автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Показатели, методы и алгоритмы повышения эффективности вычислительных систем промышленных предприятий

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОНИКИ И МАТЕМАТИКИ

На правах рукописи

ПОКАЗАТЕЛИ, МЕТОДЫ И АЛГОРИТМЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность 05.13.13 - «Вычислительные машины, системы,

комплексы и сети»

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Барашева Людмила Анатольевна

Научный руководитель д.т.н., проф. Жданов В. С.

Москва - 1999

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5-11 ГЛАВА 1. ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ

ПРЕДПРИЯТИЙ: ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 12-37

1.1. Место ВС в структуре промышленного предприятия 12

1.2. Определение стратегии развития ВС предприятия 14

1.3. Стратегия развития ВС на основе «Открытых систем» 16

1.4. Программное и аппаратное обеспечение ВС 19

1.5. Основные задачи модификации ВС в процессе ее 24 функционирования

1.6. Основные понятия и определения эффективности 25

1.7. Роль ВС в управлении предприятиями 28

1.8. Алгоритмы и методы повышения эффективности ВС 32 Выводы по главе 1 37 ГЛАВА 2. ПОКАЗАТЕЛИ И АЛГОРИТМЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВС ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ 38-110

2.1. Подходы к выбору обобщенных показателей 38

2.2. Формирование обобщенного показателя следования 47

2.3. Формирование критерия неизбыточности ВС 54

2.4. Обобщенный показатель надежности 57

2.4.1. Надежность технических средств ВС 57

2.4.2. Надежность программного обеспечения ВС 61

2.4.3. Надежность принятия управленческих решений 63 Модель надежности пользователя при выборе решений 64 Определение зоны повышенной вероятности принятия ложного решения 65 Надежность принятия управленческих решений 67

2.5. Обобщенный показатель качества 69

2.6. Обобщенный затратный показатель 75

2.7. Обобщенный показатель быстродействия ВС 79

2.7.1. Быстродействие 79

2.7.2. Трудоемкость разработки и модернизации ВС 81

2.8. Обобщенный показатель производительности ВС 81

2.9. Адаптация алгоритмов и моделей обработки информации к условиям действующего предприятия 84

2.9.1. Использование обработки информации по линейным алгоритмам 84

2.9.2. Использование обработки информации по нелинейным алгоритмам 89

2.9.3. Использование быстрых алгоритмов обработки информации 97

2.9.4. Обработка информации о внешней среде предприятия 99

2.9.5. Обнаружение изменений информации о внешней среде 104

2.9.6. Многофакторная математическая модель 107 Выводы по главе 2 109 ГЛАВА 3. МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВС 111-144 ПРЕДПРИЯТИ ПРИ ОБРАБОТКЕ ВИДЕОИНФОРМАЦИИ

3.1. Методы обработки видеоинформации по технологии сечений 113

3.2. Эффективность обработки видеоинформации по методу чередующихся сечений 118

3.2.1. Общие положения 118

3.2.2. Алгоритм формирования информационного массива и массивов управления 120

3.3. Базовый интегральный метод (БИМ) 122 3.3.1. Постанова метода 122

3.3.2. Метод равновесных сечений 125

3.3.3. Алгоритм дополнительной обработки 127 3.4. Метод наложения зон 129 Выводы по главе 3 144 ГЛАВА 4. АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ВС ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ 145-168

4.1. Исследование технической базы ВС 146

4.1.1. Анализ локальной вычислительной сети АО "ВТЗ" 146

4.1.2. Анализ парка компьютеров АО "ВТЗ" 147

4.1.3. Анализ надежности технической базы ВС АО "ВТЗ" 148

4.1.4. Прогнозируемая рабочая нагрузка ВС 152

4.2. Исследование программного обеспечения ВС 153

4.3. Исследование информационной базы 155

4.4. Методика выбора приоритетных параметров при формировании обобщенных показателей эффективности ВС 162

4.5. Экспериментальные данные методов обработки деловой информации 168 Выводы по главе 4 168 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 169 ЛИТЕРАТУРА 172 ПРИЛОЖЕНИЕ 1

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

ВВЕДЕНИЕ

АКТУАЛЬНОСТЬ. В современных условиях любое действующее предприятие выступает как самостоятельная единица, которую можно назвать экономическим объектом (ЭО), обладающим материальными, трудовыми, энергетическими, финансовыми и информационными ресурсами. Современная автоматизированная информационная система (АИС) проектируется на базе вычислительной системы (ВС), является элементом ЭО и соответственно обладает определенной частью его информационных, трудовых и технико-энергетических ресурсов.

При разработке отечественных автоматизированных систем большее внимание уделялось автоматизации управления и технологических процессов и улучшению технических характеристик АИС, в том числе и ВС. Значительный вклад в разработку основ построения таких АС внесли В. М. Глушков, А. Г. Мамиконов, Д. А. Поспелов, Советов Б. Я., И. Ю. Юсупов и др.

Применение АИС на большинстве предприятий не привело к ожидаемому эффекту. Выявлено, что причины неудач использования систем, прежде всего, скрываются в несоответствии АИС на базе ВС с одной стороны и объекта с другой. Поэтому ВС должна быть спроектирована под объект с заранее заданными свойствами соответствия.

В современных условиях на эффективность ВС промышленных предприятий сильно влияет динамика изменений параметров внутренней и внешней сред. Как отмечается в работах Первозванского A.A., информационное запаздывание играет точно такую же роль в формировании издержек, как и транспортное. Влияние внешней среды является существенным и может быть определяющим фактором для производства. Для обеспечения соответствия ВС предприятию, она должна обрабатывать информационные потоки внешней и внутренней сред. Поэтому работы по

повышению эффективности ВС предприятия становятся актуальными.

ВС промышленных предприятий обладают большой сложностью, обусловленной включением в ее контур людей и ЭВМ. Они служат для получения определенного вида полезного выходного эффекта. С целью повышения эффективности функционирования ВС необходимо с учетом динамики рабочей нагрузки непрерывно проводить оценку состава и параметров ее модулей с учетом условий работы, которые могут быть и неопределенными. Необходимо учитывать тот факт, что производственная информация, переданная, хранимая и обрабатываемая ВС, в современных условиях, превратилась в реальную производительную силу. ВС стала одной из основных частей АИС и производства, а ее полезный выходной эффект -частью полезного выходного эффекта действующего предприятия.

На этом основании ВС рассматривается как система для обработки информации с использованием современных математических методов и информационных технологий. ВС промышленных предприятий должна создавать полезный выходной эффект, который, по крайней мере, должен компенсировать все затраты на ее создание и использование. При ограниченности затрат на ВС необходимо выбрать наиболее эффективный вариант самой ВС и обеспечить ее функционирование (действие) в условиях изменения сред, количества, объемов и сложности решаемых задач. Для этой цели необходимо сформировать показатели и оценить основные параметры и характеристики ВС как базу ее усовершенствования.

Таким образом, разработка и выбор обобщенных показателей, методов и алгоритмов повышения эффективности ВС промышленного предприятия актуальны.

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

Цель работы состоит в научно-обоснованном формировании и выборе обобщенных показателей и разработке методов и алгоритмов повышения

эффективности ВС промышленного предприятия.

Поставленная цель определяет следующие задачи исследования:

1) проведение анализа роли и места ВС в структуре предприятия и стратегий развития ВС;

2) исследование, формирование и выбор обобщенных показателей и алгоритмов повышения эффективности ВС предприятия;

3) исследование и разработка методов обработки деловой видеоинформации в целях повышения быстродействия и повышения эффективности ВС предприятия;

4) проведение анализа ВС конкретного предприятия и разработка программных средств его поддержки.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА

На основе анализа места ВС в структуре предприятия и стратегии ее развития сформулированы подходы к формированию и выбору обобщенных показателей эффективности ВС промышленного предприятия. Предложены обобщенный показатель, сформированный с помощью операции импликации, критерий неизбыточности ВС предприятия, обобщенный показатель надежности с учетом эффективного возраста системы и затратный показатель с учетом временной зависимости. Адаптированы алгоритмы обработки информации применительно к внешней среде предприятия. В рамках повышения эффективности ВС разработаны и исследованы методы обработки видеоинформации по технологии сечений. АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ.

Основные научные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на 29-ой научной конференции ВлГТУ (Владимир, 29 января - 2 февраля 1996 г.); на 2-ой международной научно-технической конференции "Перспективные технологии в средствах передачи информации" (Владимир, 25 - 27 июня 1997 г. ); на 3 -ей международной

конференции студентов и аспирантов "Наука молодая" "Предпринимательство и реформы в России" имени Л.В. Канторовича (Санкт-Петербург, 18-21 ноября 1997); на 3 - ей международной научно-технической конференции "Физика и радиоэлектроника в медицине и биотехнологии ФРЭМБ'98" (г. Владимир, 17-19 июня 1998 г.).

Отдельные вопросы диссертации исследовались в рамках грантов: "Исследование и разработка методов поиска опорных точек, формирования, получения и обработки их изображений на основе технологии сечений" (СПб., ГААП, 1995); "Исследование и разработка методов поиска объектов, формирования, получения и обработки их изображений на основе технологии сечений" (СПб., ЛЭТИ, 1995). ПУБЛИКАЦИИ ПО РАБОТЕ

По результатам диссертации опубликовано 8 работ, поданы 4 заявки на патенты РФ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность темы, цели и задачи исследования, формулируется научная новизна и практическая ценность полученных результатов, дается структура диссертации.

В первой главе дается анализ предприятия с точки зрения места ВС в его структуре, определяются основные понятия эффективности, используемые в работе, формулируются цель и задачи исследования.

Отмечается, что базой для оценки степени участия ВС в работе предприятия, а также зависимости принимаемых решений от информации, сформированной ВС, служит эффективность функционирования системы в рамках промышленного предприятия, которая может быть определена с помощью основных показателей эффективности. В главе формулируются методы формирования и выбора основных показателей как критериев эффективности ВС.

В главе определена стратегия развития ВС на основе "Открытых систем", в рамках которой рассмотрены подходы к программному обеспечению либо покупкой, либо разработкой необходимых модулей. В виде таблиц приведены данные по международным пакетам программ для промышленных предприятий среднего класса, альтернативные варианты и этапы внедрения их. Рассмотрен вопрос программного и аппаратного обеспечения систем на основе "Открытых систем". Сформулированы основные задачи модификации ВС предприятия в процессе ее функционирования. Отмечена роль ВС в управлении предприятием с учетом динамики различных изменений в функционировании.

В главе определены влияния и изменения внутренней и внешней сред на информацию, отражающую работу предприятия. С целью усовершенствования существующей на предприятии ВС в главе предлагаются адаптированные алгоритмы обработки информации к быстроизменяющимся условиям внешней среды, рассмотренные во второй главе.

Обоснована необходимость разработки методов, алгоритмов повышения эффективности ВС предприятия с учетом выявления ее "скрытых " резервов.

Вторая глава посвящена показателям и алгоритмам повышения эффективности ВС предприятия. На основе системного подхода выделяются глобальный, обобщенные и частные показатели эффективности. Исследованы методы, принципы и подходы к формированию обобщенных показателей эффективности ВС предприятия и выявлены их недостатки. В главе предлагается критерий неизбыточности ВС предприятия, обобщенный показатель, сформированный на основе операции импликации, а также исследуются такие обобщенные показатели как надежность, затратный, быстродействие, качество и производительность. Обобщенный показатель

надежности предложено формировать с учетом эффективного возраста ВС, временного резервирования и зон с повышенной вероятностью принятия ложного решения.

Для оценки свойств ВС в процессе ее функционирования в условиях действующих предприятий используют обобщенный показатель качества, отражающий назначение ВС и соответствующий целевой функции, наиболее полно отражающей получаемый полезный выходной эффект.

Отметим, что при оценке эффективности ВС нельзя ограничиться учетом только технических параметров системы. Получаемый эффект зависит не только от этих параметров, но и в большей степени может определяться показателями ВС как единицы оборудования предприятия. Для систем, функционирующих в составе действующего предприятия, для оценки эффективности ВС целесообразно использовать затратный показатель, выражающий отношение величины полезного эффекта к величине затрат 3 с учетом временных зависимостей.

В условиях больших затрат на развитие ВС поставлена задача выявления "скрытых" резервов системы, т.е. повышение эффективности функционирования, связанной с улучшением технических параметров и характеристик на базе производительных алгоритмов в предположении, что они потребуют меньше затрат. В этом случае в качестве модели внешней и внутренней среды для системы используется совокупность некоторых элементов, осуществляющих преобразование потока информации как одно общее целое. В этом случае становится возможным осуществлять параллельную обработку информации автоматически. Способ усреднения результатов параллельной обработки имеет принципиальное преимущество, поскольку он позволяет проводить обработку в условиях быстроизменяющихся факторов. Особенно это важно при распределении элементов по большой территории. В случае последовательной обработки это

возможно только при постоянстве параметров во времени. В главе предлагается адаптация алгоритмов (линейного, нелинейного и быстрого) параллельной обработки информации к быстроизменяющимся условиям предприятия.

Предложенные в главе подходы, показатели и алгоритмы используются при оценке эффективности функционирования ВС конкретного предприятия.

В третьей главе разрабатываются методы обработки деловой видеоинформации по технологии сечений, позволяющие повысить эффективность ВС предприятия.

В предложенной работе разрабатываются и исследуются методы и модели формирования и обработки массивов видеоинформации по технологии сечений, позволяющих значительно уменьшить требуемый объем памяти. Это достигается новым представлением информации в виде двух массивов, один из которых информационный, а другой - управляющий. Такое представление позволяет использовать групповые операции, параллельную обработку и производительные алгоритмы преобразования массивов, что дополнительно повышает эффективность ВС предприятия.

В главе рассмотрены методы: чередующихся сечений, базовый интегральный, равновесного сечения и наложения зон. Выведены расчетные соотношения для определения эффективности их использования. Результаты исследований представлены на графиках и рисунках.

Четвертая глава посвящена анализу эффективности действующей на предприятии ВС с помощью обобщенных показателей и разработанным программным средствам поддержки метода экспертных оценок при формировании и выборе приоритетных показателей эффективности.

В заключении приведены основные результаты работы и подведены итоги исследований.

ГЛАВА 1.

ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ: ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1.1. Место ВС в структуре промышленного предприятия

В современных условиях любое действующее предприятие выступает как самостоятельная единица, которую можно назвать экономическим объектом (ЭО). Все ЭО обладают материальными, трудовыми, энергетическими, финансовыми и информационными ресурсами. С точки зрения места вычислительной системы (ВС) в составе ЭО можно рассматривать его как некоторую структуру [1], в которой производство представлено в виде совокупности различных подразделений, имеющих свои локальные системы. Последние объединяются в единую ВС предприятия.

Ключевым условием создания различных систем из разнородных технических средств с последующим наращиванием их на базе вычислительных мощностей и программного обеспечения является применение современных технологий, опирающихся на промышленные стандарты. Соответствие стандартов аппаратуры, программного обеспечения, пользовательского интерфейса и других гарантирует взаимодействие систем на всех уровнях предприятия.

В компьютерном мире за системами, отвечающими жестким требованиям унификации и стандартизации утвердился термин "Открытые системы". Построение систем с и