автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Разработка автоматизированного программного комплекса для исследования качества и эффективности функционирования моделей технических систем и управляемых систем массового обслуживания

1. Введение, постановка задачи.

1.1 Управление на основе анализа как основа успешного бизнеса.

1.2 Основные тенденции развития рынка программно-аналитических комплексов.

1.3 Возможности программ моделирования и анализа технических систем.

1.3.1 Обзор программного комплекса BlockSim версии б.

1.3.2 Достоинства и недостатки современных систем моделирования.

1.4 Информационно-аналитическая система.

1.5 Содержание диссертационной работы.

1.6 Выводы.

2. Классификация моделей технических систем и систем массового обслуживания.

2.1 Модели технических систем.

2.1.1 Общая информация.

2.1.2 Классификация моделей.

2.2 Модели управляемых систем массового обслуживания.

2.2.1 Общие сведения.

2.2.2 Классификация моделей управляемых систем массового обслуживания.

2.3 Классификатор реализованных моделей.

2.4 Выводы.

3. Описание технической и программной среды.

3.1 Принципы реализации и основные возможности.

3.1.1 Классифицирующий модуль.

3.1.2 Аналитические модули для моделей технических систем.

3.1.3 Аналитические модули для моделей систем массового обслуживания.

3.2 Алгоритмы, используемые в аналитических модулях.

3.2.1 Алгоритм расчета интегралов.

3.2.2 Алгоритм анализа возможных способов управления в моделях УСМО.

3.3 Технологическое описание.

3.3.1 Пример использования Комплекса при решении прикладной задачи.

3.4 Выводы.

4. Описание моделей технических систем и алгоритмов расчета

4.1 Модели технических систем.

4.1.1 Система с двумя видами восстановления (мгновенная индикация отказа).

4.1.2 Система со стратегией хранения (отсутствие индикации отказа).

4.1.3 Система с двумя видами восстановления (произвольная индикация).

4.2 Модели управляемых систем массового обслуживания.

4.2.1 Система M\G\\\N* с управлением очередью.

4.3 Выводы.

Установка, запуск и удаление Комплекса.124

Системные требования.124

Установка Комплекса на компьютер. 125

Запуск Комплекса.125

Удаление Комплекса из компьютера.125

Работа с Классифицирующим модулем.126

Аналитический модуль (модели технических систем с неполной информацией).128

Ввод функции распределения времени безотказной работы системы.129

Ввод параметров модели.130

Задание точности вычислений.131

Работа с «исследованиями».132

Вычислительный эксперимент.135

Аналитический модуль для моделей систем массового обслуживания.136

Принципы моделирования и анализа систем.137

Создание нового проекта и начало исследования.138

Загрузка ранее сохраненного проекта.139

Выбор активного Исследования.140

Просмотр и задание параметров модели в активном Исследовании.140

Выполнение вычислений.144

Приложение 2: программная реализация Комплекса.145

Процедура вычисления матрицы управления по заданному целому числу.145

Процедура вычисления гарантированной прибыли для всех возможных вариантов матрицы управления.146

Процедура вычисления интеграла.149

Процедура, возвращающая значение заданной функции.150

Процедура поиска минимаксного периода проведения профилактик.151

4.3 Выводы

Предназначение четвертой главы — детальное рассмотрение основных параметров и особенностей моделей систем, анализ которых обеспечивается Программным Комплексом, а также описание формул и принципов, по которым производится расчет ключевых итоговых показателей качества и надежности функционирования этих систем. Более глубокое описание моделей необходимо для максимально эффективного использования аналитических возможностей Комплекса на практике.

В четвертой главе проведено описание включенных в состав Комплекса моделей технических систем с неполной информацией, указаны формулы, по которым производится расчет значений показателей надежности и эффективности функционирования систем, приведены основные принципы используемых подходов к анализу технических систем. В рамках главы также приводится необходимая для полного понимания основ анализа технических систем теоретическая информация о способах нахождения экстремумов дробно-линейных функционалов.

Отдельное место в четвертой главе занимает подробное описание модели системы массового обслуживания, описываемой расширенной символикой M\G\\\N* с управлением числом мест для ожидания. Анализ указанной модели производился автором в рамках настоящей диссертационной работы и является новым результатом. Полностью показан процесс анализа данной модели, указаны итоговые и промежуточные результаты по каждому шагу анализа, приведена необходимая теоретическая информация, сформулирован способ отыскания оптимального вида матрицы управления, обеспечивающего достижение максимального значения целевого показателя эффективности функционирования данной системы - средней удельной прибыли.

Заключение

Получены следующие основные результаты работы.

1. Проведено описание основных особенностей внутренней организации и специфики крупных современных компаний, проиллюстрирована актуальность принятия точных управленческих решений. Показана необходимость использования программных аналитических продуктов для решения актуальных управленческих задач. Проведен анализ имеющихся на рынке программных информационно-вычислительных систем. Выделены актуальные, но не освоенные области развития программных продуктов. Сформулирована задача по созданию Программного Комплекса, обеспечивающего поддержку необходимого класса моделей технических систем и востребованных функций для их исследования.

2. Проведен анализ технических систем с неполной информацией, а также управляемых систем массового обслуживания, выявлены принципы классификации моделей этих систем. Произведено расширение принципов классификации технических систем, предложенных в [54].

3. Разработаны и программно реализованы алгоритмы решения задач надежности и эффективности функционирования технических систем с неполной информацией.

4. Проведен полный анализ модели системы M\G\l\N* и на основе этого анализа создан и программно реализован алгоритм вычисления ключевых показателей эффективности функционирования этой системы. Разработан и реализован новый алгоритм нахождения всех возможных вариантов матрицы управления для данной модели.

5. Произведена разработка принципов построения нового Программного Комплекса, позволяющего производить исследования моделей технических систем с неполной информацией, моделей управляемых систем массового обслуживания, а также расширить области применения ИАС [54] в задачах управления техническими системами. Расширена идеология открытости Программного Комплекса. Расширен список функций, обеспечиваемых Комплексом, по сравнению с [54] и другими аналитическими продуктами.

6. По результатам проведенного анализа создан новый программный продукт, обеспечивающий поддержку всего освещенного при анализе ряда актуальных возможностей в части исследования систем с неполной информацией, а также управляемых систем массового обслуживания. Новый Программный Комплекс обеспечивает интеграцию с имеющейся ИАС [54] на уровне приложения, что позволяет говорить о едином комплексном решении. Для Комплекса представлено полное руководство пользователя и технологическое описание, позволяющее эффективно работать с Комплексом.

1. Ф. Байхельт, П. Франкен. Надежность и техническое обслуживание (математический подход). Радио и связь, Москва, 1988.

2. Е. Ю. Барзилович. Модели технического обслуживания сложных систем. Высшая школа, Москва, 1982.

3. Е. Ю. Барзилович, Ю. К. Беляев, В. А. Каштанов и др. Вопросы математической теории надежности (под редакцией Б. В. Гнеденко). Радио и связь, Москва, 1983.

4. Е. Ю. Барзилович, В. А. Каштанов. Некоторые математические вопросы теории обслуживания сложных систем. Советское радио. Москва, 1971.

5. Е. Ю. Барзилович, В. А. Каштанов. Организация обслуживания при ограниченной информации о надежности системы. Советское радио, Москва, 1975.

6. Р. Барлоу, Ф. Прошан. Математическая теория надежности. Советское радио, Москва, 1969.

7. В.Л.Волкович, А.Ф.Волошин, В. А. Заславский, И. А. Ушаков. Модели и методы оптимизации надежности сложных систем. Наукова думка, Киев, 1993.

8. И. Б. Герцбах. Модели профилактик. Советское радио, Москва, 1969.

9. И. Б. Герцбах, X. Б. Кардонский. Модели отказов. Советское радио, Москва, 1966.

10. И. И. Гихман, А. В. Скороход. Введение в теорию случайных процессов. Наука, Москва, 1965.

11. Б. В. Гнеденко. Курс теории вероятностей. УРСС, Москва, 2001.

12. Б. В. Гнеденко, Ю. К. Беляев, А. Д. Соловьев. Математические методы в теории надежности. Наука, Москва, 1965.

13. Б. В. Гнеденко, И. Н. Коваленко. Введение в теорию массового обслуживания. Наука, Москва, 1966.

14. Г. И. Ивченко, В. А. Каштанов, И. Н. Коваленко. Теория массового обслуживания. Высшая школа. Москва, 1982 год.

15. В. С. Джевелл. Управляемые полумарковские процессы. Кибернетический сборник, новая серия, №4, Мир, Москва, 1967.

16. С. Карлин. Основы теории случайных процессов. Мир, Москва, 1971.

17. А. В. Карманов, В. М. Жуков. Управляемые конечные марковские цепи с неполной информацией и их приложения. МГИЭМ, Москва, 2000.

18. В. А. Каштанов, А. И. Медведев, Н. Д. Толмачева, В. Ф. Шаров. Теория надежности невосстанавливаемых систем (математическая теория надежности). МИЭМ, Москва, 1986.

19. В. А. Каштанов, А. И. Медведев, Н. Д. Толмачева, П. В. Шнурков. Математические вопросы теории эксплуатации. МИЭМ, Москва, 1987.

20. В. А. Каштанов, А. И. Медведев, Н. Д. Толмачева, В. Ф. Шаров. Теория надежности восстанавливаемых систем, МИЭМ, Москва 1988.

21. Дж. Кемени, Дж. Снелл. Конечные цепи Маркова. Наука. Москва, 1970.

22. Дж. Кемени, Дж. Снелл, А. Кнепп. Счетные цепи Маркова. Наука, Москва, 1987.

23. И. Н. Коваленко. Анализ редких событий при оценке эффективности и надежности систем. Советское радио, Москва, 1980.

24. И. Н. Коваленко, Б. В. Гнеденко. Теория вероятностей. Вища школа, Киев, 1990.

25. И. Н. Коваленко, Н. 10. Кузнецов. Методы расчета высоконадежных систем. Радио и связь, Москва, 1988.

26. И. Н. Коваленко, Н. Ю. Кузнецов, В. М. Шуренков. Случайные процессы (справочник). Наукова думка, Киев, 1983.

27. И. Н. Коваленко, А. Н. Наконечный. Приближенный расчет и оптимизация надежности. Наукова думка, Киев, 1989.

28. И. Н. Коваленко, Г. К. Москатов, Е. Ю. Барзилович, Полумарковские модели в задачах проектирования систем управления летательными аппаратами. Машиностроение, Москва, !973.

29. И. Н. Коваленко, О. В. Сарманов. Краткий курс теории случайных процессов. Вища школа, Киев, 1978.

30. И. Н. Коваленко, А. А. Филиппова. Теория вероятностей и математическая статистика. Высшая школа, Москва, 1973.

31. Б. А. Козлов, И. А. Ушаков. Справочник по расчету надежности. Советское радио, Москва, 1975.

32. Д. Кокс, В. Смит. Теория восстановления. Советское радио, Москва, 1967.

33. А. Н. Колмогоров. Теория вероятностей и математическая статистика. Наука, Москва, 1986.

34. А. Н. Колмогоров, С. В. Фомин. Элементы теории функций и функционального анализа. Наука, Москва, 1968.

35. В. С. Королюк, А. Ф. Турбин. Полумарковские процессы и их приложения. Наукова думка. Киев, 1976 год.

36. Б. П. Креденцер. Прогнозирование надежности систем с временной избыточностью. Наукова думка, Киев, 1978.

37. Б. Р. Левин. Теория надежности радиотехнических систем. Советское радио, Москва, 1978.

38. X. Майн, С. Осаки. Марковские процессы принятия решений. Наука, Москва, 1977.

39. Г. Г. Маныпин. Управление режимами профилактик сложных систем. Наука и техника, Минск, 1976.

40. Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 томах (ред. совет: В. С. Авдуевский (пред.) и др.), том 2, Математические методы в теории надежности и эффективности, Машиностроение, Москва, 1987.

41. Надежность и эффективность в технике. Справочник в 10 томах (ред. совет: В. С. Авдуевский (пред.) и др.), том 8, Эксплуатация и ремонт, Машиностроение, Москва, 1990.

42. И. А. Рябинин. Надежность и безопасность структурно-сложных систем. Политехника, Санкт Петербург, 2000.

43. И. А. Рябинин, Г. Н. Черчесов. Логико-вероятностные методы исследования надежности структурно-сложных технических систем. Радио и связь, Москва, 1981.

44. Дж. Сандлер. Техника надежности систем. Наука, Москва, 1966.

45. Д. С. Сильвестров. Полумарковские процессы с дискретным множеством состояний (основы расчета функциональных и надежностных характеристик стохастических систем). Советское радио, Москва, 1980.

46. Справочник. Надежность технических систем (под ред. проф. Ушакова И.А.), Радио и связь, Москва, 1985.

47. С. В. Степанов. Профилактические работы и сроки их проведения. Советское радио, Москва, 1972.

48. В. Феллер. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. Том 1. Мир. Москва, 1964.

49. В. Феллер. Введение в теорию вероятностей и ее приложения. Том 2. Мир. Москва, 1967.

50. А. Я. Хинчин. Работы по математической теории массового обслуживания. Наука, Москва, 1963.

51. Р. Ховард. Динамическое программирование и марковские процессы. Советское радио, Москва, 1964.

52. Г. Н. Черкесов. Надежность технических систем с временной избыточностью. Советское радио, 1974.

53. А. Н. Ширяев. Вероятность. Наука, Москва, 1980.

54. И. С. Кабанов. Применение информационных технологий при исследовании управляемых моделей надежности и эффективности. Кандидатская диссертация. МГИЭМ. 2004 г.

55. Хомоненко А. Д. и др. «Delphi 7», СПб, БХВ-Петербург, 2003г.

56. П. П. Захаров. Информационно-аналитическая система исследования управляемых моделей надежности и эффективности, а также СМО. Москва. Журнал «Надежность», №4, 2005г.