Введение к работе
Актуальность проблемы. Непрерывно возрастающие требования к надежности, гибкости, точности, эффективности и, во взаимосвязи, к многовариантности алгоритмического (вплоть до программных пакетов) обеспечения информационных и информационно-материальных технологий неизбежно приводят к комплексному освоению, развитию и использованию достижений б райках научно-прикладного направления "Варшнтника", представляющего теорию и практику многовариант-иых структур, средств, систем (МВС) и в общем многовариантных формирований (МВФ) различного содержания и назначения. Продолжая предшествующие разработки названного направления, по плану нашей диссертации выделен круг вопросов алгоритмизации (от передаточных функций до детальных вычислительных схем) подсистем измерения, оценивания и регулирования, в которых есть или должно быть многсвариантное усреднение числовых данных (МвУД) в одномерных (скалярных) и многомерных (векторных) динамических рядах первичных и расчетных данных. Примечателен тот факт, что начальные формы многовариантного усреднения числовых данных традиционно используются в учебной, исследовательской, производственной, учетной, финансовой деятельности.
Усреднение данных в дальнейшем трактуется и прорабатывается на большом разнообразии видов средних, включая скользящее арифметическое среднее (сас), экспоненциальное (зс) и релейно-экспоиенциальное (рэс) средние, сглаженные величины вообще, медианные и типопред-ставительные средние. Кроме того, разнообразие видов средних сочетается с вариантным разнообразием по реализациям рядов данных, объемам выборок, периодичности отсчетов, способам усредняющих преобразований. В общем получается довольно обширное и конструктивное МвУД-разнообразие соответственно фактическому разнообразию реальных и близких к ним модельных объектов, учебных и инженерных задач обработки данных, ориентируясь на: I) по возможности наиболее полное извлечение полезной информации из сложных рядов данных; 2) обязательную проверку воспроизводимости полу-
чаемых оценок; 3) структурный анализ нестационарных процессов и динамическое оценивание их скользящих статистических характеристик; 4) многоцелевые системы учебного, исследовательского, производственного, предпринимательского назначения.
Настоящая работа выполнена согласно тематике Госкомвуза России "Региональная программа Кузбасс" по разделам "Моделирующие и прогнозирующие системы с многовариантной структурой" и "Многовариантное восстановительно-прогнозирующее управление в производственных и обучающих система*", а также в плане развития общего научно-прикладного направления "Вариантника".
Развернутая цель диссертационной работы: I). Конкретизация базовых многовариантных структур применительно к учебным (ориентированным на обучающие системы) и инженерным (ориентированным на производственные системы) задачам усреднения рядов данных с вариантностью по их реализациям, объему, отсчетам и преобразованиям. 2). Формирование вариантных и объединенных многовариантных передаточных функций с усредняющими (сглаживающими) и другими типовыми звеньями как таковых и как операторов восстановительно-прогнозирующего регулирования. 3). Типовые сглаживающие фильтры в аспекте многовариантного усреднения данных, динамическое оценивание статистических и структурных характеристик нестационарных рядов данных на базе многовариангных сглаживающих фильтров. 4). Применение коіжретньїх методик и алгоритмов с мно-говариангным усреднением данных в обучающих и анализирующих системах с опорой на действующие автоматизированные технологические комплексы металлургического производства.
Основы выполнения работы. Направляющая роль отведена концепции системной многовариантности в связи с учебной и инженерной деятельностью по алгоритмизации различных процессов. Использованы теоретические и практические достижения вариантники, аппарат непрерывных и дискретных передаточных функций, компьютерное моделирование, корреляционный и дисперсионный анализ, типовые усредняющие (сглаживающие) математические операторы, общие представления теории активных организационных систем.
Научная новизна. На основе базовых многоварнантных структур и вариантообъедиияющсго организационного механизма разработана многовариантная задачно-обучающая система с разнообразным динамическим представлением изучаемой и обучаемой заданных систем. Сформированы усовершенствованные базовые и конкретизированные многовариантные структуры на примере усреднения рядов данных, а также передаточные функции с типовыми звеньями в общем и в составе восстановительно-прогнозирующего регулирования объектов с запаздыванием. На базе многовариантного сглаживающего фильтра синтезирована гибкая алгоритмическая структура для многовариантного нелинейного анализа нестационарных рядов данных с динамическим оцениванием их скользящих статистических и структурных характеристик. Описана динамика линейных и нелинейных связей с многовариантной обработкой типопредставительных участков рядов натурных данных о функционировании металлургических объектов.
Практическая ценность и реализация результатов. Большая часть сделанных разработок имеет выход на инженерную деятельность по совершенствованию (расширению) функциональных возможностей методов усреднения рядов данных в автоматизированных системах учебно-исследовательского и производственно-исследовательского назначения. Для производственного использования разработаны алгоритмические структуры, программные модули и методическое обеспечение по статистическому и структурному анализу временных рядов данных. Особо выделим конкретный вклад в учебный процесс с широким применением методов, алгоритмов многовариантного усреднения данных как такового и как составной части оценивания, идентификации, регулирования нестационарных процессов. Начата реализация крупной научно-прикладной программы "Многовариантный нелинейный анализ данных (МвНАД)" в приложении к производственным объектам, товарным и финансовым рынкам.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались и получили одобрение на 3 представительных конференциях, включая: Третью Международную конференцию "Измерения, контроль и автоматизация производственных процессов" (г. Барнаул, 1994); Международную научно-техническую конференцию "Структур-
«
ная перестройка металлургии: экономика, экология, управление, технология" (г. Новокузнецк, 1996).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 статьи и 3 тезисов докладов, выпущено 5 методических пособий.
Объем рукописи. Диссертация состоит из введения (общего представления работы), трех глав, заключения, списка литературы и содержит 190 страниц основного машинописного текста.
Предмет защиты с личным вкладом автора: 1). Дополненные вари-ангообъединлющим механизмом (ВОМ) базовые многовариантные структуры и их конкретизированные версии на примере различного усреднения рядов данных. 2). Многовариантная задачно-обучающая система с опорой на многовариантные структуры (в том числе, для усреднения данных, динамического оценизания статистических и структурных характеристик, регулирования процессов) и на стимулируемое взаимодействие человеко-машинных изучаемой и обучаемой задачных систем. 3). Многовариантные передаточные функции с типовыми звеньями в привязке к усредняющим преобразованиям и такого рода элементам восстановительно-прогнозирующего регулирования объектов с запаздыванием. 4). Алгоритмическое обеспечение динамического оценивания скользящих статистических характеристик, структурного анализа сигналов, отслеживания линейных и нелинейных связей с конкретными результатами использования всего вышеназванного в обучающих, и анализирующих системах применительно к технологическим объектам металлургического производства.
