Введение к работе
1 1 Актуальность темы
Современные распределенные информационно-измерительные системы (РИИС) нашли широкое применение в различных областях науки, техники и промышленности В современном производстве, особенно в такой области как гибкое автоматизированное производство (ГАП), РИИС играют ведущую роль в связи с усложнением алгоритмов технологических процессов, а также тенденцией распределения вычислительных средств между подсистемами РИИС
От РИИС ГАП во многом зависит эффективность работы всей гибкой производственной системы Рассредоточение вычислительной мощности по различным уровням и блокам РИИС ГАП позволяет уменьшить потоки информации, сократить общее время обработки, повысить надежность систем, обеспечить гибкость построения структур и программ обработки информационных потоков
Однако, в целом, задача построения структуры РИИС ГАП в целом недостаточно проработана Существующие методики анализа и синтеза структур РИИС ГАП и алгоритмов обмена информацией либо требуют больших вычислительных мощностей, либо не позволяют найти наилучший вариант
Кроме того, отличительной особенностью современной ситуации в области РИИС ГАП является трудность построения структур таких систем из-за сложных взаимосвязей структурных элементов, размещаемых на обширной территории, стремительный рост объема измеряемых и передаваемых данных от гигабитов сегодня к террабитам завтра.
Необходима систематизация и обобщение структур и алгоритмов работы современных РИИС ГАД а также разработка и представление материала, являющегося базой для повышения эффективности РИИС ГАП
В этих условиях первостепенное значение приобретает совершенствование и дальнейшее развитие методов и алгоритмов повышения эффективности РИИС и широкое их практическое внедрение на основе использования современных средств вычислительной техники и программного обеспечения
Проведенный анализ показал, что в настоящее время однозначного решения по использованию той или иной методологии для построения РИИС не существует Промышленность предлагает не только сотни видов различного оборудования от множества производителей, но и ряд принципиально отличающижя подходов к решению создания РИИС ГАП
Такое направление развития РИИС ГАП выявляет тенденцию усложнения их структуры Эта тенденция ведет к необходимости решения задач коммутации, так как качество решения данных задач напрямую влияет на производительность и эффективность использования РИИС в целом
В общем, решение проблемы повышения эффективности РИИС ГАП зависит от многих факторов структуры РИИС, интенсивности изменения данных, времени задержек в узлах коммутации, пропускной способности каналов и т п
При этом требования к качеству получаемых данных постоянно растут Это приводит увеличению объемов обрабатываемых данных, к усложнению алгоритмов обработки, и, как следствие, к росту вычислительных затрат, необходимости очень высокой скорости обработки данных Рост производительности оборудования решает эту проблему, как показывает практика, лишь отчасти В то же время, данные, приведенные в многочисленных источниках показывают, что менее 10 % сообщений, полученных от объектов измерений несут полезную информацию
Кроме того, анализ данных, полученных от некоторых сложных объектов измерений
показывает, что для определения результатов измерений с погрешностью, не превышающей
2%, достаточно иметь 1/70 - 1/20 часть общего объема полученных сообщений Столь
существенная избыточность увеличивает информационную производительность РИИС и
влияет на пропускную способность канала связи, что приводит к увеличению времени
обработки измеряемых данных ;л
В связи с этим, разработка новых более эффективных методов и алгоритмов построения структур, обеспечивающих сокращение времени передачи и обработки данных в РИИС ГАП является актуальной задачей
1 2. Цель работы - повышение производительности гибких автоматизированных производств за счет оптимизации передачи и обработки данных в распределенных информационно-измерительных системах гибких автоматизированных производств Достижение поставленной цели предполагает решение следующих основных задач
разработку метода оптимизации структур распределенных информационно-измерительных систем гибких автоматизированных производств,
исследование методов управления информационными потоками в распределенных информационно-измерительных систем гибких автоматизированных производств,
разработку алгоритма оптимизации коммутации потоков данных в распределенных информационно-измерительных системах гибких автоматизировашгых производств,
разработку алгоритмов сжатия данных при их обработке в распределенных
информационно-измерительных систем гибких автоматизированных производств
реализацию и экспериментальную проверку разработанных аліоритмов
1 3 Методы исследовант
Для достижения поставленной цели в качестве аппарата исследований использованы теория систем, топология, теория матриц, теория графов, теория информации и передачи сигналов, теория массового обслуживания, теория вероятностей, прикладная комбинаторика, теория множеств
1 4 Научная новизна работы
Научная новизна работы заключается в следующем
предложен метод оптимизации структур распределенных информационно-измерительных систем гибких автоматизированных производств на основе математического метода парных замещений, позволяющий определять оптимальную структуру распределенных информационно-измерительных систем гибких автоматизированных производств исходя из критерия минимизации времени обмена информацией между подсистемами распределенных информационно-измерительных систем
разработан алгоритм оптимизации коммутации потоков данных в распределенных информационно-измерительных системах гибких автоматизированных производств, минимизирующий среднее время ожидания при передаче данных,
разработан алгоритм, повышающий точность сжатия данных на основе модифицированного дискретного косинусного преобразования,
разработан алгоритм сжатия на основе функций Крестенсона, требующий значительно меньшее количество вычислительных операций по сравнению с известными,
разработан алгоритм сжатия многоканальных данных на основе мультивейвлетных функций, с улучшенной локализацией в пространстве и более эффективной аппроксимацией
1.5 Практическая ценность работы заключается в том, что
Предложенные алгоритмы и вычислительные методы доведены до практической реализации, позволяют организовать процедуры оптимизации структур, передачи и обработки данных в распределенных информационно-измерительных систем гибких автоматизированных производств, что обеспечивают своевременную проработку вопросов построения структуры распределенных информационно-измерительных систем гибких автоматизированных производств еще на этапе ее проектирования
1 6 Реализация и внедрение результатов работы
Полученные в работе метод оптимизации структур и алгоритм оптимизации коммутации потоков данных в распределенных информационно-измерительных систем гибких
автоматизированных производств, а также алгоритмы сжатия данных с применением модифицированного дискретного косинусного преобразования, дискретного преобразования на основе функций Крестенсона и дискретное преобразование на основе мультивейвлетных функций внедрены на предприятии ОАО «Центральный научно-исследовательский технологический институт» в распределенных информационно-измерительных системах сборочных роботогехнических комплексов КСП-3, что подтверждено соответствующим актом внедрения
1.7 Апробация работы
Основные положения диссертационной работы докладывались на 7 всероссийских и международных научно-технических конференциях
1 8 Публикации
По теме диссертации опубликовано 10 печатных работ в виде статей в журналах, трудах международных и российских конференций и сборнике научных трудов МГУПИ, из них 1 работа в издании, рекомендованном ВАК РФ для опубликования научных положений диссертационных работ В работах опубликованных в соавторстве, автору принадлежат научные и практические результаты, заявленные в диссертации
1 9. Структура и объем диссертации
Диссертационная работа изложена на 160 страницах машинописного текста, состоит из введения, четырех пав, заключения, списка литературы из 152 наименований и приложения, а также включает рисунки и таблицы в количестве 40 шт
1.10 Основные положения, выносимые на защиту
метод оптимизации структур распределенных информационно-измерительных систем
гибких автоматизированных производств,
метод и алгоритм оптимизации алгоритма коммутации потоков данных в распределенных информационно-измерительных системах гибких автоматизированных производств с адаптивной коммутацией,
алгоритм сжатия данных с использованием модифицированного дискретного косинусного преобразования,
алгоритм сжатия с использованием функций Крестенсона,
алгоритм сжатия с использованием мультивейвлетных функций
