Введение к работе
Актуальность темы исследования. Современные автоматизированные системы управления производством (АСУ И) представляю!' собой сложнейшие системы, включающие технические средства, алгоритмы управления, методы и средства информационного и программного обеспечения. Широкое использование в АСУП вычислительной техники, позволило упростить и удешевить системы управления, путем автоматизации и замены высококлассных специалистов операторами, с более низкой квалификацией. В этой связи, проблема надежности вычислительных систем АСУП приобрела особое значение из-за большой значимости выполняемых ими функций и высокой цены отказа. Даже при довольно редких отказах ущерб, вызванный отключением системы управления или сё неправильным срабатыванием, может превысить выгоду, получаемую Э периоды её работоспособного состояния.
Обзор литературных источников и ознакомление с реальными системами управления позволил выявить, что классические методы расчета надежности, разработанные в 50-60 годах прошлого века не в состоянии учесть появление ошибок проіраммного обеспечения или ошибок операторов. Кроме этого, изначальная сложность АСУП не позволяет использовать традиционные системы резервирования, поскольку ни одна из предлагаемых рынком систем не учитывает структурную сложность и сетевую распределенность вычислительного комплекса АСУП.
В этой связи, оперативные данные АСУП, как самая значимая её чисть, требует дополнительного сохранения, поскольку даже частичная их потеря может привести к серьезным нарушениям процесса управления, что в свою очередь скажется на правильном функционировании и безопасности производства. Необходимость разработки практических решений для резервирования данных АСУП определила выбор темы, цели, задачи и структуру диссертации.
Целью работы является разработка алгоритмических и программных средств автоматной отказоустойчивой системы резервированием оперативных данных АСУП. Для достижения поставленной цели сформулированы и решены следующие задачи:
Проанализированы методы повышения надежности вычислительной системы АСУП. путем резервирования данных. Построена математическая модель зависимости экономических затрат на резервирование данных от времени наработки системы резервирования при изменении некоторых параметров.
На основе полученных аналитических данных разработана методика построения автоматной отказоустойчивой системы резервирования данных АСУП.
Разработана автоматная модель и градиентный алгоритм управления автоматной системой резервирования.
Проведено практическое внедрение автоматной системы резервирования в виде программного обеспечения на трех предприятий города Вологды. Представлено аналитическое и экспериментальное исследование эффективности и надежности вычислительной системы АСУП с разработанной системой.
Методы исследования. При выполнении работы использованы методы: теории конечных полей, теории матриц, теории конечных автоматов, теории надежности. Были использованы технологии языка проіраммирования Java: технология J2EE (Java Enlerprise Edition), сетевая архитектура CORBA (Common
Object Request Broker Architecture), компоненты FJB (Enterprise JavaBeans). JDBC (Java Database Connectivity). JN1 (Java Native Interface). JNDI (Java Naming and Directory Interface).
Объектом исследования является практическая реализация автоматной отказоустойчивой системы резервирования данных АСУП.
Научная новизна работы заключаеіся в следующем:
Предложена математическая модель зависимости суммарных экономических затрат на резервирование данных от времени наработки системы резервирования при изменении некоторых параметров.
Разработана методика построения отказоустойчивой автоматной системы резервирования с управлением на основе конечных автоматов.
Применен алгоритм (N-Ю-пороговой схемы, позволяющий строить сетевые отказоустойчивые хранилища данных с заданной избыточностью.
Разработана автоматная модель и градиентный алгоритм управления системой резервирования на основе конечных автоматов.
Практическая значимость работы состоит в создании алгоритмических и программных средств автоматной системы резервирования, обеспечивающих гарантийное восстановление данных АСУП в случае доступности определенного количества сетевых носителей.
Особенность работы заключается в использовании существующей сетевой инфраструктуры предприятия, что позволяет не только сократить затраты на приобретение дополнительного оборудования, но и модернизировать систему резервирования совместно с остальным оборудованием. Ценность разрабатываемой системы определяется тем, что она позволяет перенести контроль достоверности и актуальности оперативных данных с пользователей АСУП на автоматику. Реализация двухуровневой автоматной системы резервирования позволят использовать классические методы теории надежности при расчете надежности вычислительной системы АСУП в заданных пределах, несмотря на изначальную ненадежность программного кода и возможную потерю части данных.
Использование результатов работы. Результаты диссертационной работы в виде программы резервирования данных и методических указаниях по её применению приняты к внедрению на вологодских предприятиях ООО «Сенако», ЗАО «ВЭТ-1» и ЗАО «Вологдаобувь» и подтверждены актами. Основным результатом внедрения системы резервирование можно считать значительную экономию средств, при достаточной надежности. Так использование автоматной системы резервирования на предприятии ЗАО «В")Т-1» позволило добиться коэффициента готовности по отказам в «серверном сегменте» на уровне 0.999, что соизмеримо с надежностью кластеров высокой доступности.
Работа была представлена и победила в областном конкурсе на получение государственного научного фанта для финансирования поддержки инновационных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ аспирантов в 2008 году.
Апробация полученных результатов. Основные положения, материалы и результаты работы были опубликованы в научно-технических журналах "Системы управления и информационные технологии" (Воронеж 2007), «Информационные технологии моделирования и управления» (Воронеж 2007). Результаты исследований представлялись и были одобрены на 2-ой и 3-ей международной научно-технической конференции «Автоматизания машиностроительного производства, технология и надежность машин, приборов и оборудования»
(Вологда 2006, 2007), международной конференции «Информационные технологии в образовании, технике и медицине» (Волгоград 2004), 4-ой международной конференции «Информатизация процессов ИНФОС-2007» (Вологда 2007), всероссийской научно-практической конференции «Образование, наука, бизнес) (Череповец 2006), 3-ей всероссийской научно-технической конференции «Вузовская наука региону» (Вологда 2006).
Положения, выносимые на защиту;
Математическая модель зависимости суммарных экономических затрат на резервирование данных от времени наработки системы резервирования.
Методика построения событийной отказоустойчивой автоматной системы резервирования данных АСУП.
Применение алгоритма (К.к)-пороговой схемы для построения сетевого отказоустойчивого хранилища данных с заданной избыточностью.
Автоматная модель и градиентный алгоритм управления системой резервирования на основе конечных автоматов.
Публикации. По материалам диссертационной работы и результатам исследования опубликовано 11 печатных работ, в том числе I статья в журнале, рекомендованного ВАК; 10 публикаций в сборниках материалов конференций международного и российского уровня, в том числе 8 без соавторов.
Структура и объем раб»ты. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка и трех приложений. Текст изложен на 125 страницах, содержит 21 рисунок. II таблиц и 3 приложения. Библиографический список включает 104 наименования.
