Содержание к диссертации
Введение
1. Анализ технологических процессов диспетчерского управления и обработки информации в диспетчерских пунктах АСУТП 4
1.1. Анализ нефтегазового комплекса Республики Ирак 4
1.2. Анализ газового промысла как объекта управления 17
1.3. Анализ проблем и задач интеграции АСУ ТП и построения ИИУС газовых промыслов 31
1.4. Организация данных в АСУТП добычей газа 40
2. Разработка математических моделей и методов синтеза структуры ИИУС 49
2.1. Анализ информационных потоков ДП АСУТП 49
2.2. Анализ методов объектной декомпозиции предметной области 55
2.3. Параметрическая и структурная оптимизация ИИУС 62
2.4. Объектно-ориентированный подход к проектированию базы данных АСУТП 72
3. Синтез и оптимизация структуры сети передачи данных в распределнных системах диспетчерского управления разработка моделей и методов синтеза структуры ИИУС 84
3.1. Исходные данные, постановка и схема решения задачи 84
3.2. Оценка интенсивности потоков данных распределенной АСУТП 87
3.3. Генерация начальной структуры сети передачи данных 91
3.4. Оптимизация структуры сети передачи данных 94
4. Реализация и экспериментальное исследование методов автоматизации проектирования и управления информационными потоками ДП АСУТП 100
4.1. Описание методов автоматизации проектирования 100
4.2. Система сбора, передачи и обработки информации кустов газовых скважин 104
4.2.1. Вариант автоматизации КГС на базе контроллеров с малым энергопотреблением и многопараметрических датчиков 109
4.2.2. Вариант автоматизации КГС на базе контроллеров с малым энергопотреблением и вычислителей расхода 111
4.3. Описание типа автоматизируемого предприятия 113
4.4. Методика синтеза структуры БД ДП АСУТП 116
4.4.1. Цели и автоматизированные функции 122
4.4.2. Характеристика функциональной структуры. Подсистемы АС, функции и задачи, реализуемые в каждой подсистеме 123
4.5. Методика объектно-ориентированного описания информационных связей 129
Выводы 132
Заключение 133
Список литературы 136
Приложение!. Документы о внедрении 144
- Анализ нефтегазового комплекса Республики Ирак
- Анализ информационных потоков ДП АСУТП
- Исходные данные, постановка и схема решения задачи
- Описание методов автоматизации проектирования
Введение к работе
ИРАК - Республика Ирак (Джумхурия аль-Иракия), государство в Юго-Западной Азии. 444 тыс. км2, население 19,4 млн. ч. (1993); главным образом иракцы (арабы Ирака) (75% населения), курды (20%) и др. Городское население 70,4% (1991). Государственный язык - арабский. Преобладающая религия - ислам: 94% верующих - мусульмане, остальное население исповедует различные толки христианской религии (несториане, халдеи, григориане). Административно-территориальное деление: 18 мухафаз (губернаторств). Столица - Багдад. Высший орган государственной власти - Президент, Республики, который был избран народом в 2005 году и Председатель Совета министров
Омывается Персидским заливом. Большая часть Ирака - Месопотамская низменность, на севере и северо-востоке - хребты Армянского и Иранского нагорий (высота до 3598 м).
Курдистан богат природой, и это достояние нашего народа. Правительство действует, чтобы организовать жизнь граждан на современном уровне, и граждане имеют и права, и обязанности. Мы многому научились за последние пятнадцать лет. Но нам еще многое предстоит узнать. Это, правда, что многие двери открыты для нас, но есть и двери, которые не откроют, пока мы туда не постучим. Мы ценим наши людские ресурсы, и мы должны работать, чтобы извлечь из этого пользу.
Министерство нефтяной промышленности Ирака прогнозирует, что к 2010 г. добыча попутного газа в стране увеличится до 141 млн куб.м/сут (51.5 млрд куб.м в год) по сравнению с современной добычей 11.9 млн куб.м/сут. Планируется освоение трех газовых месторождений, добыча на которых достигнет 39.6 млн куб.м/сут (14.4 млрд куб.м в год). Суммарная добыча газа в стране к 2010 г. должна вырасти до 181.6 млн куб.м/сут (65.9 млрд куб.м в год). Министерство собирается пригласить иностранные компании для участия в проектах.
Запасы газа в Ираке составляют 3,2 трлн. мЗ или 2% мировых. Газовые месторождения в стране никогда не разрабатывались, добывается только попутный газ. Поэтому вслед за добычей нефти добыча газа достигла рекордно высокого уровня - 20 млрд мЗ - в 1979 году, сократилась в 1981-м до 5 млрд мЗ и вновь возросла в 1988 году - до 14 млрд мЗ. Перед войной с Кувейтом добыча газа составляла около 15 млрд мЗ в год. В 2000 году в стране добыто чуть более 12 млрд мЗ. Из общей добычи газа утилизируется не более 65-66%. Остальной газ, что составляет 4-5 млрд мЗ в год, сжигается в факелах.
Анализ нефтегазового комплекса Республики Ирак
ИРАК - Республика Ирак (Джумхурия аль-Иракия), государство в Юго-Западной Азии. 444 тыс. км2, население 19,4 млн. ч. (1993); главным образом иракцы (арабы Ирака) (75% населения), курды (20%) и др. Городское население 70,4% (1991). Государственный язык - арабский. Преобладающая религия - ислам: 94% верующих - мусульмане, остальное население исповедует различные толки христианской религии (несториане, халдеи, григориане). Административно-территориальное деление: 18 мухафаз (губернаторств). Столица - Багдад. Высший орган государственной власти - Президент, Республики, который был избран народом в 2005 году и Председатель Совета министров
Омывается Персидским заливом. Большая часть Ирака - Месопотамская низменность, на севере и северо-востоке - хребты Армянского и Иранского нагорий (высота до 3598 м).
Курдистан богат природой, и это достояние нашего народа. Правительство действует, чтобы организовать жизнь граждан на современном уровне, и граждане имеют и права, и обязанности. Мы многому научились за последние пятнадцать лет. Но нам еще многое предстоит узнать. Это, правда, что многие двери открыты для нас, но есть и двери, которые не откроют, пока мы туда не постучим. Мы ценим наши людские ресурсы, и мы должны работать, чтобы извлечь из этого пользу.
Министерство нефтяной промышленности Ирака прогнозирует, что к 2010 г. добыча попутного газа в стране увеличится до 141 млн куб.м/сут (51.5 млрд куб.м в год) по сравнению с современной добычей 11.9 млн куб.м/сут. Планируется освоение трех газовых месторождений, добыча на которых достигнет 39.6 млн куб.м/сут (14.4 млрд куб.м в год). Суммарная добыча газа в стране к 2010 г. должна вырасти до 181.6 млн куб.м/сут (65.9 млрд куб.м в год). Министерство собирается пригласить иностранные компании для участия в проектах.
Ирак обладает восемью нефтеперерабатывающими заводами общей производительностью около 17 млн тонн в год. Наиболее крупные НПЗ расположены в гг. Бейджи (7,5 млн тонн), Даура (5 млн тонн) и Басра (3,5 млн тонн). В городах Киркук и Бейджи имеются два предприятия по переработке попутного газа, где из него выделяются бутан и пропан, а также стабильный газовый бензин. Сухой газ, остающийся после переработки, используется главным образом в качестве топлива на промышленных предприятиях и электростанциях, а также как сырье для производства удобрений и продуктов нефтехимии. До войны, получаемые сжиженные нефтяные газы потреблялись преимущественно внутри страны и частично экспортировались грузовым автомобильным транспортом через территорию Турции. К 1990 году проблема вывоза нефти на мировой рынок в Ираке была практически решена. Пять магистральных нефтепроводов общей протяженностью около 6 тыс. км могли транспортировать более 250 млн тонн в год. В настоящее время транспортные мощности едва достигают четверти этого уровня. Как полагают эксперты, после отмены санкций экспортные возможности Ирака в течение нескольких лет будут оставаться ниже довоенных. Необходимо время для проведения профилактических работ на всех нефтепроводах, прежде чем, станет возможна их эксплуатация. В значительном ремонте нуждается система стратегических нефтепроводов, соединяющих г. Хадита на севере с месторождением Румайла на юге, по которым может перемещаться нефть в количестве 50 млн тонн в год от северных месторождений на юг и 45 млн тонн от южных месторождений на север. Использование нефтепровода, пролегающего от южных месторождений Ирака через территорию Саудовской Аравии до порта Янбо на Красном море (пропускная способность 80 млн тонн в год), требует согласия Рияда, что пока не обнадеживает. Два нефтепровода, проходящих через территорию Сирии и Ливана, не работают с апреля 1982 года. Наиболее вероятный путь для экспорта иракской нефти в количестве 60 млн тонн в год - это нефтепровод через Турцию до порта Дертойл на Средиземном море. Кроме того, в таком же объеме, 60 млн тонн в год, Ирак может осуществлять экспорт нефти через Персидский залив, где располагает тремя портами - Фао, Хор-эль-Амая и Мина-эль-Бакр. Последний уже сейчас готов для отгрузки нефти. Нефтегазопоисковые работы в Ираке осуществляются с 1919 года. В 1923 году обнаружено первое нефтяное месторождение Нафт-Хане. Наиболее активно работы начали проводиться с 1927 года после открытия супергигантского месторождения Киркук. До начала 1940-х годов поисково-разведочные работы (ПРР) были сосредоточены в северных и центральных районах страны, а с 1947 стали проводиться также и в южной части Ирака. В последнее пятилетие перед "войной в пустыне" поисково-разведочными работами было охвачено более 80% территории страны. Наибольший объем работ был выполнен на северо-западе Ирака в грабене Евфрат-Ана, структурном продолжении Евфратского грабена в Сирии, а также в центральных районах страны, где обнаружено несколько месторождений. На юге поиски углеводородов были направлены, главным образом, на выявление продуктивных глубокозалегающих горизонтов в пределах уже известных месторождений. Всего к началу 1990-х годов объем выполненного поисково-разведочного бурения составил почти 500 тыс. метров. Средняя глубина скважин на севере страны - 1200-1500 метров, в центральных районах - 2500-3000 метров, на юге - 3500-4000 метров. Промыслово-геофизические исследования на севере Ирака проводились, начиная с 1952 года, фирмой Schlumberger. На юге каротажные работы выполнялись в основном компанией ERAP. Как правило, наиболее полный объем промыслово-геофизических исследований имеется по продуктивным отложениям (свиты Мишриф, Нахр Умр, Зубейр). Качество материалов хорошее. Из региональных геофизических исследований проводились все виды работ: гравиметрические, магнитные, сейсмические. Для всей территории страны составлены сводные карты гравитационных и магнитных аномалий масштаба 1:500 000. Сейсмические исследования на территории Ирака с 1949 по 1961 год проводили фирмы "Роберт Г.Рей Джиофизикл Компани" (США), "Сейсмогриф Сервис Лимитед" (Великобритания) и В/О "Техноэкспорт" (СССР). В более поздние годы, с 1968 до конца 1970-х годов, исследования выполнялись французской фирмой CGG с участием советских специалистов. При этом стали применяться более совершенные методики - общей глубинной точки (ОГТ), а при интерпретации использовались аналоговая и цифровая вычислительная техника. Применение этого комплекса исследований значительно повысило качество сейсмического материала, увеличило глубину исследований и точность структурных построений. В целом общим недостатком сейсморазведочных работ является слабая изученность скоростной характеристики разреза. Сведения об объемах выполненных геофизических работ никогда не публиковались.
Анализ информационных потоков ДП АСУТП
АСУТП по определению включает в контур управления человека -диспетчера, оператора технологического процесса. На его автоматизированное рабочее место (АРМ) поступают данные о протекании процесса, и он на основании этих данных, а также большого объема нормативно-справочной информации и директив, управляет процессом, достигая производственных целей.
Однако в современных АСУТП нельзя сказать, что измеренные значения параметров технологического процесса непосредственно отображаются на автоматизированном рабочем месте (АРМ) диспетчера. Оператор взаимодействует с визуальным интерфейсом диспетчерского пункта АСУТП. Другой, "программный" интерфейс этого комплекса служит для обмена данными с сетью контроллеров систем телемеханики и САУ, другими информационными системами. Программный комплекс ДП "внутри себя" поддерживает совокупность областей хранения данных - полученных от низовых систем значений параметров техпроцесса, производных от них и агрегированных величин, которые, в сочетании с нормативно-справочной информацией, и отображаются на АРМ. Таким образом, будем рассматривать базу данных ДП АСУТП как информационное хранилище, взаимодействующее по некоторым интерфейсам обмена данными с человеком и другими программными системами, при этом каждый из субъектов обмена играет роль "потребителя" или "поставщика" информации, или выступает и тем и другим. Далее мы опишем показанные информационные обмены с каждым из типов контрагентов.
Взаимодействие с установленными средствами телемеханики и автоматики (ПЛК с подключенными датчиками, различными интеллектуальными вычислителями, системами автоматического управления (САУ)) является одной из основных задач ДП АСУТП. Информация передается двунаправлено: от контроллеров к ДП ("снизу вверх") передается оперативная технологическая информация, позволяющая поддерживать в базе данных информационную модель производства в актуальном состоянии; "сверху вниз", от оператора к исполнительным механизмам, передаются команды управления технологическим оборудованием. Хотя эти информационные потоки и асимметричны, т.е. количество передаваемых в единицу времени команд управления на порядки меньше количества передаваемых, мощности множеств входных и выходных сигналов сопоставимы.
Таким образом, при разработке ДП АСУТП требуется описать и проверить правильность (испытать) связи единичных объектов БД с соответствующими им входными и выходными сигналами в контроллерах -спецификацию информационного обмена сервера ДП АСУТП и низовых устройств. Она состоит из объединения описаний каждого из этих устройств, в свою очередь состоящих из списка входных и выходных сигналов (имен, адресов), параметров каждого из этих сигналов, общих настроек связи с устройством. Все эти параметры хранятся в БД ДП. Существует два основных варианта их распределения по сущностям БД: а) объект БД, получающий информацию, инкапсулирует необходимые параметры связи и единичного сигнала в контроллере; б) в объектах вводятся ссылки на описатель устройства и на некоторую строку принадлежащей описателю таблицы опроса - перечисления всех запрашиваемых от устройства сигналов. Как вариант направление ссылки может быть изменено - т.е. каждая строка таблицы опроса сама ссылается на некоторый объект БД.
При использовании схемы б) выделяется некоторая специальная разделяемая область оперативной памяти, разделяется на независимые процессы опрос оборудования, синхронизация множества программ-клиентов серверов различных протоколов, процесс записи полученных значений в соответствующие объекты БД.
Программное обеспечение визуализации технологического процесса, являющееся частью ДП АСУТП, выступает по отношению к серверу БД как клиент, запрашивающий значения технологических параметров, их атрибуты и прочую информацию, которая затем отображается на мнемосхемах визуального интерфейса. Такое взаимодействие во многом аналогично опросу сервером АСУТП низовых систем: в данном случае подсистеме визуализации требуется поддерживать в своей памяти множество данных, характеризующее состояние ТП и оборудования, и оперативно обновлять эти данные, при их изменении в БД. Также можно рассматривать три алгоритма обновления: периодическое (повторная выборка всех отображаемых значений из БД), обновление по изменению (выборка из БД только изменившихся за цикл опроса значений), спонтанное (инициатива передачи нового значения передается серверу БД). Использование второго и третьего способов требует специального ПО промежуточного уровня, интегрированного с БД, выполняющего следующие функции: 1. ведение списка сущностей (объектов) БД, значения которых в данный момент отображаются АРМ и требуют обновления; 2. хранение последних запрошенных значений и (по запросу) определение наличия измененных значений; 3. самостоятельное определение изменившихся значений и передача их через программный механизм "обратного вызова" (callback).
Аналогично выделению нескольких уровней абстракции при декомпозиции ПО, АРМ оператора содержит множество мнемосхем, с различной степенью подробности отображающих состояние ТП. Поскольку общий объем отображаемой информации, нормально воспринимаемой человеком-оператором, ограничен, существует обратная пропорциональность размера технологического участка и степени подробности его отображения. Таким образом, существует несколько степеней подробности отображения информации, обычно совпадающих с уровнями абстракции, и несколько соответствующих им типов наборов данных.
Передача данных на более "высокий" уровень управления часто встречается при географически распределенных технологических процессах, когда общая картина производства собирается в центральной диспетчерской, а на местах производится управление промышленным оборудованием (с перспективным переходом к "безлюдной" технологии управления локальными производственными объектами [2]). В БД центральной диспетчерской хранится нормативно-справочная информация по всем объектам, поэтому требуется передавать только оперативную технологическую информацию. Преобразования, агрегации оперативных измерений параметров ТП при передаче на более высокий уровень обычно не происходит.
Программные пакеты формирования отчетов, а также программные комплексы автоматизации производственно-хозяйственной деятельности представляют собой отдельный класс получателей информации из базы данных реального времени. Однако этот класс получателей информации ориентирован на импорт данных, представленных в реляционном (табличном) виде. Таким образом, для передачи данных требуется не преобразовывать саму информацию, а преобразовывать ее представление, группировку. Другой аспект передачи данных в отчетные системы - им требуется она не по изменению, а по регламенту. Например, суточный расход газа и т.п.
Исходные данные, постановка и схема решения задачи
Построение распределенной АСУТП масштаба региона требует объединения локальных АСУТП производственными объектами в единую систему с выделенным центральным диспетчерским пунктом, объединяющим оперативные данные по состоянию технологического процесса, а также организации передачи данных между технологически связанными локальными АСУТП. Технически это требует создания региональной сети передачи оперативных технологических данных (РСПД) [62]. Вследствие специфики производства (предприятия повышенной опасности с непрерывным, отличающимся резкой нестационарностью технологическим процессом) повышенные требования предъявляются к надежности функционирования всей сети. Это означает необходимость дублирования всех производственно необходимых информационных взаимосвязей: при отказе основного канала связи (КСв) требуется, чтобы оперативные данные были переданы по выделенному резервному КСв или по другому маршруту (используемому для передачи других наборов данных), но с сохранением вероятностно-временных характеристик доставки всех сообщений. Значительные затраты на прокладку и полное дублирование всех КСв и, вместе с тем, существенно меньшая стоимость увеличения пропускной способности приводит к постановке задачи синтеза и оптимизации структуры сети и параметров пропускной способности каналов связи.
Топологическая структура РСПД, ориентированной на централизованный сбор информации в распределенной АСУТП от узлов, концентрирующих информацию по территориальному признаку, определяется географией автоматизируемого производства. При рассмотрении структуры РСПД в диссертации используется модель двухуровневой иерархической структуры: на нулевом уровне располагается центральный диспетчерский пункт (ЦЦП); на первом - локальные ДП, включенные в состав распределенной АСУТП, сохраняющие в своих базах данных и обрабатывающие получаемые от «полевой сети» измерительных устройств оперативные данные. Каждый из ДП также является узлом коммутации (УК) потоков данных РСПД. Задачами настоящего исследования является: 1) создание алгоритмов синтеза и оптимизации структуры РСПД распределенной АСУТП; 2) определение оптимальных пропускных способностей КСв в зависимости от общей интенсивности информационных потоков (определяемой объемом измерений и различными алгоритмами обмена информацией протоколов передачи данных). Значительные затраты на строительство РСПД определяют необходимость решения задачи правильного построения ее топологической структуры, что может привести к ощутимой экономии средств на создание КС в целом.
Также исходными данными являются характеристики каналов связи, на базе которых создается РСПД: СЭ = {сЭш} - множество эффективных пропускных способностей КСв; В = {bm} - множество относительных затрат на аппаратно-программные средства для КСв с эффективными пропускными способностями сЭт; т = 1,..., М, где М - число типов КСв, которые могут использоваться при строительстве РСПД.
Ограничением при постановке задачи является требование к среднему времени доставки сообщения (пакета данных) Т, которое должно быть обеспечено при передаче сообщений между любыми двумя ДП. Требование к показателям надежности задается в виде параметра связности v 2, который означает, что число независимых путей (не имеющих общих дуг и промежуточных вершин) между любыми двумя взаимодействующими узлами должно быть равно двум или более.
При проведении оценки интенсивности потока технологических данных в каналах связи РСПД распределенной АСУТП мы сразу должны отметить зависимость режима поступления информации в РСПД от используемого алгоритма информационного обмена. Выделяют три таких алгоритма: периодический опрос данных, периодический опрос изменений, спонтанная передача изменений. Также требуется учесть, что потоки данных между любыми двумя из узлов ai и aj взаимно независимы и реализуются по принципу "клиент-сервер" ("точка-точка"). Далее мы будем рассматривать пример такого взаимодействия двух узлов РСПД; считая, что в базе данных сервера, копию которой на своем узле обновляет клиент, присутствуют сигналы Т типов; множество Z = {zi} определяет количество сигналов каждого типа, множество S = {si} определяет размеры данного каждого типа, І=1,...,Т.
Общий объем передаваемой в течение цикла опроса информации можно рассчитать как сумму прикладных данных и служебных данных всех фреймов QPT = QP1 + QP2 + (NP1+NP2)-H. (Мы не учитываем фреймы подтверждения канального уровня, т.к. их размер в общем объеме передаваемой информации составляет менее 1%; время, требуемое на их формирование, и возникающие задержки также пренебрежимо малы). Также зная нормативно заданный период опроса (ТР), и то, что часть этого времени расходуется на обработку запроса и формирование ответа сервером (TDS), а также обработку ответа клиентом (TDC), можно получить значение интенсивности передачи данных в единицу времени Хр (бит/с).
При периодическом опросе изменений или их спонтанной передаче сервером общий объем поступающей от некоторого узла в РСПД информации за единицу времени не предопределен и составляет некоторую долю от общего количества контролируемых параметров технологического процесса, которая зависит от хода его протекания.
Описание методов автоматизации проектирования
Комбинаторное (модульное, структурное) проектирование сводит задачу проектирования сложных решений к подбору локальных проектных вариантов и композиции их в результирующую систему (на основе морфологического, многокритериального [16], аппроксимационно-комбинаторного [52] и других, в т.ч. производных [84], методов). Возможность самого такого подхода определяется характером системы, в случае применимости комбинаторных методов система называется декомпозируемой, т.е. «состоящей из частей (компонентов); для каждой части имеется или может быть сформировано некоторое множество альтернативных проектных вариантов (ПВ)» [33]. Также отмечается, что «часто реальные системы требуют многоуровневого описания или такое описание целесообразно использовать (например, для уменьшения исходной размерности)» [33]. Соответственно, выполнение шагов комбинаторного проектирования выполняется последовательно для нескольких уровней абстракции декомпозируемой системы. Основываясь на положениях [15,42,45], мы приведем два утверждения о многоуровневой организации проектирования в формулировке [46]: В проектировании выделяется три уровня: спецификация, концептуальное (логический и структурно-параметрический синтез) и параметрическое проектирование. Многоуровневый процесс проектирования развивается сверху вниз, т.е. от синтеза общих проектных требований на первом уровне к проектным решениям требуемой степени детализации на следующих уровнях. При этом решения, принятые на к-1 уровне проектирования, есть дополнительные исходные данные для к-уровня.
Эти утверждения применимы как при рассмотрении синтеза программно-технических комплексов в целом (так, для территориально распределенной системы управления вариант ее структуры есть сочетание варианта иерархического построения, варианта технических средств и варианта распределения задач [5]), так и для программных систем, в частности БД систем диспетчерского управления. БД ДП АСУТП является декомпозируемой системой, поскольку для каждого уровня детализации проектные решения не заданы изначально, а формируются путем выбора и композиции наиболее удовлетворяющих заданным в техническом задании критериям вариантов, содержащихся в библиотеке шаблонов.
Комбинаторный синтез является общим методом, унифицированным подходом, с помощью которого ищутся пути решения поставленной задачи. В случае БД ДП АСУТП цель проектирования - создание системы, которая: удовлетворяет заданным функциональным спецификациям; согласована с ограничениями, накладываемыми оборудованием, покупным программным обеспечением, средствами связи и интерфейсами автоматики и телемеханики; удовлетворяет требованиям по эксплуатационным качествам; удовлетворяет требованиям к процессу разработки. При этом на каждом из уровней комбинаторного проектирования, а также при формировании библиотеки проектных вариантов (ПВ) могут использоваться наиболее адекватные задачам подходы, такие как структурный системный [22,37] или объектно-ориентированный (см. 1.4, 2.1) методы анализа и проектирования. Согласно [35], основные принципы и правила структурирования программных средств (ПС) и БД можно объединить в группы, которые отражают: стандартизированную структуру ПС или БД определенного класса; унифицированные правила структурного построения прикладных программных компонент и модулей; стандартизированную структуру БД, обрабатываемых программами; унифицированные правила структурного построения информационных модулей, заполняющих БД; унифицированные правила структурного построения и организации межмодульного интерфейса прикладных программ; унифицированные правила внешнего интерфейса и взаимодействия компонентов прикладных ПС и БД с внешней средой, с операционной системой и другими типовыми средствами организации вычислительного процесса и контроля.
Правила (действия) по комбинаторному проектированию БД ДП АСУТП, сведенные в первые три группы, относятся к уровням спецификации и концептуального проектирования. Рассмотрим эти действия и их взаимную последовательность более подробно.
На первом уровне спецификации выполняется синтез общих проектных решений системы на основании вариантов использования и наиболее абстрактных результатов анализа ПрО. При разработке распределенной системы диспетчерского управления ставятся задачи формирования информационных моделей производственных, технологических, иногда хозяйственных процессов в базе данных ДП, с учетом характера основной производственной деятельности автоматизируемого предприятия. Т.е., на уровне спецификации адаптируются принципиальные положения субъектно-ориентированного программирования? и рассматривается ООБД состоящая из нескольких частей (субъектов) - областей хранения и обработки специализированных данных, необходимых для создания информационной модели некоторого из перечисленных процессов. Количество этих частей и "класс" каждой из них определяется вариантами использования ДП АСУТП. Общее множество имеющихся типовых областей применения ДП составляет множество ПВ уровня спецификации. Таким образом, на первом уровне выполняемое действие - формирование сокращенного набора включаемых в БД экземпляров ПВ и определение принципиальных направлений информационных потоков между ними, а также между ними и внешними системами.
На уровне концептуального проектирования мы применяем методы "расширяемого программирования" [14] и "вертикального слоения" [50] к комбинаторному проектированию структуры БД. В иерархической структуре каждый из уровней рассматривается как единый массив, "пересекающий" все проектные субъекты и, таким образом, в иерархической структуре мы рассматриваем не только отношения "контейнер-элемент", но и рассматриваем все "горизонтальные" связи объектов, не имеющих общего родителя, но находящихся на одинаковом удалении от корневого узла. Дополнительно мы вводим семантическую нагрузку каждого уровня.
Результаты первого этапа (спецификации) и концептуального проектирования могут быть оформлены в виде матрицы, столбцы которой соответствуют проектируемым ролевым субъектам, а строки - уровням иерархии объектов БД. В ячейки матрицы записывается число ("кратность"), аналогичное кратности ассоциации в UML, могущее принимать значения 0, 1, , 2..8 и т.п.
На данном этапе также можно перейти от принципиального описания информационных потоков на естественном языке к их формализованной записи. Так, Д. Харрингтон предлагает использовать диаграммы потоков данных (ДПД) при исследовании потоков данных при проектировании ООБД [51]. Мы тоже используем ДПД для того, чтобы показать структуры информационных представлений, передачу данных между ними. Каждая из ненулевых ячеек матрицы может быть представлена как хранилище данных в терминологии ДПД; они связываются направленными от хранилища-элемента к хранилищу-контейнеру потоками данных. Дополнительно на ДПД можно показать процессы обработки данных, которые обозначаются именованным символом окружности, и внешние сущности. Однако на ДПД мы не обозначаем, выполняется операция инкапсулированными методами одного из связанных потоком данных информационных представлений или внешним по отношению к ним программным модулем. Отдельно отметим, что операции, служащие для поддержки некоторого требования (обеспечения целостности данных и т.п.), выполняемые как методами классов, так и внешним модулем, на ДПД не отображают. Все элементы ДПД именованные; однако для хранилищ, потоков данных и внешних сущностей имя обозначает имя массива (набора) объектов определенных классов; а для потоков данных - род выполняемой операции.
Похожие диссертации на Автоматизация технологических процессов диспетчерского управления на предприятиях по добыче и транспортировке газа
