Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ. Разработка высокоэффективных интсгрирован-Ггых автоматизированных систем управления технологическими процессами как непрерывного, так и дискретного действия является одним из направлений реализации концепции ускорения научно-технического прогресса. Сочетание в рамках таких систем высокой производительности вычислительной техники, сложных алгоритмов управления с применением методов искусственного интеллекта и свойств эмпирического выбора оптимальных действий оператором на основе накопленного опыта позволяет во много раз повысить производительность труда интегрированного производства.
Усложнение саммх объектов производства, постановка задачи их взаимосвязи в единую производственную систему обуславливают непрерывное возрастание требований к процессу взаимодействия "оператор -вычислительный компл"екс". В конечном итоге, эффективность работы интегрированной производственной системы во многом зависит от функциональных возможностей человеко-машинного интерфейса, повышения его эффективности и надежности.
Одной из важнейших особенностей интегрированных производственных систем является высокая сложность и структура их организации (наличие многих уровнен и подсистем производственного и административного управления и контроля, подсистем технологической подготовки производства, тренажерных и информационно-поисковых подсистем и др.). Структура человеко-машинного интерфейса, как правило, должна соответствовать всем особенностям реализации каждой из таких подсистем.
. Следует отмстить, что в настоящее время отсутствует единый подход к решению задач реализации алгоритмов построения различных уровней интерфейса "оператор-вычислительный комплекс", при использовании которого возможно значительное сокращение затрат и сроков программной разработки автоматизированного рабочего места оператора-технолога в составе АСУТП наряду с повышением эффективности его функционирования. Поэтому существует потребность в совершенствовании существующих и создании принципиально новых подходов к решению указанной проблемы.
Таким образом, для решения проблемы разработки оптимального интерфейса "оператор - система управления технологическим процессом" требуется комплексный анализ различных форм и видов интерактивного взаимодействия оператора и вычислительного комплекса, исследование и разработка алгоритмов и программных средств реализации такого взаимодействия.
Тематика работы входит составной частью и основное научное направление Воронежского политехнического Института "Разработка роботов, САПР и ГАП".
ЦЕЛЬЮ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ является разработка и исследование алгоритмов и программных средств интерактивного взаимодействия оператора и системы управления технологическим процессом при многоуровневой организации интегрированной производственной системы и наличии нескольких классов пользователей.
Для реализации указанной цели в работе определены следующие задачи исследования:
анализ структуры интерфейса "оператор - АСУТП" и возможных форм реализации его диалога;
исследование алгоритмов реализации адаптивных форм символьно-языкового диалога в составе человеко-машинного интерфейса;
разработка структуры и алгоритма функционирования графических форм диалога;
разработка инструментального технологического пакета программных средств (ПС) для интерактивной генерации подсистем графического отображения информации в составе интегрированных АСУТП, систем моделирования технологических процессов (ТП) и АСНИ;
разработка средств инструментального прикладного и сервисного программного обеспечения для решения задач графической визуализации данных с использованием реализованных инструментальных средств.
Практическая реализация программных средств в составе АСУТП позволяет увеличить количество оптимальных решений по управлению и, в целом, эффективность работы операторов-технологов автоматизированных производственных комплексов.
МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ. Б работе использованы методы системного анализа, теории алгоритмов и сложных систем, функционального анализа, теории математического моделирования и модульного программирования.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА работы заключается в следующем:
предложен комплекс оценок для проведения сравнительного анализа существующих форм и структур символьно-языкового взаимодействия "оператор-ЭВМ", позволяющий с максимальной эффективностью определить предпочтительные диалоговые структура: для каждой из групп пользователей ь'птеллектных систем управления (ИСУ);
модифицирован алгоритм приобретения профессиональных навыков для построения автоматизированных обучающих систем (АОС) в плане расширения его возможностей для посгроения автоматизированных обучающих тренажерных систем (АТОС) в составе ИСУ, отличающийся от'бззового варианта наличием набора альтернативных моделей обучаемого с возможностями динамической адаптации;
разработаны принципы построения и структура АТОС для реализации адаптивного алгоритма пошагового обучения, отличающаяся от известных построением информационного ядра системы на основе структурной модели
предметной области;
разработана структура графических кадрои, формат записи и хранения графической информации в графических кадрах и объектах, обеспечивающий динамическое отображение состояния структурных уровней ИСУ различной сложности с целью оперативного принятия оптимального решения по управлению ТП.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ работы представлена следующими результатами:
разработана гибкая, легко модифицируемая и адаптируемая структура программного комплекса графического отображения информации, отличающаяся высокой степенью универсальности, возможностью работы с иен пользователя-непрограммиста, а также возможностью создания комплекса пользовательских информационных объектов.
разработан инструментальный пакет ПС, обеспечивающий интерактивную генерацию подсистемы динамического графического представления состояния ИСУ и ее функционирование в реальном масштабе времени в составе автоматизированного рабочего места (АРМ) оператора-технолога АСУТП, обеспечивающий снижение затрат на проектирование информационной' системы АСУТП.
на основе использования предложенной структуры программного комплекса графического отображения информации разработаны:
" а) пакет ПС для визуализации и анализа результатов моделирования динамики гидродинамических модулей ТП полимеризации для цепочки реакторов с целью принятия решения по вариантам последующей оптимизации управления ходом ТП;
б)- пакет ПС для визуализации результатов генерации отчетов и анализов различного вида при наличии большого объема статистических данных;
в) пакет ПС для визуализации результатов подготовки и установки стандартных программных пакетов в условиях значительного объема магнитных носителей различного качества.
ВНЕДРЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ. Теорегические и практические результаты работы использовались в научно-исследовательских работах, выполняемых на кафедре ABC ВорПИ: 80/91 и 43/92 "Визуализация принятия решений при оперативном управлении автоматизированными технологическими комплексами", в виде комплекса программных средств внедрены: в службе кемплексироиания вычислительной техники завода "Процессор" (г. Воронеж), в составе системы управления процессом производства цемента АО "Липецкцемеіїт" (г. Липецк), в отделе АСУ городской службы занятости (г. . Воронеж), с суммарным ожидаемым экономическим эффектом более 910 тыс. руб., внедрены в учебный процесс Воронежского политехнического института
и ряда других учебных заведений. Внедрение результатов диссертационной работы подтверждается соответствующими актами.
способ представления графической информации в виде произвольной комбинации структурных единиц - статического и динамического графических объектов, обеспечивающий высокоэффективное представление и анализ произвольной производственной ситуации.
формат графических кадров и составляющих их графических объектов как структурных единиц отображения информации;
алгоритмическая и программная реализация динамического представления состояния АСУ ТП в виде последовательности графических кадров, обеспечивающая динамическое отображение состояния структурных уровней ИСУ различной сложности с целью оперативного принятия оптимального решения по управлению ТП;
структура и способ организации АТОС для реализации адаптивного алгоритма приобретения профессиональных навыков, отличающейся от известных построением информационного ядра системы на основе структурной модели предметной области,
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на: Международной конференции "Заводы будущего для реализации интеллектуального компьютерно-интегрированного производства" (Венгрия, г. Будапешт, 1990), Научно-технической конференции "Основные концепции и опыт проектирования многомашинных вычислительных комплексов па базе микроЭВМ для обработки больших объемов экономической информации" (г. Воронеж, 1987), Научно-технической конференции "Основные концеїщіги и опыт проектирования многомашинных вычислительных комплексов на базе микроЭВМ для обработки больших объемов экономической информации" (г. Воронеж, 1987), Научно-практической конференции "Повышение эффективности функционирования систем и устройств" (г. Воронеж, 1988), Межвузовской студенческой научной конференции "Актуальные вопросы информатики, вычислительной техники и автоматизации" (г. Казань, 1986), Всесоюзной научно-методической конференции "Интенсификация учебного процесса в высшей коле на базе микропроцессорных вычислительных систем" (г. Воронеж, 1987), Семинаре "Локальные сети микроЭВМ в системах обработки и управления" (г. Ленинград, 1990), Всесоюзной конференции "Динамика процессов и аппаратов химической технологии" (г. Воронеж, 1990), Симпозиуме "Эффективность, качество и надежность систем 'Человек-техника'" (г, Воронеж, 1990), Научно-практической конференции "Изучение основ информатики и вычислительной техники в школе и пузе" (г. Воронеж, 1988), Научно-техническом семинаре "Использование операционной системы ДЕМОС, операционной системы реальною времени для персональных ЭВМ "Электроника МС 0585" при
создании прикладных систем в области управления и учета" (г. Воронеж, 1988), Всесоюзном семинаре "Психологические проблемы использования ЭВМ в обучении и подготовке профессиональных кадрои" (г. Пенза, 1980), Ііаучно-практической конференции "Изучение основ информатики и вычислительной техники в школе и вузе" (г. Воронеж, 19881, Межвузовской научно-методической конференции "Совершенствование форм и методов применения технических средств обучения и вычислительной техники в учебном процессе" (г. Вологда, 1980).
ПУБЛИКАЦИИ. По теме диссертации опубликовано 14 печатных работ.
СТРУКТУРА И ОБЪЕМ РАБОТЫ. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы, включающего 132 наименования, 2 приложений. Основной текст работы изложен на 113 страницах машинописного текста. Работа содержит 48 рисунков, 8 таблиц.