автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.14, диссертация на тему:Разработка и исследование систем управления технической эксплуатацией корабельных технических средств

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКОЙ ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ КОРАБЕЛЬНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ

Специальность 05.13.14 - Системы обработки информации и управления

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Санкт-Петербург - 1998

Работа выполнена в Санкт-Петербургском Государственном электротехническом университете им. В. И. Ульянова (Ленина).

Научный руководитель: к.т.н., доцент Турусов Сергей Николаевич Официальные оппоненты: д.т.н., профессор Яковлев Сергей Алексееевич,

Ведущая организация:

Институт проблем транспорта Российской академии наук

Защита состоится 22 июня 1998 г. в ^ часов на заседании диссертационного совета ССД 063.14.01 в Санкт-Петербургском Государственном элеюротехническом университете по адресу: 197376, Санкт-Петербург, ул. Профессора Попова, д.5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета. Автореферат разослан 2-/ мая 1998 г.

д.т.н., профессор Максимов Сергей Евгеньевич

Ученый секретарь диссертационного совета ССД 063.14.01

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ ________________

АКТУАЛЬНОСТЬ ПРОБЛЕМЫ.

Корабль представляет собой сложную многофункциональную автономную организационно-техническую систему (ОТС). Выполнение возложенных на корабль задач обеспечивается процессом эксплуатации.

Сложность согласованного управления комплексом технических средств корабля (КТСК) определяется взаимной зависимостью задач, систем и ресурсов, дефицитом ресурсов и времени, противоречивостью частных эксплуатационных критериев, значительным объемом документации, неполнотой информации о состоянии систем, а также сокращением личного состава при постоянном усложнении техники. Особенно сложно принимать ■ решение в аварийных ситуациях при дефиците времени, когда неправильное управляющее воздействие может привести к необратимым последствиям.

Необходимость согласованного управления множеством различных взаимосвязанных систем для решения разнородных задач обусловили актуальность разработки систем интеллектуальной поддержки по вопросам эксплуатации корабля.

Анализ существующих систем управления эксплуатацией корабля показал, что эти системы обеспечивают решение ограниченного круга задач. В настоящее время требуется создание единых систем, управляющих всем комплексом эксплуатационных процессов. Проблема заключается в отсутствии законченных разработок в области создания корабельных систем управления технической эксплуатацией (СУТЭ), основанных на системном подходе и обеспечивающих координированное управление кораблем как ОТС с единых методологических позиций. Эта проблема определила цели и задачи исследования.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

Разработка методики проектирования СУТЭ, обеспечивающей комплексное решение эксплуатационных задач путем координированного управления кораблем как ОТС.

Для достижения поставленной цели требовалось решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ процессов технической эксплуатации корабля.

2. Предложить метод формализации представления процессов эксплуатации КТСК;

3. Предложить метод представления информации в СУТЭ;

4. Разработать методы принятия решений по управлению технической эксплуатацией КТСК;

5. На основе полученных результатов разработать методику построения СУТЭ;

6. Апробировать разработанную методику для проектирования СУТЭ электроэнергетической системы корабля.

ОБЪЕКТ ИССЛЕДОВАНИЯ: процессы технической эксплуатации корабля.

ПРЕДМЕТ ИССЛЕДОВАНИЯ: применение методов струюурного и имитационного моделирования сложных систем, теории принятия решений и методов построения информационных и экспертных систем для управления процессами эксплуатации.

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ: системный анализ, имитационное моделирование, теория принятия решений.

ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ:

• Формализованный метод представления процессов технической эксплуатации КТСК.

• Аппарат модифицированных сетей Петри для описания процессов технической эксплуатации.

• Методика проектирования баз данных для СУТЭ КТСК.

• Методика принятия решений по управлению технической эксплуатацией КТСК.

• Методика построения СУТЭ КТСК.

СТЕПЕНЬ ОБОСНОВАННОСТИ И ДОСТОВЕРНОСТИ НАУЧНЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ

Научные результаты диссертационной работы в полной мере обоснованы. Достоверность результатов и выводов подтверждается корректным использованием методов системного анализа, имитационного моделирования, методов принятия решений. Все теоретические выводы проверены при реализации предложенной методики в виде пакета прикладных программ и его тестировании.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА результатов состоит в следующем:

• применение комбинированного формального аппарата (КФА) в качестве метода построения обобщенной модели системы управления процессами эксплуатации;

• модификация сетей Петри, отличающаяся от известных тем, что позволяет описывать как динамику разноплановых взаимосвязанных процессов, происходящих при функционировании сложных комплексов ОТС, так и процессы принятия решений по эксплуатации этих комплексов;

• методика структурирования информации, дополняющая известные методы приведения баз данных к 3-ей нормальной форме формализованным построением первичных отношений-справочников и вторичных отношений-связок, существенно повышающим целостность данных;

• методика принятия решений по управлению эксплуатацией КТСК, основанная, в отличие от известных методик, на применении стратифицированных моделей систем и процессов с последующим согласованием полученных частных решений;

• методика построения систем управления процессами эксплуатации, обобщающая полученные результаты.

ЗНАЧИМОСТЬ ПОЛУЧЕННЫХ РЕЗУЛЬТАТОВ ДЛЯ ТЕОРИИ И ПРАКТИКИ:

Научная значимость диссертации состоит в развитии методов системного анализа, имитационного моделирования, принятия решений и применении их для анализа и управления ОТС.

Практическая значимость работы определяется тем, что полученные • методики и алгоритмы позволяют проектировать СУТЭ, основанные на системном подходе, то есть обеспечивающие комплексное решение широкого спектра задач с единых методологических позиций. В результате проведенного исследования решена проблема, имеющая важное значение для повышения готовности флота - разработана методика проектирования системы информационной поддержки принятия решений (СИП ПР) по эксплуатации КТСК. '

Практическая значимость диссертации подтверждена актом о внедрении результатов работы в Высшем ' военно-морском училище подводного плавания (ВВМУПП).

В перспективе данная методика может быть применена для создания систем управления эксплуатацией сложных ОТС в различных отраслях народного хозяйства.

РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ.

Основные результаты диссертации получены при выполнении автором в качестве исполнителя хоздоговорных и госбюджетных научно-исследовательских работ, проводимых на кафедре Корабельных систем управления и в вычислительной лаборатории факультета Корабельной электрорадиотехники и автоматики СПбГЭТУ в 1989-1998 гг.

Разработанные в диссертации методы и модели были реализованы для проектирования системы управления техническим обслуживанием

оборудования электроэнергетической системы конкретного корабля Методика проектирования и пакет прикладных программ, ее реализующий переданы в Высшее военно-морское училище подводного плавания дш использования в научно-исследовательских лабораториях кафедрь электрооборудования кораблей. Реализованная система управление техническим обслуживанием используется в ВВМУПП в качеств« обучающего тренажера.

В учебном процессе результаты диссертации используются на кафедр« корабельных систем управления СПГЭТУ при изучении дисциплинь "Информационные корабельные системы", разработанной и читаемо} автором, и в ВВМУПП при изучении дисциплины "Эксплуатацю корабельного оборудования".

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные научные положения и результата диссертации докладывались на ежегодных конференциях профессорско преподавательского состава СПбГЭТУ, на семинарах Факультет: информатики и вычислительной техники Университета гЛинчопик (Швеция), на 1 всероссийской и 9 международных конференциях опубликованы в 21 печатной работе, в 2 отчетах по НИР.

ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликованы 22 работы.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит и введения, четырех глав, заключения, изложенных на 153 страница; машинописного текста, содержит 30 рисунков, 6 таблиц, список литератур! из 119 наименований и 5 приложений.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ обосновываются актуальность темы диссертационно; работы, сформулированы цели и задачи исследования, указаны основны положения, выносимые на защиту.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ «Управление процессами эксплуатации организационно-технических системах» анализируются объект исследовани и возможные пути решения задачи. Корабль как объект эксплуатаци рассматривается как сложная многофункциональная автономная ОТС с специфическими особенностями.

Комплекс корабельных технических систем способен решат возложенные на него задачи, если все входящие в него подсистемы способш выполнить свои функции и обеспечено координированное управление им! Главным принципом координированного управления является согласованно

функционирование нижних уровней иерархической структуры в зависимости от требований и ограничений верхних уровней. При иерархическом подходе проявляется принцип свертки критериев: чем выше уровень, тем более 'организационный" и менее "технический" характер носят его критерии и эграничения.

В общем случае корабль как ОТС может быть представлен в виде :овокупности следующих структур:

» организационной, отражающей взаимодействие людей между собой при эксплуатации техники, распорядок и правила проведения эксплуатационных мероприятий. » технической, отражающей структуру комплекса технических средств; » структуры ресурсов;

Все эти три структуры носят иерархический характер. Поэтому анализ гехнической эксплуатации следует основывать на декомпозиции, которая тозволяет рассматривать корабль как иерархическую модель ззаимосвязанных систем и подсистем. Декомпозицию следует проводить, основываясь прежде всего на организационной структуре, поскольку она отражает установленный регламент эксплуатации оборудования.

СУТЭ должны выполнять следующие функции: » Информационная:

- обеспечение лица, принимающего решения, всей необходимой справочной и учетной информацией;

- обеспечение решения учетно-отчетных задач.

► Принятие решения:

- оценка и прогнозирование изменения состояния отдельных технических средств, систем и всего комплекса технических средств корабля в целом; '

- выдача рекомендаций по переводу комплекса технических средств корабля в требуемое состояние рациональным образом;

- планирование работ как по использованию комплекса технических средств, так и по техническому обслуживанию и ремонту с учетом наличия ресурсов;

- распределение ограниченных ресурсов, в т.ч. назначение личного состава на работы по техническому обслуживанию и ремонту.

> Взаимодействие с лицом, принимающим решения:

- ведение автоматизированного документооборота, сопровождающего принятие и реализацию решений;

- обеспечение дружественного пользовательского интерфейса. Следовательно, СУТЭ относятся к классу СИП ПР.

Структурная схема таких систем приведена на рис. 1. Здесь можно !ыделить следующие основные составляющие:

качества решений

PITO 1 ГЧтгт*»л*я ннгЬппмяпнлттпй ПЛППРП^ГИ ППИИОТИО пртттритай

• информационную подсистему, которая собирает, обрабатывает и хранит информацию о протекающих процессах, о состоянии технических средств и о наличии ресурсов;

• подсистему принятия решений, которая на своих моделях проигрывает возможные варианты развития процессов и выбирает наилучшее решение возникшей проблемы;

• интерфейс пользователя.

При разработке СУТЭ необходимо спроектировать указанные составляющие.

Во ВТОРОЙ ГЛАВЕ «Модельное обеспечение систем управления технической эксплуатацией» представлен аппарат моделирования и анализа сложных ОТС, являющийся основой подсистемы принятия решений.

Формальный аппарат удовлетворяет следующим требованиям:

1) Метод анализа и синтеза должен представлять собой определенное исчисление (алгебру);

2) Метод должен отражать иерархическую систему обобщенных описаний состояний объекта управления, управляющей системы и среды.

3) Формальный язык, применяемый для описания элемента любого уровня стратификации системы, должен легко интерпретироваться при переходе с одного уровня на другой;

4) Должны быть выделены примитивные объекты метода - простейшие элементы декомпозиции системы на более простые подсистемы -симплексы, подобные базовым (простейшим) элементам рассмотренных выше методов, функционально замкнутые и специализированные;

5) Номенклатура симплексов должна быть конечна; '

6) Любая композиция симплексов (комплекс) должна описываться характеристиками, подобными характеристикам симплекса.

7) Исчисление должно иметь, как минимум, два уровня:

• общий (абстрактный), не зависящий от класса моделируемых систем;

• частный (конкретный), определяемый классом систем (интерпретированный к классу системы);

Таким образом, анализ ОТС сводится к многоуровневой совокупности формализмов, применение которых на каждом уровне декомпозиции вызывает интерпретацию решений, полученных на предыдущем, более абстрактном уровне. При этом модели верхних уровней являются ограничениями для нижних уровней.

Для выполнения указанных требований в качестве математического аппарата моделирования сложных ОТС выбран комбинированный формальный аппарат (КФА).

Аппарат имеет два уровня: абстрактный и конкретный. Абстрактный уровень позволяет проводить декомпозицию сложных систем на симплексы -

модули, которые описывают внутреннюю струюуру, входы и выходы объектов, полученных при декомпозиции. Допускается, что любую систему управления можно представить в виде подобного модуля. На рис. 2 представлена структура, состоящая из трех симплексов. Составляющие симплексов: W - объект управления;

М - модель объекта управления, т.е. база знаний о структуре, текущем состоянии и законах функционирования W, позволяющая анализировать результаты управляющих воздействий; F - модель принятия решений по управлению объектом, т.е. закон управления как совокупность процедур управления, число которых конечно и каждая из которых решает конкретную локальную задачу управления.; I - интерпретатор, перестраивающий модель М в зависимости от реального

состояния W и от управляющего воздействия; А - адаптатор, выбирающий набор правил принятия решений в зависимости от состояния W по заранее заданному алгоритму; • D - средства кошроля состояния объекта управления; R - средства сопряжения управляющей системы с органами управления; xw - состояние ОУ; Хм - состояние модели; Ха - состояние адаптатора; Xi - сигнал, сформированный интерпретатором; Ф - сигнал управления W.

Рассматривая координированное управление ОТС, W можно представил» как совокупность нескольких подсистем, для каждой из которых существует своя управляющая система, подчиняющаяся симплексу-координатору. В этом случае из симплексов составляется комплекс координированного управления. Симплекс-координатор обеспечивает согласованное управление подчиненными симплексами, а те в свою очередь управляют своими объектами управления. Такой комплекс рассматривается как основной элемент сложной системы, то есть любую составляющую системы можно рассматривать как симплекс двухуровневого комплекса. Таким образом, на рис. 2 представлен комплекс, состоящий из симплекса-координатора (Sim 0) и управляемых симплексов (Sim 1 и Sim 2). Сигналы управления нижестоящими симплексами следующие: ар.цель функционирования симплекса;

gi,gF,gM - сигналы жесткого управления блоками I, F, М соответственно;

Применение КФА снимает существенную проблему формального описания сложных систем: как выбрать уровень абстракции, с которого надо начинать или на котором надо остановиться при решении практических задач. Модельное обеспечение можно представить в виде стратифицированной структуры, допускающей любой уровень детализации.

Рис. 2. Комплекс координированного управления

Необходимо лишь, чтобы сопрягалось формальное описание страт различного уровня.

Благодаря своей универсальности, КФА позволяет производить декомпозицию как структур сложных технических систем, так и протекающих в них процессов и процессов принятия решений по управлению этими системами. Получаемые при этом симплексы являются типовыми элементами.

Таким образом, для декомпозиции сложной ОТС на составляющие следует использовать абстрактный уровень КФА. Для разработок моделей функционирования объектов и моделей принятия решений требуется предложить аппарат описания конкретного уровня.

Конкретный уровень предусмотрен для отражения процессов, происходящих внутри симплексов. Он представляет собой внутреннее содержание блоков симплексов - модельное обеспечение происходящих в них процессов. Аппарат моделирования процессов, происходящих в ОТС, выполняет следующие функции:

• описание технологических схем работы элементов КТСК;

• представление динамики процессов, протекающих в ОТС, с отображением изменяющихся значений переменных состояния и управления, а также с накоплением и обработкой статистических результатов.

• отображение альтернативного характера выполнения технологических операций;

• моделирование путей развития процессов в зависимости от результата анализа исходной информации.

• обеспечение возможности отражения вероятностного характера развития процессов;

• представление структуры информационных, энергетических и материальных потоков с учетом разнообразия их номенклатуры.

• представление как логики функционирования параллельных асинхронных процессов, так и синхронизации процессов;

• описание процессов приятия решений по управлению КТСК.

Модели ОТС предлагается основывать на совокупности имитационных моделей элементов системы и моделей принятия решений по управлению этими элементами для всех необходимых уровней иерархии системы. Предъявляемым требованиям к конкретному уровню формального аппарата отвечают синтагматические цепи, основанные на языке сетей Петри (СП). Моделирующие возможности СП и их эффективность в приложениях объясняются прежде всего тем, что СП - это интеграция графа и дискретной динамической системы, которая может служить и статической, и динамической моделью представляемого с ее помощью объекта. Это дает возможность получать модели в виде сетей-систем и сетей-процессов. СП позволяет рассматривать с единых методологических позиций вопросы

программного обеспечения, инструментальную поддержку и информационные процессы в системе. Замена временных связей причинно-следственными дает возможность наглядно описывать структурные особенности моделируемой системы.

Возможности классического аппарата СП ограничиваются моделированием асинхронных дискретных систем. Для решения задач разного класса к настоящему времени предложено достаточно много расширений СП. Анализ существующих расширений показал, что модификации при всех своих достоинствах все же не полностью соответствуют поставленным требованиям и не позволяют получать конкретные решения по управлению эксплуатацией ОТС. Для использования СП на конкретном уровне КФА вводится новая модификация. Модифицированная СП определяется как

Р№ = {РЛУА^ВДВДСЬ}, где:

Р = {рьР2)»мРп} - конечное множество позивдш (условий); Т = - конечное множество переходов (событий);

I - входная функция: Р-»Т; О - выходная функция: Т-»Р;

|Д = {(Ль Ц2>—> Цк} - маркировка СП: Р—»¡Ч, N - множество натуральных чисел (номера меток);

А = {А1,А2,.»,А|} - множество векторов атрибутов меток Аг=[ац

и = {иьи2,...,ит} - множество условий срабатывания переходов в зависимости от наличия меток во входных позициях и от значений их атрибутов., Т->и;

Р = {^Дг,.-)^} - множество функций изменения состояния входных и

выходных позиций при срабатывании перехода, Т—>Р; Н = {111,Ь2,-ч11т} - множество временных задержек срабатывания переходов,

Я = {гьг2,...,гга} - множество приоритетов переходов, Т->1Ч; СЬ - сетевые часы.

Основная идея такой модификации СП состоит в том, что меткам присваиваются атрибуты, в которых содержится информация о состоянии элементов системы и о протекающих процессах. Количество атрибутов различных меток может быть различным.

Каждой из позиций ставится в соответствие множество меток, а каждой из меток ставятся в соответствие значения ее атрибутов. Так задается состояние сети.

Переходам ставятся в соответствие приоритеты, а также условия их срабатывания в зависимости от наличия меток во входных позициях и от

содержимого этих меток. При срабатывании переход выполняет следующие функции:

1. удаляет часть возбудивших его меток и изменяет значения атрибутов у других меток;

2. выдерживает заданную задержку времени;

3. расставляет метки в части выходных позиций, формируя значения их атрибутов в зависимости от полученной информации и от раскраски соответствующих выходящих дуг.

Для задания в модели временных интервалов вводятся сетевые часы CL, вырабатывающие тактовые сигналы независимо от работы модели системы.

Предложенная модификация СП дает возможность построения имитационных моделей разноплановых процессов широкого спектра, происходящих при эксплуатации ОТС, и позволяет получать конкретные решения по управлению ОТС при выборе альтернативных вариантов. Этим обеспечивается сопряжение формального описания как отдельных блоков внутри каждого симплекса, так и симплексов различных уровней.

Разработано дополнительное программное обеспечение к стандартному пакету PROD, которое позволяет производить модификацию СП для получения адекватных моделей элементов КТСК (пакет SUTE). Тексты программ приведены в приложении к диссертации.

Пакет SUTE обеспечивает автоматическую интерпретацию полученных с помощью моделирования результатов и представляет их в виде, удобном для восприятия. То есть рекомендации выдаются на естественном языке и, при необходимости, в документах принятых форм.

В ТРЕТЬЕЙ . ГЛАВЕ «Проектирование системы управления технической эксплуатацией корабельных технических средств» рассматриваются модели принятия решений по координированному управлению, разрабатывается алгоритм структурирования информации и на основе полученных результатов строится методика проектирования СУТЭ.

Задача принятия решений формулируется следующим образом: известному состоянию объекта Y необходимо поставить в соответствие такое управление U, которое является физической реализацией решения Si, принадлежащего множеству допустимых решений S, причем данное решение признано оптимальным на основании заданного множества критериев принятия и оценки качества решения, и соблюдена установленная система предпочтений Р.

Под вектором состояний объекта Y понимается совокупность векторов I (информация о состоянии собственно объекта) и R (информация о ресурсах, используемых объектом в текущем состоянии).

Математически это может быть выражено следующим образом:

У: ((Б, 13) | (К, -> Копт)) Б, е Б,

т.е. и является отображением допустимого решения Б,-, для заданного состояния объекта У, при условии достижения критерием К оптимального значения.

В обобщенном виде модель многокритериальной задачи принятия решений можно представить записью вида:

& в, К, X, I Р, г}, где: * - определяет тип задачи принятия решений;

Б - представляет множество решений, допустимых в рамках указанного типа задачи;

К - множество критериев принятия решений; Г - отображение множества допустимых решений Б в множество векторных оценок, отражающих ценность решения;

Р - система предпочтений, отражающая стратегию выбора (принятия) решений;

г - решающее правило, позволяющее на основании оценки состояния объекта управления У в пространстве критериев К выявить множество допустимых для данной задачи решений Б; X - множество шкал критериев или множество упорядоченных оценок для каждого критерия, позволяющее оценить ценность (эффективность) предлагаемого решения.

Обобщенная модель принятия решений, при ее декомпозиции на подмодели, может быть представлена в следующем виде: '

I в = гр, Р)

5опт = ^^ I —> Копт, е^^е Идоп ,где:

Р - функционал, позволяющий получить оценку состояния объекта в пространстве критериев;

г - решающее правило; Б - множество допустимых решений; Блггг - оптимальное решение;

Ядоп - область ограничений на использование ресурса;

Иопт - оптимальное использование ресурса с точки зрения целей, поставленных перед СИП ПР.

При управлении сложными ОТС предлагается следующий подход к процессу принятия решений: общая задача, поставленная перед СИП ПР, разбивается на ряд независимых подзадач. Решение каждой отдельной

подзадачи возлагается на специализированные процедуры, которые можно назвать элементами принятия решений (ЭПР). Структура процесса принятия решений в ЭПР аналогична обобщенной структуре процесса принятая решений. С целью координации действий различных ЭПР для обеспечения достижения единой цели используется иерархический принцип построения СИП ПР (рис. 3).

Рис. 3. Иерархия системы принятия решений

Для многоуровневой системы процесс принятия решений разбивается на следующие этапы:

• постановка глобальной (общей) задачи принятая решений;

• разбиение глобальной задачи на подзадачи и определение доли каждой подзадачи в ней;

• получение решений в рамках отдельных подзадач;

• согласование решений, полученных при решении отдельных подзадач;

• выработка единого обобщенного решения глобальной задачи.

Такой метод принятия решений согласуется с КФА. Каждый ЭПР можно представить симплексом со своей моделью объекта М и моделью принятия решений Р по управлению объектом. На основе композиции частных решений симплекс-координатор вырабатывает единое решение общей задачи.

Выработка решений по управлению объектом основана на анализе данных об этом объекте, о законах протекающих в нем процессов, о правилах поиска решений. Поэтому при создании СИП ПР по эксплуатации важным элементом является проектирование информационного обеспечения -структур базы данных и знаний.

Анализ показал, что для представления информации в специализированных СИП ПР целесообразно использовать реляционную модель данных. Такая модель представляет данные в виде взаимосвязанных двумерных отношений (таблиц).

Вопросы структурирования информации, то есть синтеза системы этих отношений, до настоящего времени остаются недостаточно разработанными. Существующая теория нормализации оказывается не вполне применимой на практике, так как не учитывает некоторые практические ограничения. Например, не рассматриваются вопросы обеспечения корректности вводимой информации, недостаточное внимание уделяется обеспечению целостности данных и сокращению требуемой памяти.

Для проектирования информационной структуры реальных систем предлагается разделять все объекты СИП ПР на два класса - справочники и связки. В справочниках хранится информация об элементах ОТС (паспортные характеристики оборудования, данные о членах экипажа и т.п.) Связки содержат информацию о характеристиках взаимосвязей элементов ОТС. Например, это могут быть расписание по заведованию (взаимосвязь "человека агрегат"), наличие и размещение ЗИП (взаимосвязь "запчасть*-»кладовая") и т.п. Информация об объектах разных типов хранится соответственно в отношениях-справочниках или в отношениях-связках. Процедуры обработки отношений разных типов различны. Такой подход существенно повышает целостность данных и корректность вводимой информации.

Для проектирования базы данных предлагается методика, представленная на рис. 4. Алгоритм позволяет получать структуру базы данных корабельной СИП ПР, отвечающую требованиям 3-ей нормальной формы. При этом база данных характеризуется высокими показателями целостности и независимости данных, а также рациональным использованием памяти. Алгоритм реализован программно.

Таким образом, разработано модельное обеспечение и методика' проектирования основных информационных составляющих СИП ПР: базы знаний и базы данных. Полученные результаты позволяют обобщить их в методику разработки СУТЭ КТСК (рис. 5).

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ «Проектирование системы управления технической эксплуатацией электроэнергетической системы корабля» рассмотрено применение разработанных методик проектирования СУТЭ на примере системы управления техническим обслуживанием электроэнергетической системы корабля (ЭЭСК). Иначе говоря, СУТЭ разработана для конкретных технической и организационной структур.

Система рассматривается как двухуровневый комплекс координированного управления. Симплекс-координатор представляет командование, а подчиненные симплексы - подразделения электротехнической группы. Каждый из симплексов содержит детализированные до требуемых степеней модели организационной, технической и ресурсовой структур и" модели принятия решений по

Рис. 4. Методика проектирования базы данных СУТЭ

Рис. 5. Методика разработки СУТЭ

управлению этими структурами: симплекс-координатор основан на обобщенных моделях, описывающих процессы, происходящие при эксплуатации ЭЭСК в целом, а подчиненные ему симплексы - на более подробных моделях, описывающих функционирование отдельных подразделений.

Для иллюстрации применения КФА при разработке системы управления техническим обслуживанием рассматривается функционирование отдельных симплексов и всего комплекса в целом. Конкретный уровень КФА реализован на языке модифицированных СП. Исходными данными и результатами моделирования являются начальные и финитные разметки сетей, а также раскраска меток, передвигающихся по моделям.

Анализ спроектированной системы показал, что она позволяет вырабатывать согласованные для разных подразделений экипажа качественные решения по управлению техническим обслуживанием технических средств ЭЭСК с требуемой степенью детализации. Система полностью удовлетворяет предъявляемым к ней требованиям.

Реализация разработанной методики подтверждает целесообразность ее применения для проектирования СИП ПР по управлению эксплуатацией ОТС.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ подводится итог проделанной работе, выделяются основные результаты и намечаются направления дальнейших исследований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Предложено , и обосновано применение комбинированного формального аппарата в качестве метода построения обобщенной модели системы управления процессами эксплуатации. Комбинированный формальный аппарат позволяет производить декомпозицию как структур сложных технических систем, так и протекающих в них процессов, а также процессов принятия решений по управлению этими системами. Декомпозиция производится на базовые элементы с одинаковой внутренней структурой. Это позволяет разрабатывать системы управления технической эксплуатацией, основанные на системном подходе.

2. Предложена модификация сетей Петри, позволяющая описывать как динамику разноплановых взаимосвязанных процессов, происходящих при функционировании сложных комплексов организационно-технических систем, так и процессы принятия решений по эксплуатации этих комплексов. Разработано дополнительное программное обеспечение к стандартному пакету PROD, которое позволяет производить модификацию сетей Петри для получения адекватных моделей элементов комплекса технических средств корабля (пакет SUTE).

3. Разработана методика принятия решений по управлению эксплуатацией комплекса технических средств ~ корабля, основанная на применении стратифицированных моделей систем и процессов с последующим согласованием полученных частных решений.

4. Разработана методика структурирования информации, обеспечивающая формализованное построение баз данных, в которых отношения разделяются на два класса: первичные отношения-справочники и вторичные отношения-связки. Методы обработки отношений разных классов различны. Такой подход существенно повышает целостность данных и корректность вводимой информации. При этом база данных характеризуется высокими показателями независимости данных, рациональным использованием памяти, а также отвечает требованиям 3-ей нормальной формы. Методика реализована программно.

5. Разработана методика построения систем управления процессами эксплуатации, обобщающая полученные результаты.

6. Предложенные методики применены при проектировании системы управления техническим обслуживанием электроэнергетической системы корабля.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Булатов A.B., Румянцев С.Н., Заславский П.Е., Шапошников С.О. Разработка требований структурного проектирования и моделей микропроцессорных систем управления: Отчет о НИР (итоговый)/ СПбГЭТУ; Руководитель: Лукомский Ю.А.- Шифр темы КАС-1, ' N 4196/КАС t/05-17, Per. № 0189.0089345,- Л., 1989.-164 с.

2. Булатов A.B., Румянцев С.Н. Заславский П.Е. Шапошников С.О. Современные принципы построения систем комплексной автоматизации судов// Известия ЛЭТИ,- 1990,- вып. 421,- С.38-42.

3. Булатов A.B., Румянцев С.Н. Заславский П.Е. Шапошников С.О. Оценка требуемого быстродействия терминальных процессоров судовых комплексных систем управления// Судостроительная промышленность.-1990,-N9,- С. 29-38.

4. Булатов A.B., Румянцев С.Н. Заславский П.Е. Старовойтов Е.В. Шапошников С.О. Построение судовых систем информационной поддержки процессов эксплуатации технических средств на основе распределенных баз данных// Сб.тр.Совета по упр. движением судов и кораблей/ Ин-т пробл. упр.- М., 1991,- Вып.8,- С.45-46.

5. Булатов A.B., Шапошников С.О. Оценка параметров алгоритмов функционирования судовых микропроцессорных систем управления// Изв. ЛЭТИ.- 1991.- Вып. 435.- С.36-40.

6. Булатов А.В., Старовойтов Е.В., Шапошников С.О. Методы обработки булевых функций в САПР управления КСУ. Известия ЛЭТИ, вып. 450, 1992.-С.З-7.

7. Булатов А.В., Заславский П.Е.., Шапошников С.О. Структура данных судовых информационных систем// Изв. ЛЭТИ,- 1992,- Вып. 450.- С. 7-14.

8. Bandurovsky P., Bulatov A, Shaposhnikov S. Complex Approach to the Design of Information Support Systems for Ship Technical Facilities Maintenance. The IVth Congress IMAM93, 15-20 November 1993, Varna, Bulgaria.

9. Бандуровский П.В, Булатов A.B., Шапошников С.О. Методика проектирования систем информационной поддержки процессов эксплуатации судовых технических средств// Рос. высш. шк. и конверсия: Тез. докл. Всерос. науч.- практ. конф., Москва, 22-26 нояб., 1993,-С.274-276.

10.Бандуровский П.В, Булатов А.В., Заславский П.Е., Шапошников С.О. Построение системы информационной поддержки технического обслуживания судов// Изв. ГЭТУ.- 1993,- Вып. 460.- С.29-36.

11.Булатов А.В. Методы анализа систем информационной поддержки процессов эксплуатации судовых технических средств// Автоматизация процессов упр. техн. средствами исслед. и использования мирового океана: Тез. докл. IX Междунар. координац. совещУ СПГЭТУ, С-Петерб., 22-24 нояб. 1994,- С.16-17.

12.Булатов А.В., Степанов И.В., Турусов С.Н., Шапошников С.О. Концепция построения судовых систем интеллектуальной поддержки// Регион, информатика - 95: Тез. докл. IV Междунар. конф., С.-Петерб., 15-18 мая 1995,- С.82-84.

13.Бандуровский П.В., Булатов А.В. Структурирование информации для корабельных систем информационной поддержки// Известия ГЭТУ.- 1995,-Вып. 484,- С.60-64.

14.Булатов А.В., Лукомский Ю.А., Турусов С.Н. Применение комбинированного формального аппарата для проектирования судовых систем информационной поддержки принятия решений// Интеллект, сист.: Тр. П Междунар. симпоз., С-Петерб., 1996,- СПб., 1996,- С. 56-62.

15.Boulatov A., Shaposhnikov S., Stepanov I., Turusov S. On Formai Design of Décision Support Systems for Marine Technical Facilities Maintenance// Thô lst International Conférence on Marine Industry, Varna, Bulgaria 2-7 June 1996.-Vama, 1996.-P.56-68.

lô.Boulatov A. Décision Support Systems for Vessel Performance and Control//. Research report N LiTH-IDA-R-97-02, ISSN-0281-4250/ Department of Computer and Information Science, Linkoping University, Sweden- Linkoping, 1997,- 20 p.

17.Булатов А.В., Степанов И.В., Турусов С.Н., Шапошников С.О. Метод принятия решений по процессам эксплуатации судовых технических средств// Изв. СПГЭТУ,- СПб., 1997,- Вып. 509,- С. 44-52.

18.A.Boulatov, J.Loukomsky.S.Shaposhnikov, I.Stepanov, S.Turusov/ Hierarchical Decision Making for Vessel Performance and Control// SCAI'97 - Sixth Scandinavian Conference on Artificial Intelligence: Technical Report С-1997-49/ Dept. of Computer Science, University of Helsinki, 18-20 Aug. 1997.- Helsinki, 1997,- P.81-83.

19.Булатов A.B., Турусов C.H. Агентно-ориентированный подход при разработке корабельных систем поддержки принятия решений// Тр. II Междунар. конф. по морским информ. технологиям, С.-Петерб., октябрь 1997,- СПб.- 1997.- С.20-23.

20.A.Boulatov, J.Loukomsky,S.Shaposhnikov, I.Stepanov, S.Turusov. Intelligent System for Vessel Performance and Control// Proc. of the Tenth International Symposium on Methodologies for Intelligent Systems. Poster session, Charlotte, NC, Oct.15-18, 1997,- Charlotte, NC, 1997,- P.187-196.

21.A.Bulatov, J.Loukomsky,S.Shaposhnikov, LStepanov, S.Turusov. Decision support systems of vessel performance and control// Proc. of the Eight Congress of the International Maritime Association of Mediterranean IMAM'97, Istanbul-Turkey, Nov2-9, 1997.- Istanbul- Turkey, 1997.

22.Булатов A.B., Степанов И.В., Турусов C.H., Лукомский Ю.А. Разработка принципов построения и реализации систем интеллектуальной поддержки процессов управления поддержанием готовности комплекса технических средств судна: Отчет о НИР (итоговый)/ СПбГЭТУ; Руководитель: Лукомский Ю.А.- Шифр темы ГБ2/ФКЭА-7, Рег.№ 01960000902.- СПб., 1997,- 177 с.

Подписано в печать 15.05.98 Формат 60x84 1/8 Бумага типографская Плоская печать Усл.п.л. 1,39 Уч.-изд.л. 1,33_Тираж 100 ' Заказ 475 _

Издательство АОЗТ «Эдельвейс» 195269, С-Петербург, Светлановский пр., 101