автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.13, диссертация на тему:Разработка и исследование информационно-вычислительной системы для управления процессами обслуживания подвижных объектов

1 - 9 Я 3

КИ1ВСЫШЙ П0ЖТЕХН1ЧНИИ ШСТЙТУТ

Еа правах рукопису

МАЛАХОВ бвген Валер1йович

УДК 681. 324

Р03Р0БКА ТА Д0СЛ1ДЖЕННЯ I ШОРМАЦ1 ЙНО- ОБЧИСЛЮВАЛЬНОI СИСТЕМ ДЛЯ КЕРУВАННЯ ПРОЦЕСАМИ ОБСЛУГОВУВАННЯ РУХОНИХ ОБ' ÊKTIB

05.13.13 — Обчислювалып машини, комплекси, системи та мереж!.

Автореферат

дисертацн на здобуття вченого ступени кандидата техн1чних наук

khïb - 1993

Роботу вккой^АЪ в Институт» проблем'реестрацп »нформацп

Академп наук Укракни

Иауковий кер!вник — доктор техшчних наук,

професор Додонов 0. Г.

0ф1Ц1йн1 опоненти — доктор техшчних наук,

професор Вншицький В- П.

— кандидат техшчних наук, доцент Коваленко Е К

Ведуча органиэац1я . — 1нститут проблем моделювання

в энергетиц! АН Укра1ни

Захист в»дбудеться 1993 р. 0 ^ годиш

на засхданн! спещашзовано! ради Д 068.14.09 КШ'вського шштехшчного »нституту за адресою:

252056, м. Ки1в, проспект Перемоги, 37. С дисертащею южно оэнайыитись у б1блютец1 Ки?вського поллехшчного »нституту.

Автореферат роз 1 слано "_"_• 1992 р.

Вчекий секре'тар спещал13овано5 ради

доктор техшчних наук, професор 0. Е Бузовський

- 1 -А Н О Т А Ц I Я Метою Ц1С1 дисертац1йно! роботи с розробка способов побудо-ви та opraHi3ayii територ1ально-розпод!лено'1 ¿нформаЩйно-об-числювально'1 системи (ЮС) для автоматиэацГ: оперативно-ор-ган1зац1йного керування обслуговуванням к:лькох oö'eKTiB та створення на ix ochobi територ1ально-розпод1лено1 (TP) ЮС для оперативно-оргаи1зац1йного керування д^яльнютю !нлсенерно-ав!а-Ц1Йно'1 слуиби авюгрупи ав1анесучого корабля (IAC АНК).

BiflnoBiflHo щодо поставлено'! мети сформульовано та вирлну-ються наступи i задачи

— визначення методики формування архитектур и 1нформащйно-об-числювальноУ системи оперативно-срган!зац1йного керування (00К);

— визначення умов розм!щення програмних модулtв та насивхв 1нформацП' в систеш, що реал!зацуеться на Mepexi ПЕОМ з oömihom через файл-сервер;

— анал1з вимог до структури ЮС для автоматизащ i 00К;

— Д0сл1Дження можливост! використання методу часового моделю-вання для паралельного моделювання мереж киькох технолог!чних npoueciB у ЮС з ПЕОЫ загального призначення в основ!;

— розробка способу' комплексування програмних модул!в, що ре-алхзують функцп ЮС;

— досл!диення та розробка алгоритм!в планування к!лькох технолог !чних npoueciB та контролю у реальному масштабi часу заданих технологий; удосконалення алгоритм формування фронту моделювання у ПЕОМ загального призначення; розробка алгоритм!в взаемод!Т процесу керування та контролю у реальному масштаб i часу з! кори-стувачами та виконавчими структурами;

— розробка способу реконф1гурацП територ!ально-розпод!лено1" ЮС, який забезпечус тривале виконання системою cboüx найб1льш важливих функц1й;

— розробка арх1тектури керування Д1яльн1стю IAC АНК

Автор захищае наступи! основн! положения та результата

1. Методику побудови ЮС спец!ального призначення для керування технолог1чиими процесами обслуговування рухомих об' cktib.

2. Cnociö вибору апаратно-програмних sacoöiB територiально-роз-подиенох" ЮС для оперативно-орган!защйного керування.

3. Cnoctö паралельно! обробки к1лькох мереж у ЮС.

4. Алгоритми планування технологiчних npoueciB та контролю у реальному масштаб! часу при виконанн! заданих технолог1й та ix реаЛ1зац!ю на Mepexi ПЕОМ загального призначення.

- г -

ЗАГАЛЬНА' ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальность теми. Завдяки швидкому прогресу науки та тех-Н1ки за останнс десятир1ччя розко шдвищидись складн)сть, роз-MipH та BapTicTb реал!зуемих проектов, тдвищились вимоги до CTpoKiB I'x розробки та реалозацп. Все це висувае задачу удоско-налення метод!в та засобтв оперативно-органозацхйного керування (ООК). Для того, щоб методи ООК були ефективним ¡нструментом, необххдно автоматизувати bci функцп керування.

Зростання масштаб!в та складноси виробничих процес!в приводить до ускладнення систем керування. Щлком логично, що з цьо-го виникаеть додатков1 структури, як! в1дпов1дають за деяку ча-стину процесу або за процес взагал:. Щ структури утворюють пев-ну iepapxix), .що складасться з колькох piEHiB. Це у свою чергу зумовлюе ряд проблем, hki виникають при автоматизаци керування.

IIo-перше, ЮС ООК поеинн1 бути у б^льшост! випадглв тери-тороально-розтшленими, що в!дображуеться у зб!льшенн1 потокiв онформацп mix окремими структурами виробництва, 3MiHi структур кер!вничих зв'язклв, появ: нових структурних елемент^в.

По-друге, виникае питания оптимального чи ращонального розмщення модулiB (прогре.мних чи апаратних), ор!ентованих на автоматизащю ргшення . обчислювальних задач, та модулхв !нфор-мац1йно? шдтримкк (баз та башив даних).

По-трете, виникае задача оргашзацп' автоматизованих робо-чих М1сць (АРМ) посадових oci6, що ор!ентован1 на автоматизацш конкретних спец!ф1чних функц!й останшх, та забезпечення прий-нятного корио1'увачев! воображения ¡нформац! i.

Задача автоматизац! i ще 6iльы ускладнюеться у випадку авто-матизацп процесу керування технолог!чним обслуговуванням рухо-мих об'ектхв.

Автоматизац!я процес !е керування неможлива без використання обчислювальних засоб:в.

Виникнення та поширення персональних ЕОМ (ПЕОМ) високог швидкодП та з великим розмхром оперативноi та дисково!" пам'ят: повернуло наукову думку до використання ЕОМ загального призна-чення як основи систем керування. Велика серхйнють та, Biдпо-в!дно, низька варпсть ПЕОМ, ni двищення ix над!йност! дозволили зменшити варпсть та niдвищити над!йн1сть Bcie'i системи керування. Мэзшшсть об'еднання ПЕОМ у мереж! дозволила створити роз-под1лен1 системи керування та IOC, як: оперують великими масива-ми тформацп, та забезпечити не Т1льки планування, а й контроль

виконання плану у реальному масштаб: часу (РМЧ) з оперативним об-MiHOM ¡нформащею з В1ДП0В1ДН0Ю (залежно В1Д ¡нформацп') особою, яка приймае ршення (ОПР), а також керування технолопчнкми про-цееами в РМЧ при автоматизаш i цих процеств. Все це дозволяс вва-жати так! системи пэрспективними цодо розробки та упровадмэння.

Otrrß, практична потреба ршення цих задач i зумовлюе акту-алыпсть дисертащйно1 роооти.

Метод досл!д:гення засновано ка сполученнг Teopii графов, Teopii мнокин, теори масового обслуговування, Teopii' iracBipno-стей, метод1в дискретно! математики та електронного моделювання. При дослхдженш ochobhoi уваги було придхлента формал!заш* опису процесу моделювання ктлысох мереж та розгляданкю приникав побу-дови розподхлених 10С шдвицзног живучость

Наукова новина полягае в сл1Дуючому. запропоновано методику побудови територгально-розтшлеко!' ЮС для автоматизацгI опера-тивко-орган1защй!:ого керування, яка полягае у визначеннт струк-тури пгдсистем IOC, 3b'3Kib шх ними, формувапнг арххгекгури ЮС за анализом вирЛьуваемих задач; запропоновано cnociö opraHisauii АРМ конкретних користувачхв за анализом виконуемих ними функций та вид!ленням основних цьтьових функций системи; запропоновано способ реконфхгурацг! ЮС за основою перерозподглення працюючих шдсистем та АРМ IOC Mix функц10нуючи:.ш станшями мерея« залежго В1А 'ix приоритетов та приоритета ix функций, яккй забезпечуе довгочасне виконання приоритетних функц!й керування (АРМ) при в^дмовах окремих станций обчислювально? мереж!; запропоновано cnociö aнaлiзy киыгах мереж при керуванн! та коктрслх виконання к;лькох технологхчних npoqeciB за методом часового моделювання мерек з метою забезпечення ефективного виконання основних функцзй територ}ально-розпод!лено1 ЮС оперативно-орган1заЦ1Иного керування. Sa цим методом розроблено комплекс програмних модуса ЮС для автоматизац!i процесхв керування обслуговуванням рухомих об'ект!в.

Практична uiHHiCTb дисертац1i поллгае в тому, що запропоновано методику, яка дозволяе будувати геритор1алыю--розпод1лет ЮС певного класу, зокрема, для автоматизаЩ i 00К при обелугову-Baimi кхлькох рухомих об'ектхв.

Реал1защя. Ochobhj науковх результати дисерташйно! роботи були рикористан4 для побудови територзально-розпод!лено!' ЮС для 00К Д1яльн1стю IAO АНК в межах г/д НДР "Лотограф-УН" N 95104 в 1ПР1 АН УкраТни.

Лпробащя роботи. Ochobhi результати дисертац!йно"1 роботи докладаяись та обговорювались на: Ш-й Всесоюзна науко-во-техн!чн!й конференцп "ЗКивуч1Сть та реконфигурация ¡нформа-Щйно-обчислювальних та керуючих систем", Севастополь, 1991; 11-му Mi «народному симпозиум: молодих наукових poöiTHHKiB, Ё1Ш Зелена Гура, 1989; !.йжнародн1й науково-техн1чн1й конференцП молодих вчених, BMEI, Варна, 1988.

Пубд1кацГ1. За темою дисертацп' опубл!ковано 5 надрукованкх праць.

Структура та роокнр роботи. Дисертащйна робота складаеться з вступу, 4 глав, зак1нчення, списку Л1тератури, додатку. Робота метить 192 сторонки, серед них 158 ctopihok основного надруко-ваного тексту та 34 сторхнки малюнкгв. У списку л1тератури 65 найменувань.

У вступ! показано актуальн!сть теш дисертацп, сформульо-вано шль роботи, обгрунтовано виб:р методики достижения, а та-кож коротко викладено ochobhi науков! результати та положения, як! винесено на захист.

У перпай глав: роботи розглянуто проблеми автоматизац!Y ке-рування технологхчними процесами обслуговування рухомих об'ект1В. Приведено постановку задач! керування процесами обслуговування, етапи процесу керування та обгрунтовано виб i р моделей технолог ¡чних процессе. Проанал!зовано функц!i ООК та показано Шсце ЮС у структур! керування. Сформульовано вимоги щодо структури ЮС для автоматизац!i ООК, якi засновано на часових характеристиках технолог1Й та системного обладнання. Запропоновано порядок вибору структури АРМ конкретного користувача, функц!й, що реал1зуються на кожному АРЫ з множини функщй фах^вця за обме-женням коштовних витрат та трудом1Стк1Стю реал^зацп. Запропоновано cnoctö комплексування програмних модул!в за основою мшмального покриття множини АРМ множиною програмних модул!в. Розглянуто один з BapiaHTiB ршення задач! планування за основою формування та використання Д!аграм розпод!лення pecypciB.

У другой глав1, грунтуючись на шформаЩйних потоках в ЮС, вимогах до ii п!дсистем та АРМ, запропоновано структуру П1дсистем ЮС ООК та зв'язк!в м!ж ними. Запропоновано методику формування ЮС, наведену у вигляД1 алгоритму, та cnociö po3Mi-щення програмних модул!в та масив!в !нформац!1 в систем!, яка реал^зуеться на мереж! ПЕОМ та oöMiHi через файл-сервер. Дал1 показано, ш,о метод часового моделювання дозволяе виконуватн па-

ралельне моделювання мереж к^лькох технолог 1чних процессв в об-числювальнзй систеьй з ПЕОН загального призкачення в основь Запропоновано способ реконф^гуращ i територ1ально-роэпод!лено1 ЮС з метою Шдвицэння И живучость

У TpeTift глав! показано, що 1снуюч$ системи керування, як! заснован: на методi часового моделювання, яеляють собою апаратну peanisauira алгоритм!в моделювання та мапть ряд недолпсзв, яких можлиео уникнути, якщр застосувати ЕОМ загального призначення як базу ЮС. KpiM того показано, що метод часового моделювання ме-рек з використанням алгоритму формування топологП мереж у пам'-ят! ЕОМ у виглядi списковое' структури висувае задачу визначення надежности окремих плок р]зним мережам. У глав1 проведено пор^вняння двох BapiaHTiB рлаення uiei проблеми та визначено, що оптимальною за критериями posMipy пам'ят! та пшидкодп е кр^зна перенумеращя плок та вузл1в аналхзуемих мереж. Тут же запропоновано BapiaHT розподхлено! шдсистеми реконфзгураци, яка за-безпечуе тривале вкконання системою cboix найбхльш важливих ФУНКЦ1Й.

Четверта глава присвячена розробщ арх1тектури ЮС керування д1яльыстю IAC AHR. Для ц1е! ЮС розроблено алгоритми плану-вання к!лькох технолопчних процесхв та кснтролю у реальному масштаб! часу виконання заданих технологхй; удосконалено алгоритм формування фронту моделювання в ЕОМ загального призначення.

KpiM того, проанал1зовано тснуючх системи для автоматизацтi 00К з точки зору зручност! для користувача та забезпеченност! интерфейсом з виконавчими структурами. Грунтуючись на цьому ана-Л131, розроблено алгоритми взаемодИ процесу керування та контролю в реальному масштаб! часу з користувачами та виконавчими структурами.

У зак1нченн! сформульовано ochobhi результати роботи.

У додатку наведено Л1ст1нги програм, якх реалхзують описанг алгоритми.

SMICT РОБОТИ

Задач! керування Heoöxi дно виршувати в р1зних галузях ви-робничо? Д1Яльность При цьому icHjnoTb сфери, де необХ1Дно керу-вати кiлькома процесами, як1 прот1кають паралельно. Серед них можно вид1лити шдприемства, основною метою яких е подготовка об'еюпв до роботи. Прикладами таких сфер моя« бути керування д!яльн1стю ав!ап1дприемства, автотдприсмства, у тому числ* ба-

- б -

гатоповерхового гаражу, 1шкенерно-ав1ац1йно1 слулби ав(анесучого корабля (1АС АНК). Причому, в ус^х випадках треба забезпечити паралельну шдготовку кткох об'ект!в за умовою обмемэност! ресурсов.

За анал!30ы функщювання таких П1дприемств можно сформулю-вати наступи: початков1 дан1 (удави) до керування:

1. 1снуе множина об'екпв 0П п = [1,Ю, як: потр!бно об-слуговувати. Кожний об'ект Оп мае так! характеристики:

— початковий стан q - [1,03;

— тип I = [1,1];

— просторове М1Сцезнаходжепня.

Тобто, кожний об'ект можно позначити як (п-й об'ект 1-го типу в д-му станх).

2. Для виконання обслуговування юнуе множина технологий ру V = [1,У]. Причому кожна технология ру однозначно ставиться у в1дп0в!дн1сть до пари (1^) або до кожного з об'егачв 0^.

Характеристики технологп ру:

— тривалють технологи Ьр;

— к1лък1сть операщй с = С1.С];

— вза^мозв'язки М1ж операШями, як1 визначають технолопю обслуговування;

— ресурси,потр1бн1 кожной операди ^ = С1,ЛЗ — к!ль-кгсть, к » С1,К] —вид ресурсу, п —об'ект, для обслуговування якого потр1бен цей ресурс. Причому кожнхй опе-рац1 '•' однознаково ставиться у в:дпоыдтсть яка-небудь

к1 к1 шдмножина ресурс1В [г^,.... г^]; .

3. Час на обслуговування групи (конкретний Тд або мппмаль-но можливий).

4. Множина обслуговуючих пристроив М^' — фактпчно наявн! ресурси (обслуговуючий персонал то? чи 1ншо1 спецгал^за-

, цп, пристро'1 подавання яких-небудь матер!альних ресурсов, Д4лянки перем11дення та 1н.).

Перед ОПР ставляться наступи» задач!: . 1. забезпечити тдготовку до роботи групи :з задано? к1ль-кост! об'ект!в, як1 обслуговуються, за мхшмальний час;

2. забезпечити тдготовку максимально'! к:лькост! об'ект!в, як! обслуговуються, за заданий час.

0бидв1 щ задач: щлком випливають у необх1ДН1сть розпод1-лення технологий (мереж) за часом та об'ект!В за обслуговуючими пристроями.

До цьо'го ж необх1Дно враховувати, що р!3!П технологи ыо-жуть використовувати т!ж сан! або аналог¡чн: ресурси. За обме-женням цих чи шших ресус!в це, у свою чергу, приводить до кон-фл!кт!в щодо доступу до них. Так1 ситуацп накладають додатков! обмежння, що ускладнюе задачу керування.

Шд керуванням розумхеться наступив:

а) планування з урахуванням ус!х виробничих ресурс I в;

б) оперативне керування, що мостить:

— видавання !нформацн про початок виконання планових д!й;

— контроль виконання ус!х лункт!в розроблених планов-график¡в;

в) перепланування з урахуванням реальних обставин.

Планування припускае, перше за все, розробку модел! реального технолог1чного процесу та обробку створено! модел! через як^-небудь метематичн! методи.

Описана в лхтератур! порхвняльна характеристика метод!в по-будови моделей доэволяе зробити висновок про переважне вико-ристання теорн мереж шрдо розробки моделей технолог!чних про-цеств.

Оперативне керування технолог1ями також здтйснкеться через модель. В узгодженн: з реальним часом видаються команди про початок операций та по модел! В1Дсл1Дковуеться !х виконання до одержання ¡нформацп про IX зак^нчення.

Проте, у ход! реал!зацп технолопчний процес мота бути ка-ракений р1зними впливами, як! порушують його протыкания та вик-ликають В1дхилення плану. Для того при контрол! пор!внюеться плануемий та реалышй час законченна, плануема та реальна витра-та ресурсзв тоцо. За незб!гом заносяться корективи до плану. В оетаньому й складаеться етап перепланування, який виконуеться за алгоритмом, аналог¡чним алгоритму планування.

Необх!дно додати, що заради усп!шного ршення задач! керування необх1дко забезпечити збер!гання та обробку великих розм»-Р1В 1нформацГ1 щодо всзх аспект!в д!яльност! шдприемства. Ця проблема може вирзиуватись через орган!зац!ю збер!гання !нфор-мацп, зокрема, у виг ляд 1 баз даних, у нос!ях велико!' мюткост!, наприклад, оптичних при використанн! '¿х як загально'! пам'ят!.

Анал!з системи керування показуе, що структури, як! займа-ються процесом керування, складаються !з ланок р!зного р!вню, як! утворюють певну !срарх!ю. Якщо розглянути виробничу структуру, то у не! можно вид^лити чотири основних компонента (р!вня), як! мо-жуть бути р!зними способами пов'язан! м1ж собою: кер!вники верх-

Hboi ланки, яких визначеш як oci6, та приймаить ршення (ОПР); Шдлегл: ш ланки з'еднаемо загальним поняттям керуюч1 структури (КС). Останн! з'в'язан! з б1льш локальними задачами. Два нижиix Р1вня утворюють допомхжн! структури (ДС) та Биконавц1 (В).

На практиц! часто зображують iepapxira керувакня, грунтую-чись на схем: функцхонування, через те, цо остання мае велику наочн!сть. Розглянупй виробнич!й структур! керування обслугову-ванням об'gktib в!дпов1дае схема функц^онування, зображена в дисертацп', через яку ясно видно, kotpi функцп на якому piBHi керування виконуються.

Багато реальних виробництв вимагають паралельного виконання К1ЛЬК0Х технолог¡чних npoueciB, що привело до HeoöxißHooTi авто-матизувати сферу 00К.

Автоматизащя припускае широке вживания pi3HHX систем 00К та ЮС керування технолог шними провесами за основою обчислю-вально!" техк!ки.

Для побудови ЮС керування необх^днс побудувати !нфор-мащйну модель. ЮС мютить ряд функцюнальних вузл1в, ski виршують обчислювальн! чи 1нформад1йн1 задач!, та к!льк1сть атоматизованих робочих М1сць (АРМ) користувач!в, через hki зд!йснюетюя взасмодхя користувача з системою. Тому для побудови модел! системи необх^дно:

1. Еа анализом задач та функц!й процесу керування видишти з них так!, виконання яких можно повн1Стю чи частково автоматизувати. Тобто визнс. ити, яку частину фуикщй передати обчислювальнift систем!.

2. За основою п. 1 визначиги, як! функц!ональн! вузли повинн! бути включен! до системи.

3. Визначити, хто з користувач!в i де вир!шуе обчислювальн! чи ¡нформащйн! задач! та, таким чином, визначити де необхщй АРМ.

4. Визначити потоки !нформацп mir рабочими мюцями, тобто де виробляються дан!, хто е ix користувачем та в якому вигляд! ("мова користувача").

Б. За основою п. 4 визначити вузли нагромадження масив!в ¡нфор-маци, а саме такх, де ця ¡нформащя потр!бна найб1льш часто (чи до використання, чи до коретировки). У випадку використання роз-под!лено!' бази даних це дозволить визначити М1сця эбер1гання ¡нформацп через один з ¡снуючих алгоритмов.

ЮС, opif-нтована на автоматизацию керування, може виконува-ти наступи! функцп: 1) забезпечувати збер!гання та обробку баз

даних до вс 1х аспектов д^яльност! шдприемства; 2) виконувати планування вар!ант1в проекту (моделювання мереж В1ДП0В1Дних технологий), отриманих В1Д користувача або з баз даних; 3) видаве.ти сигнали про початок операций, особливо у випадку керування авто-матизованими виробництвами; 4) приймати та обробляти сигнали ви-конавщв про загсшчення операций на об'ектах або 1х зривах; 5)виробляти посВ1Дчення до користувач13 про зак!чення чи зрив операций; 6) виконувати оперативне'перепланування за участю користувача.

Проведений у дисертащйно'! робот! анал!з показуг, що система керування метить три основн1 функц!ональн! частини (про-цеси): 1. Ведения ¡нфориацШних баз даних. 2. Процес планування. 3. Процес контролю та керування в РМЧ.

За результатами проведеного в роботг дослхдження зроблено висновок, то мшмальна тривалхсть Т операций, виконуемих над об'ектами, як! система моле контролювати:

Т > + Тпк. + Т*,. + Тш,. + Т„н , при реал!зацл без интерфейсу або 3 виконавцями (1)

г > + тпк + тбк + ттк + тки ................- - ——■

зв'язку з виконавцями де Т^ — час, який витрачуеться процессы контролю на анализ фронту моделюзання;* ТП1С — час, який витрачуеться процесом контролю на обробку ¡нформаци, яка поступав вхд процесу планування; TgK— час, який витрачуеться процесом контролю на обробку iнформаци з баз даних; Тик — час, який потр!бно для обробки сигиал!в, як! одночасно поступають в!д а виконавщв; Т к — час o6MiHy Mix 1Нтерфейсом ¡з виконавцями та процесом контролю; .Т — час,який витрачуеться процесом контролю на видавання керуючого сигналу виконавчим структурам. В дисертащйно! робот! приведено залеж-hocti щрдо визначення вказаних часгв.

Натематичне формулювання виб1ру АРМ подамо наступним чином. Нехай в систем! необх!дно оргашзувати М АРМ, щр реал!зують N функщй, як! пронумеровано в!д 1 до N. Кожне i-е АРМ можно подати набором <pi функщй конкретно'! посадово1 особи (користувача),

щр е виборкою !э списку ycix N функц!й. Тобто, !снуе множина

М

<р - ■■■ • Vi.....(Cuy' ПРИЧ0МУ \j4i = N-

1=1

Кожна функц!я i-ro АРМ характеризуеться набором парамэтртв; Fj = iA., B1f Vr Xr Kj( С3>, j =. С1.Ш, де

A^ — KOBiTOBHi витратй на реаЛ1заЦ1Ю функцп', крб.; Bj — трудов! витрати на реал.зацм фуикц!i, чол.-дн. ;

У^ — "вага" функцн. Бона в!дображуе п вагокисть з точки зору користувача I задаеться певним значениям з натурального ряду чисел, що знаходяться у визначеному д!апазош. Наприклад, це мо-жуть бути ранги, щр привласнюються експертами до кожно* функцИ'

при п ощнц1.

г 1, якщо ]-у функцш включено

Х^ — ознака реал!зацп, X

до складу i-ro АРМ; О, якшр не включено;

К^ — к!льк1сть АРМ, на яких необх!дна j-a функщя, К^ е С1.Ю;

г 1, якщо j е <pt, Сн — необх!дн!сть реашзаци, Сч -= 1 J . 3 L 0, якшр j- ji (¡рг

N

Математична модель задач! мае вигляд: МАХ Ft( X) - у ' V^XjC^ (2)

За обмеденнями на трудов} та коштовн! витрати: JL А,Х, N В.Х,

\ i J < s.. \ J J < де S i T — варт1сть та трудомхст-

y-f Kj ~ ' Kj - ' KiCTb створення АРМ. ^

Решения задач! дозволяе вибрати найкраиц з точки зору кори-стувач1в варiанти АРЫ за визначеними обмеженнями на варт!сть та трудом!стк1сть.

Для визначення noTpiÖHOi к1лькост1 програмних модул: в, що регшзують yci функцН системи, достатньо виршити задачу про MiHtмальце покриття множини АРМ. Щлком зрозум1ло, що визначення мшмального покриття дощльно проводити за алгебра'1чним методом Петрика, так як цей метод дозволить в!дразу визначити nporpaMHi модул: — ix'ктльшсть i hki саме функцп вони по виши реал!зо-вувати. У -роботi подано приклади р!шення uie'i задач!.

Усе викладене ран!ше дозволяе сформулювати повну структурну схему п!дсистем i зв'язк1в м!ж п!дсистемами TPI0C для автомати- ' зацп керування, що мютить у co6i наступи! елементи: подсистему планування; п!дсистему керування та контролю виконання плану в РМЧ; шдсистему !нтерфейС1В 31 користувачами; шдсистему взаемо-д11 з виконавчими структурами (обслуговуючим персоналом чи авто-матичним обладнанням); шдсистему керування базами даних.

3 урахуванкям наведених п!дсистем та АРМ посадових ос1б можливо визначити арх!тектуру IOC ООН, у якхй представлено , модул! та зв'язки Mix ними, шр Heo6xiflHi для автоматизащi процесу керування.

Шд'еднання toi чи iHiirai шдсистеми до АРМ та розш'щення тформащйних масивiв у систем! повинно визначатися в!дпов!дно обчислювальними або ¡нформащйними задачами, що вирхшуються за допомогою певного АРМ та 1нфорнац!йними потоками Mi ж вузлами ЮС.

У робот: запропоновано класиф: кац1 ¡о циркулюючо'1 ^нформацп, у як!й позначено 4 типи даних: 1) apxiBHi; 2) оперативн1 (не-обх1ДН1 для керування процесом п!дготовки об*ект1в у певний пер i од); 3) !нформац1Я, котра в вноситься до обох попереднхх TimiB; 4) яка не е оперативною, але необх^дна на к!лькох робочих

М1СЦЯХ.

Кожний блок ¡нформацп В4 визначаеться наступною множиною параметров (i - С 1,13, I — К1ЛЪК!сть блокхв (масив^в) ¿нформа-ц! i, що залежить в:д функщй IOC): Bj = -CGj, l^, Pj( де Gj — К1льглсть АРМ, що генерують (коректують) дан! блока В^ Gj е С1;N3, де N — к1льк:сть АРМ користувач!в ЮС; Uj — к:льк1сть АРМ, що використовують ¡нформатю Bjj е С1;N];

Pj — приоритетнють блоку 1нформацп В^

г 1, якщо В4 — оперативна 1нформац1я;

pi " 1

l о, якщо hi.

S1 — вектор шформащйних потокiв, що пов'язан1 з блоком В4: S1 - , sjj,... , де n [1, N—13.

Кокний noTiK S' характеризуемся розмхром bl. та швидк1стю

т i

обробки Шформаци, ЩО м1ститься в ньому. м!стить у

соб: швидк!сть обробки 1нформацП АРМ-джерелом, АРМ-прийма-чем та передавання даних по ф1зичних Л1Н1ЯХ.

Якщо джерело !нформацН z генеруе блок Bt повнютю, то час Т0, що витрачаеться на обробку блоку, в залежност1 в!д способу oöMiHy:

то

n t t

МАХ b'W , при паралельному передавали: Z=1 " до п вуэл1в

n t t

/ bzwoz' при посл1довному oömtht

z-1

де — швидкють обробки даних при обм:н1 з z-m приймачем, та Vz, blz = Вг Якщр блок В} формуеться множиною п джерел та поступке до одного приймача, то час, який витрачаеться на його обробку: <_п п

то = ь~'4> да ^ ь1= вг

Питания, пов'язан1 з розмхщенням 1нформац1йних.масивхв у вузлах таких мереж ЕОМ, у котрих можливо з;цйснювати безпосе-реднп1 та незалежний o6mih Mi ж трьома та б:лыпе станщями, достатньо широко розглянуто в Л1тературь

У випадку обм:ну ¡нформащею через файл-сервер параметр S3 не Btflirpae суттево! poлi. На перше Micue виходять м!ркування дoдiльнocvi розм1щення ¡нформацН на станщях та на файл-сервера Тому умова розмицення блоку Bt на диску файл-серверу буде мати виг ляд: (Gj - l)(Uj - 1) + Pj / 0, тобто у будь-якому випадку, коли ¡нформащя е оперативною та необх1дно забезпечити 'i'i одер-жання yciMa АРМ-приймачами, або у випадку, коли АРМ-дкерел неоперативно! ¡нформащi 6iльше одного, так як i АРМ-приймач1в. Це е 1Нформад:я, яка в;дпов!дае типам 2 i 3, як1 наведено вище. При невиконанн1 uieY умови (¡нформац1Я типу 1,4) блок Bj не-oöxiдно розмютити на АРЫ, для котрого виконуеться одна з умов: Gj =1 або Uj = 1. Ы1Сцезнаходження 1 нформацг'<, що не BiflnoBi--дае типам 1-4, визначаеться ^нтенсившстю доступу до не!' з яко-го-небудь АРМ.

Обчислювальнi задач! (зокрема, задачу анал!зу киькох мереж) необх1Дно вирлпувати на АРМ, через як! користувач! викону-ють планування, керування та контроль виконання плану в РМЧ та перепланування po6iT по обслуговуванню об'ектхв.

Розмщення програмних модул^в, hki реал!зують tt чи 1нш1 функц!iв дисков!й пам'ят! системи можно виконувати, виходячи-з мшмального покриття АРМ. Модуле HKi реатують б1льше одн!е! функщ г чи ,найб{льш важлив: функщг, — на диску файл-серверу. Останн! —на дисков1й пам'ят1 В1ДП0В1ДНИХ станщй.

Анализ особливостей роботи Шдсистеми керування та контролю виконання плану в РМЧ, дозволив запропонувати pi3Hi вар1анти арххтектури IOC, hki описано в дисертаци.

Продес планування та процес керування i контролю в РМЧ виконуеться за основою моделювання технолог1й обслуговування об'ектiв. 3 розвитком персонально! обчислювально! техники уяв-ляеться перспективним використання методу часового моделювання, як основи програмних алгоритмiв. Використання цього методу доз-воляе суттево скоротити час обробки мереж, який грае важливу роль у процес i моделювання, особливо при анал131 мереж в РМЧ. За результатами анализу, який проведено у глав: 2, запропоновано cnociö решения задач! паралельного моделювання мереж кглькох

технолог I чних процесиз за основою методу часового моделювання.

Мэреаи, як1 моделюються, можуть бути зв'язаними та незв'я-заними. У дисертацп розглянуто б!лып простший випадок незв'я-заних мереж, тому що тут звершення вузл1в любо!' мереж! не зале-жить В1Д елем9нт!в шейх мереж.

.Для того, щоб гарантувати "незв'язан!сть" мереж, як! моде-люються, необхздно, щоб вони мали свою незалежну нумерацию плок та вузлт. Описана проблема молю вяр!шуватись наступними способами.

1. Елементи кожного з масив!в тополог!I можно подати у виг-ляд! структури, яка створена шляхом конкатенацн номера мереж!, номера вузла (г!лки) та индексу чергово! г!лки "ланцюжа".

2. Через процедуру кргзно! перенумерац!х плок та вузл!в. За оц!нкою двох наведених способ!в- за критер!ями витрат

часу та розм!ру пам'ят! обрано другий спос!б 31 кр!зною перену-мерацхею вузл!в та плок мереж, як! моделюються, заради ре-ал!зацп якого розроблено в1дпов!дн! алгоритми.

Одшею з якостей практично будь-яко"! сучасно! обчислюваль-но! системи е як1сть живучост!. Спец!ф1чним засобом пшвшцення кивучост! обчислювально'! техн!ки прийнято вважати певну ор-ган!зац!ю зм!ни структури системи, п повед!нки, реконф!гурацио системних засоб!в, яка викликана необхзднхстю скомпенсувати Д1Ю втдмов та забезпечити необх!дними ресурсами виконання визначених функц1й ^ - Г.. У цьому випадку, очевидно, необх!дно визначити приоритета сть фуккцп. При чому, сл!д ввести поняття приоритету на двох р!внях:

1. Приоритет АРЫ; функционального набору (р1 1-го АРМ — .

2. Приоритет 1-1 функц! х у межах ¡-го АРМ, де ] е —

!.!ета такого розпод1лення наступна. Якшр в!дбулась в!дмова ПЕОМ 1-го АРМ, то дп системи будуть залежати в!д одн1е$ з трьох можливих ситуац!й (стан!в системи):

1. У систем! с вtльнt станцн (ПЕОМ).

1.1. Частина станц!й не несе н! системного навантамэння, Н1 АРМ.

1.2. ¡-е АРМ е единим прашточим у даний момент.

п

2. й«^) > МШ ЙС^). де п — к!льк!сть АРМ, працюючих в систем!.

3. = МШ 1?(<Рк).

1нтерес викликакпь ситуацм (2) I (3), коли реконфггурацш системи залежить В1Д органхзсщ!!' цього процесу: можльвий чи пов-

ний "перенос" АРМ, шр в!дмовило, на нову станцою э повним вико-ристанням п pecypciB, чи частковий. Для зыеншення колькост! ре^ cypciB (наприклад, оперативно!' пам'ят!), яко використовуюються для роботи у авар1Йному режима (тобто.для одночасного функцоону-вання к1лькох АРМ на одной станцГо), можна виконати часткову ре-конфогурацою. Вона моститься в перенос! на оншу станцою не пов-ного функционального набору (о, АРМ, яке в ¿дмовило, а його деяко'о п!дмножини С(Г cz Умовою формування набору (¡0. е приоритет функщй RA (р.), вказаний раноше. При цьому встановлюеться нижня

J 1

межа приоритетов R (ip ), яка залежить вод можливостей станцоо,

j 1 , ±

на яку переноситься АРМ, щр водмовило. Тод!, набору, визна-

часться наступним чином: Rj(<Pj) >_ R^CiPj) -> j с<Р r

Программi модул!, що реалззують механозм реконфогурацзi,•

завдяки його складносто та велик!й шлькосто функщй доцольно

вид 1 лити у централ1зовану або розподолену подсистему ЮС.

Грунтуючись на анал!з!, проведеному у дисертацойной робот!,,

сформульовано порядок вибору арх!тектури та формування ЮС, який

MicTHTb наступне.

1. Визначити структуру та зв'язки м!ж шдсистемами системи (наприклад, необх!дна чи н! шдсистема !нтерфейсу з виконавцями) за основою анал!зу часових параметр1в за формулою (1) та/або анал!зу гнучкост! виробництва

2. Визначити, хто 13 користувач!в вирошуе обчислювально чи !нформацойн1 задач! 1, таким чином, визначити колькость, типи та м!сцезнаходження АРМ.

3. Визначити програмн! модул!, пр реалозують функцо'о, яко вво-дяться до складу того чи 1ншого АРМ, залежно в!д виразов (2) i (3),. грунтуючись на анал!з! функщй певних користувачов та задач, як! ними вир!шуються. Тобто, визначити функщональний набор Д1алогового процесору АРМ.

4. Визначити Kiльк!сть модул!в, як! поеднують програми, що ре-ал!зують ус! функцп ЮС, та HKi саме функцН м!стить у co6i кожний модуль за основою мшмального покриття множини АРМ системи цими модулями.

5. Визначити можлив1 форми вводу/виводу ¡нформащ5 ("мова" ко-ристувача) залежно в!д задач та р!вня того чи !ншого користувача (ОПР, КС, ДС) та, за основою цього, сформувати набор потробних процесоров (граф!чний, текстовий, табличний, статистичний).

6. За основою пп. 1-5 (функщй АРМ, к!лькосто та якост! ¡нформащ о, яка циркулюс в системо, тощо) побудувати !нформацойну мо-

дель ЮС. Провести моделювання системи за допомогою в!домих ма-тематичних метод1В з метою одержання характеристик ¡нформащйних П0Т0К1В, часу реакцп окремих шдсистем, задач та АРМ системи. 7. Визначити: вар!ант розмлдення П1дсистем ЮС (на окремих станшях, на АРМ користувачхв тощо) за основою анал1зу особли-востей ix роботи, завантаженост! АРМ та типу обладнання (ПЕОМ) за результатами анал1зу, пр проведено в п. 6; розмицення програм-них модул!в, пр реал1зують функцп системи, на дисковому npocTopi мережх, яка е базою ЮС, за основою м!н!мального покриття множи-ни АРМ Таким чипом повн!стю визначити арх1тектуру ЮС.

Одержана таким чином архитектура повинна: 1. Забезпечувати роботу системи керування в:дпов1дно до схем! функщонузання. 2. Шд-тримувати iepapxira керування та взаемодш piLHiB виробничо!' структури.

За основою проведених у дисертац1йн!й робот! досл!джень способ!в opraHisauii територ!ально-розпод!лених ЮС розроблено та проанал!3овано IOC 00К .Д1яльн!стю IAG АНК, розроблено алго-ритми та программ, шр реал^зугать п!дсистеми та функцп ЮС.

0CH0BHI РЕЗУЛЬТАТИ РОБОТИ

За результатом проведеного досл!дження залропоновано спосо-би opraHi3aui'i територ!ально-розпод!лених ¡нформащйно-обчислю-вальних систем (ЮС) оперативно-оргашзащйного керування (00К), як! ураховують властивост! ос!б, ар приймають р!иення, на р!зних piвнях iepapxii з урахуванням мови сшлкування при вир!шуванн! задач керування процесами обслуговування кхлькох об'ект!в.

За основою цих способ!в розроблено методику побудови !нфор-мащйно-обчислювальних систем, що м!стять сукупнють АРМ pi3HHX фах!вц1в, яка складаеться з вибору арх!тектури ЮС, визначення i"i п!дсистем та зв'язк!в м!ж ними, формування функцюнальних набор! в АРМ та визначення способу вводу/виводу ¡нформацн (мов користувачхв), комплексування програм, ЯК1 реал isyioTb функцп користувач!в ЮС до модул!в, шр покривають усга множину АРМ.

Досл!дмення, як! проведено в дисертац1йн!й робот, ■ дозволя-ють сформулювати наступи! основн! результати та висновки: '

1. Запропонована методика формування арх!тектури IOC 00К i метод розм!щення програмних модул!в i MacnBiB 1нформац!Y в систем! при и реал!зац!'1 на мережг' ПЕОМ з обм!ном через файл-сервер.

2. Сформульован! вимоги до структури ЮС для автоматизац! i 00К, заснован! на часових характеристиках, а самэ — мп-пмально мож-ливо1 тривалост! onepauift (характеристика технолог!й) та часу,

потр!бного на виконання процес!в моделювання та ¡нформашйного обм!ну, залежного в1д обладнання, на якому реалозуеться ЮС.

3. Запропонована структура шдсистем IOC 00К i зв'язк!в М1Ж ними.

4. Показано, що метод часового моделювання дозволяе виконувати паралельний анал!з мереж кхлькох технологзчних npoueciB в об-числювальн!й систем: за основою ПЕОМ загального призначення.

5. Розроблен! алгоритми планування множини технолог i4Hiix процесс та контролю в РМЧ заданих технологi й; удосконалено алгоритм формування фронту моделювання в ЕОМ загального призначення; розроблено алгоритми взаемодп процесу керування та контролю в РМЧ 13 користувачами та виконавчими структурами.

6. Запропоновано порядок вибору4. структури АРМ конкретного фах1вця; . функщй для реашзацм на кожному АРМ (з множини функщй фах!вця за обмеженням коштовних витрат та трудом!стк!стю реал1зацп).

7. Запропоновано спос!б комплекс ування пБОграмних модул ¡в за. основою мхн1мального покриття множини АРМ мнозкиною програмних

МОДУЛ! в.

8. Розглянуто один i3 BaptaHTiB рЛдення задач1 планування за основою формування та використання Д1аграм розпод!лення ресурсов. Такий вар1ант дозволяе:

— визначити раЩональний час початку операций та технолог1й;

— розпод!лити об'екти та ресурса по техщчних позициях;

— наглядно подати до користувача р1шення дано! задач!.

9. Проведено пор!вняння двох BapiaHTiB р!шення задачi визначення належност! окремих г i лок до р1зних мереж при формуванн1 тополог!й мереж у пам'ят! ЕОМ .при паралельному анал!зi к!лькох мереж i визначено,- шр оптимальною за критер1ями po3Mipy пам'ят! та швид-кодп е кр!зна перенумеращя плок та вузлхв аналозуемих мереж.

10. Запропоновано cnociö реконф^гуращi територ1ально-розпод1ле-но'1 IOC t вар1ант розпсдиено! шдсистеми реконф1Гуращ'¿, яка забеспечуе виконання системою cbo'i'x найб!лыие важливих функций. „11. Розроблено арх!тектуру ЮС керування Д1яльн1стю IAC АНК.

За темою дисертацп опубл!ковано наступи! праЩ:

1. Додонов А. Г., Малахов Е. В. Организация информационно-вычислительных систем для анализа множества сетей. //Электронное моделирование. - 1992.- 5.N3. - С. 19-21.

2. Малахов Е. В. Графический интерфейс информационно-вычислительной системы (ИБС) для управления обслуживанием технических объектов. // Живучесть и реконфигурация информационно-вычислительных

и управляющих систем. Тез. докл. 111-й Всесоюзной науч. - техн. конференции. — М. ,1991; — С. 95.

3. Малахов Е. В. Контроллер системы массой памяти на оптико-механических запоминающих устройствах// Сб. трудов П-го Международного симпозиума молодых научных работников, т. II, Электротехника и электроника. Польша, Зелена Гура, 1989. — С. 10-15.

4. Отчет по НИР "Лотограф-УН". Исследование и разработка информационно-вычислительных систем для управления техникой и вооружением при инженерно-авиационном обеспечении боевой и повседневной деятельности авиации Вооруженных Сил СССР. / Додонов А. Г. , Пелехов С. П., Кузнецова М. Г., Малахов Е. Е и др. В 3-х кн. — Киев: ИПРИ АН Украины, 1991.

5. Пелехов С. П. , Малахов Е. В. Особенности моделирования сетей в вычислительных структурах без решающих элементов. /Проблемы регистрации информации. Сб. науч. тр. АН Украины. Ин-т проблем регистрации информации АН Украины.— Киев: Наук, думка, 1991.—С. 50.

Подписано к печати 14« 12,, I99s,i\ фермат 60x84/16 Бумага офсетная Усл.-поч.лист,1,0. Уч.-изд.лист \,о. Тираж юо. Заказ 1163. Бесплатно

Полиграф, уч-к Института влектродянамики Ш Украппн, 252057, Киов-57, проспект Победн, 56.