автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.16, диссертация на тему:Модели и алгоритмы построения приборных интерфейсов для систем автоматизации

АКАДЕМИЯ НАУК БЕЛАРУСИ ИНСТИТУТ ТЕХНИЧЕСКОЙ КИБЕРНЕТИКИ

УДК 681.327

■"• УРУСОВ А НДРЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

МОДЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ПОСТРОЕНИЯ ПРИБОРНЫХ ИНТЕРФЕЙСОВ ДЛЯ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ

Специальность 05.13.16 - "Применение вычислительной техники, математического моделирования и математических методов в научных

исследованиях"

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени ____________кандидата технических наук

Минск 1995

Работа выполнена в Белорусском государственном университете информатики и радиоэлектроники

Научный руководитель:

академик Белорусской инженерной академии, доктор технических наук, профессор Смирнов А.Н.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Морозевич А.Н.,

кандидат технических наук, доцент Курулев А.П.

Оппонирующая организация:

Научно- исследовательский технологический институт оптического станкостроения и вакуумной техники, г.Минск

Защита диссертации состоится "14" декабря 1995 г. в 14ю часов на заседании совета по защите диссертаций Д 01.04.01 при Институте технической кибернетики АН Беларуси по адресу: 220012, Минск, ул.Сурганова.6.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института технической кибернетики АН Беларуси.

Автореферат разослан "13" ноября 1995 г.

Ученый секретарь совета по защите диссертаций доктор технических наук

Л

/

/

П.Н. Бибило

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации

Проблема обмена информацией между различными уровнями управления в технических системах достаточно широка и многогранна. В ней имеется целый ряд задач, связанных как с аппаратным обеспечением систем обмена информацией и физическими аспектами создания отдельных элементов систем управления, так и с организацией функционирования систем обмена в целом и ее отдельных компонентов. В связи с расширением н усложнением задач, выполняемых этими системами, усложняется и оборудование, применяемое в этих системах, усложняются и количественно увеличиваются связи между отдельными устройствами. Это приводит к ситуации, когда параметры системы информационного обмена однозначно определяют эффективность функционирования системы в целом. Для достижения ее высокого значения к оборудованию и к связям его частей предъявляются достаточно жесткие требования (по точности, быстродействию, надежности и т.п.). Определение их номенклатуры и численных значений невозможно без учета специфики системы и разработки проблемно- и объекто-ориентированных методов проектирования. Актуальность создания таких методов возрастает при разработке больших технических систем и систем с уникальным оборудованием.

В данной работе выбран один из аспектов этой проблемы, ориентированный на построение приборных интерфейсов для систем автоматизации.

В настоящее время известно несколько подходов к проектированию интерфейсов, рассмотренных в работах Я.А.Хетагурова, А.А.Мячева, Г.Наумана, А.Н.Домарацхого, В.А.Ацюховского, У.Томпкинса, А.Н.Морозевича и других авторов. Однако эти подходы не могут быть применены непосредственно и требуют адаптации с учетом специфики объекта.

Для построения приборного интерфейса систем автоматизации возможно использование различных стандартных (параллельных и последовательных) интерфейсов, но для них характерна большая избыточность программных и аппаратных средств. Предпочтение отдают более простым интерфейсам: интерфейсам с непосредственной передачей сигналов по индивидуальным линиям. Такое предпочтение характерно для производственных систем и, в частности, систем производства изделий оптоэлектроники. Важным фактором оценки правильности этих решений является наличие формализованных средств, позволяющих оценить качество таких интерфейсов,особенно на ранних стадиях их проектирования. Прямое использование известных математических и имитационных моделей для проектирования и исследования приборных интерфейсов АСУ ТП изделий оптоэлектроники затруднено рядом специфических причин, в частности,

необходимостью включения линий обмена аналоговой информацией и высокими требованиями к обеспечению их надежности.

В силу этого задача создания моделей и алгоритмов построения приборных интерфейсов, учитывающего специфику объекта и позволяющего сокращать стоимость и сроки проектирования, актуальна.

Решению указанной задачи посвящена диссертационная работа.

Связь работы с крупными научными программами, темами. Направление работы определено планами научных работ БГУИР в рамках выполнения межотраслевой республиканской программы 27.01.Р "Информатика", утвержденной

Постановлением СМ БССР N 327 от 16.11.88 г.

Цель работы и задачи исследования■ Цель работы состоит в разработке моделей и алгоритмов построения приборных интерфейсов для систем автоматизации, учитывающих специфику объекта и обеспечивающих уменьшение затрат и сокращение сроков проектирования за счет расширения базы формализации.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Провести анализ специфики приборных интерфейсов для систем автоматизации.

2. Разработать модели взаимодействия функциональных подсистем приборных интерфейсов для систем автоматизации при различных способах организации информационного обмена, позволяющих учитывать специфику приборных интерфейсов данного типа и формализовать задачи анализа и синтеза его характеристик.

3. Разработать модели внутренних структур функциональных подсистем и критерии для исследования технико- экономических показателей, позволяющих построить более полные модели, адекватные исследуемому объекту.

4. Разработать алгоритмы построения приборных интерфейсов для систем автоматизации, позволяющие на основе построенных моделей приборных интерфейсов формализовать логику выполнения процедур проектирования.

5. Разработать математическое и программное обеспечение для автоматизации расчетов характеристик приборных интерфейсов для систем автоматизации, ориентированных на построение АРМ.

Методы исследования. Методы исследования базируются на методах информационного описания объектов, математическом моделировании, элементах схемотехники, теории систем массового обслуживания и системной методологии промышленного исследования технологических объектов.

Научная новизна. Научная новизна заключается в следующем:

1. В модели взаимодействия функциональных подсистем приборных интерфейсов впервые учтено распределение их производительности и расширен набор учитываемых показателей функциональных подсистем.

2. В модели внутренних структур функциональных подсистем приборных интерфейсов на основе учета различных способов организации обмена и расширенного набора параметров установлена взаимооднозначная связь их значений с технико- экономическими показателями приборного интерфейса.

3. Алгоритмы построения приборных интерфейсов для систем автоматизации на основе построенных моделей (пп.1,2) формализуют логику выполнения процедур проектирования.

Практическая значимость полученных результатов

1. Модель взаимодействия функциональных подсистем приборных интерфейсов для систем автоматизации позволяет распределять ресурсы системы для повышения эффективности системы.

2. Модель внутренних структур функциональных подсистем приборных интерфейсов для систем автоматизации позволяет оптимизировать технико-экономические показатели функциональных подсистем приборных интерфейсов с учетом различных способов организации обмена.

3. Алгоритмы построения приборных интерфейсов для систем автоматизации позволяют существенно сократить время проектирования, учесть специфику приборных интерфейсов и вести целенаправленный поиск вариантов их построения.

Экономическая значимость полученных результатов. Результаты проведенных исследований нашли практическое применение в следующих разработках, выполненных при непосредственном участии автора:

1. Приборный интерфейс системы "Уран-Микро" для контроля параметров оптических деталей в составе АСУ ТП изделий отоэлектроники на заводе "Эпос".

2. Автоматизированная система обработки сообщений "Алеся" в ПКФ "Тодес".

3. Система автоматизации производственной деятельности ПКФ "Реста".

4. Семейство приборов в ООО "НСИ".

5. Лабораторный практикум по курсу "Системы и сети телеобработки данных" для студентов специальности "Автоматизированные системы управления" в БГУИР.

Использование результатов работы позволило уменьшить избыточность приборных интерфейсов, повысить качество и сократить сроки их проектирования.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту

1. Модель взаимодействия функциональных подсистем приборных интерфейсов при различных способах организации информационного обмена, представляющая собой систему аналитических зависимостей показателей приборных интерфейсов от показателей функциональных подсистем, учитывающая специфику объекта проектирования.

2. Модель внутренних структур функциональных подсистем приборных интерфейсов, представляющая собой систему аналитических зависимостей показателей функциональных подсистем от технических параметров этих подсистем и стоимостных показателей, учитывающая специфику объекта проектирования.

3. Алгоритмы построения приборных интерфейсов для систем автоматизации, формализующие логику выполнения процедур их проектирования.

Апробация результатов диссертации. Основные положения диссертационной работы обсуждались на Всесоюзной НТК "Управление эффективностью производства с применением экономико- математических методов и АСУ" (Москва, 1989), III Всесоюзном симпозиуме "Перспективы развития вычислительных систем" (Рига, 1989), VII Всесоюзной НТК "Проблемы, задачи и опыт применения технологий разработки и внедрения прогрессивных средств и АСУ ТП" (Черновцы, 1990), II Всесоюзной НТК "Контроль, управление и автоматизация в современном производстве" (Минск, 1990), Научной конференции БГУИР (Минск, 1994), Международной математической конференции "Проблемы математики и информатики" (Гомель, 1994).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ, в том числе 11 статей, 1 лабораторный практикум, 2 авторских свидетельства.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Материал изложен на 125 страницах машинописного текста (основной текст - 98 страниц), содержит 28 рисунков, 12 таблиц, 4 приложения, библиографию из 128 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и основные задачи исследования, приведены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе определены место исследуемых приборных интерфейсов в классификации интерфейсов, рассмотрены некоторые методы анализа и синтеза интерфейсов, сформулированы и обоснованы пути решения задачи построения приборных интерфейсов для систем автоматизации.

На начальных этапах проектирования приборных интерфейсов для систем автоматизации необходимо исследовать возможность использования стандартных интерфейсов для решения поставленных задач. Для этого в разделе анализируются известные интерфейсы, определяются их технические характеристики, классы систем управления, в которых они могут использоваться, модели и методы их проектирования. Показано, что существующее разнообразие в подходах к классификации интерфейсов, затрудняет нахождение аналогов и определение базы проектирования. Специфика приборных интерфейсов для систем автоматизации не позволяет однозначно отнести их к какому-либо классу и требует индивидуальности при выборе математического аппарата для решения задач анализа и синтеза этих приборных интерфейсов.

Известные математические модели стандартных интерфейсов, созданные на основе языков программирования и теории автомагов, а также гибридные

многоуровневые модели позволяют в некоторой степени учитывать специфику проектирования нестандартных приборных интерфейсов, приборных интерфейсов непосредственного управления, но степень адекватности может быть неудовлетворительной для их качественного проектирования. Отмечена перспективность решения задач проектирования на основе использования объекто-ориен гированных математических моделей.

Покачано, что неотъемлемой частью задач« проектирования является выбор критерия эффективности, позволяющего объективно оценивать различные конфигурации приборных интерфейсов. Дан анализ известных работ,

устанавливающих порядок выбора и оценки показателей качества приборных интерфейсов. Показано, что оптимальное решение этой задачи способствует повышению эффективности использования приборных интерфейсов для промышленных объектов и снижает их избыточность.

Сопоставлены известные подходы к построению критериев эффективности, использующие такие показатели как коэффициент качества, добротность, функция штрафа, различные виды затрат и т.д. На этой основе определено, что для приборных интерфейсов необходимо, чтобы база для построения того или иного критерия соответствовала номегпслатуре параметров и показателей приборных интерфейсов и учитывала специфику системы автоматизации.

Анализом литературных источников показана необходимость создания единой объекто-ориентированной методики, позволяющей последовательно, формально логически или эмпирически организовать итерационный, диалоговый процесс построения приборных интерфейсов с использованием ПЭВМ.

Вторая глава посвящена построению системной модели приборных интерфейсов для систем автоматизации.

Решение задачи проектирования интерфейсов предполагает построение моделей, выбор критериев эффективности и методов оптимизации интерфейсов при заданных ограничениях. Исходной информацией для задания множества вариантов интерфейса является набор в структурных параметров и набор Р интерфейсных операторов. Если можно выделить набор У обобщенных характеристик (критериев шш показателей эффективности) интерфейса, то взаимосвязь организации и характеристик интерфейса определяется отображением - У. При известной

целевой функции К задача проектирования в терминах дискретного математического программирования сводится к отысканию множества экстремумов на множестве У» ограничений:

К=езйг{У)

У<У„

Решение данной задачи сводится к выбору таких вариантов организации {в,Г}, при которых величина К принимает экстремальное значение, а значения

обобщенных характеристик V интерфейса не превышают установленных для них ограничений У„.

Большое число структурных параметров С и сложность их взаимосвязи с характеристиками интерфейса У являются основными причинами того, что задача выбора в строгой математической постановке становится трудноразрешимой. Решение задачи упрощается, если ограничить область {в,К}, что исключает полный перебор вариантов; при этом этом оценка эффективности разделяется на следующие стадии:

задание множества всех возможных и определение допустимых альтернативных вариантов организации интерфейсов;

выбор критерия эффективности, технико- экономических показателей интерфейсов и соотношений, связывающих значения этих показателей с критерием эффективности;

выявление наиболее рационального варианта на подмножестве допустимых.

Наиболее сложным является определение соотношений, связывающих структурные параметры в с обобщенными характеристиками У, и аналитическое выражение характеристик через критерий эффективности.

Определен способ ограничения области поиска решения {СД5-}. Для этого рассмотрена система связей ПЭВМ с объектом управления (ССО) как многоуровневая система, в которой для каждого 1-го уровня характерны свои наборы {Gj.Fi}, У;, К, У«. На верхнем уровне находится общесистемная модель приборных интерфейсов, на самых нижних- детальные модели компонент функциональных подсистем.

Понижение уровня абстракции при описании систем производится с помощью функциональной и структурной декомпозиции. Детализация системных требований (с учетом проблемной ориентации) позволяет сформулировать требования к различным уровням ССО, к подсистемам ССО, к отдельным компонентам ССО.

Показано, что в результате многоуровневой декомпозиции задача проектирования сводится к определению наиболее рациональных вариантов построения системы, обеспечивающих требуемые значения ограничений и критериев на отдельно взятых уровнях.

Для обеспечения решения "задачи проектирования необходимо для каждого уровня декомпозиции использовать математические модели, соответствующие данному уровню. Рассмотрены модели приборных интерфейсов в виде двух моделей: макро- и микромодели. Макромодель описывает взаимодействие внутри ССО на уровне функциональных подсистем, таких как ПЭВМ, системный интерфейс, подсистемы аналогового и дискретного ввода- вывода, подсистема резерва, и является системной моделью взаимодействия ССО и приборных интерфейсов.

Подсистемы аналогового и дискретного ввода-вывода, в свою очередь, состоят из множества каналов информационного обмена (КИО), каждый из коюрьгх связан с каким-либо исполнительным или управляющим устройствами.

Для данной модели определены основные параметры, характеризующие модель: Хм - интенсивность поступления заявок в КИО аналоговых подсистем, где ¡= 1 ...п, п -количество аналоговых КИО; - интенсивность поступления заявок в КИО дискретных подсистем, где ¡ = 1...т, т - количество дискретных КИО; Лк -интенсивность обработки заявок в аналоговых КИО; \у - интенсивность обработки заявок в дискретных КИО; Хг. - интенсивность выхода из строя КИО; >.н -интенсивность восстановления работоспособности КИО; - интенсивность обработки заявок на системном интерфейсе; Яс- интенсивность обработки заявок на ПЭВМ.

Основной задачей проектирования приборных интерфейсов на данном уровне является выбор ПЭВМ, обеспечивающей обработку поступающего потока заявок, либо определение структуры и технических характеристик подсистем нижнего уровня, обеспечивающих заданные значения критериев функционирования системы в целом. Во втором случае будет производиться перераспределение задач приборных итггерфейсов между уровнями системы, между функциональными подсистемами или внутри функциональных подсистем.

Данная система представляет собой однородную стационарную марковскую цепь с непрерывным временем с дискретным множеством состояний.

Функционирование системы можно описать как пространство состояний Е и совокупностью переходов из одного состояния в другое. Для этой системы определены:

1. матрица переходных состояний \У(1+8)=УР(8)*\У(0, (Ув, 1>0),

2. матрица (вектор) вероятностей р(с+5)- (р«(£+«),р1(1+5), .. . рп-тО+в)),

которая характеризует вероятность того, что в момент времени процесс

эволюции, описываемый марковской цепыо, окажется в состоянии Е,.

Согласно уравнения Колмогорова

~р(г+з)= УУ^'рТО-

\У(1),(1>0) - непрерывная функция и имеет производную, причем \У(0)=1, где I-единичная матрица. Введем обозначение <3=\У'(0), где С - матрица ишенсивностей (плотностей) переходов.

При $=0 продифференциируем обе части матриц.

\У(0=<2*\У(1), р'(0=<?т*р(0-

Элементы матрицы О для исследуемой модели имеют вид:

X.ij ,если существует переход из состояния Ei в Ej, где Хд. интен-qij= сивность перехода; i=l..n,j=l..n, где п- количество состояний;

О, если переход не существует. Диагональные элементы вычисляются по формуле

п

qs= -X <^,i=l..n. j=l

Для стационарного режима p(t)=p, тогда из уравнения Колмогорова получаем QT* р=0.

Система линейных алгебраических уравнений имеет вид

qu* po+qn* Р1+...+ qui* p»-i=0, qii* p»+ qi2* P1+...+ q02* р»-»=0,

q«* Po+ qa.* pi+...+ qm * pn-i=0,

po+pi+...+ Pd-i=0.

В результате ее решения получаем матрицу р вероятностей нахождения марковской цепи в состоянии Ej.

Средние значения величин введенных показателей эффективности и характер их зависимости от параметров были оценены на конкретных структурах приборных интерфейсов с заданными значениями параметров и ограничений, построены области эффективности.

Третья глава посвящена построению моделей внутренних структур функциональных подсистем (ФП) приборных интерфейсов для систем автоматизации.

Данные модели являются микромоделями приборных интерфейсов и характеризуются более детальными моделями ФП приборных интерфейсов. По результатам их исследования возможно получение конкретных инженерных решений. Основными Ф11 приборных интерфейсов являются аналоговые и дискретные КИО, по которым осуществляется обмен между ПЭВМ и объектом управления (ОУ).

Математическая модель канала информационного обмена приборного интерфейса в контексте принятой декомпозиции является микромоделью. Исходными данными для построения модели КИО являются: набор параметров {Gi.Fi}, характеризующих КИО и учет которых необходим по мнению проектировщика; набор технико- экономических показателей Yi, связанных с КИО; система взаимосвязей между показателями и параметрами №:= GscFi - Yi; целевая функция (критерий эффективности) К; ограничения Yd.

Математическое содержание задачи микропроектнрования сводится к отыскашно множества экстремумов Ki=extr{Yi} на множестве YM ограничений.

Для данной задачи обосновывается расширенный набор учитываемых параметров и определяются две группы основных технико- экономических показателей (производительность и надежность), аналитические зависимости которых исследуются.

Предлагаемая модель, в отличие от известных, отражает необходимый уровень детализации и взаимозависимостей внутренних связей исследуемых объектов.

Процесс взаимодействия в интерфейсе разделен на фазы установления связи tJC) передачи данных и окончания связи t«. Суммарное время обмена То в соответствии с принятой этапностьто выглядит следующим образом:

To=(tyc tin + toc)* RlKMC.

Коэффициент Rir«c учитывает использование определенной квазимажоритарной системы (KMC) обеспечения надежности. Ее применение является одним из подходов к повышению отказоустойчивости систем обмена информацией посредством избыточности, достигаемой за счет использования программных и аппаратных методов. Операция мажорирования выполняется не на каждом шаге работы, а через период, определяемый алгоритмом управления. При сравнении вероятности безотказной работы такие системы имеют преимущество перед традиционной троированной мажоритарной структурой.

Время передачи данных учитывает наличие дискретных и аналоговых данных:

^ПД ÎtllMli,

где t„„r время передачи массива дискретных слов, t„ua- время передачи массива

аналоговых слов.

Количество передач, необходимых для обмена одним дискретным словом,зависит от числа информационных разрядов в дискретном слове Пид, числа информационных шин для передачи дискретного слова ш„д.

Количество передач, необходимых для обмена одним аналоговым словом, зависит от числа информационных разрядов в слове пвя, числа информационных шин для передачи аналогового слова ган», времени преобразования АЦП tnp«>6p.

Общий характер зависимости Т0от общего числа информационных шин m» (m„= mw+ Юн») и числа управляющих шин тКОм представлен на рис. 1а.

Оценка интенсивности неисправностей интерфейсного об.орудования имеет вид:

Хи=[Хком * m*«* + Хи * m„ + X* * ( Шком + ти)] / R2kmc>

где А,ком, Хк - усредненные интенсивности выхода из строя соответственно аппаратуры одной линии управления (организации передачи), аппаратуры одной линии передачи данных, собственно линии (кабеля и усилителей), Кгкмс -коэффициент, учитывающий применение KMC, по смыслу это вероятность безотказной работы.Если эта система не используется, то Rtmie-l.

Общий характер зависимости Хи( т*, т„») представлен на рис.16.

Для решения задачи оценки и выбора вариантов построения КИО приборных интерфейсов предложен обобщенный критерий, который объединяет в себе все исследуемые параметры КИО. Его определение основано на том, что целью проектирования является определение набора параметров интерфейса, на котором интерфейс имеет экстремальное значение критерия качества. В качестве такого критерия выбраны стоимостные показатели, весьма актуальные в настоящее время. Определение рационального интерфейса проводится исходя из минимизации эксплуатационных затрат на интерфейс в системе. Вполне возможно, что поиск оптимума будет затруднен из-за большого количества параметров оптимизации, тогда целью проектирования будет являться определение областей рациональных конфигураций интерфейса.

Для этого критерия затраты на передачу основных данных должны уменьшаться при росте соотношения между временем передачи данных tM и суммарным временем обмена данных Т<>:

scw= s„*rjt„h

где SK - затраты на создание и эксплуатацию интерфейса.

Общий характер зависимости S» от количества информационных шин тн и управляющих тКом представлен на рис.1 в.

На примере конкретной конфигурации системы резервирования,аналоговых и дискретных КИО приборных интерфейсов оценены средние значения технико-экономических показателей, критерия эффективности, показан общий характер их зависимостей от параметров, определены области допустимых значений основных параметров.

Четвертая глава посвящена разработке алгоритмов построения приборных интерфейсов для систем автоматизации.

Дан анализ известных двух способов перевода задачи проектирования в класс обозримых и решаемых : 1. представление общего задания в виде иерархии частных заданий таким образом, чтобы на каждом уровне иерархии сложность проектирования была относительно небольшой; 2. ослабление целевых критериев. Вместо оптимального решения соглашаются на "хорошее", "рациональное". Такой подход позволяет использовать эвристические методы. Показано, что модели проектирования используют комбинации этих способов. В виду сложности задачи

Рис. I,

а) Зависимость суммарного времени обмена Т„ от общего числа информационных шин ш» и числа управляющих шин т*™.

б) Зависимость интенсивности неисправностей интерфейсного оборудования Хн от общего числа информационных шин тв и числа управляющих шин га«®,-

в) Зависимость затрат на создание и эксплуатацию интерфейса ви от общего числа информационных щин т„ и управляющих т«»,.

проектирования приборных интерфейсов ее целесообразно разбить на две подзадачи макро- и микропроектирования, каждая из которых имеет три основных элемента : модели, алгоритмы, проектировщик. На каждом этапе они имеют свою специфику.

Этап макропроектирования характеризуется системными моделями с незначительным числом параметров. На этом уровне система проектируется как совокупность взаимодействующих подсистем.

На этапе макропроектирования приборные интерфейсы рассматриваются на уровне функциональных подсистем (подсистемы аналогового и дискретного ввода-вывода, подсистема резерва), а также учитываются компоненты ССО, связанные с приборными интерфейсами (ПЭВМ, системный интерфейс, обьект управления). Данные элементы характеризуются различными наборами показателей, основными из которых являются производительность, стоимость, надежность. На основе этих показателей, как исходных, ведется проектирование общей конфигурации приборных интерфейсов и всей ССО в целом. В результате этого определяется количество дискретных и аналоговых КИО, тип ПЭВМ и т.д. На данном этапе определяются требования по производительности, стоимости и надежности ко всем подсистемам и компонентам. Основными элементами этапа макропроектирования являются модели ССО и приборных интерфейсов на уровне ФП и предложенная в разделе 2 модель, которая считается основой для формализации решения задач макропроектирования.

Этап микропроектирования характеризуется более детальным исследованием компонент ФП, таких как аналоговые и дискретные КИО, являющихся основой функционирования соответствующих ФП. Для решения задач данного этапа в разделе 3 предложена математическая модель, учитывающая специфику приборных интерфейсов для систем автоматизации и использующая расширенный набор параметров, на основе которой можно вести проектирование аналоговых и дискретных КИО.

Два указанных этапа взаимосвязаны между собой. На этапе микропроектирования осуществляется разработка компонентов ФП приборных интерфейсов. Исходя из заданных показателей, рассчитанных на этапе макропроектирования, возможно определение набора параметров КИО (количество информационных и управляющих шин, время преобразования АЦП и т.д.). И наоборот, показатели КИО, рассчитанные на этапе микропроектирования, могут являться исходными данными для этапа макропроектирования.

На основании предложенной модели проектирования разработаны многоуровневые итерационные алгоритмы проектирования приборных интерфейсов для систем автоматизации. На каждом этапе выделено несколько основных процедур, таких как построение модели для решения задач проектирования,

моделирование возможных вариантов, опенка показателей эффективности и выбор рациональных структур.

Для алгоритмов макропроектирования характерно наличие неформальных процедур с участием проектировщика.

Из всех моделируемых вариантов построения конфигурации выбирается один или несколько, которые определяются как рациональные, и на их основе ведется микропроектирование. Процесс выбора может иметь эмпирический характер.

После него начинается этап микронроектирования. По последовательности выполняемых блоков микроэтап аналогичен макроэтапу. Взаимодействие на уровне компонент ФП описывается логическими и временными соотношениями между схемотехническими и программными элементами. Объектами проектирования становятся КИО ФП со своими моделями и критериями.

Процедуры проектирования для этого алгоритма формализованы на основе предложенных в разделе 3 моделей, что позволило наиболее трудоемкие расчеты производить на ПЭВМ и оценивать их результаты.

Показано,что предложенные алгоритмы позволяют организовать многоуровневый, итерационный процесс проектирования с использованием ПЭВМ. За счет этого сокращается время проектирования, повышается его эффективность.

В пятой главе рассматриваются вопросы практического использования разработанных моделей и алгоритмов построения приборных интерфейсов для систем автоматизации.

Объектом проектирования выбран приборный интерфейс системы "Уран-Микро", предназначенный для бесконтактного автоматизированного измерения толщины деталей с полированными поверхностями, в том числе оптических деталей с плоскими, сферическими, цилиндрическими, асферическими, выпуклыми и вогнутыми поверхностями.

Для реализации предложенных моделей и алгоритмов на ПЭВМ был разработан пакет прикладных программ, дано его описание и определены доверительные интервалы разработанных моделей. Описаны конкретные технические решения, полученные с помощью разработанного метода. С помощью предложенных критериев определены рациональные варианты построения приборных интерфейсов и ССО на заданных диапазонах определения вариации параметров.

ВЫВОДЫ

В процессе исследования рассмотрены и решены следующие задачи:

1. Разработана модель взаимодействия функциональных подсистем приборных интерфейсов при различных способах организации информационного обмена, представляющая собой систему аналитических зависимостей показателей приборных интерфейсов от показателей функциональных подсистем, учитывающая специфику

объекта проектирования, позволяющая распределять ресурсы системы для повышения эффективности системы;

2. Разработана модель внутренней структуры функциональных подсистем приборных интерфейсов, представляющая собой систему аналитических зависимостей показателей функциональных подсистем от параметров этих подсистем, учитывающая специфику объекта и позволяющая оптимизировать технико- экономические показатели функциональных подсистем приборных интерфейсов;

3. Предложены алгоритмы построения приборных интерфейсов для систем автоматизации, формализующие на основе построенных моделей приборных интерфейсов логику выполнения процедур проектирования и позволяющие вести целенаправленный поиск решения задачи проектирования;

4. Созданы программные средства для автоматизации построения приборных интерфейсов систем автоматизации на основе предложенных моделей и алгоритмов.

Список опубликованных работ по теме диссертации:

1. Урусов A.B. Метод проектирования новых технологий для АСУ TII изделий оптоэлектроники/ Всесоюзная НТК "Управление эффективностью производства с применением экономико- математических методов и АСУ".- Москва, 26-28 сентября 1989.

2. Рогальский Е.С., Урусов A.B. Квазимажоритарный метод обеспечения отказоустойчивости вычислительных систем/ III Всесоюзный симпозиум "Перспективы развития вычислительных систем".- Рига, 1-2 ноября 1989.

3. Урусов A.B., Татур В.Г. Многоуровневая мажоритарно- резервированная система автоматизированного управления технологической установкой/ VII Всесоюзная НТК "Проблемы, задачи и опыт применения технологий разработки и внедрения прогрессивных средств и АСУ ТП". - Черновцы, 9-11 октября 1990.

4. Урусов A.B., Татур В.Г. Многоуровневая мажоритарно- резервированная система автоматизированного управления технологической установкой/ II Всесоюзная НТК "Контроль, управление и автоматизация в современном производстве".- Минск, 15-19 октября 1990.

5. A.c. 1501772 СССР, МКИ 4G 06 Fl 1/18. Устройство для управления режимом обмена ЛВС./ Смирнов А.Н.,Рогальский Е.С., УрусовА.В., Глузд Г.А. (СССР).-N4353721/24-24; Заявлено 30.11.87; Опубл. 15.04.89.

6. A.c. 1646416 СССР, МКИ 4G 06 Fl 1/18. Устройство для управления режимом обмена распределенных децентрализованных вычислительных сетей. /Рогальский B.C., Урусов A.B., Черник В.Г., Лутов В.Н. (СССР).- N4748594; Заявлено 11.10.89; Опубл. 3.01.91.

7. Смирнов А.Н., Урусов A.B. Формализация оценки эффективности приборных интерфейсов./ БГУИР.-Минск, 1993.-24 с.-Деп. в БелНИТИ 14.06.93, N1045-B93.

8. Смирнов А.Н., Урусов A.B., Иванчиков A.A. Лабораторный практикум по курсу "Системы и сети телеобработки данных" для студентов специальности "АСУ".-МРТИ, Минск, 1993.

9. Смирнов А.Н., Урусов A.B. Метод проектирования приборных интерфейсов для АСУ TII изделий оптоэлектроники/ Научная конференция БГУИР.- Минск, ISIS февраля 1994.

10. Смирнов А.Н., Урусов A.B. Математическая модель приборного интерфейса. /БГУИР. -Минск, 1994.-15с,-Деп. вБалНИТИ 19.04.1994, НД 199425.

11. Смирнов А.Н., Урусов A.B. Разработка математической модели приборного интерфейса/ Международная математическая конференция "Проблемы математики и информатики".- Гомель, 19-23 мая 1994.

12. Смирнов А.Н., Урусов A.B. Стоимостной критерий оценки эффективности приборного интерфейса/ Международная математическая конференция "Проблемы математики и информатики",-Гомель, 19-23 мая 1994.

13. Смирнов А.Н., Мазаник В.В., Урусов A.B., Климович Т.С. Марковская модель приборного интерфейса / БГУИР. -Минск, 1995. -24с.- Деп. в ин-те Белинформпрогноэ 27.03.95, N Д199518.

14. Смирнов А.Н., Урусов A.B. Алгоритмы проектирования приборных интерфейсов АСУ ТП изделий оптоэлектроники. / БГУИР. -Минск, 1995. -11с.-Деп. в ин-те Ьелинформпрогноз 27.03.95, N Д199517.

Р Э 3 Ю M Е

да дысертацыйнай працы Урусава А.У. "Мадэл1 i алгарытмы праектавання прыборных интэрфейсау для с/стэм аузамагызацьп"

Ключавыя словы: прыборны штэрфейс, астэма а^таматызацьп, функцыянальиая падсютэма, канал ¡нфармацыйнага абмену, матзматычная мадель, алгарытм пабудовы, вырабы оптаэлектротю.

На аснове эксперыментальных даследаванняу прыборных ¡нтэрфейсау для cicT3M аутаматызацьи нрапанован метад для ацэнм ix тэхтка- эканам1чных паказчыкау i выяулена каменклатура ix варЧруемых параметрау. Распрацаваны матэматычныя мадэ:п функцыянальных падастэм прыборных ¡нтэрфейсау i каналау ¡нфармацыйнага абмену. Прапанаваны многаузро^невыя ¡тэрацыйныя алгарытмы пабудовы прыборных ¡нтэрфейсау для с!стэм аутаматызацьп. як\-л дазваляюць забяспечваць яго высокую эфектыунасць i скарачаюць час праектавання. Распрацавана адпаведнае праграмнае забеспячэнне для рэал1зацьн метада на ПЭВМ з в1зуал1зацыяй вобласцей дапушчальнага змянення параметрау прыборных ¡нтэрфейсау. Пры распрацоуцы мадэлей i алгарытмау ул1чывад'1ся спецыфша канетруктарска- тэхналапчных рашэнняу i ¡мавернаецны характар працэсау выканання вырабау оптаэлектронш.

РЕЗЮМЕ

к диссертационной работе Урусова А.В. "Модели и алгоритмы построения приборных интерфейсов для систем автоматизации"

Ключевые слова: приборный интерфейс, система автоматизации, функциональная подсистема, канал информационного обмена, математическая модель, алгоритм построения, изделия оптоэлектроники.

На основе экспериментальных исследований приборных интерфейсов для систем автоматизации предложен метод для оценки их технико- экономических показателей и выявлена номенклатура их варьируемых параметров. Разработаны математические модели функциональных подсистем приборных интерфейсов и каналов информационного обмена. Предложены многоуровневые итерационные алгоритмы построения приборных интерфейсов для систем автоматизации, позволяющие обеспечивать его высокую эффективность и сокращать время проектирования. Разработано соответствующее программное обеспечение для реализации метода на ПЭВМ с визуализацией областей допустимого изменения параметров приборных интерфейсов. При разработке моделей и алгоритмов учитывались специфика конструкторско- технологических решений и вероятностный характер процессов производства изделий оптоэлектроники.

SUMMARY

to the dissertation work A.V. Urusov "Models and algorithms of devical interfaces for automation systems"

Keywords: devical interface, automation system, functional subsystem, informational exchange channel, mathematical model, construcnion algorithm, optoelectronics hardware.

On the basis of experimental researches of interface devices for automation system a method for appraisal of their technical- economical indexes was suggested, and nomenclature of their variable was revealed. Mathematical models for functional subsystems of interface devices and informational exchange channels were elaborated. Multilevel iteration algorithms of construction of interface devices for automation systems that provide their effective value and shorten designing time were suggested. Corresponding software to implement the method on computer with observation of areas of parameters of interface devices was worked out. While working these models and algorithms out, the specific of engeneer- technological approach and probable character of process of manufacturing of optoelectronics hardware was taken into account.