Введение к работе
Актуальность темы.Эффективность управления производственными процессами во многом зависит от управляющей аппаратуры. Электронизация производственных систем постоянно ставит перед разработчиками проблему созДания эффективных систем управления. Формализация закона управления на основе логики приводит к системам логического управления (СЛУ), формальной моделью которых является конечный автомат. Использование в качестве теоретической базы математической логики и теории автоматов позволяет формализовать понятие качества системы управления и на этой основе ставить и решать задачи оптимального проектирования СЛУ.
Среди двух известных архитектурных подходов к реализации СЛУ: ил жесткой логике и программным образом, безусловное предпочтение отдается программной реализации ввиду гибкости и удобства ,при перепрограммировании СЛУ, требуемом в процессе эксплуатации СЛУ, особенно это справедливо для гибких производственных систем.
Однако традиционная архитектура программной реализации, используемая в 70 - 80-е гг., требует чрезвычайно высоких объемов памяти, что приводило к дорогой реализации СЛУ на базе микрокомпьютера. Положение усугубляется тем, что для современных СЛУ характерны расширение функций и явное введение параллелизма, усложнение их функционирования, влекущее за собой повышение размерности моделей управления.
Особенно сильно, вл многих случаях на порядки, повышается размерность модели управления - управляющего автомата - при использовании в сквозных системах проектирования языков описания функционирования СЛУ. Тогда модель управления генерируется автоматически из пользовательского описания и имеет чрезвычайно высокую размерность.
Таким образом, несомненно актуальной является задача декомпозиции модели управления при программной реализации ее в СЛУ.
В диссертационной работе поставлена цель:
разработать математическое и программное обеспечение оптимальной декомпозиции программно-реализованных СЛУ.
Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:
развить архитектуру программной реализации СЛУ, ориентированную на сквозное проектирование СЛУ с явным параллелизмом и обеспечивающую
- I -
компактное представление управляющего автомата в виде управляющей диаграммы;
разработать методы оптимального распределения информации об управляющей диаграмме в памяти программно-реализованной СЛУ и выполняющие тем самым оптимальную декомпозицию управляющего автомата;
разработать программные средства оптимальной декомпозиции СЛУ. Методика исследований основана на использовании теории графов, теории конечных автоматов и теории характеризационного анализа как методологического фундамента для разработки эффективных комбинаторных алгоритмов.
Работа выполнялась в рамках темы 12.9.1.1.15 "Создание элементов автоматизированного проектирования горнодобывающими предприятиями" программы РАН исследований в области естественных наук до 2000 г., раздела 6 "Разработка теоретических основ проектирования и создания автоматизированных и роботизированных технологий добычи и переработки твердых полезных ископаемых" программы Комитета по высшему образованию РФ "Экологически чистое горное производство", госбюджетной темы "Разработка концепций и принципов математического и программного обеспечения САПР и управления в горном деле на основе искусственного интеллекта" и двух хоздоговорных тем.
Научная новизна работы заключается в:
развитии архитектуры программной реализации СЛУ, основанной на
представлении модели управления в виде управляющей диаграммы; формализации задачи оптимальной декомпозиции СЛУ на основе
введенного свойства распределимости двудольных графов как задачи
нахождения оптимального распределения графа; характеризации свойства распределимости и разработке на ее основе
метода нахождения оптимального распределения;
разработке метода нахождения максимального распределения и локально оптимального быстродействующего метода нахождения полного распределения.
Практическая ценность работы состоит в разработке методики сквозного проектирования программной реализации СЛУ на основе предложенной архитектуры и создании программных средств оптимального распределения информации об управляющей диаграмме, обеспечивающих оптимальную декомпозицию СЛУ.
Результаты работы внедрены в практику автоматизированного проектирования программно-реализованных контроллеров систем управления ячейками гибких производственных систем в ВНПО "Альтаир". Внедрение позволило сократить время проектирования контроллеров в среднем с 3 месяцев до 2 недель, сократить на 15% их стоимость и на 20% размеры, что весьма важно в ряде случаев для обеспечения заданных технических требований.
Внедрение подтверждено соответствующим актом.
Апробация работы. Результаты работы доложены и обсуждены на Всемирном конгрессе 1TS-93 "Информационные коммуникации, сети, системы и технологии" (Москва - 1993), XII, ХШ Всесоюзных симпозиумах "Логическое управление с использованием ЭВМ" (1989 - Симферополь, 1990 -Симеиз), 2-й международной конференции по безопасности атомных электрических станций и подготовке персонала" (Обнинск - 1991), семинаре "Отказоустойчивость и живучесть аппаратуры и программного обеспечения вычислительных машин, систем и сетей в процессе их разработки и эксплуатации" (Ленинград - 1991).
Публикации. Основные'положения диссертации опубликованы в 5 печатных работах.
Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложения. Работа изложена на 123 листах машинописного текста, включает 19 рисунков, 6 таблиц и список использованной литературы из 89 наименований.
