автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Проективароние автоматизированных систем управления на основе иерархических семантических моделей

о л

ТСЛЙНЛЯ Г00УДАР0ТВИЙШ1 АК1ДЕШЯ1 СИСТЕМ УПРЛВШШ и РАДПОЗЛЕКТРОШИ

Нз правах рукописи УДК 510.65:658.562:В81.а

Сйшга Виктор Алексеевич

ПРОЕКТЙРСШЗШ ЯШШТКБйРСЕДШйК СИОТЕУ УПРАВЛЕНИЯ К1 ОСНОВЕ ¡ЕРЛРХИЧШКИХ:

шмднтичЕот щцшшл

Спздаальность 05.13.06 - еатоцатизировЕшиэ СКСТйШ упрЗШЭЕШ!

IBI0PEI5Ï РИ

дзйооргвцаа на соискание учошзй стонвна доктора тохяачэсаза наук

TOUCH - 1995

Рсъг "1 ««тплшпа в ГОШ пвкжэпвси и еяйк'гранэханики прз Тскк«й г- да.; ..'гве ;шой академия систем упразлавия и редгоаюктроиаа.

ОГгптвальнаэ оппоненты:

доктор тэхгатвсяап наук, црофэссор Кор-нсов А.Ы.

доктор гшппескга. наук, профессор Кочегуров В.А.

доктор тезшических взук, профессор Оскорбит! Н.М.

Ведущая '.рганизапия: КзЕослЗлрскяй гссударстшкшШ •ншшчекшй ушпзэрсйтвт, г.Новосибирск

Закита диссертации состоится " " ихал 13Э5 г. и .часов на заоедвшш спвцЕАлгзироЕанасго соеэтв Д 063.05.01 прт Томской государственной акадэгая систем управления и радио-вг-;трош1К2 по адресу: 634050, г. Томск, пр. Легаша, Ю.

! диссертацией копи изнвкбыатъся' в библиотеке Хоаской го*. ■дего?в'э>п»ой академии гостем упрашишк и родагэ.'ВЕтроааса по вде- 'С!: 634Р50, г.Таиск, пр.Лвшюа, 40.

•,втзреферзт разослан "А^Г 1935 г.

Учэный секретарь ссаидаижзкр'заастого С'.7Пчтя Я 0G3.Q5.aL

д.т.п., прсХйссор 8.4.Ввйварозвя

ОЭДАЯ ЗиРЛК'ГЕРИС'ГИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. При проектировании автомвтаавровышшс систем упрззл&няя организационно-технологическими объектами, техническими комгоексши к другими сложными объектами ограделявдую роль играет этап научно-исследовательских работ. Именно здесь формулируются цели, задачи, проводятся . исследования по поиску новых структур, принципов действия, технологий функционирования и т.д., которые в первую очередь определяют качество проектируемых объектов.

Для автоматизации работ, выполняемых ва атапв !Ш', используются система автоматизации научных исследований а экспериментов. При этом проектировщик,-благодаря своим познаниим, разрабатывает варианты решений, а автоматизация используется в основном для оценки решений.

Сложность задач, реивемых нв этапа НИР, связана с

а

необходимостью наряду с количественными данными, закономерности! также иопользоввть качественнее зависимости, опыт, здравий смысл и интуицию специалистов - Для описания семантической, т.ч. качественной, смысловой информации используются сдодущиа осцовааа класса семантических модэлэй: содержательные модели, модели обдай теории систем * логико-лингвистические модели (модели продстяклыши знаний).

Следует отметить практическое отсутствие работ со создавав единого подхода к форюрованшо иерархических семантичагюи; издадьа разных классов. Такой подход позволил Си исдользовать ргшачкыо надели при проектирования одного и того кэ объект на рва..:! ты •стадиях п|хзвктйрг)вания а уровнях абстрагирования. -разработка такого подхода, методов и ашорипыав шаска ■:ычы ^к«

иерархических семантических моделей, создание на их основе интеллектуальных систем анализа и синтеза объектов, а такие их применение для решения практических задач является соврэменной актуальной проблемой.

В диссертацию включеня результаты исследований, выполнениях в рамках: приказа Минвуза РОФСР от 2S.1Z.85 Л 810 "Ой организации работ по комплексной программе АН ССОР, Иинэлектронпрома ССОР а Чвннузз РС5СР "Повышение эффективности применения вычислительной техники в яазгсных. исследованиях, производства я В учебном процессе"; территориально-отраслевой научно-технической программа "Нефть и газ Томской области", утвержденной на совмэстном заседании коллегии Мипнефгепрома ССОР и Ииввузв КИСР от 27.01.86 ' г. » 41/4 п.1; постановления комитета при президенте Российской Федерации по политике и инфзрматизвдии Я 17 от 22.03.93; НИР и ОКР по создайте- сложных технических комплексов, АСУ ТП и АОУ оргсистак (отчет ш ШГР * ГР81019277, инв.* 928791; отчет по НИР & 17159008142. ивв.Л Б68892Э; отчет по НИР ГЮ1860069064, шв.№ 02870055269; отчет по НКР » ГГ0'12ШЮ5б66, внв. « СЕ91004ВЗ&4>.

Цель работа - разработка теории, методов и средств автоматизация ранних в тагов проектирования слокннх систем на основе иерар-гачоеких семантических код?лей, а тшжа пркнзнмша разработанного стструмантврия для проектирования АСУ Управления магистральными нефтепроводами. Центральной Сибири, АСУ областного целевого каш-„-■экаэ "Нефть и газ", синтеза структур, коррэлтшонно-екстремалыих паиигацпанттх систем и создажм вкспертанх систем различного газаачэнкч.

Идея работы заключается в том, что проектирование на ранних ртвпях предлагается осуществлять нэ остова иерархических «,-.кшюте-.:ках моделей различных кг,зсеов (иодали типв.дврояв полей.

в

додели вариантного зжЗора па тезреиша-многасгванаом пайка, логико-лзазгзистичеакив. и гиЗридаке модели), построенных по оо'^ое датодологни, которая предусматривает формирование дбкларзтаьас! модели прздаотной области» разработку модэла принятая рашвшгй поиск и оценку реаешщ, а такяэ развитие предметной области.

Согласно сфорнулировшгаай цели диссертации в работа ставятсг и реаавтся сладущио задача:

1. Создание схвиа формирования иерархических семантические модолэй принятия рэшзшй на основа декларативной модели предоазж.-области.

2. Разработка катода построения декларативной модели праднака; области. • ■ '

•3. Разработка катода построения дарэва целей оргеистекц средств автоматизации его построения.

4. Разработка катода формирования иарархических семантически моделей вариантного, выбора на теоретако-шгалественнся язика . алгоритмов поиска равэния.

5. Создание катода формировании иерархических лог«шо лингвистических и гибридных моделей и алгоритмов поиска решения.

6. Разработка инструментальных средств создания эксперта« систем. . .

7. Проектирование АСУ Управления магистральными нефтепроводами Цэптралгьной Сибири, АСУ регионального целевого комплекса "Нефть I-газ" Таиской области и фзрянровашэ структуры нвквуаовсногс; вхспаримантвлшо-цроизводстванного комплекса, г. Томска.

8.' Разработка вкспертной' системы оценки Явучно-Тй-Еничаскогч, уровня информатизации управления регионом.

9. Разработка экспертной система "КЗНС структура" для на учпш несладоваяий в области синтеза оптимальных структур корреляционно-

вкстромалышх навигационных систем.

10. Создание медицинских диагностических експертных систем ("Тромбо-тэст"и "Тест-зрение") для оценки тромбоопасшости у ладзй с экспресс-диагностики состояния зрения.

Метода исследования. Для рвизния поставленных задач в работе используются метода системного анализа, аппарат и метода теория кнотаств, математической логики, имитационного моделирования, математического программирования, теория искусственного интеллекта и вксотртньсс систем.

Научна? новизна полученных результатов состоят в следуадси:

- предяоиэна схема формирования иерархической семантической кода ля, вклотагцая втвпн построения декларативной модели предметной области, разработки модели принятия ревенкй, поиска й оценки рэшзния, развития предаетной области;

- разработан ряд новых стандартных моделей . оргскстем, удовлетворяют предлякзыкм принципам форшфования и использования стацдвргшп- моделей;

- создан алгоритм формирования де1сйарзтавноЯ модели предметной области, учитывавши!! зависимость применяемых для даксмпозяцяп

.. стандартных моделей от. ранее пркжшепиой последовательности коде лэй;

- разработан алгоритм формирования дерова' целей оргсистемн г-'тювв предложенной совокупности оснований декояшзацЕ», хллставвдэЕ ряд навах оснований;

- разработан метод фортран иния иерархической сомангической коде ли вариантного выбора нз тьорэтяко-шгохрствэшюм язжо, которая описывает состав и-связи подсистем система, влеиэнтов, их параметров и прэдашвш алгоритм« шяска решения, основаишо нз ппольаовршк: теории координации;

разработан метод формирования иерархической лсгико-Л5ЕГК5Ст8С350Й я гибридной модэдэй, структура которн! определяется функциональной сетью параметров, в вид зависимости задается сойокупяостьи праяга-продукций либо формулами, а. такда прадхокана и исследованы алгоритма поиска.решения.

Теоретическая значимость результатов работы. Предлога яная схема формирования иерархических семантических моделей интересна я полезна тем, чгэ позволяет объединить подхода к построению семантических моделей различных классой я использовать общие штод« и алгоритма, разработанный нетод построе1Шя дерева целей представляет значительна интерес правда всего потому, что обесшчйааат полноту иерархии целей за счет использования разработанного азбора основа?шй докскяюзицяи, удэвлэтворяыщэго предло-ташшм хцзэдяпси создания "оснований и вх применения, а также позволяет алгоритмизировать я автоматизировать процесс пастраэка:; деревьев целей. Введенные иерархические семантические подели организационно-технологических обгвктов нв творетико-мноквственноа языке представляют анзчиталышй самостоятельный гштэрео, так как они ксгут слукать том "каркасом", который объединит модели, относящиеся к рззшм типам и ошсывахцяэ различные аспекта системы. Идоа, положенные в основу предлоги шшх алгоритмов поиска реванкя, Являются плодотворными для создания практических методик вариантного синтеза структур. Предлоаанннй подход к Фэрсзроаанип гибридных модалс-й иятересен тем, что он доведен до уровня конкретннх процедур выявления структуры связей и задания вида зависимостей параметров, определения ограничений и критерия, что позволяет повысить качество- моделей н создать более вфЕвктианыэ алтари гмы поиска резания, чей при использовании традиционных методов иквэнерии знаний.

я . '

Црзятпвсгяя ценность результатов ребста. " Разработанные метода фор«гров.8аю! иерархических семантических моделей ж эт^дрнзге программные системы могут Снть использованы на ранних этапах проектирования автоматизированных систем управления практически лггЗит оргагазационно-технологичеоких объектов, а'также могут Снть применены . для .решения задач синтеза структуры техничзсоах систем различного тала и создания экспертных- систем различного яя?нвчввия. Кроме того, упомянутые но» и. -другие ' рез1лт.-т5тн быть использованы в обучении в различных Еузах по

таким курсе«, как метода моделирования, вкспэртше системы, вроекгкроягчие АСУ и т.д.

Реалязгцяя результатов работа. Разработанные метода . и алгоритм использованы: •

- для прсэгтировения АСУ УШЩС, АС!У Р1Щ "Нефть и газ" Томской области и сийптэза структура меявуетвсяого вкспэрЕМентально-произволстзчнногр когагокса г. Томска; '• • ■

- д.*." спздгния 30 "Т:ч:т-И!£форм" в интересах Всероссийского НИИ проблем рн ¡гслигельной твхтшкп и информатизации (г. Москва);

- дя<! с здгнил еОолсчки 30 "ЗСЖП", которая используется дал наутвях исследований я обучения п Акадэжж гражданской агкацет (г. Орнхт-Пэ тербууг), в предприятии "Новие технологии образования" (г. Москва), в Алтайском Университете (г.Барнаул), в ТАСУРе {г.Томск);

- для сегдсяпя 30 "ЕЭН0-структура", шяшьзуомой в НИИ Ш при ТАСЭ'Вэ (гЛсмтк) для научная исследований. -

- -ДЯ5! создеш-я 30 "Тронбо-тест" и го. "Твст-врвнпэ", эс "ТромЗо-те-ст" илпслбоуэтсч для кзучпих исследований в Сибирском мвдацгаю-г-с-а унЕзсрсгтяте (г.Томск), г. 00 "Тэот-арекпо" создана по. заказу н25"тво-п7.сглн''!дств8наого центра Чйгар" (г.Точа?) дая нокяэрчосного раяпроствг.негая.

Осшшдка псшжання, ешосюлые на ав;чату перечислены в раздала "Шучяая яоялзна".

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуадались на: мвкдународной конференции "йзгфориациоано-унравлявдиэ и вычислительные комплексы на основа вовьи технологий. Наука и маркетинг", г.Санкт-Петербург, 1992; X научной конференции "Планирование в автоматизация эксперимента в научных исследованиях", г.Москва, 1Э92; меядувародаой конференции "Обработка наабракэняй ' и дистанционные исследования", г.Новосибирск, 1ЭЭ0; Всесоюзном совещании по экспертным системам, г.Суздаль, 1ЭЭ0; -Всоссюзиой научно-технической ковфврокцЕа "Человека- машинные' сиотвма и комплексы принятия ресашй«*, г-Таганрог, 198Э;' мевдуяародасй кояфзранции "Computer-aided control systraa da sign", г.Алма-Ата, -1S89; Всесоюзном совецанша "Про0лэ;д1 проектирования жспэртщх систем", г.Цосква, 1S83; XV Всесокшой научной конференции "Автоматизация поискового конструирования и подготовка инжэнарных кадров", г.Волгоград, 1537; Всесоюзной научно-техничоской конференции "Создание раСи:нх каст уяравлснчаскага персонала на мини и микро-ЭВМ", г.Тсмсй, 1985; VII Всесоюзном симпозиума "Эффективность, качество, надэзгюсть систем человек-техника", г.Таллин, 1984; республиканском семинаре "Проблемы создания и внедрения АСУ ТЛ"*, г.Кишинев, 1931; Всесоюзной научно-технической ко1феранции "Синтез а проектирование многоуровневых систем управления", г.Барнаул, 1982; республиканском' семинаре "Опыт и проблемы разработки* территориалышх АСУ", г.Тоыск, 19S3; BcecGixsiioa •. научно-практическом семинаре "Прикладные аспекты упраглекгя слотами . системами", г.Кеыврсво, 1983; Всесоюзном научно-техническом совещании но. проектировании АСУП, г.Таллин,

1980; Всесоюзном совещании по проблеме "Разработав и применение целевых структур в системе управления высшей школой", г.Томск, 1979; региональном семинаре "Диалоговые системы", г.Ленинград, 1978; 17 Всесоюзном симпозиуме "Проблемы системотехники", г.Ленияград, 1978; Всесоюзном совещании-семинаре по управлению большими системами, г.Алма-Ата, 1978; II Всесоюзном совещании по автоматизации . проектирования систем автоматического и автоматизированого управления, г.Челябинск, 1978; Всесоюзной научной конференции "Вопросы совершенствования территориального управления", г.Томск, 1977.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликована 58 работ, в том числе 4 монографии. Список основных работ приведен в конце автореферата.

Структура н объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, вести глав, заключения, списка литературы (219 наименований) и приложений. Общий объем диссертации составляет 422 страница машинописного текста, который включает 61 рис.,11 таблиц.

КРАТНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во авадейта обосновывается актуальность выбранного направления исследования, приводятся цель и основные задачи, формулируется научная новизна работы, рассматривается практическая ценность и результаты внедрения исследований, приводятся сведения об ■шробации работы и публикациях, объеме и структуре диссертации, ляглея краткие комментарии содержания глав.

Первая глава посвящена . исследовании проблем праектарования слогных объектов на ранних этапах и разработке методологических основ построения и использования семантических моделей.

В ходч резения сложных задач, к числу которых относятся и

рассматриваемые в настоящей работе задачи проектирования, цели и условия могут меняться, что может приводить к изменении состава существенных параметров предметной области (ПО) и их связей в модели принятия решений (МПР).

Поэтому представляется оправданным перед построением Ш формировать модель ПО, ориентированную на цэлдй класс задач. Пр1-этом в такой модели будут присутствовать подсистемы, влементн, параметры, связи, которые'могут быть не существенны для одних зада'., (целей, условий), но существенны для других задач (существующих 1 тех, которые могут появиться). Подобная модель„ опцсившщш достаточно шгроко все аспекты ПО, называется в работ* декларативной моделью ПО (ДШО).

Для реиэния кавдой задачи формируется модель принятия ракат-л следущем еидв:

(ШР = < ДМПО, I, С >, (1)

где I - совокупность исходных условий (ограничения, критерий);

О - цель решения задачи.

Весь процесс решения задачи мозно представить в виде сладуэдз;-схвш (рис 1):

«Ц Ф2 Ф3 Ф4

ПО ДШО —» МПР —» ЫР —► ОР —♦ ок

Т 5 I

Рис. 1. Схема реиения задачи

Здесь ЫР - модель найденного решения, ОР - результат оцоик; решения, ОК - окончание поиска решения, ф^ - катоды анализа ПО, ф - методы формирования ШР, ф3 - метода поиска решения ф4

иетоды оцонка качества !Л1Р и решения, ф5 - ыэтоды развития ПО.

Основу ДЦПО для проектировсния сло*ных сиатвм составляв-

•.од-чрюзтэльиое (неформализованно©) описание иерархии подсистем, шювэства элементов, парамзтров я its связей. Дня формирования такой содержательной модели вироко применяются метода декомпозиции с использованием различных оснований декомпозиции".

Используемые основания декомпозиции описывают систему (точнее целнЯ класс систем) в терминах, инвариантных к канхротнкм системам. Это позволяет говорить о них, квк о некоторых стандартных моделях.. Для формирования и приме пения стандартах моделей в работе предложены 10 принципов. Для определенной, предметной области кожэт бить еформкровзн свой набор стеядартш-к тадэлвй и найден определенный рвдкояальный порядок их пряуэвэнип.

В данной работе предлагается набор из ie-ти стандартных кодзлэй оргсистем, удовлетворяющий сформулированным принципам,, а также общий .алгоритм формирования декларативной модели, позволяэдий последовательно декомпозировать ортсистему и окружающую среду.

Вторая глава пссвящэпа вопросам алгоритмизации и ББТОматигзацяп построения дерева .целей оргсистемы. . Здось предлагается набор оснований декомпозиции, ориентированный на проблему, описываются •.'элс-веко- мчегапша алгоритм построопкя дерева целей и дкалопжая система, позволяющая в диалоге строить дераво цэлзй.

Согласно обгц^зй концепции построения модели (ркс.1) формирование дэрзва целей (КПР^) ведатся в следуйдей последовательности:

<Й?С

ПО—

ДЩС - доклоративаак модель для пострадал дэрааа «алой;

- процедура ввдглаигя itapapxmi годсиггок, з;;эк дпоз, пчрамэтрав и кх связей;

- процедура фордгровгзытя иаргфх:ги подцолой.

Деклг!{ ?--лгагуи модель Судом задавать а слздгивдк саде;

гогтг- - < п4 . 5, , У. , П. , Н , П > (л)

dc tfe' с![-' de' ч vh* ь*

гдэ п„ = !£" и

П^™ - множество подсистем объекта моделирования;

- множество подсистем среда, окруиащей обгект;

Эйс - множество элементов подсистем объекта моделирования (конечных продуктов, предметов, средств и субъектов деятельности); X - множество атрибутов (параметров);

- множество иерархических отношений между подсистемами и элементами;

Н^ - множество отношений типа "вход-выход", позволяйте установить связь отдельного элемента, параметра одной подсисте?/ы с другой; Й^ - мнокество отношений типа "объект-атрибут". Построенное дерево целей (МПРЙ ) будем задавать в виде: ЫПР. = < г,и >

ас г

где 2 - множество сформированных целей;

йг з 2 « % - отношение древесного порядка, заданное на

мнсе9стбэ 2.

При формировании целей предполагается, что каадой подсистем (элементу), полученной при декомпозиции соответствует своя подцель, т.е. подсистема; рассматривается как моносистеаа» Согласно такому подходу декомпозиция' целы эквивалентна декомпозиции соответствующей системы и могага говорить, что сформированное таким образом дерево целей изоморфна соответствусчвму дереву систем.

На основе прэдлоханного в глава 1 набора стандартных модаяьй был разработан набор оснований декомпозиции, ориентирований на построение дереза целой. Для построения дарзьа цалай. р.-.грайоташ 2 варианта применания оснований декоияозш;ин. В поры«

ишользуется ■ фиксированная - последовательность оснований декомпозиции.

Во втором варианте предполагав гея, что пропуск основания декомпозиции может привести к смене последовательности оснований, пригодных для декомпозиции подсистемы. В атом случае для выбора оснований декомпозиции, которые могут быть применена, сформирована фужция табличного вида.

При практическом применении • разработанной методологии построения дерева целей выявились две основные проблемы. Во-первых, ■ обязательно участие сшциалистов, владеющих кетодологией построения дерева целей, а во-вторых, необходимость обработки большого объема информации, в котором "тонут" как специалист по методологии, так и сами пользователи.

В качестве средство решения вгиг двух проблем выбрана диалоговая система. Созданная диалоговая система ДШОДЕЦ ориентирована на декомпозицию следующей глобальной цели, имеющей ысша большое практическое значение.

"Обесдачекю нормального функционирования и развития [название исследуемой оргсистемы] в точение [указанный'пользователем период времени)".

Максимальное число целей с параметра?,а около 40000. Одна цель мояэт иметь до 1000 дадаалвй и до 100 параметров; Максимальное уровней построенного с помощью системы дерева целей равно 2.! {но снятая уровня глобальной цели). Система ориентирована на тгояьзование ЗЕЧ серая ЕС.

«армирование нолей делается автоматически с использованием гмйлонов целей рззаого типа.

Дня оцпнхи важности целей в работе цредлоззка ¡.гадифик'эция алгоритма Лкофа-Чорчнэяа, которая вшшяавтея в том, что на

последнем ' этапе алгоритма для удовлетворения логически

. неравенств предлагается использовать слодугцую модель:

Е - а,)2 — min Л4)

1=1 1 г

Vt>(<) Vl+1+...+Yn_j, YjSO, i=1,n-2, j=0,n-i~2 (5).

В третьей главе предлагается подход к построению иерархической семантической модели вариантного выбора, формально описанной не теорэтако-множастванной языке, приводятся различные способы поиска решений на модели, в том числе с использованием процедур координации, в твкже предлагаются две эвристические процедура задания координирупдах воздействий, позволявдив избегать проблем полного перебора.

В соответствии с общей схемой построения модели (рис Л ) процвс форшровакия иерархической .семантической модели вариантного аябо^ (ЫПРво) представим в следующем виде:

«С ФГ

no -U даюеш -f» ШРвш ■ Декларативная модель ДШЮат задается в вида:

ЛЛЮ8П1 =.<s. Е, X, D, нвр.'нях. Н^. . _ (6) .

Рассмотрю! метод формирования Д№0вт ( ф®т).

Определим вломонта модели. Через S - чз^> обозначим шюзнсгь, подсистем, полученных в результате декомпозиции.

На ябсЗси уровне иерархии систему (подсистему), но topai расчленяется з результата одного акта декомпозиции на ряд подсистем, будем назавать материнской системой iio отношении и пороиденшл ев подсистемам. Соответственно вти подсист&кь называются дочераши. Материнская система . и дочерняя подсистема связаны отношением доминирования с вальчею:ем:

(з^а..) s Н^ s S > S Ci)

где материнская'подсистаиг., 8j- ее дочерняя aoicai.it.ua.

Это отношение обладает свойствами антирефлексивности, транзитивности и, гговтому, является отношением строгого порядка.

Чэреа Е = {е^З обозначим множество элементов подсистем и зададим в виде:.

Е =с ^ 1 з1 % ^ > = (8) где Е1, , Е3, Ед - соответственно множества конечных продуктов, предметов, средств и субъектов деятельности;

Нвр = о * Е - отношение доминирования с включением типа "целое-часть".

Множество параметров X = Сг^), описывающих, подсистемы и их влайенты задается следующим образом:

= { I Нех V & ("гЧ и { I 31 V <9> где Еех« Е « X, НрхЕ Б « X, йвхе Б * X - отношения, задавдие

соответственно состав параметров элементов подсистем (Х1),

параметров процессов в подсистемах (Х^), характеризующих

зшрджэнтнав свойства, а также состав параметров системы (X), как

объединение Х1 и (X = Х1 и Х^,).

Между параметром х^ и значэшями которые хк может

принимать, устанавливается отношение Н^: (х1: Н1(1 (1^) - "х^ может

принимать значения <3^ ". Множество возможных значений х^ обозначим

'«Раз Вк=

Множество всех возможных значений всех параметров обозначим через

О -- и Бк. 1с к

ПареГдчи к фортарования Ш?вт (ф™). Еэ составлению ъедотся в слодупцэй пос^адоЕательности: формирование иерархии подуровней, составление моделей подуровней.

В п:1ДУровячь включаются дочерние подсиотемн, полученные в

результата одного акта декомпозиции одно® и той жэ стстекн. Формально подуровень р1, порожденный некоторой системой задается сладугцим образом:

Р1 = < {а;| 1 а1 Нь V* Нва >• <">

гда н® - отношение, заданное на множестве дочерних подсистец, имапдеэ скисл: "быть связанной о подсистемой^.

Между отдельными подуровнями устанавливается отношение доминирования сладущиы образам:

Рл - 3 Зк С Р1 * аг £ Р^ (Я^'й,. вр).. (12)

Дерево подуровней в виде:

Т* = < Р, Нр > (1С)

гда Р я - иногество всех подуровней; ¡^ « Р » Р - отвосжз древесного порядка.

Каждой подсистеме соответствует своя модель, которую оуд.сн называть частной ыодальв подсистема. Частные модели решает тпк называемые задачи самоуправления для удовлетворения лояальиа цалай подсистем. Для согласования взаимосвязей мавду отдельш^'л подсистемам в рамках одного подуровня о целью удовлетвори-ал требования материнской система строится координационная ко/ :ь подуровня.

Таким образом, кодель подуровня и^ будем рассматривать как двухуровневую, на нижнем уровне которой находятся частные ваде,ш подсистем а на верхнем уровпэ расположена координационная иодель подуровня к^: .

т^ - и (14)

От дерева подуровней кы иожэа- перейти к дереву гаодэлз*. Сопоставим каждому подуровни ■ в дереве Т® свою двухуровневую кодель. Обозначим полученное множество моделей через К - {ш1> к определим на нем отнояениэ доминирования Н^ так жа, как лз

.18

; тожестве подуровней. Причем, выполняется:

Р1 Р;} - т1 ю^. (15)

Тогда иерархическая модель всей системы (модель принятия решения МПРва) будет представляться деревом моделей подуровней: •

I* = < М, >, (16)

где в^, = ы « отношаиие древесного порядка.

Рассмотрим частную модель подсистемы. Пусть моделируемая подсистема з1 описывается набором параметров и . каждому параметру х^ с Х^ соответствует многоство его возможных значений, называемое доменом: - { й^, ... I. Для .качественных гараметров значениями выступают лингвистические понятия.

Частная модель задается в виде' совокупности критерия эффективности Кг^, ограничений и соотношений меиду параметрами

V1

^ - < <17>

В качества критерия выбирается некоторый параметр частной кодэли х^,. Для задания* правила г выбора оптимального значения крктерая на. множества значений х^, задается отношение

предпочтения Н^ ■ В^,« 11^., которое имеет смысл: "быть значением, предпочтительнее значения ...":

2 - < <3^ н^ . Ф в^ <3^, ... >. (1В)

где а*1, с^Р" - возможные шачашя критерия х^. Ограничения авдввгся йвида:

°В1 ■ < Ц нов Ф 1 " {Фг V V- <19)

гда й - отношаниз "быть параметром, аначания которого должна находиться в облает* - область значений х^ заданная в

кеде перечисления допустимых вначвнлй <1^.

Соотношения между параметрами Н^ могут задаваться различным» способами, в том чколв в виде функциональных отневений.

В общ» случае соотношения мезду параметрами, фиксирущиа, кш значения одних параметров связаны со значениями других, могут Они представлены с помощью п-арного отношения К^:

Координационная модель К подуровня задается аналогично мода е.

^ в виде совокупности критерия подуровня Кг, ограниченна Од "т". соотношений дааду параметрвми п^^:

К = < Кг, 08, Я^ >. (21)

Поиск решения на иерархии двухуровневых моделей в работе осуществляется "сверху-вниз". Сначала на пбрвом уровне на модалг 1ц системы а1 (система, как единое целое) определяете: оптимальный вариант:

у* =. ( х1Й=4' >

где х1 .х^,... - оОоб^цэнные параметры, описыващие в^; Н= • отношение, вмещав смысл "параметр ... принимает значение ...".

Далее переходам ко II уровню - к модели пц подуровня р.,

V7) 1

которая включаэт координационную модель Ц подуровня в частные модели подсистем а1. В координационной модели указывается конкретные допустимые области для параметров, связвиянь ( параметрами материнской систомы. При втом используются значовш. пврамвтров, найдэннно на предыдущем уровне,' т.е. входяцаа > вариант т*. Затем формируются ограничения на параметры в частныг моделях подуровня. Цри втом для параметров подсистем, входя^ш в совокупные ттги ыашодсистамныа ограничения координационно? . модели, допусхи^а области значений опрадоляются в процесса нахождения оптимального варианта подуровня.

После того, как определены ограничения в координационной тдалг и части и моделях подуровня, опредаляэтея оптимальный вар;яп*. подуровня, как оптимальное сочетание вариантов подсистем:

*1 = ( Т2* т3' V'' (23>

гда я* - оптимальный вариант подуровня р,,

- вариант подсистемы а1, входящей в подуровень р1 (в^Ндрр,). Кадвдй вариант т^ отдельной подсистемы:

ч - < х1н=4 ^.Й!»"^' (24>

входящий в оптимальный вариант подуровня, в свою очередь, вадвет ограничения для. моделей соответствующего подуровня третьего уровня. О учетом этих ограничений определяется оптимальный вариант для каждого подуровня III уровня и т.д.

Обозначим все множество оптекнльннх вариантов подуровней через Я**> < ** ) и определим на нем отношение доминирования так зсе, хаи на шахост.ве подуровней и на множестве моделей подуровней. Причем выполняется:

рА Я? рл - т1 - В^ (25)

Тогда оптимальный ' вариант системы будет представлять сабой дерево сппшвльных вариантов подуровней:

Т*- < И*>. (26)

Для поиска решения на модели подуровня в работе предложены два эюзомачянх эвристических алгоритма нахождения. ровевзя, использупциэ идеи теории координации.

. В четвертей главе предлагается процэдура форшрозвшя гибридной мояоли, дастся алгоритма поиска решения, о такие исследуется их вычислительная эффективность,

В соответствии о общей схемой прочеео формирования гибридной метали принятия -решения Ш1Р„, прэдотаюш в вида. по .у-здопательнооти:

ФР .

ПО даш^ щр^ . (27)

г-г, ДКПО_ - дэклвратпгавя модель ПО; - метод формирования

дай ; ф!31 - метод формирования ЫПР^.

йзотроеия» начинается с вадания щгргак гр-.я

(характеристик, атрибутов). Будем использовать параметры двух типов: лингвистические и количественные. Обозначим параметры Ш через х^, i с I (I - мноюзство индексов параметров). Пусть связи между паракзтраки описываются некоторыми функциональными зависимостями в виде совокупности правил-продукций, аналитических формул, алгоритма, таблицы и др. Эти зависимости в общей вида зададим следующим образом:

Ч = Fiq (I1» 1 * 1» ls Iiq)' 1 € г' 4 ( Qi <28Ь

где xi - i-тый параметр ПО;

х1 - параметры, ' от которых непосредственно зависит i-i;-л параметр для q-того вида зависимости; - шошство индексов параметров, от которых непосредственно зависит xi для q-того вида зависимости;

?i(J - q-тая функциональная зависимость . (еламентарпы!

функциональный модуль) параметра х^ от х^, l¡<i, 1 с Здесь предполагается, что в ПО для параметров могут быть альтарнатшяшо ^якционвлышв зависимости. Таким образом, ДУПО^ задается в виде :

ДОПО^ - < X, ? > (23),

где X » í х^ > - множество параметров;

Т ■ t 1 - множество функциональных модулей, функциональные модули íj является отдельными фрагментами знаний о ПО. Причем, на этапе построения даПО^ эти фрагменты явшш образом ев связаны друг с другом.. Связи ' мезду фрагавята-з устанавливается аа стала.построения UHP под конкретные вадачл (при задании долей noeczta решения и исходных данных). В данной работе рассматривается два типа задач: 1. Задачи интерпретации; Б этих иаадчгх по заданным значениям

(нракотров необходимо рассчитать определенный параметр.

2. За,г;гд' пояска оптимального варианта. Здесь для выбранного гсриаэрия оптимальности и заданных ограничений отыскиваются оптимальные значения управляемых параметров.

Т.о. модель принятия решения ШР^ задается в вида:

* ипр^ - < дапо^. I, о > , (30),

: де I - совокупность исход;шх условий (конзфетнне значения параметров или ограничения, критерий);

О - цел£ ретзния задачи.

Скачала преобразуем полученную МПР^ в ИПР^, в которой явно гадэна зависимость тех параметров ПО, которые требуются для Г9Ш9ЕШЯ задачи: •

Г

ИР^ — ИПР^п <31>-

ШР_ зададим в идо:

ШР^ я < К, О, Ь, Р, I, С > (32),

¡38 I - кяояоство параметров;

В « I1 - иновзства дсмеков параметров;

л.

X. - сеть функциональных свлзай параметров; ? - мшхостао фуикциспальках отнойашгй, требуемых даш раза кия

кошера твой задачи;-X - исходные условия задачи; . О - шэль псетлш решения.

В дягпий рйСота сеть парте? трот Ь представляет собой "-■такгнтирт.еаЕКтй граф баз цгхлоз а петель, узлгня которого являются 1-трамэтрк. в дата отражают факт непосредственной Стякцвональяой . .с;л.«стк пз{,етотроз (узлез) дат от друга- Каздыб узел сета ; -акт пмогь лабов кшвчшв количество входящих о исхода?« дуг.

Есля с.чдать от«"ргя«п® яитотогит изрзачтроа п цеяэЕнз а пядэ: Г: {х1?ъ >° (33),

ю лвбоэ постоянна модаларуеаой системы моют задаваться только значениями базовых параметров, а значения целввих параметров определяется с помощью отобравания.

Сериально сеть связей параметров I опиаеи с пог.оаью прэдикатоа типа х^) - "параметр явпоерздетвешо зависит от

параметра х^". Тогда Ь запишем в виде совокупности истинных прэдакатов:

Ъ = { ?г (хх, х^) I 3, 1,3 е I ) (31),

гда I - инозаство индексов пероменшх.

Варшшц сета 1, удовлетворявшие условию:

э х^, Зс I I Р2(х1, Х^) = и, 1 « I ¡ншшгея стоками. X варшшш х^, удовлетворяющие условии:

5 х1( и I I х^) - И, 3 « I (33),

являются истока!«.

Для формирования Ь-сати предлагается использовать а алгоритмов прямого и обратного вывода, широко^ приманязиш а интеллектуальных системах.

Создадим базу из правил, опроделянцих порядок вычислзюп парвнетрав. Пример правила: "ЕСЛИ известно значение х1 И известно значэнио х,, ТО ногно найти значение х^". Кратко ато гтрапш:.з звлиием в вида: х, & х^ х4.

Алгоритм вывода дополним механизмом, позволяющим избежать зацикливания. Зацикливание возможно, например, в том случаа, когда

вычисляется чероз х4> х&, а х4, в свою очврадь, будем начислять чэрэз х^,

Механизм "ентизацииливаняя" ькдючаат в себя:

- процодуру формирования нлассоя правил, садарвавда один состав ПЕрагдтров;

- проверку принадлежности правим опредалаикаму классу и -

рование запрета на использование другого правила из етого класса.

Применив традиционная алгоритм прямого либо обратного вывода, дополненный механизмом "антизацизславания", сформируем Ъ-сэть. Офэргарованная L-сеть фиксирует структуру (факт) зависимостей швду параметрами. Она задает "каркас" модели, который дсшюя быть дополнен используемыми функциональными отношениями Pet Р^). В данной ра.боте в f включаются либо соответствующие узлам сети совокупности правил-цро дукций, либо аналитические фориулн. Для записи правила будем пользоваться предикатаки: Р^ф - "параметр xi принимает вначение d^"; '

Pgtxj.^) - "параметр xi принимает значение из области дискретных значений".

Тогда область значений g* могет вадаваться формулой вида:

4 ° (ai v 4 v 4 v

н этом случав ^(х^в*) в р,,(х£,<ф V Р^х^ф V ... .

параметров, пратшащих непрерывные количественные значения, гбЛЕЗть штат задаваться формулой вида:

а, < Xj. < ъ1 V Bg « ХА «: ь2 V ..., где а^., bfc - числовые константа или текугдо вначаная других ¡/зрпмэтров, либо ввалатичеоше формулы.

Тогда для параметров Ь-сати, зависимость которых ошснваатзя гретаяак, будеа иметь' кшкэство правил-продукций тша ТОЛИ ... 10 ...":

Ш1т (37)

1 « V ХР " 1 4 10'

где 11т - кноквство индексов параметров, вляявдпс на

I - квоиаство индексов парештроа-исхокоа, т.е. параметров, удовлотворяхезпс условии (Зй);

t t

glr я g - lr - тая подобласть значений параметра xt, соответствующая значению параметра xL;

8* - исходная область значений параметра xt< В том случае, если значения. xt являются дискретными, то g* является доменом Dt параметра *t.

В левой части правил стоит конъюнкция значений пвратетров, от которых зависит-правая часть, задаваемая экспертом. В правой части ¡Правила (37) для числовых параметров значение может вычисляться ПО некоторой аналитической формуле. Зависимости в виде аналитических формул могут также быть представлены в виде правил с дустой условной частью.

' Надежность правил-продукций характеризуется степенью достоверности СД^ (0 ¡5 СД^ i 1). степени достоверности правил определяются экспертами при построении модели. Надежность значения

параметра х^ оценивается степенью достоверности ОД Степени достоверности параметров определятся в процэссэ поиска |»вения для некоторой конкретной ситуации.

Буд-щ выделять зависимости двух типов: функциональная я ограшгшвввдая. Для функциональной зависимости значение параметра Xj однозначно опрэделяется значениями шгаятспх парг.мэтроп xt, i«IlT. Для Функциональной зависимости (37) должно наполняться трзбованиэ полноты:

« « g*

Чг UXlr

т.е. любой Допустимой комбинации значений влияпдйх паригэтроэ

соответствует какое-то значение 1-го параметра. В (33) nnr.it «

сйязчеот декартово проязвэдеяяэ; g*(st) >g'- дацусттавя сблзстъ,

рядолеиная из исходной облестл определения. ЗдвеЙ^ з*. лапрянвр,

fjxyrao описают проектируема спстгт.

При донкой типе зешегаоотя трэбуэтея наполнение тровеввтш

. . 26 . единственности:

' ' г» е!г) п с * в* ) = 0, г*р (зэ).

Это требование означает, что лабая комбинация шмявцих паршетроа встречается лшь в одном из правил (37).

Расширением функционального подхода является использование правил, в которых х^- может принимать Солее одного злаченая (ограничивающая зависимость):

(40),

где Х1 множество индексов подобластей е^ для задания праьил,

соответствующих параметру хх. .

^ с с - подобласти аначешй параметров х^, хх.

При атом должны выполняться требования полноты и единственности

(38), (39).

Цвлавоа состояние задается совокупностью:

И р,(х., г);

5 я , (41)

. и-* ь р3(х1, е^),

где Р^(х1, 2) - "оптиаалыюа знвчвниэ параметра х1 опрададяется

по правилу г" (х1 - критерий &М»ктиености) ;

I - множество индексов пэрамешшх х., принадлеааидх о©

- область допустимых'значений параметра

Необходима найти соотьетствунцую комбинацию значен, 13 истог(овых параметров:

И —► & РЛХ4, <ф< <42>

ш01 1 ^

где 10 - мноваство индексов истоковых пэрецаншх.

В работа предложены влгоритш поиска апачанкй параметров при заданных значениях истоков (задача 1) и алгоритма поиска

оптимального решения (задача 2). Для задачи 1 предложены 2 алгоритма: безальтернативного швоДа и альтернативного вывода.

- Идея алгоритма безальтернативного Еывода заключается в вычислении параметров сети по слоям. Сначала вычисляются параметры, отстояядо от истокоз на 1 ребро, затем на 2 ребра и т.д.

В влгорнт?л альтернативного вывода предполагается, что в правой частя прзвилэ колет бить несколько заключений, что эквивалентно . нескольким правилам с одинаковой левой частью. Поэтому в алгоритма организуется ветвление по числу правил с истинной левой частью и попользуется стратегия вычисления типа "сначала вглубь, начиная олевя". Тогда процесс вывода монет быть изображен в виде дерева выводя. Сначала при первом "проходе" срабатывает первое правило с кстташта условием. При этом для параметра х1 запоминается не только кайдзнпса текущее значение и его СО, но и номер "сргЗотавизго" гранялп п*. При возврате в эту тачку ветвления веется'истинно') лрзчялэ с нсмзрсм, большим че.ч п*. Если тексз пропяло находится, то' п* становится равдам поаэру найденного правила и. пр-д слэдуичот» возврате к данному параметру ищется нстлкяоч правило с ез-о большим покором и т.д.

Алгоритм бс7чл>т9рнвтипвого вывода мода г рассматриваться как чзстяий плуяЧ дзгтсго алгоритма.

Пшэт сптямзльичх. нградитоа ранений наиболее чвото требуется при задач вро^кгирояаная я управления. Для таких гадач при

Ог^.чт^чг. сгршгячзтзпг и !ф'1торта геобходпио найти состветстнущут)

V

сюттлпув кокбиткпз» значений истскстнх вврвнэтров.

3 ээтсритк? олт-яогэацяа послодовзтелыю $орккрутгся точэтянвя гяо-юяяЗ истоков. Дяч кйглой одвийепкз ппс5ч.етвотелъяо по ел?!?? .-«гасляЕхся аяаттг- н.-"т. '■стз.п.т.йх хщга^-фоя пэ аяпрявя« кмерте-гаийк! я

беаальтврнативного вывода. Затем цровврявтся ограничения 1 вашцинавтся комбинация, соответствующая лучшему значению критерий на данном шаге вычислений. Далее перегодят к слэдукцеЕ комбинаций и т.д.

Структуризация совокупности правил в соответствии' о сетью параметров, приводит к тому, что вместо общей базы знаний и общей базы фактов получается совокупность баз знаний и совокупность баз фактов, соответствующих неистоковым параметрам. Следовательно и за счет структуризации базы фактов сокращается время оценки квздого правила. При проварке условий в правиле нет необходимости осуществлять перебор всех выведенных на данный момент фактов в поисках нужного, т.к. ■ обращение ведется сразу к нухшой совокупности фактов.

В работе приведен . приблизаниый расчет еффективностя предложенных алгоритмов безальтернативного и альтернативного вывода по сравнению с традиционным алгоритмом прямого вывода. Показано, что предложенные алгоритмы вывода на- сети требуют меньшего числа просмотров правил примерно в К раз:

. К - - (ш+1), -. (43)

2 " *

где а - число слоев в сети параметров.

При иерархическом подходе к построению модели система последовательно декомпозируется на подсистймн до некоторой ах влэкэнтарной совокупности. Системе, состоящей из ' иерархии подуровней, соответствует иерархия двухуровневых моделей. Построение иерархической модели осуществляется последовательно "сверху-вниз". Сначала строится двухуровневая модель верхнего и/у, затем формируются модели подуровней, составлящш следахЕ^ай уровень и т.д..

Таким образом, в обпэм случае иерархическая гибридная модель принятия решения (ЫПР^) задается в виде:

^ - <ит' V. . («>

где Н^ - мнояество двухуровневых моделей;

®>- 3 ^вт1 Нет ~ отноианиэ доминирования. '

Отдельную двухуровнева модель Н^еН^ (модель 1-го .подуровня) представим в виде:

с- <ш1рлрл' <«>

• где (МПрЬ, - множество частных моделей подсистем Н1 ;

з * да»

ШР'^ - координационная модель Н^.

Иерархическая модель представляет собой иерархию сетей о задавшая! на них (ягаяэствами правил, формул, критериев я ограничений.

Пспстс решения на иерархии двухуровневых моделей осуществляется "свэрху-Ениз'*. Сначала отаскявавтся рэшениэ па двухуровневой модели первого подуродая, описнващего систему в целом и ев дочерпаэ подсистем». Ото рзаетаэ выступает в качестве ограничения при поиске р?диннй на двухуровневых моделях подуровней, полученных при докскзозятн подсистем верхнего подуровня и т.д.

Поиск ренегат' на двухуровневой модели осуцеатвляется по алгоритма«, основанным на теории координации. Процесс получения реяшшя рассматривается как итерационная процедура. На первой итерации КМ задам начальные значения координирующих воздействий иа подсистемы подуровня. Прп этих ввачеяяях координирующих воздействий па даделп коздоЗ подсистемы определяются оптимальные реиэЕля по алгоритму поиска оптимального розэния, описанному пета. О учетом иеРдегаых репвкяй в КЧ вычисляется значониэ критерия п/у а внрабвтазпвтся воваэ коордаиируцрю воздавсййя и т.д.

П ка-;зот?з ксордятсруЕзи гоздойствий используются параметры,

характеризуйте связи подсистем подуровня. Выработка координирующих' воздействий сводится к генерации всевозможных наборов значений указанных параметров, удовлетЕорянцих условию совместимости ("стыковки") подсистем сетей. Таксе'■ значения является .дополнительными ограничениям на параметры подсистем, которые учитываются при поиске оптимальных решений на чаотных моделях.

В работе получена приближенная оценка вычислительной вИектиЕности предложенного алгоритма поиска решения на двухуровневой модели, включащай две частные и координационную подали, по сравнения с "монолитной" моделью. Показано, что число просмотров правил на "монолитной" модели больше числа■ требуемых просмотров правил на двухуровневой модели в Кт(1 раз:

' П4я-ГЧс 1 Ап

КтЛ = - к„ = - . (46)

та ^ п 2 9

где Кц - число значений, принимаемых всеми параметрами (предлагается одинаковым); ' п1в - число, потоковых параметров в частных моделях (предоола-гаатся одинаковым); п^ - число координирующих параметров; дп = п1в -

При Ал $ О выгоднее отыскивать решение на "монолитной" модели вне зависимости от Кд. ' •

В пятой главе предлагается алгоритм синтеза ¿СУ для авдьнного объекта управления, использующий идеи алгоритма поиска решения на - иерархической модели, предложенного в главе 3. Предложенный алгоритм синтеза АСУ применен для проектирования организационно-тахнологичзскоа АСУ Управления .магистральными нефтепроводами Центральной Сибири (УМНЦО), АСУ региональным целевым комплексом "Нефть к газ" Томской области.

В разработанном алгоритме выделятся следущие группы этапов.

На этапах 1-9 осуществляется формирование задач управления ОУ в ■ целом и его подсистемами. Предложено формировать задачи управления организацпонно-твхяологичеисят системами в виде взаимосвязанной совокупности трех подзадач - перспективное, текущее и оперативное управление, в каждой из которых .выделяется три этапа: объемное планирование, календарное планирование (Программирование), контроль и регулирование. Такая декомпозиция позволяет упростить процесс . формирования и реализации задач управления.

Для сформированных- задач определяются функции системы управления (втяп 10) и выбираются функции, подлежащие автоматизации (этап 11).. По каэдой задаче определяются следущие функции: сбор информации, передача, хранение, отобракеяие и т.д.

На этапах 12 - 14 составляется описание АСУ в целом, ©орлируэтся модель снатеза структуры АСУ ■в целом, составляются зльтвряативнЕЭ вврваята АСУ в целом и осуществляется выбор-, наиболее эффективного.

Ка этапах 15 - 20 АСУ последовательно декомпозируется на подсистемы, составляются списания их состояний, формируются лохальпыз модели синтеза подсистем, осуществляется выбор наиболее &ИектЕП5Шх сочетаний.

Предлскзщшй метод синтеза позволяет ревко сократить число просйотряяэекнх вариантов.

? .

Из основе предложенного алгоритма проведено проектирование структуры АСУ УШй и АСУ гцк "Нафть я гвз" Томской области. Для указешшх систем сфсржроаана иерархия прсодсссз огаовиого и вспот-гогатальното производств, составлена вдзссяфйтср! элементов а паро'етрсз, офоркнровзнн зздачз перспективного, годового и

оперативного управления, обоснован выбор характеристик структуры АСУ (число уровне®, тип управления, програнмно-техничаекея база и др.), выявлены информационные связи ¿СУ с другими системами и. объектами.

В «кетой главе описываются программные коашгаксы, предназначенные для автоматизации построения вкспертных систем, нсгользувдих гибридные модели, приводятся разработанзде па их основе практические 30 из различных предметных областей.

Разработанная инструмэнтальная система ЭСИСП, относящаяся к классу оболочек, предназначена для создания ЭС на базе гибридных моделей, используицих сеть параметров. ЭОИСП имеет структуру, типичную для оболочек.

Система ЭСИСЛ ориентирована на модели принятия решений, ваданнне в вида (32), в которых связи параметров описываются Хг-сетьс. Если МНР не сформирована в виде (32), но построена декларативная модель ПО в виде (29), то для использования ЭОИОП исследователь предварительно долкен сформировать Ь-сать под конкретную задачу. Для работы с моделью) вида (23) разработан пакет щрогракм ШО.

'. В разработанной версии ЫИС решаиций блок, входящий в состав библиотеки, решает следующие задачи:

- для набора заданных, параметров определяет набор параметров, значение которых может быть вычислено на данной базе знаний;

- вычисляет значение требуемого параметра по заданным ¡значениям исходных параметров по алгоритму, описанному в главе 4.

Далее в главе описаны результаты создания ЭО в. рззшх предметных областях. Остановимся коротко на каздэй из них.

Оцаккя научно-технического уровня цы^орыатизлцид (ШУИ) управления регионом. Предметную область (ПО) определим, как

совокупность инфомзцианннх технологий управления производственно -• экономическими, социальными и экологическими процессами на территории. Данная ПО характеризуется большим .количеством параметров. ■ Это обстоятельство побувдзет использовать для формирования модели оценки НТУМ управления территорией (модель принятия решения) иерархический декомпозиционный подход.

Декомпозиция ПО на подобласти осуществляется по основаниям декомпозиции, описанным в главе 1. Первоначально ПО декомпозируется на подобласти (направления информатизации), соответствупцие ■ подсистемам социальной деятельности: "Производство", "Природа", "Население", "Управление" (информатизация производственной деятельности территории; информатизация ' природоохранной деятельности на территории; информатизация социальной сфера; информатизация аппарата управления территорией.

Выделенные направления далее декомпозируются по составу подобластей (подобластей), соответствущих различным грушам конечных продуктов. Ббэго выдэлено 28 поднапрввлеяий.

Коздое из выделенных поднаправлепий дакогяюзируатся по функциям управления: сбор, передача и хранение информация, обработка ш.чГормпшга. В споп очередь обработка иуфзрмации разбивается на подфункции (прогнозирование и плапиройяпиа, учет и контроль,' анализ и опарвтютюе управление). Далее гшдолэюие функции и поднапраслепие в целом описываются множеством параметров.

Общая модель онвнки ШУИ региона в целом является трехуровневой (подпятграшюгата, направление, регион). Разработанные гядзли оценки НТУЙ поднаправлэния, направления и региона является универсальный для различных областей.

Для антомзтизвшш вычисления ШУИ поднаправлэяиЯ, каграамнпй и

региона в целом на основе системы ЗОИОП создан прототип ЭС "Тест-информ".

Синтез структуры территориального межвузовского эксперамеяталь-да-производственного комплекса (ЗПК). Для синтеза ЭШ была разработана двухуровневая логико-лингвистическая модель, в которой на нижнем уровне находятся частные модели, соответствующие объекту управления (ЭПК) и системе управления, в на верхнем уровне находится координационная модель. На модели было найдено, что оптимальная организация ЭПК представляет собой распределенную сеть обслуживапцих подразделений, управляемую головной организацией и коллегиальным органом при сохранении сущэствуыцих структур административного подчинения.

Синтез структур КЭНС. Корреляционно-экстремальные навигационные системы (КЭНС) находят широкое применение в задачах • управления подающими объектами различных типов. При разработке ■ модели синтеза структур КЭНО использованы результаты исследований по корреляционно-экстремальной тематике, получнаше в коллективе разработчиков, возглавляемом Тарасанко В.П.

Гибридная модель синтеза структур КЭНО содержит 44 количественных и . качественных параметров. Разработанная, модель предназначена только для синтеза перспективных вариантов структур КЭШ ' баз детального ' анализа функционирования.

Для автоматизации решения задач синтеза структур КЭНС на основе построенной, модели разработана экспертная система "КЗНСтСтруктура" с помощы) оболочки ЭСЙСП. ЭО предусматривает получение репэния для заданных исходных .значений структурных парашгров, а такие позволяэт получать оптимальные структура для выбранного критерия и ограничений. Оптимизация велась по критериям иипэдуиа Бремзга определения координат • и минимума слоааости

система при ограничениях на ошибку местаоггре деления, радиус корреляции рельефа, высоту полета, дальность действия, условия работы (день, ночь), тип обзора и др. В работе . приведены результаты синтеза перспективных структур КЭНО.

ЭС "Тест-зрение". Для проведения регулярной массовой экспресс-диагностики состояния зрения была разработана экспертная система "Тест-зрение". Применение такой системы особенно актуально для людей, чья деятельность связана с постоянным напряжением зрения. Система позволяет на ранней стадии выявить ухудшение зрения, поставить предварительный диагноз, своевременно направить к врачу-окулисту для детального обследования и постановки окончательного диагноза. Система выдает конкретный методики для лечения и тренировки глаз. Экспертная .система предназначена такие для подготовки и самоподготовки офтальмологов н повышения квалификации врзчей-окулистов.

В 1933 г. прошгалечная версия системы использовалась для проведения обследования состояния зрения у учадихся 7-11 классов средней школы » 32 г.Томска. С помощью системы были выявлены отклонения в состоянии зрения у 37% обследованных.

ЭС "Троябо-тест". Значительное число сердечно-сосудистых заболеваний связано с образованием сгустков г сроет (тромбов). К числу такие забслеваку& прежде всего относятся: инфаркт, инсульт, тромбофлебит и ряд других, 30 "Тромбо-тест" предназначена для оценка -трочбоопяспссти по результатам измерэния характеристик тромбоэластсгрЕ'.ам и пгрегятогрзммы.-

Прототип сястош создпн средства?® 0СШ1. Ваза знаний бала вэркфЕздяр^нзиз на' даюшх по 80 человекам. Сопостоалэшгэ результатов -работа 30 и зачятошй?, щцаяпнх ояспэртакя, показало высокую стйп-ш. их оозпвдеяяя (853). -

В приложения! 1-5 описываатся функция выбора оснований декомпозиции при построении дерева целей, приводится фрагмент дерева целей УЫВДО, построенный диалоговой системой ДИПОДЕЦ, дается список задач годового . планирования Управления магистральными нефтепроводами Центральной Сибири, рассматривается процесс построения модели угломерной системы экстремальной радионавигации, приводятся разработанные математические модели планирования в двухуровневой система. В приложении 6 приведены документы о внедрении результатов диссертационной работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Выполненную диссертационную работу можно классифицировать как новое крупное достижение в развитии теории, методов . и средств, автоматизации ранних атапов проектирования сложных систем на основе иерархических семантических . моделей. Внедрение разработанных моделей, алгоритмов и программных средств вносит значительный вклад в решение проблемы создания интеллектуальных систем анализа и синтеза объектов различного назначения.

Перечислим основные результаты, в ' которых заключена научная новизна и практическая ценность данной работы:

1. Для проектирования автоматизированных.систем управления на ранних вталах предлагается использовать иерархические семангвчаокна, модели различных классов (модели типа дерева целей, модели вариантного выбора на теоротико-мнокествешом языке, логико-лиш шстическиа и гибридные модели), которые формируются'по общей схйми, включающей атаны формирования декларативной ьюдэли, разработки мо.цали принятия решений, поиска и оценки решений, ' а такжо развития предметной области.

Прэдяогапа дечлзративнвя модель предметней области, учитывавшая 'лер?р*этчнссть представления предметной области, опнсквеэявй г.-лскэстеайи моментов, ггаранетроз я - отношений (яэрзрхячзсках, сеивнтичасхях, функциональных и др.).

3. На основе прэдмданннх призцапов . разработан набор стандартных . моделей сргскстем, . создан оригинальный дзксмпозпцяанвнй алгоритм форшровання декларативной модели, утиткввячай зевисзивсть применяемых для дзксгсюзиции стандартных моделей от рзкое примененной последояатольвастя моделей я козволягяеЯ гкшсить адокозтюсть дештратпгазза чодэли.

4. Разработали арагияешыпй! алгоритм формирования дерева целей оргсастемн кп основе проложенной совокупности оснований дсшяотгздки, шцгячсхцей ряд новях оснований, и диалоговая система построчная дер'Зпа целой, обосмчивввсрга полноту системы целей.

5. Пргаджяиз модзль оиепкя важности целей в дереве целей, которая позволяет л-згасять обосковякиость применения алгоритма ¿»'•фа-Чврчг.тена '-я Счет устранения неоднозначности шбора кп->фйя5!«нтоз га.т'ес'я налов. '

, 6. Прчд.'о;'-"^.' .^тод фэртроввняя иерархической творзшга-•хкпгастычшой ••^л.злл тряяит.юго выбора и дне вврастичзсяиэ нроцэдуГ-ч кг.-р.г'-нггри "от с.вгсусяозпо оптимального варианта* и "всягояЛ пптад", позгсляяяге избегать полного перебора т^С'Зрд^ "" г у? * лог-.д^пстг

7. 11: •->7,4045'! ».'ОТОЧ ^Т^РСВЯЯИЯ тяН?,ядяой модели гршштяя откжу УЯТО^СЙ «¡ТТЯЯи-.'ПТ орютфсяатга ®^зг«знвльнся тать ¡-А тгзрж.ятр'"? с шэсза я штйизоЯ яздея шзяоляэт -л.структг-»-;««г'по прэд<яп5»*ь ас» свпсхугаое» ерзай» «гг'ул пр-даотге-Я % гяазп пгр&ящгвт, ?гз шмштва еяйодз

сз г^прч^тсп я 155 агп'уиг в тугоя.

. 8. Предложены два алгоритма (альтернативного и базальтер-нативного вывода) определения значения некоторого параметра при заданных значениях истоков, которые экономичнее в смысле объема вычислений соответствующих традиционных алгоритмов. Получена приближенная зависимость эффективности предложенных алгоритмов по сравнению с традиционными от числа слоев в сети параметров.

9. Предложен алгоритм поиска оптимального решения на гибридной модели для дискретного случая, основанный на использовании экономичных алгоритмов поиска значения параметра при заданных значениях истоков. Вычислительная эффективность предложенного алгоритма оптимизации определяется аффантивностьв указанных алгоритмов и зависит от числа'слоев в сети параметров,

10. Предложены метод формирования иерархической лопшо-лшгБиотической и гибридной модели и алгоритм поиска ратания на иерархической модели, позволяющий сократить объем вычислений по сравнению ' с одноуровневой "монолитной" моделью. Получена приближенная аналитическая зависимость коэффициента еффектлвности предложенного алгоритма по сравнении с алгоритмом поиска решвния на "монолитной" модели от разности чиола- кстоковах и координирупцих параметров и от числа значений параметров при определенных условиях.

11. Разработан эвристический алгоритм синтеза структур систем, который позволяет находить рациональное решение с малыш затратами на проектирование за счет использования экспертных процедур.' На основе предложенного алгоритма осущестплэно проектирование организационно-технологической АСУ Управления магистральшши нефтепроводами Центральной Сибири и АСУ региональным цзлавыы комплексом "Нефть и газ" Томской области.

12. Созданы инструментальные программные системы ЭСИСЛ и ШО

для создания экспортных систем на ПЭВМ типа IBS PC XT/AT, которые вксплуатируются с 1989г. в вузах и других организациях Томска, Барнаула, Москеы, Санкт-Петербурга в учебном процесса и для научных исследования.

13. На базе системы ЭСИСП создан ряд экспертных систем:

- "Тэст-информ" оценки уровня информатизации территориального управления. Данная sg является универсальной и • используется во ВНШШВТ (г.Москва) в научных исследованиях;

- система синтеза структуры межвузовского экспериментально-производственного комплекса г.Томска;

- "КЭНС-структура", используемая в НЕЙ АЭМ при ТАСУР для синтеза оптимальных структур корреляциокно-вкстремалъшх навигационных систем;

- "Тест-зрение" для проведения регулярной массовой вкспресо-диагностики состояния зрения. Система распространяется, как коммерческий продукт НПЦ "Икар" (Г.Томск) и КПП "Новые технология образования" (г.Москва);

- "Громбогтэст" для оценки трсмбоопасности на основе, характеристик троибоэлластограммы и агреготогрэнма, используемая в научных исследованиях в Центральной научно-исследовательской лаборатория (ЩШ) Сибирского медицинского университета.

.30 "Тзст-зронио", à -filera система ЭСИСП были представлены п 1991--1S93 г.г. из ряда российских и международных внатавок,. в том числе: "Комтек-91" (г.Москва), "Сибирская Ярмарка" (г.Новосибирск, й.!ск), "Балтийская ярмарка" (г.Para), "Комтек-93" (г.Москва), "увздуяародний компьютерный форум" (г.Москва).

\

40

ПУБЛИКАЦИИ

" По теме диссертации опубликовано 53 печатных работ. Осдодное содержание отражено в следулцах публикациях.

1. Ф.И.Парегудов, В.П.Тарвсенко, Ю.П.Ехлаков, Силач В.А. и др. Информационные системы для руководителей/ Шд ред. Ф.И.Первгудова. - Н.: Финансы и статистика, 1SQ9. - 175 с.

2. Силич В.А., Полшцув Ю.Ц., Татарников В.А. и др. Региональные акологические инфармбционно-моделируицие системы. - КЬьосвбирск: ВО "Наука", 1Э93. - 133 с.

3. Силич В.А. Содержательные модели систем и их использование при проектировании АСУ. - Томск: изд-во ТГУ, 1924. - 115 с.

4. Силич В.А. Декомпозиционные алгоритмы ко строения коделзй сложных систем. - Томск, изд-во ТГУ, 1ЭВ2, 13S с.

5. Снлич В.А., Тарасешо В.П. Алгоритмизация а автоматизация процесса построения содержательной модели организационной системы и формирования на ее основе дерева целей// Метода и модели оценки аффективности развиващихся систем. Сб. Научного совета по комплексной проблэие "Кибернетики" АН СС0Р,'Ы., 1582, с. 14-25.

6. Силич В.А. Построение церархическш:. логико-лиягелстичэскех иоде лей. Деп. ВИНИТИ, J 66 88-84 от 15.10.84. - 27 с.

7."Силич В.А., Тарасенко В.П. Методологические основа разработки математических моделей организационных систем // Системы управления. Томск, изд-во ТГУ, 1978, вш.Э, с. 5-37.

8. Силич В.А., Трофимов В.В. Формирование структура организационно-технологических АСУ УЫН.// Нефтепромысловое дело и транспорт нефти, 1335, JS1, с.61-64.

Э. Силич В.А. Алгоритмические основы процесса построения моделей вложинх систем// Системы управления и их влеиснты. -Томск, изд-во ТГУ, 1980, о. 4-26.

10. Поре гудов С-. If., Слпич В.4., ■ вряцлэр А.А. Методика проэктирСЕгжтя генеральной схема управления хозяйством области// Опыт создания территориальных АСУ. - Томск, изд-во ТГУ, 1979, с. 3-41.

■ 11. Силич В.А., Тарасенко В.П .« Алексеев В.И. и др. Автоматизация проэктированяя Систем локация и навигации.// Таз. докл. мзядунер. конф. "Ccrrputer-aided control ayntoma design", Алма-Ата, 1Э8Э, п.148-149.

12. Одшгот'.оз В.В., . Сиют В.А., Тарасенко В.П. Диалоговая систока построения доравз целей оргаготзацковки систрм п принципа ее прогрп»"«оГ! реализация // Система упрязлэпия и их эломантн. Томскi пзд-во ТГУ, 1980, с. 26-52.

13^ Сялп В.а., Одйеоков П.В., Тарасэнко В.П., .Шабанова В.Г. Осноиныэ требования к диалоговой систомэ анализа сргсистзм // В кн.: Система упрвплзтя. Точек, изд-во ТГУ, 1978, шп.З, с.33-50.

- 14. Сшз»л В.Д., Одтсоков В.В., Тпрасвпко В.П. Структура диалоговой статччы 'ввплзча оргскстем // Система управлеетя.-Тсмск, изд-во ТГУ, 1378, вчп.З, С. 51-60.

1:5. сагчч в.л.Чучаляя и.П., Агранович П.Л., Кабанов Г.. И. Дзрою ц«д->й его npro-ranorato в проекгяронпнян ввтсмзтвзяровапноЯ сястет упревлегая вузом// Проблама создания АОУ ШЗ. - Towca, гзд-го ТГУ, у973, с.Ч-с'1.

!6. йюч Q.A., '-ягэяяя И.П., Аграноип Б,Л» я др. Дерево целей и ою HCitaw.3or,s!?r* в система управлэжя ejscj //Прякэй<:яи9 oicfwora плгшг»» ял рззт«к урозкях управления в нгевев итого: С<!псрк>я r^w.;*«, v., язд-по. НКЯ ПВШ, 197s?, о.18-02.

1?. ЙО'гигсг: '.и, Сряшр Д.А., Свет* В.А., Osurn Ч.П. :'!^.т.зр?пся к-'т -'я таспрэсо-^эттгастзка арзвгя.// ®вяя»*?:«г ctfopcra Я тгвзннх бе.мшэ! СГЯУ. -

Томск, 1992, с. 24-25.

18. Силич В.Д., Зубрилин A.C., Трофимов В.В. Построение модели технологических, процессов поставки нефти по. нефтепроводу и формирование целей управления. - В сб.: Автоматизированное управление магистральным нефтепроводом Центральной Сибири. Томск, изд-во ТГУ, 1981, с. 41-56.

19. Силич В.А., Зубрилин A.C., Ганибаава Н.В. Декомпозиционный юдход к разработке содержательной модоли оргаказацконно-тех-нологической системы. - В сб.: Опыт внедрения и эксплуатации садач . в подсистем первой очереди АСУ хозяйством области, Томск, изд-во ТПГ, 1982,. о.22-35.

20. Оалич В.Д., Чучалан И.П., Агранович Б.Л. Накотораэ вопросы повышения вфХектиьдости управления вузом. - В кн.: Системный анализ в управлении учебным процесса«. - Томск, изд-во ТГУ, 1976, 0.63-71.

21. Силич В.Д., Агранович Б.Д., Шаряав В.А., Кайгородов В.Г. Разработка АСУ вуза. - В кн.: Вопроси проектирования АСУ вуааг.и, Куйбшов, изд-во КуАИ, 1976, с.47-52.

22. Силич В.А. Разработка статистических моделей оценивания и ранжирования объектов. - В кн.: Кибернетика и вуз, вин.8, Тамга, . ИЗД-ЁО-ТГ/, 197В, С. 140-143.

23. Силич В.Д., Трофимов В.В., Шзсевичус В.И.. СверЗеЕхин О.Н. . Основы проектирования АСУ ТП постааки нефгй пд магистральному нефтепроводу.// Тез. дохл. респ. семинара Щюблемы создагшя' и внедрения АСУ ТП, Кишинев, 1981, 0.31-33.

24. Силич В.Д., Агафонов A.C., Влтмаер Э.Г. Разработав сетевой модели проектирования АСУ ТП. - В сб.: Автоматизированное управление магистральным нефтепроводом Центральной Сибири. Томск, изд-во ТГУ, 1981, с. 105-110.

25. Силич В.А. Иерархические семантические модели синтеза слота систем// Эффективность, качество, надежность систем человек-техника: Тез. докл. VII Всесоюз. симпозиума, Таллин, 1984, С. 111-114.

2В. Салкч В.А., Перегудов Ф.И., Блатт И.Д. и др. Принципы и результаты проектирования организационных структур . областного уровня. - в ст.: Автоматизация управления организационными к техническими системами. - Томск, изд-во ТГУ, 1979, о. 58-80.

27. Сяляч В.А., Силич И.П. Экспертная система "ЭСШГ.//Т93. докл. Всессяз. н.-т. конф. Человеко-маиинянэ системы и комплексы принятия решения. - Таганрог, 1S89, с - 87-83.

20. Силич S.A., Поцелуев З.Н. Иерархическая логико-лингвисти-чзскгя модель синтеза сложных систем. //Тез. докл. Всесовз. н.-т. конф. Создание рабочих мест управленческого персонала на мини- ■ йшфо-ЭВМ. - Томск, изд-во ГШ, 1986, с. 160-162.

29. Силич Б.Л., Салич Ы.П., Срацлэр A.A.. Ыатод синтеза АСУ и его испольсгааки-э при- проектировании АСУ региональным целевым хяояэксси Т&фть а газ*. - В кн.: Опыт разработок и проектя-ровакш АСУ территорий /Лсд рэд. D.n. Егланова.- Тонек: изд-во ТГГ* 1387, 0.133-1В7.

' 30. Силич В.Д.. йяькна В.д.. Угорелое О.Н. .Синтез структура коялузовского вксдаргспнталыга-произаодотввтого комшгаксв по обслуживании научных йсслодсвмий п города. • Доп. рукопись от S.C0.58, я 638-еаг.оп. ¡.та проблем Еысаой икали - 51 с.

31. Сялгл П.Д., т-'раезнко В.П. , Кзрпов ¿.Г., Кручинин В.В. Мсделярспанке прег'псссв создания г работы интеллектуальных коррэ-ляцгстшо-еКстрсьп/лтх систем // Кнфомзцг.ой5с>-управля1ЩИ8 я енгияс№т*!№ jctcsbsscb из есязпа новых технологий. Квукз а нарнэеттг: laa. погл. нехитер; • косф. - Санкт-Петербург» 'кзя-эо

ШШ, 1992, с.131,

32. Силич В.А., Оданоков В.В. Некоторые вопросы иерархического планирования. - В кн.; Кибернетика и вуз. Тсцок, езд-во ТГУ, Iff/5, вып. 9, с.32-46.

33. Силич В. А., Одииоков В. В. Ре кэше задачи линейного оптимального планирования в двухуровневом н&раргжчзскса система// Кибернетика и вуз. Томск, иад-во ТГУ, 1974, вып. 8, c.14S-149.

34. Силич В.А., Карпов А.Г. Экспертная система структурного синтеза корреляциощго-огсотремальных систем.// Обработка изображений и дистанционные исследования: Тез. докл. кзадунар. конф. -Новосибирск, 1990, c.115-U6. .

35. Силич В.Д., Карпов А.Г., Поцелуев В.Н. Аетомвтезвдш синтеза структур коррелядаовш>-екстремальш1 систем. //Тез. докл. Всесога. совещ. Проблема проектирования экспортных систем. Часть.1.-Ц., 1988, С. 110-119.

36. Силич В.А., Карпов А.Г. Система автоматизированного синтеза структур технических объектов. //Тез- докл. X науч. конф. Планирование и автоматизация вкссзриыаита в научных исследованиях. - 11., иад-во АНГАЛ, 1992, с.93.

37. Силич В;А., Поцелуев В.Н. Экспертная система синтеза pnngtniT структур на основе семантических сетей специального вида. //Тев. докл. IV Всесоххз. науч. конф. Автоматизация поискового конструирования. - Волгоград, 1987, с. 172-174.

38. Силич В.Д., Силич U.a., Каун О.П. Интегрированная оболочка ■ЭОИСП* для построения вкспертных систем.//Тез. доил Всэсоиз. совещания по експартным системам. - Суздаль, 1990, с.63-55.