переменной ( V* ):

где Ур — п-в значение, которое может принимать лингвистическая переменная /? *.

В выражении (1) соответствующие правила порождения и соответствия не учитывались в силу того, что не предполагается расширение терм-множества этой переменной.

Число значений N * (мощность терм-множества | V* | ~ ЛГ* ) лингвистической переменной определяется исходя из практических потребностей оперативного мониторинга наличия ресурса и длительности интервала производственного

процесса [/]111|п; (*тах ] = . При этом является базовой для лингвистической переменной Щ . С учетом изложенного лингвистическая переменная «Наличие ресурса типа г* » представлена кортежем

При этом значение У*п , п-в значение, которое может принимать лингвистическая переменная Я*, представляет собой нечеткую переменную, формализуемую нечетким множеством

где ц ? ) - ФП, отображающая значения базовой переменной еэирр КД в

(1)

(3)

интервал [0;1 ].

В качестве примера приведен вариант лингвистической переменной Я* с терм-множеством V?, включающим четыре понятия качества обеспечения:

каждое из которых характеризует состояние по типу ресурса ^ : = «неудовлетворительно»: Уд = | ^ |; К/2 = «удовлетворительно»: =|| ц^ (г^ ^

^ = «хорошо»: ^=|^^(/;у/^|;^=«отлично»: Р* =

Для того, чтобы оценить состояние обеспеченности производства требуемым типом ресурса на заданное время, т.е. определить качество реализации производственной функции , выполняемой на .у-м производстве (/ — номер функции в перечне выполняемых, без привязки к технологическому процессу производства; — число функций, реализуемых на производстве), введено нечеткое множество , отражающее качество реализации функции предприятием П5:

= {(ч ^ У)}' I ^е ' (4)

Выражение (4) представляет собой нечеткое множество Р* второго уровня.

Сопоставив функции логическую переменную ф*, которая принимает единичное значение, если условия для реализации связанной с нею функции выполняются, то возможность реализации функции /¡" на производстве П, обеспечивается при условии наличия требуемых объемов ресурсов хотя бы для одного из допустимых множеств типов ресурсов

0 ° ^ 'к ДСП I е Мг ' ? = ''> * е { Л< }'

Ф? Н , (7)

1 о Э |Р4 еЛ/*, с, = г, Хе {1,А,-}.

Возможность реализации функции на производстве обеспечивается

наименьшим объемом типа ресурса из тех, которые входят в , X = 1, Л, . Пример структуры нечеткого множества (4) имеет вид

Р* = {(отл. /ЭКБ,), {хор. / ЭКБ2), ..., (хор. / ЭКБД ..., (удовл. / ЭКБе>}.

Таким образом, структура нечеткого множества Р* следующая:

Г^^'п/ (8)

В выражении (8) V*'. в соответствии с (3)

;{!,...,<}. (9)

J к.

Выражения (1) - (9) определяют математическую модель обработки слабоструктурированной информации об обеспеченности производства CAT элементами ЭКБ требуемой надежности. Применение этой модели для оперативного мониторинга обеспеченности производства требуемым типом ресурса позволяет обеспечить интеллектуальную поддержку решений по определению рационального объема необходимых ресурсов с учетом аналогов для организации производства CAT, т.е. позволяет структурировать информацию об обеспеченности производства CAT элементами ЭКБ для произвольного интервала времени.

Основываясь на выявленных в процессе исследования математической модели обработки слабоструктурированной информации об обеспеченности производства взаимосвязях и соотношениях, разработана модель оперативного мониторинга обеспеченности производства элементами ЭКБ.

Эта модель на основе анализа множества функций, реализуемых в процессе

производства CAT в течение прогнозируемого интервала времени MSj-'t = |/j's j , позволяет с учетом соотношения (6) сформировать множество типов требуемых ресурсов для реализации M"t :

(10)

р" -J rsSx rsS\ rsgi. I /]п

Ч*. 1 h ' Л '-'0* JKb I'

8

П *Mf, ={/'}' (12)

, jkе{л | *=Ь ''|/'= {//}' • ('З)

Для каждой из полученных в соответствии с выражением (13) оценок остаточного объема ресурса необходимо получить оценку / Х1к остаточного объ-

Jк ]к

ема ресурса по компоненте ]к £ | к=\,К1 }, т.е. по типу ресурса , обеспечивающему реализацию на предприятии П3 функции .

Для этого на основании соотношения (3) формируется нечеткое множество

Vs1 = J»

Л 6 {л | к = 1, }, /| Я еМ*/,,п = 1 ,М]к , (14)

и определяется значение У"п для лингвистической переменной Щ' на основании правила

Vs' = Vs'

jn ji\

Imax fyAtfl

Л е{л| k = \,Ki } , /,'еА/;',, (15)

которое позволяет получить лингвистическую оценку остаточного объема

ресурса , обеспечивающего реализацию на производстве Д функции .

Если ФП нечеткого множества вида У^ , ]к е {д. | к = \,К1 } сформулированы в соответствии с общепринятыми требованиями, то среди них найдется только одно нечеткое множество V", для которого выполняется неравенство

ц „ )> Ц2 • Это позволяет ввести уровень, определяющий субъективную

'jn 'К

достоверность в виде степени уверенности, которая может быть вычислена на основании выражения

, min sup Hv,nw {ts'k ) . (16)

«e{i,(wJ -l)} ¡six \vjn+\ Jk

Тогда полученные путем разбиения диапазона значений базовой переменной на неперекрывающиеся отрезки с границами в точках

'Г

Jk

sup fi j. ¡j (/J' ) могут быть использованы для принятия решения о зна-

tsi уjn\ Vjn* I JK

чениях лингвистической переменной V^ . Уровень при полученном разбиении диапазона значений базовой переменной на неперекрывающиеся отрезки гарантирует со степенью «достоверности», не менее , определение лингвистической оценки У^ в качестве значения лингвистической переменной У^ . Использование полученных в соответствии с выражениями (15) и (16) лингвистических оценок Ур для лингвистических переменных КД' позволяет сформировать нечеткое множество 2-го уровня, характеризующее обеспеченность ресурсом производства Д функции : 10

Г = {{ V fe)/ v;!, ) } , л е (л | к= 1, } , ' | f,s . (17)

Полученные выражения с учетом выражения (9) позволили получить выражение для оценки состояния обеспеченности ресурсом производства П5 для реализации функции fts при использовании аналогов типов ресурсов

И (■//) = maj^ min min ц^,. (tj'k) . (18)

Х=1,Л,- Jk^Ul.-JKii n}ke\\,...,Ns'k) "jk

Оценка обеспеченности ресурсами предприятия I7S заданного множества функций {/,v} = Мj определяется выражением

ц(м}') = min y{f? ) =

'i Mfi)

= min max min min ц , (r?). (19)

1=1,Л( .....«J njk£{\,...,Ns>k } »Jk

Разработанная модель оперативного мониторинга обеспеченности производства ресурсами позволяет получить обобщенную характеристику обеспеченности производства ресурсами, необходимыми в данное время.

Для учета оценок экспертов об обеспеченности производства ресурсами разработана логико-лингвистическая модель количественной оценки обеспеченности производства САТ элементами ЭКБ.

Для лингвистической переменной RSj , определяемой выражением (2), задается диапазон изменения значений базовой переменной tj , число значений Nj лингвистической переменной и выбирается соответствующая ей нечеткая переменная Vjn е Vj . Предлагается каждому эксперту Эч, q = \,Q , определить в диапазоне

Tj = [ijm;n; tjmas ] изменения базовой переменной (БП) t* интервалом \i)n ; tj!n ] , q = 1, Q , т.е. такие ее значения, которые, по его мнению, соответствуют формализуемому понятию Vjn . Исходя из соображений точности построения

ФП, задается шаг дискретизации А s и определяется число интервалов дискретиза-

'j

(ts -ts )

Vvyniax 'im» / „

ции M . =---. Это позволяет построить множество значении базовой

переменной, в котором вычисляются значения ФП т = О, Мj ; tj m =tj min + т ■ А^ ;

о»

т = О Ms массив значений характеристической функции хJm q :

1, если е _

<7=1,6, #»б{1, (20)

0, если

На основании массива, полученного в соответствии с выражением (20), вычисляются значения ФП и , (г!т ) :

<2

У т5"

Выражения (20), (21) позволяют получить ФП для термов У*„ е V- на основе обработки данных опроса группы экспертов.

Результаты исследований показали, что конкретный вид получаемых ФП зависит от квалификации экспертов. В соответствии с описанной процедурой ФП

могут определять термы У^п е У* «хорошо» или «плохо». При этом условие, когда термы на интервале Г* = ; ^тах ] определены «хорошо»:

л^М^доД';). (22)

где ) - высота пересечения функций принадлежности нечетких мно-

жеств КД и У/„+1, формализующих соседние по терм-множеству понятия У*п ,

Достоинством этой логико-лингвистической модели является исключение противоречивости оценок эксперта.

Необходимость доопределения «плохо» определенных термов обусловила разработку модели коррекции ФП формализованных понятий, соответствующих

термам лингвистической переменной Я'- . В главе представлена математическая

модель коррекции ФП, характеризующих состояние обеспеченности производства ресурсами заданного типа.

В третьей главе «Разработка алгоритмов интеллектуальной поддержки оперативного мониторинга обеспеченности ресурсами производства и предложений по их реализации» представлены алгоритмы (рис. 2, 3), реализующие разработанные во второй главе модели.

В главе приведено описание алгоритмов, обеспечивающих решение задач, определенных в обобщенном алгоритме коррекции нечетких множеств.

12

^ Начало ^

ж

©

/Ввести д;, г; | „=1, }, г; ^ /

(б)-х( гоя то / ро )-*(в)

31

Задать диапазон изменения БП .я -гз . I

V 1) 1. /тш »\/та* J

»<( ГОК. п.=1 ТО Л" РО )>-

*

Выбрать терм

рок д-~\ то о1 ро

Определение экспертом Э? интервала изменения БП /у

Задать интервал дискретизации Д,»

Определить число интервалов дискретизации

А,.

»<( РОЯ и:=1 ТО АР РО

'/о ='/

РОЯ т-.-\ ТО М') РО )>-

+ Г

РОЯ <?:=1 ТО 0? ОО )-

-ЭГ-

Ь, если

0, если

Вычислить значения ФП

7Г-

0.

( Конец )

Рис. 2. Алгоритм построения ФП нечетких множеств, формализующих лингвистические переменные состояния обеспеченности предприятия ресурсом заданного типа

Рис. 3. Обобщенный алгоритм коррекции нечетких множеств

W I

L = 8

0,5

0

1 10% О X св

о 0%

3.4-

Сущ. сист. монит. Предл. сист. монит.

Рис. 4. Эффективность оперативного мониторинга

Рис. 5. Сравнительные результаты оценки страхового запаса ЭКБ

от сложности производства

Приведена методика оценки адекватности разработанных моделей и проведен вычислительный эксперимент, результаты представлены на рис. 4 и 5.

Обоснована структура системы интеллектуальной поддержки оперативного мониторинга обеспеченности производства CAT элементами ЭКБ, которая включает подсистемы, реализующие разработанные модели и алгоритмы, показана возможность ее интеграции в перспективную систему поставок ЭКБ гарантированной надежности при производстве CAT.

Использование полученных результатов в системе оперативного мониторинга сектора управления поставками ОАО «Объединенные электротехнические заводы» позволило сократить технологический отсев некачественных элементов ЭКБ при производстве аппаратуры тональных рельсовых цепей на 12...15%.

Результаты внедрения разработанных моделей и алгоритмов в систему оперативного мониторинга обеспечения производства «ПКТБ ЦШ - ОАО «РЖД»» позволили снизить запасы электронных компонентов при производстве CAT на 12%.

Программная реализация осуществлена в системе визуального программирования Delphi.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационного исследования:

1. Анализ методов, моделей и информационных технологий, применяемых в системах оперативного мониторинга и поддержки принятия решений по обеспечению ресурсами производства CAT определенного типа, позволил выявить круг основных проблем своевременного обеспечения производства систем автоматики элементами ЭКБ и обуславливающих их причин.

2. Разработаны:

Математическая модель обработки слабоструктурированной информации о состоянии обеспеченности производства систем автоматики элементами ЭКБ, позволяющая получить данные об обеспеченности производства для произвольного интервала времени.

Математическая модель оперативного мониторинга обеспеченности производства систем автоматики элементами ЭКБ, позволяющая получить обобщенную характеристику состояния обеспеченности производства ресурсами в условиях неопределенности и с учетом использования аналогов типов ресурсов.

Логико-лингвистическая модель количественной оценки обеспеченности производства систем автоматики элементами электронной компонентной базы, предназначенная для обработки результатов экспертной оценки состояния ресурса заданного типа и построения нечетких множеств, формализующих лингвистические переменные состояния обеспеченности производства ресурсами.

4. Получены алгоритмы построения функции принадлежности нечетких множеств и обобщенный алгоритм коррекции нечетких множеств, позволяющие на основе имеющихся слабоструктурированных данных об источниках требуемых производству ресурсов получить достоверную оценку о возможности обеспечения производства систем автоматики элементами ЭКБ и обеспечивающие программную реализацию разработанных моделей.

5. Оценка эффективности применения разработанных моделей и алгоритмов в системах оперативного мониторинга ГТКТБ ЦШ - ОАО «РЖД» и «ЛОЭТЗ - филиал ОАО «ЭЛТЕЗА» показала, что их применение позволило снизить страховые запасы ЭКБ при производстве на 12% и сократить технологический отсев ЭКБ при производстве аппаратуры тональных рельсовых цепей на 12... 15%.

6. Выработаны рекомендации по построению систем интеллектуальной поддержки обеспеченности производства ресурсами.

Рекомендации н перспективы дальнейшей разработки темы. Разработанные модели целесообразно применять в информационных технологиях оперативного мониторинга для принятия решений об обеспеченности организаций требуемыми ресурсами, обоснованность которых зависит от качества экспертной информации. Дальнейшие исследования целесообразно проводить в направлении совершенствования разработанных моделей и алгоритмов — повышения оперативности и достоверности формируемых оценок.

Таким образом, поставленная научная задача решена, цель исследования достигнута.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России:

1. Алексеев, В. В. Модель обработки экспертной информации в системе оперативного мониторинга остаточного ресурса организации / В. В. Алексеев, А. В. Гуляев, С. Г. Данилюк // Экономика и менеджмент систем управления. -2015. — № 1(15). - С. 4 - 11.

2. Алексеев, В. В. Логико-лингвистическая модель оценки обеспеченности организации ресурсами / В. В. Алексеев, А. В. Гуляев, С. Г. Данилюк // Экономика и менеджмент систем управления. — 2015.-№ 1.1(15).-С. 104- 108.

3. Гуляев, А. В. Разработка нечеткой модели обработки слабоструктурированной информации в системе оперативного производственного мониторинга ресурса / А. В.Гуляев //Известия Института инженерной физики. - 2014. -№ 3(33). - С. 23 - 29.

4. Гуляев, А. В. Анализ и формализация транспортно-эксплуатационных характеристик дорожной сети в задаче определения времени движения автотранспорта с учетом факторов окружающей среды / А. В. Гуляев // Известия Института инженерной физики. - 2014. — № 1(31). — С. 19 — 23.

5. Гуляев, А. В. Задача рационального управления доставкой ресурса при производстве продукции специального назначения в условиях наличия слабоструктурированной информации / А. В. Гуляев, С. Г. Данилюк // Известия Института инженерной физики. - 2013. - № 3(29). - С. 37 - 40.

6. Гуляев, А. В. Методика рекуррентного оценивания информационных параметров системы управления технологическим проектированием элементов военной техники / А. В. Гуляев, С. Ю. Дмитриев // Известия Института инженерной физики. - 2013. -№ 2(28). - С. 79 - 83.

Статьи в других изданиях:

7. Гуляев, А. В. Обоснование подхода к формированию лингвистических понятий для оценки состояния обеспеченности предприятия ресурсом / А. В. Гуляев, С. Г. Данилюк, И. Е. Жигалов // Современное непрерывное образование и инновационное развитие : сб. тр. IV Всерос. науч.-практ. конф. / под ред. А. Н. Царькова и И. А. Бугакова. - Серпухов : МОУ «ИИФ», 2014. - С. 159 - 164.

8. Гуляев, А. В. Нечеткая модель обработки слабоструктурированной информации для системы мониторинга наличия остаточного ресурса на промышленном предприятии / А. В. Гуляев, С. Г. Данилюк // Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем : сб. тр. XXXIII Всерос. науч.-техн. конф. - Серпухов : Филиал ВА РВСН, 2014.-Ч. 7.-С. 94-97.

9. Гуляев, А. В. Нечеткая модель обработки слабоструктурированной информации для системы мониторинга наличия остаточного ресурса на промышленном предприятии. Основные аналитические соотношения / А. В. Гуляев, С. Г. Данилюк // Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем : сб. тр. XXXIII Всерос. науч.-техн. конф. - Серпухов : Филиал ВА РВСН, 2014 - Ч. 7. - С. 98 - 105.

10. Гуляев, А. В. Автоматизация подготовки решения по обеспечению продукцией специального назначения на основе математического моделирования условий транспортных перевозок / А. В. Гуляев // Информационные и коммуникационные технологии в образовании, науке и производстве : сб. тр. VII Между-нар. науч.-практ. конф. - Протвино, 2013. - С. 797 - 800.

11. Гуляев, А. В. Обоснование концепции системы поддержки деятельности специалистов по обеспечению продукцией специального назначения / А. В. Гуляев // Проблемы эффективности и безопасности функционирования сложных технических и информационных систем : сб. тр. XXXII Всерос. науч.-техн. конф. -Серпухов : Филиал ВА РВСН, 2013.-Ч. 1.-С. 197-200.

12. Гуляев, А. В. Анализ надежности системы оценки технического состояния физико-энергетических установок / А. В. Гуляев, С. Г. Данилюк, В. В. Турла-ев // Научно-технический сборник. - Серпухов : СВИ РВСН, 2011. - С. 183- 186.

Подписано в печать 24.04.2015. Формат 60 х 84 /16. 0,93 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 218

Издательско-полиграфический центр ФГБОУ ВПО «ПТУ» 392000, г. Тамбов, ул. Советская, д. 106, к. 14 Тел. 8(4752) 63-81-08. E-mail: izdatelstvo@admin.tstu.ru