Содержание к диссертации
Список сокращений, условных обозначений и терминов 9
Введение . 10
Глава 1. Распределенные инструментальные комплексы и их 15
роль в администрировании корпоративных
автоматизированных систем управления производством
1.1. Организация службы административного управления 15
корпоративных АСУП
1.1.1. Исследование технологий и схем организации 15
современных корпоративных автоматизированных систем
управления производством
1.1.2. Особенности организации службы административного 20
управления корпоративных АСУП
1.2. Организация распределенных инструментальных 23
комплексов
1.2.1. Архитектура распределенных инструментальных 24
комплексов
Распределенные гибкие инструментальные комплексы 24 для администрирования компонентов АСУП
Распределенные инструментальные комплексы для 29 поддержки проектирования сложных
объектов
1.2.1.3. Определение оперативного моделирующего 33
комплекса
1.2.2. Распределенные инструментальные комплексы и 34
стандарты систем распределенного моделирования
1.3. Функциональная модель системы управления 38
распределенного инструментального комплекса.....
1.3.1. Функциональная модель оперативного моделирующего 41
комплекса....
1.4. Постановка задачи исследования 43
1.4.1. Формальная постановка задачи исследования 44
Выводы по первой главе 47
Глава 2. Разработка функциональной модели системы 48
управления распределенного инструментального комплекса,
учитывающей внештатные исключения или отказа
функциональных компонентов
2.1. Особенности процесса распределенного моделирования в 48
условиях внештатного исключения или отказа
функциональных компонентов оперативного моделирующего
комплекса
Процесс распределенного моделирования в условиях 49 исключения ИФК из состава ОМК
Процесс распределенного моделирования в условиях 51 отказа УФК
2.2. Этапы реализации отказоустойчивых процессов 52
распределенных вычислений
2.2.1. Этапы поддержки процесса вычислений в 52
распределенных вычислительных системах,
функционирующих в условиях отказа их
элементов
2.2.2. Этапы поддержки процесса распределенного 54
моделирования
Этапы поддержки процесса распределенного 55 моделирования в условиях нештатного исключения ИФК из состава ОМК
Этапы поддержки процесса распределенного 56 моделирования в условиях отказа УФК
2.3. Методы повышения отказоустойчивости распределенных 57
вычислительных процессов и процессов обработки
данных
Отказоустойчивость процесса распределенных 58 вычислений в кластерных технологиях
Технологии отказоустойчивых распределенных 60 вычислений на основе Grid-систем
Технологии повышения отказоустойчивости процесса 64 распределенных вычислений и обработки данных в
организационных и мультиагентных системах
2.33.1. Организация процесса распределенной обработки 65
данных в организационных системах
2.3.3.2. Организация отказоустойчивых процессов 66
распределенной обработки данных в мультиагентных системах
2.3.4. Классификация методов повышения отказоустойчивости 69
распределенных вычислительных процессов и процессов
обработки данных
Выбор метода динамического программирования для 71 решения задачи управления поддержкой процесса распределенного моделирования в условиях нештатного исключения ИФК из состава ОМК
Выбор метода коллективного поведения автоматов для 72 решения задачи управления поддержкой процесса распределенного моделирования в условиях отказа
УФК
2.4. Разработка функциональной модели системы управления 74
распределенного инструментального комплекса,
модифицированной для условий нештатного исключения или
отказа функциональных компонентов ОМК
Разработка диаграммы декомпозиции модели системы 75 управления распределенного инструментального комплекса....
Разработка диаграммы взаимодействия функциональных 77
компонентов в составе
ОМК
Выводы по второй главе . 79
ГЛАВА 3. Разработка алгоритмов поддержки процесса 80
распределенного моделирования, учитывающих исключения
исполнительных функциональных компонентов и отказы
управляющего функционального компонента ,
3.1. Представление алгоритма планирования распределения 80
запросов в условиях нештатного исключения исполнительных
функциональных компонентов
Разработка методики расчета оптимального плана 81 обработки запроса на распределенное моделирование
Разработка алгоритма расчета оптимального плана 86 обработки запроса на распределенное моделирование
3.2. Разработка алгоритма реконфигурации ОМК на основе 89
метода динамического программирования
3.2.1. Разработка алгоритма определения исключенного 90
ИФК
Использование динамического программирования для 91 реализации алгоритма поддержки процесса распределенного моделирования в условиях нештатного исключения ИФК
Разработка обобщенного алгоритма поддержки процесса 96 распределенного моделирования в условиях нештатного исключения ИФК
3.3. Оценка качества разработанного алгоритма поддержки 98
процесса распределенного моделирования в условиях
нештатного исключения ИФК
3.3.1. Постановка задачи проведения статистического 99
эксперимента для оценки влияния исходных данных на
разработанный алгоритм
6 3.3.2. Выполнение эксперимента и оценка полученных 103
результатов .
3.4. Разработка алгоритма поддержки процесса 106
распределенных вычислений в условиях отказа УФК
3.4.1. Структура ОМК при отказе УФК 106
Алгоритм восстановления функций отказавшего УФК 110 широковещательной рассылкой резервной копии плана
Разработка алгоритма децентрализованного управления 112
формирования общего плана на основе частных планов
3.4.3.1. Игровые методы, реализуемые при коллективном 114
поведении автоматов
3.4.4. Разработка алгоритма поддержки процесса 115
распределенного моделирования в условиях отказа УФК
однородной игрой автоматов с переменной структурой
Алгоритм обнаружения отказа УФК 115
Алгоритм передачи функций УФК одному из ИФК 117
Выводы по третьей главе 123
ГЛАВА 4. Разработка программной реализации 124
модифицированной системы управления распределенного
инструментального комплекса для оценки разработанных
алгоритмов
4.1. Разработка структурной схемы системы управления 124
распределенного инструментального комплекса
4.1.1. Пример взаимодействия компонентов структурной схемы 125
системы управления
4.1.2. Пример децентрализованного управления 129
восстановлением функций УФК
4.2. Разработка базы данных схемы обработки запроса на 129
распределенное моделирование
4.2.1. Оценка объема базы данных 134
4.3. Разработка интерфейсов «пользователь - ОМК» и 135
«администратор - ОМК»
Пример сценария запроса на распределенное 138 моделирование
Схема функционирования интерфейса «администратор - 139 ОМК»
4.4. Выполнение экспериментальной оценки качества 142
разработанных алгоритмов системы управления
распределенного инструментального комплекса
Выбор показателя оценки качества разработанных 142 алгоритмов
Экспериментальная оценка управления процессом 144 распределенного моделирования в условиях нештатного
исключения функциональных компонентов ОМК
Выводы по четвертой главе 149
Заключение 151
Список использованных источников 152
Приложение 1 171
Приложение 2 172
Приложение 3 173
Приложение 4 175
Список сокращений, условных обозначений и терминов
АСД - алгоритм согласования доменов
АСУП - автоматизированная система управления производством
ГАП - гибкое автоматизированное производство
ГПС - гибкие производственные системы
ИАСУП - интегрированная автоматизированная система управления
производством
ИЛИ - информационная поддержка жизненного цикла изделия
ИФК - исполнительный функциональный компонент
КИ - коммуникационный интерфейс
КИП - компьютеризированное интегрированное производство
ЛВС - локальная вычислительная сеть
ЛП - логический процесс
MAC - мультиагентная система
ОЗЛП - основная задача линейного программирования
ОМК - оперативный моделирующий комплекс
ОС - организационная система
ПИ - пользовательский интерфейс
ПМ - последовательная модель
РГИК - распределенный гибкий инструментальный комплекс
САПР - система автоматизации проектирования
СПМ - система последовательного моделирования
СРМ - система распределенного моделирования
СУБД - система управления базами данных
УП - управляющая программа
УФК - управляющий функциональный компонент
ЭВМ - электронная вычислительная машина
CAD (Computer Aided Design) - система автоматизированного
проектирования
CAE (Computer Aided Engineering) -система компьютерной поддержки
инженерных расчетов
САМ (Computer Aided Manufacturing) -система компьютерной поддержки
производства
CALS (Continuous Acqusition and Life cycle Support) - непрерывные поставки
и информационная поддержка жизненного цикла продукции
CASE (Computer Aided Software Engineering) - автоматизированная
разработка программного обеспечения
COOL (Coordination Language) - язык координации
DAI (Distributed Artificial Intelligence) - распределенный искусственный
интеллект
FIFO (First In First Out) - дисциплина «первый пришел, первый обслужен»
HLA (High Level Architecture) - архитектура высокого уровня
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) - институт инженеров
электроники и электротехники
KQML (Knowledge Query and Manipulation Language) - язык запросов и
манипулирования знаниями
MRP (Manufacturing Resource Planning) -планирование производственных
ресурсов
PDMS (Product Data Management System) - система управления данными о
продукте
RPC (Remote Procedure Call) - удаленный вызов процедур
RTI (Runtime Infrastructure) - инфраструктура реального времени
SOAP (Simple Object Access Protocol) - протокол простого доступа к
объектам
TSO (Time Stamp Order) - дисциплина «неубывание временных меток»
Введение к работе
Актуальность темы. Для реализации гибкого производственного цикла, оперативно ориентирующегося на изменяющиеся потребности рынка и поддерживающего выпускаемую продукцию на всех этапах ее жизненного цикла, широко применяются автоматизированные системы управления производством (АСУП), базирующиеся, в том числе и на системах распределенной обработки информации. Для АСУП важную роль играет служба административного управления (САУ), обеспечивающая постоянный контроль состояния АСУП для обеспечения поиска и устранения их «узких мест» по таким показателям как производительность, надежность, безопасность и т.д. Наиболее перспективной тенденцией при разработке таких САУ является включение в них функций адаптации к изменяющимся задачам АСУП. Для этого в состав САУ включают распределенные инструментальные комплексы, в рамках которых динамически формируются оперативные моделирующие комплексы для выполнения оценки схем организации и процессов функционирования компонентов АСУП. Этот подход привел к появлению ряда работ по разработке и исследованию распределенных инструментальных комплексов (работы Воробьева А. А., Баранова И. Ю.)» а также к формированию класса систем распределенного моделирования, которые поддерживаются промышленными и международными стандартами (HLA, ШЕЕ 1516).
Архитектурными свойствами распределенных инструментальных комплексов являются:
1. Иерархическая организация, при которой функциональные компоненты нижнего уровня содержат только алгоритмы обработки запросов (моделирования), а компоненты более высокого уровня содержат алгоритмы планирования обработки запросов, формирования для них оперативных моделирующих комплексов и координации функционирования компонентов нижнего уровня, входящих в их состав, в ходе обработки запросов.
2. Протоколы взаимодействия программных компонентов комплекса, не допускают возможности динамической реконфигурации сформированных оперативных моделирующих комплексов в ходе обработки запросов.
Сильнее всего эти свойства проявляются в сетях инструментальных комплексов, входящих в САУ корпоративных АСУП. В таких сетях для формирования оперативных моделирующих комплексов динамически привлекаются территориально удаленные функциональные компоненты и архитектурные свойства распределенных инструментальных комплексов оказывают влияние на отказоустойчивость процесса распределенного моделирования в случаях блокировки, функционального отказа или нештатного исключения функционального компонента из состава оперативного моделирующего комплекса, так что дальнейшая обработка запроса становится невозможной. Как правило, эта ситуация требует остановки процесса распределенного моделирования, выполнения нового цикла управления его планированием и формирования нового оперативного моделирующего комплекса.
В связи с этим актуальным является включение в состав системы управления распределенного инструментального комплекса алгоритмов обеспечивающих повышение отказоустойчивости процесса распределенного моделирования в случаях нештатного исключения функциональных компонентов из состава оперативного моделирующего комплекса.
Объект исследования диссертационной работы - система управления распределенного инструментального комплекса для администрирования корпоративных АСУП.
Предмет исследования - комплекс алгоритмов, обеспечивающих поддержку процесса распределенного моделирования при внештатном исключении функциональных компонентов из состава оперативного моделирующего комплекса.
Цель исследования - повышение эффективности администрирования корпоративных АСУП за счет разработки комплекса алгоритмов в системе
управления распределенного инструментального комплекса для поддержки процесса распределенного моделирования.
В соответствии с целью были определены задачи диссертационной работы:
1. Разработка функциональной модели системы управления
распределенного инструментального комплекса, учитывающей внештатные
исключения функциональных компонентов из состава его оперативных
моделирующих комплексов.
2. Разработка комплекса алгоритмов, обеспечивающих поддержку
процесса распределенного моделирования в условиях внештатного
исключения исполнительных функциональных компонентов из состава
оперативного моделирующего комплекса или отказа управляющего
функционального компонента.
3. Разработка программной реализации модифицированной системы
управления распределенным инструментальным комплексом для оценки
разработанных алгоритмов.
Методы исследования, использованные в процессе выполнения диссертационной работы: исследования операций, управления организационными системами, коллективного поведения автоматов, планирования статистических экспериментов, теории вычислительных машин и сетей.
Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:
Функциональная модель системы управления распределенного инструментального комплекса, обеспечивающая поддержку процесса распределенного моделирования с учетом исключения функциональных компонентов из состава оперативного моделирующего комплекса, базируется на международных стандартах IEEE 1516 и HLA.
Алгоритм поддержки процесса распределенного моделирования, учитывающий исключения исполнительных функциональных компонентов из состава оперативного моделирующего комплекса, базируется на методе динамического программирования.
3. Алгоритм поддержки процесса распределенного моделирования с учетом отказов управляющего функционального компонента базируется на методах коллективного поведения автоматов, в частности на однородных играх автоматов с переменной структурой.
Положения, выносимые на защиту:
1. Функциональная модель системы управления распределенного
инструментального комплекса, модифицированная для условий исключения
функциональных компонентов из состава его оперативных моделирующих
комплексов.
Алгоритм поддержки процесса распределенного моделирования с учетом исключения исполнительных функциональных компонентов из состава оперативного моделирующего комплекса.
Алгоритм поддержки процесса распределенного моделирования с учетом отказов управляющего функционального компонента.
Практическая значимость результатов диссертационной работы заключается в следующем:
1. Предложен способ распределенной обработки информации с
распределенным управлением, защищенный Патентом на изобретение РФ №.
223113 от 20.06.2004 г.
2. Предложен способ децентрализованного управления процессом
распределенного моделирования и обработки данных, по которому принята к рассмотрению заявка на патент № 2006147037 от 9.01.2007 г.
Указанные способы применены в ряде научно-исследовательских работ и деятельности предприятий.
Публикации. По теме диссертационных исследований опубликовано 26 работ.
Апробация. Основные положения диссертационной работы обсуждены на Международных конференциях "Информатизация правоохранительных систем (г. Москва, Академия управления МВД России, 1998-2000 г.), Всероссийской научно-технической конференции "Проблемы создания и развития сетей связи специального назначения" (г. Орел, ВИПС, 1997, 1999,
2001, Академия ФСО РФ 2003, 2007 гг.), X военно-научной конференции (г. Санкт-Петербург, Академия Связи, 1998 г.), Научно-технической конференции «Защита информации в сетях и системах связи» (г. Пенза, 2000 г.), X и XI Международных открытых научных конференциях «Современные проблемы информатизации» (г. Воронеж, ГТУ, 2005, 2006 гг.). Реализация результатов.
«Модель организации процесса функционирования распределенного инструментального комплекса в штатном и нештатном режимах», отчет о НОТ «РЭМС» Академия ФСО РФ, г. Орел, 2006 г., стр. 41-62.
Программно-технический прототип системы управления процессом распределенного гибридного моделирования для выбора коммуникационных средств АСУД ОАО ОКБ «Протон» (г. Орел).
Программная реализация серверной и клиентской частей гибкого инструментального комплекса и предложения по гибридному моделированию компонентов корпоративной ИВС МУП «Орелгорэлектротранс» (г. Орел).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и четырех приложений. Диссертация содержит 174 стр., 48 рисунков, 12 таблиц. Список литературы содержит 184 наименования.
