Введение к работе
Развитие новых средств вычислительной техники и автоматизированных систем в народном хозяйстве ' определяет необходимость разработки единой методики создания информационных систем, внедренных в промышленность и взаимосвязанных между собой в рамкзх государственной экономической системы. Взаимосвязь автоматизированных систем (АС) осуществляется путем использования информационных технологий (ИГ) в системах САПР, ГПС.ЛСУ, позволяющих автоматизировать процессы проектирования, производства и испытания сложных технических комплексов.
Важное место в развитии автоматизированных систем, повышении' их эффективности при эксплуатации занимает моделирование- объектов и процессов в них, а также методы синтеза оптимальных моделей с целью выработки эффективных алгоритмов управления промышленными системами. Рост возможностей современной вычислительной техники позволяет расширить сферу применения задач управления производством за счет новых более сложных и объемных"моделей. Основная проблема в. построении указанных моделей заключается в обеспечении адекватного отражения структуры сложных производственных процессов, обладающих высокой динамикой и априорной недоопределен-ностыо.
Одним из направлений моделирования объектов, эффективного проектирования и эксплуатации АС . является реализация процессов синтеза ' новых информационных технологий с учетом изменяющихся в период жизненного цикла цэлей и средств промышленной системы при проектировании, изготовлении и испытаниях сло.таых технических комплексов (СТК). Синтез новых информационных технологій позволяет в рамках- автоматизированной промышленной системы получить прогнозирование оценки качества конструируемых процессов и систем, сокращая, тем самым, количество ошибок при их реализации. Эффективность прогнозирующих оценок в максимальной степени проявляется при моделировании взаимосвязанных процессов "проектирование - изготовление - испытание" СТК, так как в их рамках порождается наибольшее количество ошибок и рассогласований, влияющих на конечную цель: выпуск качественной продукции в ограниченные производственные сроки.
Пути достижения таких свойств АС определяются концепцией
"четырех И" (информатизация, интеллектуализация, интеграция, индивидуализация) по применению средств вычислительной техники в промышленности, сформулированной академикам Б. PL Скурихиным. На основе этой концепции свойство интеграции систем достигается за счет единой согласованной модели и критериев оценки качества объекта автоматизации, а свойства индивидуализации - за счет накопления знаний и функционального сервиса при эксплуатации системы. Указанные свойства дают основание говорить о необходимости разработки единой методологии синтеза моделей информационных технологий, позволяющих создавать адаптирующиеся во времени и пространстве АС.
АКТУАЛЬНОСТЬ РАБОТЫ. Одним из важнейших направлений разработки единой методологии создания автоматизированных систем является разработка теоретических основ, определяющих понятие, методы описания и представления, методы анализа и синтеза информационных технологии, которые получают широкое внедрение в практике создания различных систем и средств автоматизации. Особую актуальность данная проблема имеет в связи с ограниченными ресурсами, необходимостью сетевого взаимодействия и выработки решений в конкретной АС, а также моделирование в АС динамически изменяющихся производственно-технических ситуаций на конкретном предприятии.
Создание методологии адаптивных целеустремленных АС базируется на понятии информационной технологии, включающей определение последовательности действий пользователя (конструктора, инжэне-ра-испытателя и т.д.)при получении априорно заданного результата (проекта конструкции, технологического процесса, программы испытаний).
Вопросам исследования эффективности процессов в САПР, ГПС, АСУ посвящены работы Е. JL Скурихина, Н. Г. Малышева, 1Q М. Соломенце-ва, В. Г. Митрофанова, В. В. Павлова, В. Д. Цветкова, PL tt Норенкова,-В. U. Курейчика, В. П. Диденко.в которых получены также значительные результаты в области моделирования процессов автоматизированного проектирования и управления. Большой вклад в развитие методов оптимизации, используемых в автоматизированных системах, внесли работы а С. Михзлевича, В. Л. Волковича, Д. И. Батишева, Е X. Вермишева, В. С. Емельянова, О. PL Ларичева. Современные модели объектов автоматизированного проектирования и управления на основе различных разновидностей графов, гиперграфов и автоматов ' разработаны В. А. Горбатовым, А. К Шлиховым, Л. С. Берштейном. Значительный вклад
в развитие методов синтеза сешіотичесгаїх моделей, используемых в АС, внесли работы Г. С. Поспелова, Д. А. Поспелова, В. -Е Вагина.
Настоящая работа является теоретическим обобщением исследований в области моделирования информационных технологий АС и' посвящена решению научной проблемы разработки эффективных методов и алгоритмов синтеза таких моделей. Решение указанной проблемы необходимо для реализации развивающихся в предметной области САПР, ГПС, АСУ на основе единого методологического и математического подхода, позволяющего реализовать современную концепцию "четырех И" в разрабатываемых проектах АС, комплексных'автоматизированных производствах и интегрированных производственных системах.
Задачами работы, в соответствии с поставленной целью, являются:
разработка основ теории структурного моделирования компонент (объектов, процессов) АС на основе аппарата динамических гиперграфов;
разработка методов синтеза структурных моделей информационных технологий в АС в виде технологических структур на различных уровнях формального представления составляющих их элементов;
разработка конкретных моделей информационных технологий автоматизированного проектировния и управления в системах^ САПР, ГПС и АСУ, а также исследование эффективности общего подхода к синтезу структурных моделей.информационных технологий на примерах систем САПР, АСУ.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. В основу проводимых исследований положены теоретические результаты, полученные в рамках теорий алгебраических систем,- графов и гиперграфов, ситуационного управления и логических методов синтеза моделей сложных систем, параметрической и структурной оптимизации моделей сложных систем, технологических структур промышленных систем, автоматизированного проектирования и управления процессами конструирования и изготовления изделий.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА. Научная новизна работы заключается в теоретическом обобщении исследований в области структурного синтеза моделей информационных технологий для автоматизированных систем :апр, ГПС, АСУ.
Б диссертацию входят новые научные результаты, определяемые разработкой следующих положений:
определены понятие и модель информационной технологии, реализуемой на этапах проектирования и эксплуатации АС;
определены особенности иерархического описания информационных технологий в АС;
разработаны методы структурно-динамического моделирования информационных технологий в АС;
разработаны модель и алгоритмы синтеза информационных технологий АС на основе сформулированной и исследованной задачи дискретного программирования о поиске упорядоченных покрытий;
разработаны методология последовательного синтеза моделей информационных технологий в АС и методики структурного синтеза ИГ в САПР, ГПС и АСУ.
ПРАКТИЧЕСКАЯ.ЦЕНЮСТЬ. Исследования автора выполнялись в рамках госбюджетной и хоздоговорной тематики в соответствии с:
- Постановлением Госкомитета СМ СССР, по науке и технике по
выполнению гадания 03.02 целевой комплексной программы ОЦ. 027
ГКНТ СССР на XI пятилетку;
Постановлением Госстандарта СССР N 161 от 28.12.85 г. по выполнение "Программы комлексной стандартизации гибких производственных систем на 1988-І990 годы";
Постановлением Госстандарта СССР N 87 от 16.08.85 г. по. реализации "Программы разработки комплекса государственных стандартов и руководящих документов на системы автоматизированного проектирования (САПР) на 1988-1990 годы";
Постановлением' Государственной комиссии Совета министров СССР N 330 от 01.09.88. г. '
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанные методы синтеза моделей и конкретные модели ИТ нашли широкое применение при создании и реализации САПР, АСУ в различных предметных областях, так как их использование позволяет, во-первых, реализовать процесс поэтапного последовательного внедрения и эксплуатации АС в ходе ее разработки , во-вторых, расширить сферы применения разрабатываемых и эксплуатируемых систем;
Использование полученных результатов в учебном процессе позволило повысить эффективность подготовки студентов и переподго-
товку инженеров промышленных предприятий.
РЕАЛИЗАЦИЯ РАБОТЫ. Научные и практические результаты диссертации внедрены:
в ГО "Красный котельщик" (г.Таганрог) при разработке оптимальных технологий проектирования и управления проектированием энергооборудования;
в ГО "Турбоатом" (г. Харьков) при проектировании паровых турбин для тепловых и атомных электростанций;
в Госстандарте СССР при подготовке методических указаний, рекомендаций и ГОСТ по программам САПР, ГПС;
войсковых частях при выполнении НИОКР автоматизированной системы управления натурными испытаниями и ГИД-проекта перспективных информационных технологий;
в НПО "Куэробот" (г. Таганрог) при разработке новейших ро-бототехнических систем;
на предприятиях Министерства тяжелого, энергетического и транспортного машиностроения СССР для создания новых информационных технологий при проектировании и изготовлении современного энергетического оборудования;
НИИ связи (г.Таганрог) при разработке радиоэлектронных комплексов по программе НИР,
Определенный на основе соответствующих актов о внедрении полученных в диссертации результатов фактический экономический эффект составляет 292,153 тысячи рублей, а ожидаемый экономический эффект - 75,45 тысяч рублей.
Научные и практические результаты, приведенные в диссертации и изложенные в монографиях и статьях, использованы при подготовке лекций, практических и лабораторных работ по курсам "Основы построения АСУ", "ГАІГ, "САПР", "Технология проектирования и эксплуатации САПР", "Математическое и программное обеспечение САПР", "Шделирование систем" на кафедре Информатики ТРТИ, что подтверждено актом об использовании результатов работы в учебном' процессе.
- теоретические основы и методы синтеза моделей информацион
ных технологий в автоматизированных системах;
теоретические основы структурного моделирования информационных технологий в автоматизированных системах;
теоретические основы последовательного синтеза моделей информационных технологий в автоматизированных системах;
методика и алгоритмы синтеза моделей информационных технологий на различных иерархически упорядоченных уровнях представления базовых элементов технологий;
методика и алгоритмы решения задачи поиска упорядочении: покрытий на множестве базовых элементов и текущих состояний информационных технологий;
методика и алгоритмы синтеза информационных технологий і системах САПР, ГПС, АСУ.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ Основные результаты диссертационной работ! докладывались и обсуждались на следующих семинарах и конференциях:
І7Й Всесоюзной.конференции "Системные исследования проблеї управления качеством и автоматизации процессов управления" , Львов, 1977 г.;
3-й городской научной конференции молодых ученых и специалистов, Таганрог, 1981 г.;
5-й, 6-й и 7-й Всесоюзных совещаниях по автоматизации проектирования электротехнических устройств, Таллинн, 1983 г., 198Е г. , 1987 г. ;
3-й Всесоюзной конференции "Автоматизация поисковой конструирования и подготовка инженерных кадров ", Иваново, 1983г.;
Всесоюзном семинаре "Оптимизация технических систем", Винница, 1983 г.;
Всесоюзной научно-технической конференции "Проблемы повышения эффективности АСУ и создания систем управления ГПС",- Николаев, 1984 'г.;
Всесоюзном совещании-семинаре "Гибкие автоматизированные производственные системы", Ленинград, 1984 г.;.
3-м Всесоюзном совещании по робототехническим системам, Воронеж, 1984 г.;
Региональном научно-техническом семинаре "Нейроноподобные структуры и проблемы робототехники", Таганрог, 1984 г.;
- 9 -8-м, 9-м, 10-м, 11-м, 12-м и 13-м Всесоюзных пимпоэиушл "Логическое управление в промышленности", Куйбышев, 1S85 г., Таи-кэнт, 1985 г. , Ижєеск, 1987 г.; Орджоникидге, 1988 г.; Феодссіи, 1989 г.;
Республиканской научно-технической конференции "Матемзти-ческие модели процессов и конструкцій энергетических турбоыашш в системах их автоматизированного проектирования", Готвальд, 1985 г.;
Всесоюзной научно-технической конференции "Автоматизированное проектирование в машиностроении", Устинов^ 1985 г.;
Всесоюзной конференции "Декомпозиция и координация в сложных системах", Челябинск, 1986 г.;
Всесоюзном совещании "Диалоговые информационно-вычислительные ситемы", Иркутск, 1986 г.;
Всесоюзной конференции "Проблемы создания гибких производственных систем и роль САПР при внедрении "безлюдной" технологии в промышленности", Гродно, 1986 г.;
Всесоюзном совещании по проблемам управления , Алма-Ата, 1986 г.;
Всесоюзной научно-технической ко>;4ераіщии "Проблемі создания средств адаптации дня гибких производственных систем", Кременчуг, 1986 г.;
Всесоюзной НТК "Автоматизированное проектирование машин, оборудования,приборов и технологических процессов в машиностроении", Устинов, 198В г.;
Всесоюзной НТК "Проблемы создания и развития интегрированных, автоматизированных систем в проектировании и производстве", Таганрог, 1987 г.;
1-й Международной конференции "Обучение САПР в инженерных вузах", Тбилиси, 1987 г.
Зональных конференциях "Математические и программные методы проектирования управлявших и информационных систем", Пенза, 1988 г., 1990. г.
Всесоюзной научно-технической школе "Имитационные эксперименты с моделями сложных систем", Калининград, 1989 г.;
Шддукародной НТК "Металлорежущие машины и гибкие автоматизированные производственные комплексы", София, 1990 г.
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертационной работы опубликовано 112
- 10 -научных работы, из них три монографии, девять статей в центральной печати, три руководящих документа Госстандарта СССР и один отраслевой руководящий документ, а остальные публикации соответствуют спискам перечня издательств и издающих организаций, в научных изданиях которых могут публиковаться научные результаты, включаемые в докторские диссертации.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертационная работа состоит из введения, иэсти глав, заключения, изложенных на страницах; списка.использованной литературы из наименований 'на страницах и двух приложений. Црило.тйния к диссертации содержат технические решения системы САПР-ЭНЕРГОЫАШ, основанные на результатах диссертации и документы, нодтверждающп эффективность внедрения результатов работа