Многокомпонентная сетевая модель формирования алгоритмов распределенной обработки и управления в АСУ тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Джиоева, Наталья Николаевна

• Джиоева, Наталья Николаевна
• кандидат технических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат технических наук Джиоева, Наталья Николаевна

Введение

1. Автоматизация методологий моделирования управления производством и их математическая поддержка

1.1. Современные методологии: их математическая и вычислительная сложность

1.2. Системный анализ задач распределенной обработки и автоматизированного управления производством

1.3. Распределенное управление и состояние проблемы программирования АСУ

Выводы по разделу

2. Модельные компоненты детерминированного формирования алгоритмов распределенной обработки и управления

2.1. Модельные средства детерминированного формирования распределенных алгоритмов

2.2. Временной анализ и коррекция исполнения распределенных алгоритмов 77 Выводы по разделу

3. Модельные компоненты стохастической структуры алгоритмов распределенной обработки и управления

3.1. Стохастическое представление моделей формирования

3.2. Стохастическая модель определения нормативных времен распределенной обработки и управления в условиях неопределенности

3.3. Сетевые модели анализа и тестирования ПО алгоритмов распределенной обработки и управления 122 Выводы по разделу

4. Система программной поддержки многокомпонентной сетевой модели

4.1. Средства автоматизированного системотехнического проектирования распределенных УВС

4.2. Структура системы и средства информационной поддержки компонент 155 Выводы по разделу

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Многокомпонентная сетевая модель формирования алгоритмов распределенной обработки и управления в АСУ»

Актуальность работы. Современный подход к созданию распределенных программно-информационных технологий для производственных и организационно-технологических структур состоит в объединении в единую систему или сеть множества обрабатывающих средств (процессоров), средств управления, хранения и обработки информации (разноплатформенные СУБД, различные учетные системы), средств обмена и коммутации структуры.

На этапе системотехнического проектирования одной из важных задач является задача формирования алгоритмов распределенной обработки и управления. На заданной структуре аппаратно-программных средств необходимо осуществить выбор системных и прикладных программ, структур данных и способов взаимодействия этих компонентов, обеспечивающих заданный ресурсно-временной режим реализации информационно-алгоритмических задач в автоматизированных организационно-технологических системах.

В работе учтено, что в распределенных системах режим реального времени предполагает лимитирование времени ответа системы управления на запрос объекта. Ограничение на время * реакции связывается в этом случае с выполнением периодических действий. При этом, начиная с момента первоначального запроса все будущие моменты запроса периодической задачи можно определить заранее путем прибавления к моменту начального запроса величины, кратной известному периоду. Таким образом, при реализации периодичных задач формирование алгоритмов распределенной обработки и управления должно осуществляться с учетом ограничений, представленных в форме классов ресурсов, жесткого регламента задач и временных пределов реализации задач.

Модель системного уровня автоматизированного производства как единого целого должна представлять динамику взаимодействующих информационно-алгоритмических процессов управляющей вычислительной системы (УВС) и логико-время-количественных отношений в материальных потоках производства.

Естественной математической интерпретацией распределенных, асинхронных и мультипрограммных систем являются сетевые модели, которые позволяют отражать распределенность структуры, сетевой характер взаимосвязей между процессами и ресурсами, а также между аппаратными и программными компонентами УВС, технологических процессов и автоматизированного производства в целом. В связи: с этим для решения задач системного анализа и формирования алгоритмов распределенной обработки и управления целесообразно привлечь сетевой анализ, для реализации которого использовать многокомпонентную сетевую модель.

Общность методов построения управляющих моделей автоматизированного производства и моделей проектирования распределенных УВС, выражающаяся в использовании комплекса сетевых моделей, позволит в рамках многокомпонентной сетевой модели создать единые: средства автоматизированного формирования алгоритмов распределенной обработки и управления.

Целью настоящей работы является разработка, математическое обоснование и реализация многокомпонентной- сетевой модели формирования алгоритмов распределенной обработки информации и управления в автоматизированных организационно-технологических системах.

Реализация результатов работы. В рамках договора между КГАЦМиЗ и ОАО «Крастяжмашэнерго» при непосредственном участии автора разработан, передан и внедрен в составе комплексной АСУ основным производством интерактивный программный модуль ERP-системы «MBS-Axapta» диалогового формирования алгоритмов распределенной обработки и управления для участка автоматизированного производства корпусных деталей и для многопроцессорной системы автоматизированной диагностики и контроля электронных устройств.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Джиоева, Наталья Николаевна

Выводы по разделу, А.

1. Многокомпонентная сетевая модель формирования и анализа распределенных алгоритмов объединяет автоматизированные средства подготовки структур алгоритмов по их спецификациям, анализа информационной связи в параллельных и циклических структурах и оценки их эффективности аналитическими методами, что обеспечивает диагностику алгоритмов и анализ корректности распределенной обработки и управления.

2.~ Разработанный модельный компонент анализа ПО реализации алгоритмов распределенной обработки и управления учитывает различные моменты, зависящие от параметров компоновки ПО УВС конкретной производственной или технологической системы, включая приоритет процессов, характеристики УВС и т.д.

Заключение

Решение проблемы, поставленной в диссертации, базируется на следующих основных результатах, имеющих самостоятельное научное и практическое значение:

1. Разработана многокомпонентная сетевая модель с унифицированной GERT-подобной узловой логикой для формального представления и автоматизированного формирования алгоритмов распределенной обработки и управления.

2. Выполнен анализ задач модельного: исследования алгоритмов распределенной обработки и управления, задач их реализуемости и коррекции На базе детерминированных и стохастических компонент модели.

3. Модифицирована аналитико-оптимизационная процедура анализа и коррекции временных характеристик распределенного алгоритма, учитывающая мультипроцессорное распределение единичных задач, размеченных в соответствии с процедурой Хью для корневого дерева.

4. Выполнено формальное описание постановок оптимизационных задач формирования алгоритмов распределенной обработки и управления, в рамках которых: а) показана возможность использования метода критического пути для анализа процессорно-оптимальных управляющих вычислительных сред, реализующих алгоритмы распределенной обработки и управления за минимальное время; б) предложены три группы эвристических схем формирования алгоритмов распределенной обработки и управления, включающих периодичные задачи с независимым распределением частоты, и проведено их относительное сравнение; в) доказано существование допустимой реализации распределенного алгоритма, если сетевая модель формирования алгоритма ациклична и ее параметры удовлетворяют условиям GERT-подобной узловой логики.

5. Разработан способ представления программ, реализующих распределенные алгоритмы в виде сетей Петри, и предложен набор элементов модели, который позволяет описывать базовые абстракции и механизмы ПО алгоритмов распределенной обработки и управления.

6. Формальный аппарат многокомпонентной сетевой модели формирования алгоритмов распределенной обработки и управления реализован в виде интерактивной системы с использованием современных программно-информационных сред и подходов.

7. Выполнена разработка структуры системы программно-алгоритмической поддержки многокомпонентной модели с учетом собенностей компонент, включаемых в программную систему, и предло'жен метод реализации системы программно-алгоритмической поддержки путем интеграции в ERP-систему Microsoft Business Solutions - Axapta.

8. Проведен анализ реальных информационно-алгоритмических задач автоматизированного производства и процессов инженерного проектирования программно-информационных технологий АСУ, жизненного цикла и проблем проектирования управляющего программного обеспечения.

Результаты выполнения реальных проектов подтвердили эффективность и универсальность разработанной системы программно-алгоритмической поддержки многокомпонентной сетевой модели формирования алгоритмов распределенной обработки и управления в АСУ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Джиоева, Наталья Николаевна, 2004 год

1. Абдулаев, Д.А. Моделирование локальных вычислительных сетей с учетом вероятностно-временных характеристик/ Д.А. Абдулаев, У.Б. Амирсаидов// Автоматика и вычислительная техника. 1994. № 3. С. 151160.

2. Аврамчук, Е.Ф. Технология системного моделирования/ Е.Ф. Аврамчук, А.А. Вавилов, С.В. Емельянов и др.; Под общ. ред. С.В. Емельянова.- М.: Машиностроение; Берлин: Техник, 1988.- 520 с.

3. Алимханов, A.M. Обзор современных методологий автоматизированного управления производством/ A.M. Алимханов, Н.Н. Джиоева, С.В. Савин// Вестник НИИ СУВПТ.- Вып. 12.- Красноярск: НИИ СУВПТ, 2003. С. 111-120.

4. Антамошкин, А.Н. Оптимизация функционалов с булевыми переменными/ А.Н.Антамошкин. Томск: Изд-во Том. ун-та, 1987. 104 с.

5. Антамошкин, А.Н. Регулярная оптимизация псевдобулевых функций/ А.Н. Антамошкин// Красноярск: Изд-во КГУ, 1989. 160 с.

6. Боэм Б., Браун Дж., Каспар X., Липов М., Мак-Леод Г., Мерит М. Характеристики качества программного обеспечения.// М.: Мир, 1981, 208с.

7. Боэм Б.У. Инженерное проектирование программного обеспечения: Пер. с англ.- М.: Радио и связь. 1985.- 512 с.

8. Вальков В.М., Никаноров Р.А. Вопросы стандартизации математического обеспечения АСУ ТП//Электронная промышленность.-1985.- Вып. 12.- С. 27-29.

9. Веревкин, С.В. Разработка алгоритмов технологической координации сталеплавильного цеха/ http://www/synerg.nkz.ru/pub/articles/75.htm

10. Внедрение и управление проектами, www.pmforum.org, и choice.da.ru.

11. Воеводин В.В. Математические модели и методы в параллельных процессах.- М.: Наука, 1986,328 с.

12. Волик Б.Г. и др. Методы анализа и синтеза структур управляющих систем/// Под ред. Б.Г.Волика.- М.: Энергоатомиздат, 1988.- 296 с.

13. Гласс Р. Руководство по надежному программированию.- М.: Финансы и статистика, 1982.

14. Губанов, В.А. Введение в системный анализ/ В.А. Губанов// Под ред. JI. А. Петросяна.- Л.: ЛГУ, 1988,232 с.

15. Гудман, С. Введение в разработку и анализ алгоритмов/ С. Гудман, С. Хидетниеми // Пер. с англ. М.: Мир, 1981. 366 с.

16. Джиоева, Н.Н. Высокоуровневые методы информатики и программирования: Учеб. пособие/ Н.Н. Джиоева. Красноярск: ГАЦМиЗ, 2002. 94 с.

17. Джиоева, Н.Н. Стохастическое представление моделей реализуемости алгоритмов обработки и управления/ Н.Н. Джиоева, Е.Н. Антамошкина//

18. Вестник НИИ СУВПТ.- Вып. 12.- Красноярск: НИИ СУВПТ, 2003. С. 216-222.

19. Джиоева, Н:Н. Периодичные задачи при формировании алгоритмов распределенной; обработки; и; управления/ Н.Н; Джиоева; Вестник НИИ СУВПТ.- Вып. 13.- Красноярск: НИИ СУВПТ, 2003: С. 143-147.

20. Дилон Б., Сингх И; Инженерные методы обеспечения надежности систем.- М.: Мир, 1984.- 318 с.

21. Евстигнеев, В.А. Применение теории графов в программировании/ В.А. Евстигнеев/ Под ред. А.П. Ершова. М.: Наука. 1985.- 352 с.

22. Задорожный В., Малиновская И. Надежная система из ненадежных элементов. «Открытые системы». 2000, № 12.

23. Зиндер, Е.З. Проектирование баз данных: новые требования, новые подходы. СУБД, № 3,1996.- С. 10-22.

24. Зыков А.С. Роль информационных технологий на предприятии/ А.С'. Зыков// Современные проблемы информатизации в технике и технологиях: Сб. трудов. Вып. 9/ Под ред. д.т.н., проф. О.Я. Кравца -Воронеж: Изд-во «Научная книга», 2004.- С. 228-229.

25. Калянов, Г.Н. CASE-технологии: консалтинг в автоматизации бизнес-процессов/Г.Н. Калянов// М.: Горячая линия-Телеком, 2000.

26. Калянов Г.Н. Современные CASE-технологии/Т.Н. Калянов// М.: ИПУ, 2000.

27. Козленко, JI. Проектирование информационных систем/ JI. Козленко// М.: КомпьютерПресс, № 9-11, 2001.

28. Ковалев, И.В. Моделирование и оптимизация параллельных процессов в информационно-управляющих системах/ И.В. Ковалев, Р.Ю. Царев. Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2003. 111 с.

29. Ковалев, И.В. Автоматизация создания программных средств систем управления/ И.В. Ковалев// В кн.: Микроэлектронные устройства: проектирование и технология.- Красноярск. КПИ, 1990, С.79-85.

30. Ковалев, И.В. Управление развитием: кластерной инфраструктуры корпорации/ И.В. Ковалев, Н.Н. Джиоева, С.В. Савин// Информатика и проблемы телекоммуникаций: Сб. научн. трудов по материалам международной НТК, Новосибирск: СибГУТИ, Том 2, 2003.- С. 23-27.

31. Ковалев И.В., Юнусов Р.В. Оценка надежности аппаратно-программного информационно-управляющего комплекса. САКС-2002: Тез. докл. Междунар. науч.-практ. конф. (6-7 дек. 2002, г. Красноярск)/ СибГАУ. Красноярск, 2002. С. 352-353.

32. Колесников, С. Из истории автоматизации методологий управления предприятием/ С. Колесников// Открытые системы, № 4, 1999. С. 44-56. http://www.osp.ru/os/1999/04/09.htm

33. Коржов В. Адекватные системы. «Открытые системы». 2001, № 12.

34. Корячко, В.П. Численный метод нахождения закона распределения выходной величины GERT-сети/ В.П. Корячко, А.П. Шибанов// Информационные технологии, № 7, 2001. С. 16-21.

35. Лебедев, В. А. Параллельные процессы обработки информации в управляющих системах/ В.А. Лебедев, Н.Н; Трохов, Р.Ю. Царев// Красноярск, НИИ СУВПТ, 2001 г. 142 с.

36. Липаев, В.В. Проектирование математического обеспечения АСУ/ В.В. Липаев// М.: Советское радио, 1977, 400 с.

37. Липаев, В.В. Технология проектирования комплексов программ АСУ/ В.В. Липаев, Л.А. Серебровский// М.: Радио и связь, 1983, 264 с.

38. Максимей, И.В. Имитационное моделирование на ЭВМ/ И.В. Максимей.- М.: Радио и связь, 1988.- 232 с.

39. Мамиконов, А.Г. Проектирование АСУ/А.Г. Мамиконов// М.: Высш. шк., 1987,304 с.

40. Олифер, В.Г. Сетевые операционные системы/ В.Г. Олифер, Н.А. Олифер// СПб.: Питер, 2001.- 544 с.

41. Орлов, С.А. Технологии разработки программного обеспечения/ С.А. Орлов// СПб.: Питер, 2002.

42. Основы автоматизации машиностроительного производства/ Е.Р. Ковальчук, М.Г. Косов, В.Г. Митрофанов и др.;Под ред. Ю.М. Соломенцева.- М.: Высш. шк., 1999.

43. Петров В.Н. Информационные системы/ В.Н. Петров// СПб.: Питер, 2003.- 688 с.

44. Раинкшкс К., Ушаков И.А. Оценка надежности систем с использованием графов.// М.: Радио и связь. 1988.

45. Руководство по методологии ABC. М.: Метатехнология, 1997.

46. Сапегин, А. Информационные технологии и средства анализа и проектирования корпоративных информационных систем/ А. Сапегин// 1999. http://www.citforum.ru/seminars/cis99/sap.shtml

47. Системный анализ: Проектирование, оптимизация и приложения. В 2 т., под общ. Ред. Антамошкина А.Н.// Красноярск, САА, 1996, 206 с.

48. Слепцов А.И. Автоматизация проектирования управляющих систем/ А.И. Слепцов, А.А. Юрасов.- Киев: Техника, 1986.

49. Соммервилл И. Инженерия программного обеспечения.- М.: «Вильяме», 2002, 624 с.

50. Тихонов А.Н., Цветков В.Я. Методы и системы поддержки принятия решений. М.: МАКС Пресс, 2001.

51. Толковый словарь по вычислительным системам/ Под ред. В. Иллигуорта и др.: Пер с англ.- М.: Машиностроение, 1991.- 560 с.

52. Фокс, Дж. Программное обеспечение и его разработка: Пер. с англ./ Под ред. Д.Б.Подшивалова.- М.: Мир, 1985,268 с.

53. Феллер, В. Введение в теорию вероятностей и ее приложения/ В. Феллер: Пер. с англ. В 2-х томах. Т. 2. М.: Мир. 1984- 738 с.

54. Филлипс, Д. Методы анализа сетей/ Д. Филлипс, А. Гарсиа-Диас// М.: Мир, 1984.-496 с.

55. Хетагуров Я.А., Древе Ю.Г. Проектирование информационно-вычислительных комплексов.- М.: Высш. шк., 1987,280 с.

56. Хорошевский В.Г. Инженерный анализ функционирования вычислительных машин и систем.- М.: Радио и связь, 1987, 256 с.

57. Чжу У.У., Лян Ц.К. Копирование и размещение программных модулей в системе распределенной обработки в реальном времени// ТИИЭР, 1987, Т. 75, N 5, С. 23-44.

58. Шибанов, А.П. Нахождение закона распределения выходной величины GERT-сети большой размерности/ А.П. Шибанов// Информационные технологии , № 1, 2002. С. 42-45.

59. Юдин Д.Б., Горяшко А.П., Немировский А.С. Математические методы оптимизации устройств и алгоритмов АСУ. М.: Радио и связь, 1982, 288 с.

60. Юнусов Р.В. Анализ надежности аппаратно-программного информационно-управляющего комплекса// Вестник НИИ СУВПТ: Сб. научн. трудов/ Под общей ред. профессора Н.В. Василенко; Красноярск: НИИ СУВПТ.- 2003. Выпуск 11.- С. 103-106.

61. Яппаров, Т.Г. Комплексные автоматизированные системы управления предприятием/ Т.Г. Яппаров// Средства и системы компьютерной автоматизации сервер АСУТП.ги: http://www/asutp.ru/?p=600330.

62. A solution with comfort and all the option. Manufacturing management, June 1996.

63. Boehm, B.W. Software Risk Management / IEEE СS Press Tutorial, 1989.

64. Gonzales, J.M: Deterministic Processor Scheduling / J.M. Gonzales// Computing Surveys. Vol. 9. No. 3. 1977.

65. Customer Synchronized Resource Planning: Become indispensable, Catherine de Rosa, APICS.

66. CSRP. www.symix.com. Русский перевод по адресу: [e-mail].75. ISO 9000. www.osp.ru/ap/

67. Kovalev, I. Software engineering of spacecraft control technological cycles / In: "Modelling, Measurement and Control, B". Vol.56, №3. -AMSE PRESS, 1994.-P. 45-49.

68. Kovalev, I. Optimization Reliability Model for Telecommunications Software Systems /1. Kovalev , A. Privalov, Ju. Shipovalov. In: Modelling, Measurement and Control. - AMSE Periodicals, Vol.4-5, 2000 - P. 47-52.

69. MRP-ERP. plant.da.ru (http://www.geocities.com/WallStreet/2907/), erp.da.ru.

70. Neumann, K. Stochastic Project Network/ K. Neumann// Lecture Notes in Economics and Mathematical Systems, No. 34, Springer Verlag, 1990.

71. Neumann, K. An Optimality Equation for Stochastic Decision Networks/ K. Neumann//Wiss. Zeitschrift Techn. Hochschule Leipzig, No. 8, 1984. Pp. 7987.

72. Oracle University. "Enterprise DBA Part 1: Performance and Tuning", volume 1: Students Guide, Production 1.0.

73. Oracle University. "Enterprise DBA Part 2: Performance and Tuning", volume 2: Students Guide, Production 1.0.

74. Oracle Education. "Введение в Oracle: SQL и PL/SQL", Том 1: Руководство слушателя, Издание 1.1.

75. Oracle Education. "Введение в Oracle: SQL и PL/SQL", Том 2: Руководство слушателя, Издание 1.1.

76. Pritsker, А.А. GERT: Graphical Evaluation and Review Technique. Part. 1, Fundamentals/ A.A. Pritsker, W.W. Happ// The Journal of Industrial Engineering (May 1966).86; Supply Chain, www-rcf.usc.edu/~xin/supplychainbookmarks.htm

77. Shrivastava K.S. (editor). Reliable Computing Systems: Collected Papers of the Newcastle Reliability Project. Springer, Wien, New York, 1985.

78. Qatranti, T. Visual Modeling with Rational Rose and UML. Addison-Wesley, 1998.