Синтез информационных технологий анализа функционирования стохастических технологических систем Десятов, Дмитрий Борисович

Введение к работе

Актуальность проблемы. В современном наукоемком промышленном производстве можно выделить две основные тенденции развития анализа как системной категории моделирования. С одной стороны, большинство технологических систем являются по своей сути стохастическими, и для целей анализа их функционирования необходимо применять статистические модели и методы. С другой стпроны, в связи с бурным развитием и распространением электронно-вычислительной техники существенно возрастает роль информационных технологий (ИТ) на всех этапах жизненного цикла технологических систем. Поэтому традиционные методы статистического анализа и контроля, сводящиеся, зачастую, к вычислению и ср-лвнению статистических оценок средних значений и дисперсий параметров, уже ие являются достаточна эффективными при организации функционирования технологических систем.

В этих условиях необходима разработка автоматизированных систем поддержки принятия решений на основе синтеза интегрирояан-ных ИТ, в которых на различных уровнях иерархии представлены проблемно-, предметно- и функционально-ориентированные ИТ, реализующие необходимые методы и алгоритмы"анализа, учитывающие многомерные причинные зависимости основных параметров функционирования стохастических технологических систем (СТО, ядра их монотонности и конфликтности.

Многоцелевой характер функционирования технологических систем, наличие множества неконтролируемых и слабоконтролируемых параметров затрудняют адекватное описание и формализацию процесса принятия решений в СТО. Эти ксе причины но дают возможности проведения эффективного диагностического анализа функционирования СТС, определения условий их стационарности и квазистационарности, особенно при наличии конфликта основных параметров функционирования. Именно конфликт определяет сущность сложной системы, ее живучесть и способность к развитию. Наличие конфликта приводит к задачам векторной оптимизации, для решения которых требуется привлечение экспертной информации. Объем предъявляемой экспертам информации может быть настолько велик, что необходима выявление экспертных предпочтений по ограниченной выборке сих .юследующей экстраполяцией на всю исходную информацию.

При этом комплекс статистических моделей диагностики СТС. анализа их Функционирования в условиях конфликта, якспмм'>>;' \v

экспертных оценок должен являться методологической основой синтеза рассматриваемых ИТ. Эффективность процедур анализа функционирования СТС можно повысить за счет нового подхода к построению ИТ, обеспечивающего их системность и возможность адаптации к современной вычислительной и программной среде.

На сегодняшний день единая методология синтеза ИТ анализа Функционирования СТС отсутствует, однако имеется подготовленная теоретическая база для ее разработки в виде теории систем, теории выбора и принятия решений, теории конфликта, теории вероятностей и математической статистики.

Диссертационная работа выполнена на кафедре математического моделирования технологических систем ВГТА в соответствии с программой работ Министерства общего и профессионального образования РФ по теме "Моделирование технологических систем, принципов и методов их автоматизированного проектирования и управления", ГР N 01920008098; по теме "Построение автоматизированной системы статистического анализа при разработке МДП БИС микро-ЭВМ", ГР N 01830080298; программой работ Головного совета ГКВ0 РФ по автоматике и системам управления по теме "Моделирование информационных технологий и разработка инструментальных средств управления процессами и производствами", ГР N 01930004491; научно-технической Региональной программой "Черноземье"; целевой комплексной программой ГКНТ СМ СССР 0. Ц. 026.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является: исследование, разработка научных основ и методологических принципов синтеза информационных технологий анализа функционирования стохастических технологических систем, обеспечивающих построение инструментальных средств в виде математического, алгоритмического и программного обеспечений автоматизированных систем поддержки принятия решений предметного назначения.

Для достинения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Построение системной модели и определение состава ИТ анализа функционирования СТС.

2. Определение методологических принципов и обоснование комплексного использования методов многомерного статистического и причинного анализа в ИТ диагностики Функционирования СТС.

3. Разработка научных основ использования вероятностного и статистического конфликта в ИТ анализа функционирования СТС.

Обоснование и рааработка моделей, численных методов и алгоритмі м< выделения и сравнения ядер конфликта.

4. Разработка человеко-машинных моделей экстраполяции экспертных оценок, исследование их свойств и условий применения в ИТ принятия решений.

5. Разработка информационно-структурной модели, в которой с системных позиций реализуется взаимосвязь ИТ всех уровней в единую интегрированную ИТ рнализа функционирования СТС.

6. Создание инструментальных средств в виде математического, алгоритмического и программного обеспечения на основе результатов, полученных при выполнении теоретических исследований.

?. Практическая реализация исследований в виде автоматизированных систем поддержки принятия решений предметного назначения и их промышленная апробация, подтверздащая эффективность разработанных принципов и методов синтеза ИТ, моделей, алгоритмов и програли.

Методы исследования. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования базируются на использовании теории сложных систем, теории .выбора и принятия решений, исследования операций, математической статистики, теории вероятностей, теории информации. Общей методологической основой является системный подход.

Научная новизна диссертационной работы заключается в разработке методологических принципов и научных основ синтеза информационных технологий анализа функционирования СТС, инвариантных к предметной области.

1. Построена системная модель, определены состав и взаимосвязи ИТ анализа функционирования СТС на нескольких иерархически связанных уровнях.

2. Обоснованы методологические принципы комплексного использования методов многомерного статистического и причинного анализа в предметно-ориентированных ИТ; построения иерархических моделей диагностических процедур, на основе которых синтезирована проблемно-ориентированная ИТ диагностики функционирования СЇС.

3. Впервые разработаны теоретические основы определения вероятностного и статистического конфликта, исследованы основи»-" свойства, разработана алгебра, построены модели выдыгния и сравнения ядер конфликта. Сформулированы принципы использования этих теоретических основ при синтезе ИТ анализа функционнропппия СТС

- і -

предметного и проблемного уровней.

4. Разработана новая модель экстраполяции экспертных оценок на основе использования .принципа максимального правдоподобия, проведено ее сравнение с другими моделями экстраполяции, исследованы ее свойства и условия применения в ИТ принятия решений.

5. Разработана информационно-структурная модель, реализующая с системных позиций интегрированную ИТ, позволяющая синтезировать варианты логических схем анализз функционирования С^ТС на этапах жизненного циісла, определяющая требования к математическому, алгоритмическому и программному обеспечениям.

6. Разработан комплекс моделей, алгоритмов и численных схем анализа функционирования СТО для конкретных объектов в составе АСНИ, САПР, АСУТП предметного назначения.

На защиту выносятся:

1. Методология и научные основы синтеза информационных технологий анализа функционирования СТС.

2. ИТ анализа функционирования СТС на базе новых моделей, методов, численных схем и алгоритмов исследования вероятностного и статистического конфликта, экстраполяции экспертных оценок, диагностического анализа.

3. Результаты машинных экспериментов в условиях их промышленной эксплуатации и апробация разработанных ИТ в виде автоматизированных систем предметного назначения на производственных объектах.

Практическая значимость работы состоит в построении комплекса инструментальных средств синтеза ИТ анализа функционирования СТС на основе предложенных методов, моделей и алгоритмов, предназначенных для разработки математического, информационного и программного обеспечений автоматизированных систем поддержки принятия решений предметного назначения (АСНИ, САПР, АСУТП и др.).

Основные теоретические и практические результаты реализованы в составе автоматизированных систем в микроэлектронном и полупроводниковом производстве, пищевой промышленности, использованы в учебном процессе ВГТА. внедрены на 14 предприятиях путем включения в комплексные системы управления различного уровня, передачи проектной документации на математическое и программное „обеспечения. Экономический эффект от внедрения составил в ценах до 1991г. - 99 687 руб., в 1993г. - 650 000 руб.. в 1994г. - 44 870 000

руб., в 1996г. - 12 260 000 руб.

Апробация работы. Основные результаты исследовании, выполненных по теме диссертации докладывались и обсуждались на следующих Нсесокшых конференциях: "Современное сое гаянко и перспоктнны развития устройств овода-вывода информации в СЛПР, ЛСУТП и ['ЛИ" (г.Орел, 1985г.): "Основные положения п особенности технологии проведения строительно-монтажных работ в условиях реконструкции промышленных зданий и сооружений" (г.Киев, 198t>r.); "Современное состояние и перспективы развития технологического, контрольно-измерительного и испытательного оборудования" (г.Воронеж, 1986г.); "Новые технологические процессы, обеспечивающие прогресс производства полупроводниковых приборов и интегральных схем v, повышение их надежности" (г.Черновцы, 1986г.); "Передовой.опыт автоматизации проектирования, диагностики и применения микропроцессорных систем" (г.Кировоград, 1987г.); "Интенсификация учебного процесса в высшей школе на базе микропроцессорных систем (г. Воронеж, 1987г.); "Пути повышения стабильности и надежности микроэлементов и микросхем" (г.Рязань, 1937г.); "Проблемы качества и надежности электронной техники, радиоэлектронной аппаратуры и средств управления" (г.Минск, 1988г.); "Математическое и машинное моделирование" (г.Воронеж, 1988г., 1991г.); "Моделирование систем автоматизированного проектирования, автоматизированных систем научных исследований и гибких автоматизированных производств" (г.Тамбов, 1989г.); Всероссийских конференциях: "Современные методы в теории краевых задач" (г.Воронеж, 1992г.); "Информационные технологии и системы" (г.Воронеж, 1992г., 1993г., 1994г.); "Повышение эффективности средств обработки информации на базе математического и машинного моделирования" (г.Тамбов, 1993г., 1995г.); "Применение компьютерных технологий и систем для решения современных научно-технических и экономических задач" (г. Черкассы, 1993г.): "Проблемы теплообмена в энергомашиностроении" (г.Воронеж, 1995г.); Российском молодежном научном симпозиуме "Молодежь и проблемы информационного и экологического мониторинга" (Поройся, 1996г.); Региональных, отраслевых и прочих конференциях: "Математика - народному хозяйству" (г.Воронеж, 1983г., 1905г.); конференции молоцых ученых МТИПП (г.Москва, 1986г.); совместном заседании Советского национального комитета і; Центрально-ПоволлскоіЧ территориальной группы по участі.» в деятельности Мг.ллунаролнои

ассоциации по математическому и машинному моделированию (г.Вороне», 1986г.); республиканской конференции молодых ученых и специалистов по ускорению создания и освоения новой техники (г.Тбилиси, 1987г.); научно-практической конференции ВВШ МВД России (г.Воронеж, 1995г.); научных конференциях профессорско-преподавательского состава и научных работников ВГТА 1984 - 1997 г.г.

Результаты работы предъявлялись на рассмотрение и обсуждение «аучно-гохшчесішм советам: Министерства электронной промышленности (г.Ивано-Франковск,- 1987г.); предприятий п/я Р-6644 (г.Воронеж, 1985г., 1987г., 1988г.), п/я Х-5446 (г.Воронеж, 1986г.), п/я Р-6825 (г.Минск, 1987г.), п/я А-1589 (г.Брянск, 1988г.).

Под руководством и с участием автора в качестве ответственного исполнителя выполнены две госбюджетные работы, семь хоздоговорных НИР, три договора о научно-техническом содружестве.

Публикации. По результатам проведенных исследований и практических разработок опубликовано 75 научных работ, в том числе 1 монография и 1 брошюра. Основное содержание работы изложена в 29 публикациях, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы из 177 наименований и 1 приложения. Основной текст изложен на 268 страницах. Работа содержит 8 таблиц, 30 рисунков. Объем приложения - 31 стр.