автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Разработка и исследование моделей планирования и оперативного управления вычислительным процессом АСУП

ВВВДЕНИЕ.

ШВА I. ПРОБЛЕМЫ ПЛАНИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ВЫЧИСЛЕНИЯМИ В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ.II

1.1. Задачи управления вычислительным процессом

АСУП.II

1.2. Критерий оценки эффективности управления

ВП АСУП.

Выводы

ГЛАВА П. МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМ ПРОЦЕССОМ

АСУП.

2.1. Характеристики объекта управления.

2.1.1. Информационный граф задач.

2.1.2. План вычислений.

2.1.3. Параметры вычислительной системы.

2.2. Критерий и формулировка общей задачи управления вычислительным процессом АСУП.

2.3. Декомпозиция общей задачи. Формулировки частных моделей управления

2.3.1. Управление задачами.

2.3.2. Управление заданиями

Выводы.

ГЛАВА Ш. АЛГОРИТМЫ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ УПРАВЛЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМ ПРОЦЕССОМ АСУП.

3.1. Алгоритмы объемно-календарного планирования

3.2. Алгоритмы оперативного планирования и управления.

3.2.Выбор системы приоритетов для упорядочения множества заданий на интервале непрерывной работы вычислительной системы •

3.2.2. Анализ мультипрограммных смесей

3.2.3. Распределение наборов данных во внешней памяти вычислительной системы

3.2.4. Распределение оперативной памяти между заданиями мультипрограммной смеси

3.2.5. Назначение диспетчерских приоритетов заданиям мультипрограммной смеси.

3.2.6. Процедура планирования мультипрограммных смесей.

Выводы .Л

ШВА 1У. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МОДЕЛЕЙ ПЛАНИРОВАНИЯ И ОПЕРАТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫМ ПРОЦЕССОМ АСУП.П

4.1. Основные информационные структуры.

4.2. Технологическая схема управления . ^

4.2.1. Главный планировщик.

4.2.2. Монитор заданий. #

4.2.3. Этапы выполнения задания

4.3. Требования к конфигурации вычислительной системы.

4.4. Анализ функционирования системы управления вычислительным процессом АСУП.

Выводы.

Актуальность, Современный уровень развития автоматизированных систем управления производством (АСУП) характеризуется следующими особенностями: значительным числом решаемых в АСУП задач CQ; чрезвычайно большим объемом информации, циркулирующей в системах управления [Д,з] • значительным процентом оптимизационных задач в общем числе задач АСУП, задач, которые требуют больших затрат ресурсов вычислительной системы; большими частотой и активностью изменений, вносимых в информационную базу (ИБ) систем управления; уменьшением длительности дискретов управления (до суток или рабочих смен); слоеной информационной взаимозависимостью задач, наряду о существенно различными периодами их решения; увеличением числа уровней управления (от управления на уровне цроизводственных объединений до пооперационного управления) ; наличием связей с АСУ других уровней и АСУТП. Указанные особенности, а также постоянное усложнение вычислительных систем, используемых в автоматизированных системах управления производством (и прежде всего их црограммной составляющей - системного программного обеспечения), определяют сложный характер вычислительного процесса (ЕП) АСУП и требуют раз* работки методов и средств его организации, специально ориентированных на применение в автоматизированных системах управления производством.

В силу наличия событийно-временной связи процесса цроизводства и вычислительного процесса, сложной информационной зависимости задач управления, существенно различных периодов "существования" решений задач и ряда других особенностей предметной области вычислений АСУП, особое значение для автоматизированных систем управления производством приобретают вопросы планирования и оперативного управления вычислениями.

Анализ тенденций развития автоматизированных систем управления производством [2] показывает, что программное обеспечение, ориентированное на решение задач планирования и оперативного управления вычислительным процессом, становится неотъемлемой частью этих систем, важным компонентом их программного обеспечения и во многом определяет эффективность систем управления производством.

Цель работы. Целью является разработка моделей объемно-календарного и оперативно-календарного планирования и оперативного управления вычислительным процессом автоматизированных систем управления производством и на их основе программных средств управления ВП АСУП в среде ОС ЕС ЭВМ.

В соответствии с этим в диссертационной работе решаются следующие основные задачи:

Предлагается общая модель управления вычислительным процессом АСУП; проводится ее декомпозиция и формулируются частные модели управления; предлагаются алгоритмы решения задач объемно-календарного и оперативно-календарного планирования; описывается комплекс программ управления вычислительным процессом АСУП; проводится анализ эффективности использования предложенных моделей, алгоритмов и программ управления.

Содержание диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, приложения, списка литературы*

В первой главе рассматриваются специфические особенности вычислений в системах управления производством, формулируются основные задачи и функции управления вычислительным процессом АСУП.

Вводится понятие качества алгоритмов АСУП, Предлагается критерий оценки качества организации вычислительного процесса системы управления цроизводством.

Во второй главе определяется общая задача управления ВП АСУП, Описываются параметры объекта управления, формулируются цели и критерий управления, управляемые параметры модели.

Проводится декомпозиция общей задачи, в результате которой определяются два уровня управления - уровень управления задачами и уровень управления заданиями, предлагаются формулировки задач управления на каждом уровне управления.

В третьей главе формулируются математические модели объемно-календарного планирования (управление задачами) и модели оперативно-календарного планирования (управление заданиями), предлагаются алгоритмы их решения.

В четвертой главе описывается комплекс программ управления вычислительным процессом, реализующих предлагаемые модели управления, проводится анализ эффективности использования этих моделей для управления вычислениями в подсистеме управления цехом приборостроительного предприятия (по результатам внедрения в АСУП ЛПО "Сигнал").

Методика исследования. В основу решения задачи управления потоком задач вычислительного процесса АСУП положено формальное описание модели управления ВП АСУП. Вертикальная декомпозиция общей модели управления ВП позволила определить частные задачи управления, последовательное решение которых дает решение общей задачи. Для решения частных задач управления используются аппарат теории расписаний, комбинаторные методы целочисленного программирования, динамическое программирование. Экспериментальная часть работы выполнена на ЕС ЭШ, при этом использовались языки программирования PL/I, Ассемблер и операционная система ОС ЕС ЭВМ.

Научная новизна. В диссертационной работе предлагается модель управления вычислительным процессом АСУП, в которой учтены основные специфические особенности предметной области вычислений систем управления производством - наличие событийно-временной связи процесса производства и вычислительного процесса, сложная информационная зависимость задач управления АСУП, априорно известные моменты поступления запросов в вычислительную систему, преобладание процессов обмена информации над процессами счета, статистически устойчивые параметры вычислительных работ, существенная неравномерность потребности в ресурсах вычислительной системы в различные календарные периоды времени.

Качественно новым в определении модели являются формулировка цели управления - обеспечения событийно-временной синхронизации процесса производства и вычислительного процесса - и критерия управления - меры синхронизации - основанного на введенном в диссертации понятии качества алгоритмов управления АСУП. Предлагаемый щштерий позволяет посредством функций, оценивающих потери производственной системы, связанные с отклонением моментов начала и окончания решения задач АСУП от оптимальных моментов, определяемых сменой их плановых интервалов управления, связать уровень организации вычислительного процесса с экономическим эффектом, доставляемым решением задач управления производством.

Общая и частные модели управления ВП, предлагаемые в диссертации, сформулированы для потоков задач обработки данных в неоднородных вычислительных системах, обеспечивающих мультипрограммирование с переменным числом активных задач.

В качестве нового результата следует отметить предложенную в диссертации для решения задачи объемно-календарного планирования вычислительного процесса модификацию общего метода решения задачи балансирования сборочных линий.

Степень обоснованности и достоверности научных положений. Выводы и рекомендации, представленные в диссертации, подтверждаются математическими доказательствами теоретических положений.

Модели планирования и управления вычислительным процессом, критерий эффективности управления ВП и алгоритмы решения задач управления исследованы и прошли экспериментальную проверку при проектировании и эксплуатации систем управления производством НПО им.Коминтерна, ЛПО "Сигнал", НПО "Ленинец".

Использование алгоритмов управления, предложенных в диссертации, при организации вычислительных процессов перечисленных систем управления подтвердило эффективность их использования. При цроектировании АСУП ЛПО "Сигнал" и последующей эксплуатации системы управления экономический эффект от внедрения результатов диссертации составил 90 тыс» рублей в год.

Практическая ценность. Предложенные в диссертации модели планирования и управления, а также разработанный на их основе комплекс алгоритмов и программ управления ВП, позволяют осуществлять эффективное управление вычислениями в сложных и больших автоматизированных системах уцравления производством. Разработанный комплекс программ автоматизирует функции объемного и оперативно-календарного планирования вычислительных работ, распределение ресурсов ВС, проверку информационной обеспеченности расчетов. Значительно упрощает обязанности персонала ВЦ по управлению вычислениями, повышает надежность выполнения вычислительных работ. Сокращает затраты на эксплуатацию программного обеспечения АСУП, повышает эффективность системы управления производством.

В результате опытной эксплуатации комплекса программ управления ВП в рамках подсистемы управления цехом приборостроительного предприятия были получены следующие результаты: эксплуатационные затраты вычислительного центра снизились на 2,3 тыс. рублей, общее время решения задач управления сократилось на 3,4 %t равномерность загрузки вычислительной системы увеличилась на 20,8 %, коэффициент мультипрограммирования увеличился на 67 %*

Объем незавершенного производства, выбранный в качестве основного показателя для оценки влияния уровня управления вычислительного процесса на экономические результаты работы цеха, сократился на 12,3 тыс. рублей.

На защиту выносятся следующие основные положения.

1. Формулировка модели управления вычислительным процессом АСУП. В предлагаемой модели задача управления определяется как задача распределения ресурсов неоднородной вычислительной системы между вычислительными работами, реализующими совокупность функциональных вычислений системы управления производством. Управление должно обеспечивать необходимую синхронизацию процесса производства и вычислительного процесса.

В качестве меры синхронизации двух процессов - критерия эффективности управления - предлагается введенная в диссертации оценка качества алгоритмов управления АСУП, связывающая уровень организации вычислительного процесса и экономический эффект, доставляемый решением задач АСУП.

2. Декомпозиция общей модели управления вычислительным процессом и формулировка частных моделей управления.

Предложенная декомпозиция определяет два иерархически упорядоченных уровня управления вычислениями - уровень управления задачами (модель объемно-календарного планирования) и уровень управления заданиями (модель оперативно-календарного планирования и оперативного управления).

3. Алгоритмы решения задач объемно-календарного и оперативно-календарного планирования ВП.

Первая задача формулируется как задача распределения и для ее решения цредлагается модификация общей схемы решения задачи балансирования сборочных линий.

Для решения второй задачи предлагается схема решения, основанная на эвристической декомпозиции последней, при этом на первом шаге строится расписание вычислительных работ по критерию минимума потерь эффективности решения задач АСУП, а на втором шаге решается задача диспетчеризации полученной последовательности вычислительных работ в режиме мультипрограммирования (построение мультипрограммных смесей) по критерию минимума времени реализации общей совокупности вычислений.

4. Структура комплекса программ управления ВП. Принципиальным при определении этой структуры явилось решение использовать концепцию псевдоустройств подсистемы планирования КРОС для организации внутреннего интерфейса црограмм управления ВП и управления системными очередями вычислительных работ операционной системы.

ШВА I. ПРОБЛЕМЫ ПЛАНИРОВАНИЯ И УПРАВЛЕНИЯ ВЫЧИСЛЕНИЯМИ

В СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ

I.I. Задачи управления вычислительным процессом АСУП

Рассмотрим задачи планирования и управления вычислениями в автоматизированных системах управления производством в предположении, что определены структуры основных компонент вычислительного процесса - вычислительной системы (комплекса технических средств и системного программного обеспечения), информационной базы АСУП и функционального программного обеспечения 0>,14, 17,19], при этом решены и вопросы технологического характера, определяемые содержанием вычислительного процесса как системы электронной обработки данных [2,7,8,9,12,13].

Предметом нашего исследования, таким образом, будут вопросы, связанные с разработкой эффективных методов планирования и управления комплексом функциональных вычислений АСУП, определяющих экономико-организационное содержание предметной области вычислений.

Предметная область вычислений автоматизированных систем управления производством обладает рядом специфических особенностей, которые существенным образом влияют на способы организации процессов планирования и управления вычислениями. Рассмотрим важнейшие из них.

Событийно-временная связь вычислительного процесса и процесса производства. Необходимость синхронизации двух процессов очевидна и определяется экономико-организационным содержанием вычислительного процесса как элемента системы управления производством. Эта особенность предметной области вычислений является настолько важной, что фактически определяет цель управления вычислительным процессом, которую можно определить таким образом: построить управление комплексом функциональных вычислений, обеспечивающее синхронизацию вычислительного процесса и процесса производства.

В отличии от систем управления технологическими процессами или систем управления непрерывным производством, где связь вычислительного процесса и объекта управления задается в виде ограничений реального времени, в системах управления дшлфетным производством, которые мы в дальнейшем и будем рассматривать, подобные связи могут быть априорно определены на длительном интервале управления. Связи задаются в виде ограничений на моменты начала и окончания решения задач АСУП. Ограничения задаются в виде интервалов времени, внутри которых решение задачи может начаться (т.е. существует необходимая для решения задачи информация) и должно быть закончено. Существенно, что такие интервалы могут значительно превосходить по длительности время, необходимые для решения задачи.

Управление моментами начала и окончания решения задачи внутри заданных интервалов времени является функцией системы управления вычислительным процессом и определяет содержание понятия синхронизации вычислительного процесса и процесса производства.

Сложные информационные связи между задачами управления. Информационные связи между задачами управления являются, во-первых, отражением вертикальной декомпозиции системы управления производством (связи между иерархически упорядоченными подсистемами управления) [з,1б]. При этом следует отметить, что периодичность решения информационно связанных задач может быть существенно различной, т.е. решения тех или иных задач имеют различный "срок жизни" в системе, поэтому информационные связи являютоя многозначными, что значительно усложняет анализ информационной обеспеченности задач в процессе управления вычислениями.

Во-вторых, информационные связи отражают горизонтальную декомпозицию систем управления. Особое значение учет и организация этих связей приобретают в автоматизированных системах управления с распределенными базами данных и, как следствие, с распределенными процессами обработки данных.

В-третьих, информационные связи отражают итеративный характер решения ряда задач управления - связи между поколениями решений.

Наличие априорно известных характеристик потока вычислений. Основной объем вычислений в АСУП составляют так называемые регламентные вычислительные работы с периодическим характером выполнения, с априори известными моментами поступления в систему и с известными характеристиками затрат ресурсов вычислительной системы на их выполнение £4,14-1б].

Неравномерность потребности в вычислительных ресурсах. Необходимость синхронизировать вычислительный процесс и процесс производства требует, чтобы моменты решения задач управления совпадали с моментами смены плановых интервалов управления, принятых в социалистической экономике. Это определяет "экономически обоснованную" неравномерность в потребностях ресурсов ВС и создает объективные трудности при решении вопросов организации вычислительного процесса АСУП (l»3j.

Преобладание процессов обмена над процессами счета. В вычислительном аспекте задачи управления относятся к классу, задач обработки данных, для которых характерно значительное преобладание процессов обмена информацией между различными уровнями памяти ВС (до 60-80 % общего времени вычислений) над процессами \ счета. Поэтому во многом эффективность управления вычислительным процессом АСУП зависит от выбранных методов распределения данных во внешней памяти вычислительной системы £l7,18,21,48,49]•

Указанные особенности предметной области вычислений автоматизированных систем управления производством требуют для решения основной задачи управления вычислительным цроцессом АСУП - синхронизации вычислительного процесса и процесса производства - реализации ряда специфичных (или решаемых в специфичной форме) функций управления.

Планирование вычислительных работ (BP). Методы планирования BP весьма различны и существенно зависят от характеристик объекта управления - вычислительного процесса[*15,20-23,33,58]. В [20] указывается на возможность классифицировать системы организации вычислительного процесса по степени неопределенности априорной информации об основных временных характеристиках потоков заявок и их обслуживания. Выделяются три типа систем: полностью стохастические, когда неизвестны априорные характеристики потоков, позволяющие их классифицировать и разделить; использующие априорную информацию о стохастических характеристиках различаемых потоков; детерминированные или квазидетерминированные, использующие достоверную информацию о каждой заявке.

В системах первого типа црименяются, как правило, простейшие дисциплины обслуживания в соответствии с естественным порядком поступления BP, либо различные сканирующие дисциплины. В качестве последних широко применяются дисциплины, селектирующие BP по длительности их решения путем выделения некоторых интервалов времени (квантов), в течение которых решение задачи не прерывается £21,22]. Это обеспечивает преимущество в обслуживании BP, требующих для своей реализации наименьшего времени. Еели длительность ожидания от момента поступления BP до получения результата определяет некоторые потери качества, то селектиро-вание BP, требующих минимального времени реализации, позволяет в общем случае снизить суммарные потери, т.е. повысить эффективность организации ВП.

В системах второго типа используются статистические характеристики BP и их обслуживания, позволяющие априорно классифицировать BP по группам, существенно различающимся своими статистическими параметрами. Для управления в таких системах, как правило, применяются диспетчеризации, использующие щшоритеты различных видов, учитывающие в разной степени статистические характеристики вычислительных работ и их обслуживания. Характерными в этом смысле являются системы приоритетов, рассматриваемые в [23J и основанные на оценке времени выполнения работ и их ранга - количества процессоров, необходимых для их выполнения. В системах, где,подобно АСУП, существенны событийно-временные связи между вычислительными работами, используются приоритеты, основанные на характеристиках этих связей: например, правило "критического пути", правило "максимального предшествования" и т.д. [33] ♦ Используются для определения приоритетов и различные комбинированные критерии [37,72|.

Системы третьего типа характеризуются наиболее полной априорной информацией о моментах поступления вычислительных работ и длительности их обслуживания, это позволяет построить оптимальное расписание обслуживания BP на достаточно длительный период времени, используя методы теории расписаний [24,25].

По своим характеристикам вычислительные процессы АСУП дискретных производств могут быть отнесены к системам третьего типа. Однако наличие различного рода стохастических возмущений, вызванных изменением времени.решения задач от периода к периоду, потерями ресурсов ВС, ошибками во входной информации, вызывающими необходимость повторного решения задач, наличием задач запросного характера и т.д., не позволяет, как правило, использовать априорно построенные расписания без наличия соответствующих алгоритмов оперативного регулирования потока вычислительных работ. При этом, как будет показано, целесообразно использовать алгоритмы диспетчеризации, характерные для систем организации ВП второго типа.

В таком подходе к управлению вычислительным процессом существует определенная аналогия с методами управления, используемыми в производственных системах £16,73], где алгоритмы регулирования, выполняя функцию отрицательной обратной связи, перераспределяют необходимые производственные ресурсы между отдельными работами, используя при этом априори построенное расписание и информацию о фактическом состоянии производственной системы, и, тем самым, компенсируют стохастические возмущения системы.

Оперативное управление ресурсами вычислительной системы. Реализация этой функции предполагает организацию эффективной мультипрограммной работы ВС, которая обеспечивает выполнение определенной на стадии планирования вычислений последовательности вычислительных работ [21,22,27].

Наличие в современных вычислительных системах ресурсов, способы выделений и закрепления которых за вычислительными работами существенно различны (центральный процессор, оперативная и внешняя память ВС), предопределило разработку частных моделей управления отдельными видами ресурсов [21,48,66,67,74). Поскольку критичным для вычислений в АСУП является время обращения к внешней памяти ВС, то целесообразным следует считать применение таких моделей и алгоритмов управления ресурсами (в том числе временем центрального процессора и оперативной памятью), которые позволили бы минимизировать время обмена информацией между различными уровнями памяти вычислительной системы [l5,I9,53|.

Особое значение, наряду с рациональным выбором структуры информационной базы АСУП, приобретают алгоритмы оперативного распределения наборов данных во внешней памяти системы в процессе выполнения вычислительных работ [17].

Регистрация состояния и местонахождения данных. Эффективная организация процесса управления ВП АСУП предполагает разработку эффективных методов учета и анализа информационного состояния вычислительного процесса.

Данные, получаемые в результате решения задач АСУП, идентифицируются, как правило, соотнесением с некоторым интервалом времени - периодом управления, и элементами организационной структуры предприятия. Множество решений задач управления образует, таким образом, информационную структуру предметной области вычислений автоматизированной системы управления производством. Разработка системы идентификации информационных элементов, позволяющей оперативно и однозначно определить положение элемента в структуре предметной области, его состояние и положение в физической структуре хранения, создает необходимую нормативную основу для реализации оперативного учета и анализа текущего состояния вычислительного процесса

Заметим, что с понятием "состояние элемента данных" ассоциируется совокупность характеристик DG, определяющих время существования элемента данных в системе, его положение в физической структуре хранения, регламент доступа, существование поколений решений, дубликатов архивного хранения и т.д.

Система идентификации должна обеспечивать возможность гибкой манипуляции данными для изменения их положения и состояния в соответствие с изменением состояния производственной системы (например, смены планового периода) или состояния вычислительного процесса (как планового, так и случайного характера).

Анализ информационной обеспеченности расчетов. Содержание этой функции заключается в идентификации необходимого для выполнения вычислений информационного состояния предметной области (например, расчет план-графика запуска операций в цехе треч бует, в качестве исходной информации, учетных данных о выполнении производственной программы за текущий плановый период, номенклатурного плана производства на расчетный плановый период, данных о фактическом состоянии производственных ресурсов, кон-структорско-технологической информации и т.д.).

Большой объем информации, характерный для вычислительных процессов АСУП, сложные информационные связи между элементами данных, различное время их существования в системе (например, информационно связанных между собой решений задач технико-экономического и оперативно-календарного планирования), "эволюция" данных, отражающая динамику производственной системы и вычислительного процесса, создают объективные трудности при реализации этой функции управления. Конкретные способы реализации во многом определяются принятой системой идентификации информационных элементов структуры предметной области вычислений [76,77].

Итак, мы рассмотрели особенности вычислений в системах управления производством, сформулировали цель и определили основные функций управления вычислениями. Перейдем к обсуждению вопросов оценки эффективности управления вычислительным процессом АСУП.

Выводы

1. Стремление использовать на мониторном уровне управления ресурсами вычислительной системы средства управления, предоставляемые ОС ЕС ЭВМ и подсистемой КРОС, привело к разработке специального программного обеспечения ориентированного на реализацию функций интерпретатора-интерфейса между процессами определения предметной области вычислений и процессами управления ресурсами в ОС ЕС и КРОС.

2. Использование концепции псевдоустройств подсистемы КРОС позволило организовать внутренний интерфейс между отдельными, компонентами системы YWACAL на уровне проблемных программ ОС ЕС. Это обеспечило высокую технологичность системы управления ВП, ее прозрачность для ОС ЕС и пользователей системы, облегчило процесс адаптации оистемы на вычислительных центрах пользователей.

3. В качестве одного из основных показателей эффективности управления ВП в процессе опытной эксплуатации системы был выбран показатель уровня незавершенного производства, обеспечивающего выполнение годовой производственной программы цеха. В соответствии с этим на основе предложенной методики экспертных оценок были определены функции эффективности решения комплекса задач управления производством.

Анализ результатов опытной эксплуатации показал:

1) годовой объем незавершенного производства цеха сократился на 12,3 тыс.рублей, т.е. была достигнута основная сформулированная цель управления;

2) снизились эксплуатационные затраты вычислительного центра на 2,3 тыс.рублей; сокращение затрат связано с улучшением ряда эксплуатационных характеристик комплекса задач управления - общее время решения задач АСУП сократилось на 3,4 %, равномерность загрузки ВС на 20,8 %, коэффициент мультипрограммирования увеличился на 67 %, показатель производительности вычислительной системы - К ( jp, на 50

Указанное позволяет сделать вывод об эффективности использования предложенных в диссертации алгоритмов и программ для управления вычислительным процессом АСУП.

- 144 -ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполненных исследований и проведенных разработок получены следующие основные результаты:

1. Разработана модель управления вычислительным процессом АСУП, учитывающая основные особенности предметной области вычислений автоматизированных систем управления производством - наличие событийно-временной связи процесса производства и вычислительного процесса, сложную информационную зависимость задач АСУП, существенную неравномерность потребности в вычислительных ресурсах в различные плановые периоды, периодический характер поступления заявок в вычислительную систему, априори известные параметры вычислительных работ, преобладание процессов обмена информацией над процессами счета, существенно различное время существования решений отдельных задач в системе.

Предложенная модель позволяет организовать управление комплексом функциональных вычислений АСУП в среде неоднородной вычислительной системы в режиме мультипрограммирования.

Цель управления - обеспечить необходимую синхронизацию вычислительного процесса и процесса производства.

Содержание управления вычислительным процессом заключается в поиске распределения ресурсов ВС между задачами автоматизированной системы управления производством на интервале оптимизации ВП АСУП, минимизирующего потери эффективности решения задач управления производством.

2. Сформулирован критерий управления вычислительным процессом АСУП, в основу которого положена оценка зависимости экономического эффекта, доставляемого решением задач управления производством, от моментов их решения и объемов ресурсов вычислительной системы, выделенных для их реализации. Это достигается посредством введения функций эффективности решения задач АСУП -Ffcti )*F.6ar) , которые позволяют оценить в деньгах потери производственной системы, связанные с отклонением моментов начала и окончания решения задач от моментов смены их плановых дискретов управления.

3. Проведена декомпозиция задачи управления вычислительным процессом, основанная на выделении двух уровней управления -уровня управления задачами и уровня управления заданиями.

Решение задачи управления первого уровня, которая по своему содержанию является задачей объемно-календарного планирования, позволяет получить распределение вычислительных работ, реализующих задачи управления производством, по интервалам непрерывной работы ВС, т.е. определить для каждого ИНР пакет заданий операционной системы.

На уровне управления заданиями решаются задачи оперативно-календарного планирования и диспетчирования вычислительных работ. Определяется структура пакетов заданий ИНР. Для каждого ИНР формируется последовательность мультипрограммных смесей вычислительных работ. Каждому заданию пакета ИНР назначаются необходимые вычислительные ресурсы - время центрального процессора, оперативная память, память внешних устройств ВС.

4. Разработаны алгоритмы решения задач управления вычислительным процессом.

Задача объемно-календарного планирования формулируется как дискретная оптимизационная задача распределения. Для ее реализации предлагается модифицированный алгоритм решения задачи балансирования сборочных линий.

Задача оперативно-календарного планирования и диспетчирования вычислительного процесса сформулирована как задача мультипрограммной диспетчеризации. В диссертации предложена общая схема решения этой задачи, алгоритмы построения расписания вычислительных работ, алгоритмы управления отдельными видами ресурсов ВС - оперативной памятью, центральным процессором, внешней памятью вычислительной системы.

Разработан комплекс программ управления ВП АСУП в среде ОС ЕС ЭВМ и подсистемы планирования КРОС,

6, Результаты исследований были использованы при разработке и эксплуатации автоматизированной системы управления производством ЛПО "Сигнал". Годовой экономический эффект от внедрения результатов диссертационной работы составил 90 тыс.рублей.

Проведенные исследования показали, что работы по совершенствованию методов управления вычислительным процессом АСУП следует проводить в направлениях:

X. Развитие методов оперативного анализа мультипрограммных систем, обработки данных как имитационных, так и аналитических.

2. Развитие методов диспетчеризации задач в мультипрограммных неоднородных вычислительных системах.

3. Дальнейшая формализация понятия "качества алгоритмов АСУП", разработка аналитических методов определения функций эффективности решения задач АСУП.

4. Совершенствование методов экспертных оценок функций эффективности решения задач АСУП, разработка статистических методов их определения.

5. Разработка обобщенной модели вычислительного процесса АСУП, учитывающей, как функциональные, так и технологические задачи программного обеспечения организации вычислительного цроцесса, и создание на основе этой модели специализированных операционных систем АСУП.

1. Антипов Ю.Е., Глушков В.М., Скурихин В.И. и др. Основные направления развития АСУ и принципы их реализации на базе проблемно-ориентированных технических комплексов. УСиМ, 1976, В I, с.5-И.

2. Евдокимов В.В. Технология проектирования АСУП: методы, средства организации. Л.: Машиностроение, 1981, 269 с.

3. Стогний А.А., Паныдин Б.Н., Шафров А.Я. Программное обеспечение организации вычислительного процесса в АСУ. Современное состояние и перспективы развития. Вопросы радиоэлектроники, серия "Электронная вычислительная техника", выпуск 7, 1980, с.13-22.

4. Глушков В.М., Стогний А.А., Кушнер Э.Ф. и др. Информационно-диспетчерская служба ГСВЦ. Особенности построения и направления развития. УСиМ, 1978, № 5, с.5-12.

5. Бакаев А.А., Скляров А.В., Лезница А.С. Проектирование операционных систем АСУ. Киев: Техника, 1978, 142 с.

6. Организация работы вычислительного центра (ОРГВЫЦ). Описание применения. София, Интерпрограмма, 1979, 18 с.

7. Степаненко А.Г., Попенко Н.Е., Снигирева Л.К. Комплекс программ для учета, диагностики и оперативного управления ЭВМ. Киев, Общество "Знание" Украинской ССР, 1980, 24 с,

8. Фатеев А.Е., Ройтман А.И., Фатеева Т.П. Прикладные программы в системе математического обеспечения ЕС ЭВМ. М.: Статистика, 1976, 184 с.

9. Пеледов Г.В., Райков Л.Д. Введение в ОС ЕС ЭВМ. М.: Статистика, 1977, 120 с.

10. Капп Д., Лебен Дж. Техника программирования для 1\№£ .- М.: Финансы и статистика, 1983, 247 с.

11. Куштина Э.М. Разработка моделей и методов организации эффективного функционирования информационной базы АСУП. Автореферат дис. . канд.техн.наук, Л., ЛЭТИ, 1980, 16 с.

12. Яковлев Б.А. Исследование вопросов хранения информации в базе данных АСУП и разработка метода ее оценки. Автореферат дис. . канд.техн.наук, Л., ЛЭТИ, 1981, 17 с.

13. Заикин О.А., Кривец Н.П., Рахимов Т.Н., Рейнер Б.А. Содержательная постановка задачи организации вычислительного процесса. Известия АН УзССР, 1978, № 5, с.14-19.

14. Заикин О.А., Кривец Н.П., Рейнер В.А., Советов Б.Я. и др. Разработка моделей и методов оптимального диспетчирования потока задач. Отчет о НИР, $ гос,регистрации 77028232. Л., ЛЭТИ, 1979, 121 с.

15. Евдокимов В.В., Рейнер В.А. Машинный синтез АСУП. М.: Статистика, 1980, 222 с.

16. Стрелец Е.В. Разработка метода и алгоритмов синтеза информационной базы АСУ. Автореферат дис. . канд.техн.наук, Л., ЛЭТИ, 1982, 17 с.

17. Заикин О.А., Кривец Н.П., Рейнер В.А., Советов Б.Я. Математическая модель синтеза оптимальной информационной базы АСУ. Проблемы системотехники и АСУ. Межвузовский сборник, вып.2. Л., СЗПИ, 1979, с.14-21.

18. Заикин О.А., Кривец Н.П., Кацев С.Б. и др. Разработка пакета прикладных программ "Структура вычислительного процесса".- Отчет о ©IP, шифр темы АТ-209. Л., ЛЭТИ, 1981, с.191.

19. Липаев В.В., Яшков С.Ф. Эффективность методов организации вычислительного процесса в АСУ. М.: Статистика, 1975,255с.

20. Авен О.И., Коган Я.А. Управление вычислительным цроцессом в ЭВМ. М.: Энергия, 1978 , 240 с.

21. Липаев В.В. Распределение ресурсов в вычислительных системах. М.: Статистика, 1979, 247 с.

22. Бакенрот В.Ю., Макарович О.Б., Чефранов А.Г. Об эффективности оперативной диспетчеризации сложных задач в пакетном режиме работы однородных вычислительных систем. УСиМ, 1981,1. J* 5, с.72-75.

23. Конвей Р.В., Максвелл В.Л., Миллер Л.В. Теория расписаний. М.: Наука, 1975, 359 с.

24. Танаев B.C., Шкурба В.В. Введение в теорию расписаний.- М.: Наука, 1975, 256 с.

25. Паныдин Б.Н., Степаненко А.Г., Снигирева Л.К. Комплекс программ для оперативного управления ресурсами ЭВМ в системах обработки данных. УСиМ, 1980, № 4, с.114-118.

26. Поспелов Д.А. Введение в теорию вычислительных систем.- М.: Советское радио, 1972, 280 с.

27. Липаев В.В. Проектирование математического обеспечения АСУ. М.: Советское радио, 1977, 400 с.

28. Введение в запоминающие устройства прямого доступа и методы организации данных. Пер. с англ. под ред. Столярова Г.К. М.: Статистика, 1974, 127 с.

29. Месарович М., Такахара Г.Я. Общая теория систем: математические основы. Пер. с англ. под ред. Емельянова С.В.1. М.: Мир, 1978, 308 с.

30. Моисеев Н.Н. Элементы теории оптимальных систем. М.: Наука, 1975, 325 с.

31. Гэлбрейт Дж. Новое индустриальное общество. М.: Прогресс, 1965, 257 с.

32. Головкин Б.А. Классификация методов диспетчеризации работы многопроцессорных и многомашинных вычислительных систем.- УСиМ, 1982, Jg 3, с.З-II.

33. Балыбердин В.А. Методы анализа мультипрограммных систем.- М.: Радио и связь, 1982, 152 с.35. bR.fc.fi.*. Т^Ьт-ос! uditM 4го аеуиеи.(L'im^ (МеА <L0-he<vU г/ею Уо^*- : Wi^JJ^. S ои£7 !№, ЪоГр .36* T.L. Acslawt^ IC.M.CUoivicl^ R.bifcfcovi. А

34. Cew». ACW1, IW, A/o.|ln p.6*5"-6*0,

35. Головкин Б.А. Исследование некоторых расписаний работы мультипроцессорных вычислительных систем. Труды МФТИ, Радиотехника и электроника, 1975, Л 10, с.65-74.

36. Шахбазян К.В., Тушкина Т.А., Сохранская B.C., Товкач JI.M. Эксперимент по реализации алгоритмов диспетчеризации для многопроцессорных систем. УСиМ, 1975, Ш 3, с.103-105.

37. W. И. fcokfe*. А е«л?и<*£\ои o^i^ldo^ (эЛл vwetUocI Sot йяЛЙЛ "UgLk.ои wvu ргл

38. Шахбазян K.B., Тушкина Т.А., Сохранская B.C. Статистические испытания различных методов диспетчеризации для многопроцессорных систем. Программирование, 1978, № 4, с.91-100.

39. Голубев-Новожилов Ю.С. Многомашинные комплексы вычислительных средств. М.: Советское радио, 1967, 424 с.42. С. V-12ft. Мй vw 6k.M.C.W<XKcta Ojo-ijvwQ^ 4LQ. h С. <л u ^ 1. TtA И £ . Covm *> .

40. Xy T.C. Параллельное упорядочение и проблемы линии сборки. Кибернетический сборник. Новая серия, 1967, вып.4, с.43-56.

41. Кутепов В.П., Хентя Т. Эвристические методы составления расписаний для одного класса параллельных алгоритмов. Труды

42. МЭИ, 1974, вып.183, с.62-72.

43. Балыбердин В.А. Об оценке многопрограммной ситуации. -Алгоритмы и организация решения экономических задач, 1973, вып.1. М., Статистика, с.53-59.

44. Драммонд М. Методы оценки и измерений дискретных вычислительных систем. М.: Мир, 1977, 381 с.

45. Операционная система IBM/360. Супервизор и управление данными. Пер. с англ. под ред. Илюшина А.И. М.: Советское радио, 1973, 311 с.

46. Гендель Е.Г., Левин Н.А. Оптимизация технологии обработки информации в АСУ. М.: Статистика, 1977, 232 с.

47. Кривец Н.П., Рейнер В.А., Советов Б.Я., Стрелец Е.В. Синтез информационной базы АСУП в условиях использования системы управления информацией ОКА. Проблемы системотехники и АСУ. Межвузовский сборник. Л., СЗПИ, 1981, с.59-64.

48. Yk.C. Li-kte* А Рме>о£ So*. (кие**'^. Ро^че^е1.W.- ©p.Re^.,

49. Расчеты времени при работе с дисковой памятью. Пер. с нем. № 18/73, Ленэлектронмаш, ист.1972, Г& II, с.53.

50. Кривец Н.П., Саттаров М.Н. Априорная оценка времени обмена программ с ВНУ. Численные методы, 1978, вып.235, ТашПИ им. Абу Райхана Беруни, с.61-66.

51. Заикин О.А., Кацев С.Б., Советов Б.Я. Размещение файлов на магнитных дисках при проектировании баз данных. УСиМ, 1981, № 5, с.91-95.

52. Канторович Л.В., Горстко А.В. Оптимальные решения в экономике. М.: Наука, 1972, 231 с.

53. Мартин Д. Организация баз данных в вычислительных системах. М.: Мир, 1980, 660 с.

54. Кондратьева Т.В., Петрова Т.Д., Рохлин Ф.З., Фишман Н.К. Подсистема планирования КРОС. УСиМ, 1978, № 6, с.26-29.

55. Паньшин Б.Н. Проблемы разработки комплекса программ "Диспетчер коллективного пользования ЭВМ". УСиМ, 1979, № 6, с.16-20.

56. Кривец Н.П. Задача планирования вычислительного процесса АСУП. Разработка и внедрение систем автоматизированного проектирования АСУ. Минск, ЦНИИТУ, 1981, с.97-102.

57. Кривец Н.П. К вопросу о критерии оптимальности расписания потока задач вычислительного процесса АСУП. Совершенствование технологии создания математического и информационного обеспечения АСУ. Минск, ЦНИИТУ, 1982, с.83-91.

58. Глотов В.А., Савельев В.В. Экспертные методы определения весовых коэффициентов. Автоматика и телемеханика, 1976,12, с.

59. Евланов Л.Г., Кутузов В.А. Экспертные оценки в управлении. М.: Экономика, 1978, 184 с.

60. Елюмберг В.А., Глушенко В.Ф. Какое решение лучше? Метод расстановки приоритетов. Лениздат, 1982, 160 с.

61. Методика определения экономической эффективности автоматизированных систем управления предприятиями и производственными объединениями. М.: Статистика, 1975, 34 с.

62. Дадаев С.Н., Романовский И.В. Программирование в терминах служб. Кибернетика, № 5, 1979, с.33-41.

63. Мандрусова Г.П., Манович С.Ф., Медведева Н.М., Каратаева Н.В, Типовая процедура АСУ в среде СУВД ОКА и экспериментальные оценки эффективности ее реализаций. УСиМ, 1980, $ 6, с. 6974.

64. Авен О.И., Соколов В.Б. 0 некоторых способах управления оперативной памятью. Изв. АН СССР "Техническая кибернетика",1971, J6 2.

65. Авен О.И., Кимельфельд Б.Н., Коган Я.А. Управление многоуровневой памятью вычислительных систем. Автоматика и телемеханика, 1972, й II, с.43-51.

66. Тимофеев Б.Б. Операционная система АСУП на базе математического обеспечения "Минск-31". УСиМ, 1973, № 2, с.46-56.

67. Михайлов В.А. Об одном способе организации вычислительного процесса в операционных системах. Кибернетика, 1970, № 2, с.I4I-I48.

68. Вьюн В.И. Проектирование и разработка операционной системы АСУП. УСиМ, 1973, 2, с.74-77.

69. Глушков В.М., Никитин А.И., Рабинович З.Л. Некоторые тенденции развития структуры программного обеспечения ЭВМ. -УСиМ, 1972, № I, с.79-85.

70. Максименков А.В. Анализ алгоритмов диспетчеризации задач мультипроцессорной ЭВМ. УСиМ, 1978, В 3, с.62-68.

71. Карасев О.И., Рейнер В.А. К вопросу о построении математической модели системы управления промышленными предприятиями и ее декомпозиции. Автоматизированные системы управления. Л., ЛГУ, 1979, с.79-84.

72. Воропаев В.И., Липаев В.В. Оценка эффективности организации буферных накопителей при выдаче информации из управляющей ЦВМ в системы передачи данных. УСиМ, 1973, № I, с.93-100.

73. Шафров А.Я. Вопросы описания вычислительного процесса в АСУ. "Автоматизированные системы управления в легкой промышленности и пути повышения их эффективности", тезисы докладов. Иваново, 1980, с.357-363.

74. Гвоздинский А.Н., Дзюбенко В.Ф., Шпенев В.М. Об одном методе повышения эффективности вычислительного процесса в АСУ. -"Автоматизированные системы управления и приборы автоматики",вып.65. Харьков, 1983, о.99-101.

75. Гвоздинский А.Н., Дзюбенко В.Ф., Шпенев В.М. Описание и анализ методов организации вычислительного цроцесса в АСУ. -"АСУ и приборы автоматики", вып.61. Харьков, 1982, с.36-40.

76. Прохоров Ю.В., Розанов Ю.А. Теория вероятности. М.: Наука, 1973, 494 с.

77. Подсистема планирования КРОС. Руководство программиста. ПРО.309.003 Д, ГНИПЙВТ, Казань, 1980, 47 с.

78. Феррари Д. Оценка производительности вычислительных систем. М.: Мир, 1981, 576 с.

79. Гудман С., Хидетниеми С. Введение в разработку и анализ алгоритмов. М.: Мир, 1981, 366 с.

80. Кузнецов О.П., Адельсон-Вельский Г.М. Дискретная математика для инженера. М.: Энергия, 1980, 344 с.

81. Левин Л.А. Об универсальных задачах перебора. Проблемы передачи информации, 1973, № 3, с.1X5-116.

82. Сергиенко И.В., Волкович В.Л., Рощин В.А. и др. О результатах машинного эксперимента по решению задач целочисленного линейного программирования с булевыми переменными. УСиМ, 1979, № 6, с.66-69.

83. Емеличев В.А., Краверский A.M. Машинный эксперимент по решению задач целочисленного линейного программирования методом построения последовательности планов. Журнал вычислительной математики и математической физики, 1973, т.13, J6 2, с.467-471.

84. Бабаев А.А. О применимости одного алгоритма к решению задачи упаковки. УСиМ, 1978, lb 6, с.55-56.

85. Рябов Ю.Ф., Хомутников В.П. Метод построения имитационной модели для анализа многоабонентных систем сбора и обработки экспериментальной информации. Многомашинные системы автоматизации научных исследований. Рига: Зинатне, 1978, с.169-171.

86. Киселев Ю.В. Оценка важности программ методом парных сравнений. Изв. АН СССР "Техническая кибернетика", 1971, № 3, с.71-73.

87. Палагин А.В., Писарский А.В., Погорелый С.Д. Об одном методе решения задачи упаковки. Вопросы проектирования устройств преобразования и передачи информации. Киев, ИК АН УССР, 1975, с.112-123.

88. Алексеев О.Г., Бабаев А.А. Метод ветвей и границ в задаче распределения массивов по уровням памяти ЭВМ. УСиМ, 1978, Я I, с.54-58.