Введение к работе
Актуальность проблемы.
Информатизация распределенных систем, в том числе строительных и горных организаций, включает в себя актуальную проблему автоматизации на стадии проектирования, где закладываются основные характеристики как продукции, так и технологии ее производства.
Можно выделить четыре этапа развития систем автоматизированного проектирования (САПР) в строительстве.
Первый этап (60-е годы). Средства вычислительной техники используются для решения отдельных задач проектирования:
— расчет железобетонных строительных конструкций,
форм железобетонных элементов, арматуры и закладных де
талей;
- расчет металлоконструкций и других строительных
конструкций;
— некоторые расчеты при проектировании технологии и
организации строительства.
Начинают использоваться сетевые методы и модели в строительстве. Осуществляется взаимоувязка поточных и сетевых методов строительства. При проектировании применяются теории игр и графов.
Второй этап (70-е годы). Создаются САПР с доминирующим позадачным переходом, при котором, система состоит из разработанных отдельных задач, при этом функциональные задачи автоматизируются отдельно. .Математическое обеспечение САПР включает метод конечных элементов, методы исследования операций. Разрабатываются теория автоматизации календарного планирования и теория проектирования возведения объектов, при этом применяются методы имитационного моделирования. Главная цель разработки САПР на этом этапе — сокращение числа проектировщиков.
Третий этап (80-е годы). Совершенствование проектирования на основе системного анализа. САПР — диалоговые интегрированные системы, охватывающие все этапы проектирования с ориентацией автоматизированного выполнения чертежных работ. Разрабатываются системотехнические принципы стыковки и совместимости систем архитектурно-строительного проектирования зданий и сооружений со смежными системами организационно-технологического проектирования, управления строительством. Начало реального внедрения информационных технологий автоматизированного проектирования.
Четвертый этап (90-е годы). САПР —сеть автоматизированных рабочих мест (АРМ), охватывающая весь процесс проектирования. Разрабатываются базы знаний, экспертные системы, информационные средства работы с трехмерной графикой. Применяются методы искусственного интеллекта и дискретной математики (компьютерно-информационной математики). Дальнейшая интеграция разрозненных задач в сложные автоматизированные системы, включающие в себя АРМы чертежного, информационно-поискового, расчетного обеспечения.
Одной из основ математического обеспечения разрабатываемых САПР являются сетевые модели. Первые версии методов СРМ (Critical Path Method), PERT (Programm Eva-lution and Review Technique) основывались на сетевых моделях с детерминированной структурой сети, при этом в методе СМР параметры работ также детерминированы, а в методе PERT—вероятностные величины. Более поздней версией методов, основанных на сетевых моделях, является метод GERT (Graphical Evalution and Review Technique), ориентированный на сетевые модели, вероятностной структурой. Как продолжение этого направления, интенсивно разрабатываются сетевые модели не только с вероятностной структурой, но и модели с нечеткой структурой и нечеткими данными. Это объясняется интенсивным использованием сетевых моделей при финансовой интерпретации. На основе сценарного подхода в финансовой области появились пакеты «On Target 1.0» (фирма Symantec), «Новый Атлант»"(фирма Галактика), «Project 5.0» (фирма Про-инвест Консалдинг) и другие для календарно-сетепого планирования, управления и прогнозирования инвестиционных проектов.
В решение проблем создания САПР технологий управления распределенными системами, в том числе при строительной интерпретации, большой вклад внесли ведущие ученые
B. Н. Бурков, В. А. Горбатов, В. М. Лохин, Б. А. Картозия,
C. А. Редкозубое, А. П. Полежаев, О. В. Логиновский, В. Ф.
Макаров, Д. С. Самойлов, А. А. Гусаков, С. А. Синенко,
П. Б. Каган, А. Кофман, Г. Дебазей, А. В. Гинзбург, П. Пако,
Р. Морган, М. Ховард, Дж. Кэлли, Дж. Гиллерси, В. П. Ру
мянцев, В. А. Кузьмов, Ю. Е. Розаев, В. И. Сосков, Р. Булд-
сон, Б. Рой, Д. Фалкерсон, У. Фрезер и др.
В диссертации строительные организации рассматриваются как классический пример распределенных систем. Одной из актуальных проблем разработки САПР в строительстве является автоматизированное проектирование гибких технологий управления распределенными системами, при этом под гибкостью технологии понимается свойство ее изменения в зависимости от непредвиденных, в том числе аварийных, ситуаций, что характерно для строительного производства.
Если при финансовой интерпретации сетевых моделей основной задачей является оценка принимаемых решений в зависимости от сложившейся ситуации, то при строительной интерпретации основной задачей является формирование «точечного» управления компонентами строительного процесса. Отсюда, структура модели и тип данных в первом случае являются вероятностными, нечеткими, во втором случае — детерминированными.
Разработке теории автоматизированного проектирования гибких технологий управления распределенными системами при строительной предметной интерпретации и ее внедрению в промышленность посвящена данная диссертационная работа. Эта актуальная научная проблема имеет важное народнохозяйственное значение.
Работа выполнялась в рамках научно-технических государственных и отраслевых программ, в том числе:
научно-тематических планов министерства общего и профессионального образования РФ;
межвузовской научно-технической программы, утвержденной приказом Госкомвуза РФ № 630 от 16.10.92 г.;
программы правительства РСО-Алання «Производственные ресурсы РСО-Аланпн» и ряда других программ.
Целью настоящей работы является разработка методов, алгоритмов и программных инструментальных средств автоматизированного проектирования гибких технологий управления распределенными системами для строительной предметной интерпретации.
Идея работы заключается в раскрытии объективных причин, определяющих гибкую технологию управления при ресурсно-временной оптимизации и разработке соответствующих алгоритмических средств на основе развития методов компьютерно-информационной математики.
Задачи исследований.
Вышесформулированная научная проблема определила следующие задачи исследований:
обобщение сетевой модели для случая распределенных систем и аналитическое задание соответствующих диаграмм Ганта с целью организации вычислительного процесса, оптимального как по временной, так и по емкостной сложности, при автоматизированном проектировании гибких технологий управления;
разработка теории оптимизации ресурсно-временных характеристик проекта;
исследование оптимального ресурсно-временного распределения в случае альтернативного ресурсного обеспечения и в случае непредвиденных, чрезвычайных ситуаций при реализации проекта;
разработка инструментальных программных средств автоматизированного проектирования гибких технологий управления распределенными системами и внедрение их при строительной предметной интерпретации в промышленность и учебный процесс в университетах.
Методы исследований базируются на использовании и развитии строительных технологий, сетевого планирования, компьютерно-информационной математики и особенно теории графов, характеризационного и булевого анализа.
Защищаемые положения и научная новизна работы заключается в:
обобщении сетевой модели для распределенных систем, при котором выявлена связь между полным временным резервом события и критическими временами сетевой модели и ее подмоделей, вершина сочленения которых соответствует этому событию;
предложении аналитического булевого задания диаграммы Ганта, позволившем оперировать с диаграммой как с системой булевых функций, используя при этом аппарат булева анализа;
впервые разработанном теоретико-графовом аппарате ресурсно-временной оптимизации проекта, основанном на ха-рактеризации диаграмм Ганта и раскраске введенных графов связности;
разработке гибкой технологии управления строительством в случае чрезвычайных, непредвиденных ситуаций с одновременной ресурсно-временной оптимизацией строительного производства, основанной на многокомпонентной раскраске вершин графа связности и редукции его хроматического числа.
Практическая значимость диссертации состоит в:
разработке программных инструментальных средств, позволивших автоматизированно проектировать и моделировать гибкие технологии управления распределенными системами;
промышленном внедрении разработанных методов, алгоритмов и программных инструментальных средств при строительстве и модернизации горных и других предприятий;
использовании научных результатов в учебном процессе строительных и горных специальностей университетов.
Реализация, внедрение и использование результатов диссертационной работы.
Разработанные модели, методы, алгоритмы и программные средства реализованы на современных ПЭВМ с помощью языка C++ и успешно внедрены в АО «Владикавказ-строй», АОЗТ «Кавказэлектронстрой», АО «Кавказтранс-строй» с экономическим эффектом свыше 3 млрд. руб. в год в ценах 1995 г., о чем имеются соответствующие акты о внедрении; использованы в учебном процессе при чтении дисциплин «Управление строительным производством», «Разработка САПР строительных технологий» в Северо-Кавказском государственном технологическом университете и при чтении дисциплины «Методы оптимизации» в Московском государственном горном университете.
Диссертация обобщает результаты тридцатилетних исследований, проведенных под руководством и при непосредственном личном участии диссертанта.
Апробация работы.
Основные положения и результаты, полученные в диссертационной работе, доложены и обсуждены на многочисленных международных конгрессах, конференциях; всесоюзных,
всероссийских и республиканских симпозиумах, совещаниях, в том числе, международной конференции по логическому управлению (Варна, 1994), Всемирном конгрессе «Информационные процессы, технологии, системы, коммуникации и сети» (Москва, 1995), Всемирном конгрессе «Информационная математика, кибернетика и искусственный интеллект в информа-циологии» (Москва, 1996), Международном симпозиуме «Информационная математика в информациологии» (Ижевск, 1997).
Публикации.
Основные положения диссертации отражены в 30 публикациях, в том числе, трех монографиях.
Объем и структура диссертации.
