Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ современного состояния методов и средств автоматизации мониторинга технологической структуры 14
1.1. Концептуальное представление технологической структуры предметной области (ТСПО) при комплексной автоматизации 14
1.2. Обзор существующих средств и методов автоматизации технологических процессов 17
1.3. Классификация методов автоматизированного мониторинга 27
1.4. Роль автоматизации мониторинга технологических структур предметной области 29
1.5. Постановка задачи диссертации 42
Выводы по главе 1 44
Глава 2. Формализация задач автоматизированного мониторинга технологической структуры 45
2.1. Общие принципы математического моделирования автоматизированного мониторинга ТСПО 45
2.2. Математическое описание методов автоматизированного мониторинга 55
2.3. Анализ подходов к организации баз данных в составе ТСПО 64
2.4. Формализованное представление баз данных в составе ТСПО 67
Выводы по главе 2 80
Глава 3. Разработка моделей и алгоритмов для выбора вычислительных ресурсов 81
3.1. Классификация и формализация функциональных задач ТСПО 81
3.2. Разработка стратегии распределения функциональных связей в составе ТСПО 87
3.3. Разработка математической модели технологической структуры предметной области 99
3.4. Разработка алгоритмов и моделей выбора вычислительных ресурсов ТСПО 105
Выводы по главе 3 112
Глава 4. Имитационное моделирование и верификация задачи выбора вычислительных ресурсов автоматизированного мониторинга технологической структуры 113
4.1. Структура имитационной модели 113
4.2 Имитационная модель технологической структуры предметной области.. 119
4.3. Анализ результатов моделирования автоматизированного мониторинга
ТСПО 128
Выводы по главе 4 131
Заключение 132
Литература
- Концептуальное представление технологической структуры предметной области (ТСПО) при комплексной автоматизации
- Общие принципы математического моделирования автоматизированного мониторинга ТСПО
- Классификация и формализация функциональных задач ТСПО
- Имитационная модель технологической структуры предметной области..
Введение к работе
Актуальность работы. Любая деятельность человека неразрывно связана с автоматизацией и управлением различными технологическими процессами и структурами. Технологическая структура включает в себя совокупность технологических процессов, технологий и технологических документов. Технологический процесс -последовательность технологических операций, необходимых для выполнения определенного вида работ. Технологический процесс состоит из рабочих операций, которые в свою очередь складываются из рабочих движений (приемов). Технология - это способ преобразования вещества, энергии, информации, в процессе изготовления продукции, обработки и переработки материалов, контроля качества, управления. Технология включает в себе методы, приемы, режим работы, последовательность операций и процедур, она тесно связана с применяемыми средствами, оборудованием, инструментами, используемыми материалами. Успешная деятельность любой технологической структуры возможна только при ее своевременном мониторинге с применением современных средств автоматизации и информационных технологий. Эффективный мониторинг позволяет идентифицировать проблему и принять соответствующие меры для ее решения, охватывая многие аспекты объекта исследования, многомерного по своей природе. Вопросами мониторинга занимались такие отечественные и зарубежные ученые, как СВ. Кузнецов, Б.Г. Левинский, О.Б. Сладкова, С.К. Дулин, Т.Я. Ашихмина, Б.А. Баллод, А.А. Белов, П.А. Цуканов, Л.И. Калакутский, Э.С. Манелис, С. Гроссман, О. Харт, О.И. Уильямсон, Д. Хей и др. Вместе с тем, несмотря на значительное число публикаций, некоторые аспекты мониторинга остаются дискуссионными, либо нерешенными. Так, недостаточно раскрыты вопросы мониторинга технологической структуры, поэтому существует необходимость создания модели, позволяющей оценить эффективность взаимодействия всех ее компонент для рационального распределения процедур и операций между ними.
Только автоматизированный мониторинг позволяет рационализировать построение технологической структуры и сбалансировать загрузку ее компонентов и, как следствие, увеличить эффективность деятельности. В свою очередь, большинство процессов, реализуемых на компонентах структуры, осуществляются с помощью ЭВМ универсального назначения или, если процессы являются достаточно сложными, то с помощью встроенных микропроцессоров, микропроцессорных наборов и т.д. И наряду с этим идет непрерывное развитие вычислительных ресурсов и контроля, в связи, с чем возникает проблема выбора наиболее эффективной совокупности вычислительных средств для осуществления процессов, реализуемых каждой компонентой технологической структуры. Однако математический аппарат, модели и алгоритмы мониторинга технологической структуры предметной области, будь то химическая промышленность, микроэлектроника, энергетика, производство светового и звукового оборудования и т.д. разработаны не в полной мере.
В связи с вышесказанным представляется ценным и актуальным разработка универсальных моделей и алгоритмов автоматизированного мониторинга технологической структуры предметной области, позволяющие повысить эффективность ее деятельности во многих отраслях промышленности и техники.
Целью диссертации Целью диссертационного исследования является разработка моделей и алгоритмов автоматизированного мониторинга технологической структуры предметной области (ТСПО), обеспечивающих повышение эффективности загрузки компонентов конкретной технологической структуры с учетом ее особенностей.
Объекты и задачи исследования. Согласно цели были выделены следующие объекты и задачи диссертационного исследования:
Анализ современного состояния проблемы автоматизации мониторинга ТСПО.
Разработка вероятностной математической модели для рационализации технологической структуры и эффективного выбора вычислительных ресурсов.
Создание формализованного представления и временных характеристик баз данных для осуществления автоматизированного мониторинга ТСПО.
Разработка методики построения логической структуры БД для процессов мониторинга.
Создание алгоритма автоматизированного параллельно-последовательного мониторинга ТСПО.
Разработка математической модели оценки производительности процесса автоматизированного мониторинга для обоснованного выбора параметров вычислительных ресурсов ТСПО.
Имитационное моделирование и верификация задачи автоматизированного мониторинга ТСПО.
Методы исследования. Теоретическую и методологическую базу исследования составили системный подход к моделированию технологической структуры, основные положения теории сетей и систем массового обслуживания, комбинаторного анализа. При решении конкретных задач использовались труды отечественных и зарубежных ученых в области автоматизированного мониторинга, математического и имитационного моделирования, теории нечетких множеств, теории реляционных баз данных.
Научная новизна работы состоит в создании новых моделей и алгоритмов, обеспечивающих эффективное построение технологической структуры предметной области.
В процессе исследований и разработок получены следующие новые научные результаты:
Разработана вероятностная математическая модель организации ТСПО, позволяющая выявить критические компоненты структуры.
Разработана структурная схема автоматизированного мониторинга ТСПО.
Разработана и научно обоснована необходимость применения алгоритма параллельно-последовательного мониторинга для комплексной оценки функционирования технологической структуры.
Создано формализованное представление баз данных (БД) автоматизированного мониторинга ТСПО.
Создана методика построения логической структуры БД для процессов мониторинга, основанная на теории графов.
Разработана математическая модель оценки производительности процесса автоматизированного мониторинга для обоснованного выбора параметров вычислительных ресурсов ТСПО.
Разработаны методика и алгоритм имитационного моделирования мониторинга технологической структуры образовательного процесса в учреждениях высшего профессионального образования (ВПО).
Достоверность полученных результатов подтверждается
соответствием результатов теоретического анализа реальному функционированию ТСПО, а также использованием методов теории сетей массового обслуживания, теории графов и классического аппарата дискретной математики.
Результаты имитационного моделирования подтверждают повышение эффективности деятельности технологической структуры на основе предложенных моделей и алгоритмов. Использование алгоритмической реализации автоматизированного мониторинга и созданных математических моделей, позволяет повысить эффективность деятельности технологической структуры на 38%.
Практическая ценность работы заключается в том, что основные положения, выводы и рекомендации диссертации ориентированы на широкое применение разработанных моделей и алгоритмов автоматизированного мониторинга технологической структуры в таких областях как, микроэлектроника, химическая промышленность, производство оборудования, энергетика и т.д. Результаты исследования доведены до конкретных алгоритмов, методик и программных средств.
Самостоятельное практическое значение имеют:
алгоритм параллельно-последовательного мониторинга ТСПО;
математическая модель оценки производительности процесса автоматизированного мониторинга для обоснованного выбора параметров вычислительных ресурсов ТСПО;
программная реализация моделей и алгоритмов автоматизированного мониторинга ТСПО.
Результаты проведенных экспериментальных исследований и имитационного моделирования показали, что благодаря предложенным в работе новым технологическим решениям обеспечивается среднее снижение загрузки критических компонент ТСПО на 38%.
Практическая значимость подтверждена актами внедрения результатов диссертационной работы в ООО «ДУЭТ Ко», а также в учебный процесс МИЭТ.
Личный вклад автора. Все основные результаты получены автором лично. Главными из них являются:
Аналитический обзор методов и средств автоматизации мониторинга технологической структуры.
Алгоритм параллельно-последовательного мониторинга технологической структуры предметной области.
Формализация представления баз данных для осуществления автоматизированного мониторинга ТСПО.
Методика построения логической структуры БД для процессов мониторинга.
Математическая модель ТСПО на основе теории сетей массового обслуживания.
Методики и алгоритмы имитационного моделирования автоматизированного мониторинга ТСПО.
Программная реализация модели эффективной загрузки компонент ТСПО в технологический процесс производства 000 «Дуэт Ко».
Внедрение результатов диссертационной работы в учебный процесс кафедры «Информатика и программное обеспечение вычислительных систем» (ИПОВС) Московского государственного института электронной техники.
Реализация полученных результатов. Все работы по реализации и внедрению проводились под руководством или при непосредственном участии автора. Результаты диссертационной работы используются в технологическом процессе производства фирмы "Дуэт Ко" - крупнейшем российском производителе профессионального светового и звукового оборудования - в рамках опытной эксплуатации системы автоматизированного мониторинга (благодаря использованию разработанных моделей и алгоритмов затраты рабочего времени специалистов на обработку поступающего запроса снизились более чем в 2 раза), а также в учебном процессе кафедры ИПОВС Московского государственного института электронной техники при чтении дисциплин "Автоматизированные информационные системы", "Имитационное моделирование", "Системный анализ".
Апробация работы и публикации. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях.
Одиннадцатая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2004», МИЭТ, 2004.
Двенадцатая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2005», МИЭТ, 2005.
Всероссийская научно-практическая конференция «Образова-ние, наука, бизнес», ИМИТ СП6ГПУ,2005.
Тринадцатая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2006» , МИЭТ, 2006.
Первая межвузовская научно-теоретическая конференция преподавателей, студентов и аспирантов «Современные тенденции развития информационно-компьютерных технологий-2006», ИГУПИТ, 2006.
Всероссийская межвузовская научно-практическая конференция молодых
ученых, специалистов, преподавателей, аспирантов и студентов «Актуальные
проблемы информатизации. Развитие информационной инфраструктуры,
технологий и систем», Москва, МИЭТ,2007.
По результатам работы сделано 15 публикация из них 9 статей.
Основные результаты диссертационной работы опубликованы в следующих
изданиях:
Маклакова Т.Н., Нестеров А.Э., Федотов А.А. К вопросу о разработке комплекса сбора, обработки и представления статистической информации/Юборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России: Межотр. научн.-техн. журнал М.: ВИМИ, 2005. Вып. 3. - С .18-22.
Гагарина Л.Г., Слюсарь В.В., Маклакова Т.Н., Чумаченко П.Ю. Проблемы обеспечения информационной безопасности VPN-сети в информационном пространстве высшего учебного заведения./ЛЗопросы защиты информации. Научно-практический журнал М.:ВИМИ,2005. Вып.4. - С .23-27.
Маклакова Т.Н., Гагарина Л.Г., Дорогова Е.Г. Методические основы выбора средств защиты информации на базе алгоритмов дискретного программирования для создания информационного хранилища данных./УВопросы защиты информации. Научно-практический журнал М.:ВИМИ,2006. Вып.2. - С. 40-42.
Маклакова Т.Н., Гагарина Л.Г. Концептуальный подход к проблемам построения автоматизированных систем управления производством./Юборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России: Межотр. научн.-техн. журнал М.: ВИМИ, 2006. Вып. 1. - С Л1-14.
Маклакова Т.Н. Принципы организации и методы построения хранилища
данных на основе системного анализа информации в распределенных сетевых структурах и средах //Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России: Межотр. научн.-техн. журнал М.: ВИМИ, 2007. Вып. 5. -С. 31-34.
Маклакова Т.Н. Автоматизация процесса выбора ЭВМ для построения
комплекса автоматизации мониторинга технологического процесса//
«Аспирант и соискатель», 2007, Вып.5. - С. 165-166.
Маклакова Т.Н. Формализация функциональных задач многопроцессорной системы// «Техника и технология»,2007, Вып.5. - С. 14.
Маклакова Т.Н. Оценка производительности процессора ЭВМ для построения комплекса автоматизации технологического процесса//«Техника и технология»,2007, Вып.5. - С. 41-42.
Маклакова Т.Н. Выбор метода мониторинга технологических параметров.// «Техника и технология»,2007, Вып.5. - С. 12-13.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений, содержащих листинги программ и акты о внедрении результатов работы. Общий объем диссертационной работы 162 страницы машинописного текста, 7 таблиц и 34 рисунков.
Во введении обоснована актуальность темы диссертации, формулируются общие проблемы, цели и задачи исследования, научное и практическое значение полученных результатов, рассматривается структура диссертации и взаимосвязь отдельных глав.
В первой главе являющейся обзорной, проведен анализ современного состояния методов и средств автоматизации мониторинга технологической структуры. Дано концептуальное представление технологической структуры предметной области (ТСПО) при комплексной автоматизации. Описана традиционная система управления технологическими процессами и ее функции. Классифицированы методы мониторинга и описана роль мониторинга технологических структур предметной области. Выявлено наличие ряда характерных проблем: отсутствие формализованного математического аппарата для автоматизированного мониторинга технологической структуры; отсутствие алгоритмического решения задач эффективного мониторинга технологических структур. Показана важность задачи рационального распределения операций между компонентами технологической структуры.
Анализ современных методов управления технологическими структурами показал, что современная интегрированная система автоматизации
технологической структуры требует внедрения новых моделей и алгоритмов мониторинга на уровне MRP (Manufacturing Resource Planning) и ERP (Enterprise Resource Planning) - планирование ресурсов предприятия.
На этой основе определяются и конкретизируются теоретические и практические задачи, требующие решения в диссертационной работе.
Во второй главе для разрешения выше указанной проблемной ситуации предложена модифицированная математическая модель функционирования технологической структуры предметной области на основе теории СеМО. Приведено математическое описание методов мониторинга. Исследованы подходы к организации баз данных в составе технологической структуры предметной области. Формализуется представление баз данных на основе временных характеристик.
В третьей главе проводится классификации и формализации функциональных задач ТСПО. Автором разработаны стратегии распределения функциональных связей в составе ТСПО и математическая модель ТСПО, на базе чего разработана модель выбора вычислительных ресурсов.
Автором сформулированы необходимое условие выбора типа центрального процессора, необходимого количества памяти постоянного запоминающего устройства (ПЗУ) и оперативной памяти (ОП).
В четвертой главе проводится имитационное моделирование и верификация задачи выбора вычислительных ресурсов автоматизированного мониторинга ТСПО в области высшего профессионального образования (ВПО).
В заключении диссертации сформулированы основные выводы и полученные результаты.
В приложениях приведены листинги программной реализации, а также акты внедрения результатов диссертационной работы.
Концептуальное представление технологической структуры предметной области (ТСПО) при комплексной автоматизации
Под технологической структурой будем понимать совокупность технологических процессов, технологий и технологических документов. Технологический процесс, в свою очередь, - это последовательность технологических операций, необходимых для выполнения определенного вида работ. Технологический процесс состоит из рабочих операций, которые складываются из рабочих движений (приемов). Технология же - это способ преобразования вещества, энергии, информации, в процессе изготовления продукции, обработки и переработки материалов, контроля качества, управления. Технология включает в себе методы, приемы, режим работы, последовательность операций и процедур, она тесно связана с применяемыми средствами, оборудованием, инструментами, используемыми материалами. Успешная деятельность любой технологической структуры возможна только при ее своевременном мониторинге с применением современных средств автоматизации и информационных технологий.
Эта проблема решается путем создания интегрированной многоуровневой распределенной автоматизированной системы управления(АСУ). Рассмотрим традиционную систему управления технологическими процессами, которая выполняет следующие функции: сбор информации с объектов управления и выдачу управляющих воздействий на исполнительные устройства; обработку технологической информации; представление и документирование информации; сопряжение устройств сбора и обработки информации с устройствами представления информации.
В централизованных системах управления функции сбора, обработки и представления технологической информации выполнялись ЭВМ с соответствующим набором модулей УСО. Это требовало большого числа кабельных связей между устройствами сбора и обработки информации, с одной стороны, и исполнительными устройствами - с другой. Длина каждого канала в этом случае могла составлять десятки и сотни метров.
Распределенная система управления предполагает использование на нижнем уровне управления интеллектуальных программируемых промышленных контроллеров, или, согласно международной терминологии, программируемых логических контроллеров (ПЛК), реализующих функции сбора, а также логической и арифметической обработки информации в непосредственной близости от объекта управления и контроля.
Специализированные контроллеры с ограниченным числом каналов ввода-вывода (порядка 10) и малой вычислительной мощностью получили название моноблоков.
Функции представления технологической информации, обобщения и анализа информации, поступающей с ПК, реализуются на более высоком уровне управления посредством УВК или ПЭВМ. Такая ЭВМ должна иметь достаточные производительность для выполнения прикладных программ АСУТП и объем памяти для хранения указанных программ и графических пакетов. На этом уровне должна быть создана возможность подключения к ЭВМ графических видеомониторов, дополнительных терминалов, а также средств сопряжения с другими ЭВМ. Средства сопряжения должны обеспечивать передачу команд, слов состояний и технологической информации между ЭВМ и ПК.
При решении большинства ответственных задач управления использование УВК приносит существенна больший эффект, чем ПЭВМ.
Соединение между ПК и УВК может быть организована с использованием промышленных сетей, радиальных интерфейсов и соединений типа звезда и кольцо, а также комбинации указанных соединений. Центральная станция (УВК или ПЭВМ) обслуживает множества промышленных контроллеров, объединенных через последовательный интерфейс типа Bitbus, Prafibus и т.п. При этом центральная станция выполняет функцию диспетчера локальной сети, а также функции сбора, анализа и управления в реальном времени для такай распределенной системы[2]. Используя сетевой интерфейс, центральная станция обращается к серверу за необходимыми ресурсами - файлами, печатью, базами данных и т.д.
Таким образам, при использовании в распределенных системах управления интеллектуальных ПК появляется возможность перераспределения функций обработки информации и управления между нижним (ПК) и верхним (УВК или ПЭВМ) уровнями управления. При этом повышается суммарная производительность системы по сравнению с централизованной за счет распараллеливания функций обработки информации между ПК и УВК, что может, например, привести к сокращению времени реакции на события.
Современная интегрированная система автоматизации технологической структуры может быть представлена в виде 5-уровневой пирамиды(рис.1.1). Нижний уровень - уровень ввода-вывода информации; Первый уровень - непосредственное управление технологическим процессом; Второй уровень - SCADA(Supervisory Control and Data Acquisition -сбор данных и диспетчерское управление); Третий уровень MES (Manufactnring Execution System) - средства управления производством; четвертый, верхний уровень управления определяется как ,MRP (Manufacturing Resource Planning) и ERP (Enterprise Resource Planning) - планирование ресурсов предприятия.
Общие принципы математического моделирования автоматизированного мониторинга ТСПО
По архитектуре технологическая структура (ТС) имеет вид сложного производственного комплекса, включающего в себя вычислительные средства, математическое и информационное обеспечение, периферийное оборудование, людей. Сложность ТС порождает проблему оптимальной организации системы. Для ее успешного решения необходимо строить модели ТС. Практический интерес моделирование имеет в двух ситуациях:
1) при анализе существующей системы с целью ее модернизации и предварительной оценки результатов модернизации;
2) при анализе вариантов построения новой системы с целью выбора лучшего варианта. Критерием для разрешения проблемной ситуации как при модернизации, так и при проектировании системы служит ее производительность и (или) среднее время реализации процесса обработки одного задания — цикл обработки заявок. Поэтому результатом моделирования должно быть среднее время реализации процесса и пропускная способность системы как функция параметров системы и процесса.
Особенности ТС. Сложность структуры (десятки или сотни элементов: устройств и людей), вероятностный характер входящего потока заявок на проектирование и времени выполнения отдельных операций проектирования свидетельствуют о том, что задача определения среднего времени реализации процесса обработки заданий есть задача теории сетей СМО или теории стохастических сетей.
Время пребывания требования в любой сети где Т,- среднее время пребывания требования в элементе /; а, -среднее число передач, значения ai находятся решением системы линейных уравнений: І Ао где Хй - интенсивность входящего потока в сеть; И - интенсивность входного потока на элемент /; ви - вероятность передачи заявки из элемента / после ее обслуживания.
Для определения цикла обработки необходимо знать величины Tt и Q.t.. Кроме того, они являются исходными данными для подбора различных элементов системы. Каждое требование инициирует решение определенной последовательности задач проектирования. В обычной стохастической сети все требования независимы. В ТС требования также независимы, поскольку внутри сети требование выступает как фаза в реализации процесса, как требование на решение одной задачи из последовательности, т.е. требования выступают как фазы разных процессов и, следовательно, независимы. Однако взаимосвязь задач каждого отдельного процесса налагает условия на переход требования из одного узла в другой. В стохастической сети это отображается весами дуг связей узлов сети. Оценки весов дуг вероятностей передач в у - от узла к узлу - должны быть получены как исходные данные для анализа системы. Так как последовательность задач не детерминирована и по разным причинам отдельные подмножества задач приходится решать повторно, иногда не один раз, то это ведет к тому, что для разных требований фактическая последовательность задач неодинакова. Кроме того, разные задачи могут решаться одним элементом системы и, наоборот, одна задача - сразу несколькими элементами. Поэтому прямая оценка вероятностей передач в0- практически затруднена.
Следует отметить и такую особенность ТС по сравнению с ВС. При моделировании ВС люди, т.е. коллектив пользователей, выступают как источники требований. Их поведение отображается в моделях потоков требований. В ТС люди решают часть задач из общей последовательности, следовательно, принципиально не устранимы из системы и должны быть представлены в модели системы как ее элементы, т.е. как СМО.
Процесс может быть представлен с разной степенью детализации.
При моделировании важно знать, какими устройствами или людьми выполняются отдельные операции, поэтому разбиение процесса на операции следует производить, руководствуясь логикой работы систем и людей. Разумно выделять в качестве операций такие части процесса, которые реализуются без прерывания, без обращения к другим элементам одним устройством или одним человеком. В то же время при диалоговом решении какой-либо задачи не всегда необходимо отделять операции человека и ЭВМ. При моделировании, процесса в целом за операцию может быть принят весь цикл взаимодействия человека и ЭВМ при решении задачи.
Расчленение процесса на операции всегда неформально. В зависимости от цели и искусства человека могут быть построены разные схемы для изображения одного и того же процесса.
Последовательность операций может быть представлена в виде графа Gp, узлы которого отображают операции, а дуги - связи между операциями. В каждый данный момент времени набор операций фиксирован и известно, какими элементами системы (устройствами или людьми) каждая операция реализуется. Оценка среднего времени выполнения данной операции данным элементом так же, как и оценка частоты перехода от данной операции к другим, не вызывают тех трудностей, которые возникают при получении оценок параметров системы. Если характеристики процесса получены, то процесс можно представить в виде дважды взвешенного графа: веса узлов - оценки времени выполнения операций tk веса дуг - оценки вероятностей Рк1 переходов от операции к операции.
Классификация и формализация функциональных задач ТСПО
Под структурой системы в общей теории систем понимается набор элементов и их взаимосвязь[30].
Функциональная структура технологической структуры (ТС) представляет собой совокупность функциональных подсистем разного уровня детализации с определенными отношениями между ними.
Функциональные подсистемы - это выполняемые системой функции.
В зависимости от уровня детализации этих функций их условно будем называть функциональными задачами (ФЗ), функциями системы (ФС), функциями устройств (ФУ) и процедурами (ПР). На рис. 3.1 показана схема взаимосвязи функций различных уровней детализации функциональной структуры ТС.
Функциональные задачи представляют собой функции первого уровня детализации системы. В самом общем виде ФЗ ТС определяются как преобразование некоторого входного потока данных в выходной. Необходимо, чтобы данное преобразование отвечало одному из следующих условий: 1) входные данные должны поступать в систему от внешних для системы источников, а выходные - к другой ФЗ или к пользователям системы; 2) входные данные могут поступать от других ФЗ, однако выходные данные в этом случае должны поступать пользователям системы.
Отношения между ФЗ показывают информационные связи между ними. Совокупность ФЗ и отношений между ними представляют собой функциональную структуру МС на первом уровне ее детализации.
Функции системы представляют собой этапы технологического процесса преобразования данных при решении функциональной задачи.
Функциональные задачи и функции системы определяются составом входных и выходных данных и их параметрами. Отношения между ФС показывают информационную взаимосвязь между ними, возникающую при решении ФЗ. функциональной структуры ТС Каждая ФЗ может быть реализована с помощью ЦП, ОЗУ, ПЗУ, УВВ или их сочетания. Функции устройств (ФУ) соответствующего вида - обеспечение ресурсов определенного вида, необходимых для выполнения ФС.
Процедуры- некоторые частные функции устройств. Процедуры, образующие функции устройств разного вида, имеют различное физическое значение. Например, процедурами функций процессора являются части алгоритма, реализующего соответствующую функцию системы, функций ПЗУ - хранение программ и таблиц, функций ОЗУ - хранение обрабатываемых данных, очередей сообщений и т. д.[40].
Процедуры оцениваются пара метрами, характеризующими потребляемые ресурсы определенного вида, необходимые для обработки одного знака информации. Те процедуры, для которых потребность в ресурсах микроЭВМ не зависит от объема обрабатываемой информации, характеризуются не удельными, а абсолютными параметрами, например объемом памяти, необходимым для хранения программ в ПЗУ.
Классификация и формализация функциональных задач. Функциональная структура ТС представляет собой взаимосвязь функций различных уровней детализации системы. Функции ТС анализируются на четырех уровнях детализации: функциональных задач, функций системы, функций устройств и процедур. При этом определяются основные виды функций каждого уровня детализации и взаимосвязи между ними, которые наиболее часто встречаются в системах различного назначения, производится формализация функций и их взаимосвязей и определяются основные параметры функций ТС. Функциональные задачи классифицируются в зависимости от их назначения, вида входной и выходной информации, а также от того, что является источником и потребителем информации.
В зависимости от назначения все ФЗ ТС подразделяются на задачи системного управления и прикладные.
Выделяется только одна функциональная задача управления. Ее назначение - взаимодействие всех прикладных ФЗ, определение очередности выполнения задачи, распределение ресурсов между ними и т. д. Прикладные ФЗ предназначаются для обслуживания пользователей системы
Имитационная модель технологической структуры предметной области..
Ввиду небольшого количества вариантов выбора типов ПВО (до четырех для каждого объекта) и отсутствия зависимости между выбираемыми решениями для разных объектов у и разных подсистем f одного объекта указанную задачу решаем методом полного перебора вариантов.
Шаг 1: вычисляем из (4.13) значения рьшм и используя (4.12), определяем значения W » GW Проверяем условие імшш іШоНіл. Если данное условие не выполняется, то передаем управление первой задаче синтеза для замены типа ЭВМ или перераспределения ФЗ между ними. Если данное условие выполняется, из (4.11) определяем значение параметра tdnyv
Шаг 2: выбираем поочередно для каждого объекта у ши подсистемы взаимодействия с объектом у с передачей каждый раз управления задаче синтеза структуры ПВО вместе с допустимыми значениями параметров d33yv, ielwb. Если задача синтеза структуры ПВО может обеспечить указанные значения параметров времени, то она выдает задаче синтеза структуры ПЬО оптимальное значение стоимости ПВО. В противном случае управление передается задаче синтеза топологической структуры МС, которая изменяет тип ЭВМ или перераспределяет ФЗ между ЭВМ.
Шаг 3: для каждого объекта выбираем оптимальные по минимуму затрат типы ПВО, связанные с ним. Далее находим общие затраты на все подсистемы взаимодействия со всеми объектами, обслуживаемыми рассматриваемой ЭВМ.
Шаг 4: передаем управление задачи синтеза структуры ПОД совместно со значениями количества УВВ, обслуживаемых данной подсистемой (количество УВВ требуется для оценки объема ОП, необходимого для хранения очереди вводимых и выводимых сообщений). Полученное от задачи синтеза структуры ПОД значение ее стоимости и WbHJM суммируем со значением стоимости всех ПВО, определенной на шаге 3, затем передаем результат, задаче синтеза топологической структуре МС.
В задаче синтеза структуры требуется определить количество и выбрать типы устройств ПЗУ, ОЗУ, УВП (ВЗУ) для заданного типа ЦП и состава решаемых функциональных задач. При этом необходимо выполнить условия обеспечения совместимости выбираемых устройств с ЦП и ограничения на общий объем основной памяти, с которым может работать ЦП данного типа. Тип dun центрального процессора определяется типом с!э ЭВМ, а подмножество IbHh функциональных задач, требующих обработки данных, задаются задачей синтеза структуры ЭВМ. Остальные исходные данные определяются при анализе системы или вычисляются по зависимостям: Сшш- стоимость типа dmj ЦП; с /яяз dПЗУ = 1 DПЗУ " вектор стоимостей разных типов ПЗУ; Cd003 , d03y =\,D03y, - вектор стоимости разных типов ОЗУ; CdBB3 , dB3y =\,DB3y вектор стоимостей разных типов ВЗУ; [MbHUv],dB3y =l,DB3y, -количество устройств памяти разного типа и вида, необходимое для использования в составе h-й ЭВМ при Ън -м распределении ФЗ между Н ЭВМ; R - вектор объемов памяти, возможных для использования в системе ПЗУ; ХОЗУ " вектор объемов памяти, возможных для использования в системе ОЗУ; [хст dm = \,Dl(n , dv - \,DV,- матрица совместимости разных типов ЦП с устройствами памяти; С/цц стоимость ОС типа с!э ЭВМ (d3 = dm);Rd3максимальный объем основной памяти (постоянной и оперативной), с которой может работать тип йэ ЭВМ.
Функция цели задачи синтеза представляет собой сумму стоимостей ЦП заданного типа ос; его устройств памяти, которые могут быть использованы в составе под h-й ЭВМ типа ab при Ън -м распределении ФЗ между Н ЭВМ:
