Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ методов построения систем обработки данных технологического назначения в технологии МЭ (обзор литературы)
1.1. Применение информационных технологий в микроэлектронике
1.2. Особенности проектирования информационной системы предприятия со сложной структурой
1.3. Особенности построения систем обработки данных применительно к области микроэлектронной технологии
1.4. Основные методы автоматизированного принятия решений для систем обработки данных технологического назначения
1.5. Базовые методы построения хранилищ данных
1.5.1. Технологии и средства реализации хранилищ данных
1.5.2. Анализ существующих архитектур хранилищ данных
1.6. Выбор направления исследований и разработок и постановка задачи исследования
1.7. Выводы по главе 1
Глава 2. Модели и алгоритмы построения систем обработки данных технологического назначения на основе хранилищ данных
2.1 Моделирование хранилищ данных на основе многоуровневого представления системы
2.1.1 Архитектура распределенной информационной системы
2.1.1.1 Административный уровень XД ТН
2.1.1.2 Информационно-инструментальный уровень ХД ТН
2.1.1.3 Физический уровень ХД ТН
2.1.2 Построение модели информационного хранилища технологических данных
2.1.3 Комплементарность уровней представления ХД
2.1.4 Методика построения модели хранилища данных
2.1.5 Административный уровень хранилища данных
2.1.5.1 Обеспечение связности административного уровня ХД
2.1.5.2 Обеспечение передачи информации на административном уровне ХД
2.1.5.3 Оценка распределения нагрузки на элементы уровня
2.1.5.4 Оценка работоспособности и качества административного уровня
2.1.6 Информационно-инструментальный уровень хранилища данных
2.1.6.1 Матрица отношений узлов системы и элементов ХД
2.1.6.2 Распределение информационных элементов между узлами системы
2.1.7 Физический уровень хранилища данных
2.1.7.1 Анализ связности и надежности среды
2.1.8 Оценка качества трехуровневой структуры проектируемого ХД
2.2 Алгоритм расчета поэтапного выделения материальных и трудовых ресурсов при создании итеративного хранилища данных
2.3 Выводы по главе 2
Глава 3. Моделирование структуры комплекса обработки и анализа массивов технологических данных на основе специализированных хранилищ данных
3.1 Особенности проектирования и моделирования архитектуры комплекса обработки массивов технологических данных
3.1.1 Назначение и область применения комплекса обработки и анализа массивов технологических данных
3.1.2 Характеристика требований к системе
3.1.3 Архитектура КОТД
3.2 Метод создания КОТД с использованием виртуальных контуров
3.2.1 Постановка задачи моделирования системы на основе виртуальных контуров
3.2.2 Особенности функционирования виртуальных контуров
3.3 Моделирование состояний КОТД
3.3.1 Правила моделирования КОТД
3.3.2 Синтаксис и семантика диаграмм потоков данных
3.3.3 Модель жизненного цикла ТП
3.3.4 Таблицы перехода состояний и список событий
3.4 Выводы по главе 3
Глава 4. Разработка и опытно-промышленная эксплуатация комплекса обработки и анализа массивов технологических данных в области микроэлектронной технологии
4.1 Выбор программных средств для создания макета КОТД
4.2 Опытно-промышленная апробация разработанной структуры, моделей и алгоритмов
4.2.1 Функциональная структура программных модулей КОТД
4.2.2 Принципы функционирования входящих в систему модулей
4.3 Анализ комплекса обработки и анализа технологических данных
4.3.1 Итоги исследования этапов обработки технологической информации в контурах
4.3.2 Общие итоги исследования КОТД
4.4 Выводы по главе 4
Заключение
Список используемой литературы
- Особенности построения систем обработки данных применительно к области микроэлектронной технологии
- Построение модели информационного хранилища технологических данных
- Назначение и область применения комплекса обработки и анализа массивов технологических данных
- Итоги исследования этапов обработки технологической информации в контурах
Введение к работе
Актуальность темы:
В современном мире, где продолжается стремительное развитие вычислительной техники и средств коммуникации, все большее внимание уделяется работе с информацией. Число и сложность задач информационного обеспечения постоянно возрастают. Происходит интенсивный рост объемов обрабатываемой информации и привлечение автоматических систем к решению информационных задач. Системы обработки информации (СОД) постоянно совершенствуются из-за растущих запросов пользователей, вычислительной техники, используемых ресурсов. Меняются требования не только к функциональности и возможностям СОД, но и к динамике их и изменений. Результат этого - увеличение числа различных СОД, систем управления, становящихся все более сложными комплексами аппаратных и программных средств.
Использовавшиеся ранее СОД не могут удовлетворить растущие потребности. Часть трудностей обязана тому, что традиционные способы переработки совершенно несостоятельны в вопросе анализа больших объемов данных. Современные аппаратные средства позволяют обычной организации накапливать колоссальные количества относящихся к ее деятельности данных, однако реально это делает ничтожно малая часть из них, и не только по той причине, что это дорого стоит, но главным образом из-за того, что просто не понятно, для чего и как это делать. Даже если перевести каким-нибудь образом накопленные данные в графики, то результат, по элементарной причине его объема, будет недоступен для восприятия человеком. Широко распространенные средства "деловой графики", электронных таблиц и пр. дают человеку возможность воспринимать гораздо больше информации, чем практиковавшиеся до них
таблицы названий и цифр, но для объемов данных, разрешаемых уже сейчас аппаратной технологией, они не годятся.
Другая часть трудностей связана с тем, что в системы обработки информации, использовавшиеся ранее, не входят СППР, так как еще до недавнего прошлого большое распространение получили системы, ориентированные исключительно на оперативную обработку данных. Однако за последние два-три года ситуация существенно изменилась. И это непосредственно связано с тем, что практически в любой организации сложилась следующая ситуация: информация существует, но она не структурирована, не согласована, разрознена, не всегда достоверна, ее практически невозможно найти и получить в нужное время. Накопленные данные зачастую содержатся в базах данных разных форматов, а интегрировать одну базу в другую не представляется возможным.
Анализировать информацию и генерировать отчеты непосредственно в операционных информационных системах практически невозможно:
во-первых, из-за рассредоточенности сведений по различным источникам;
во-вторых, из-за вероятного снижения производительности в оперативной информационной системе.
Именно на разрешение этого противоречия - отсутствие информации при наличии и даже ее избытке - и нацелена концепция хранилищ данных (Data Warehouse). Хранилище данных (ХД)- это набор организованных решений, программных и аппаратных средств для тиражирования и анализа данных. Основная цель ХД - создание единого логического представления данных, содержащихся в разнотипных баз данных (БД), или, другими словами, единой модели данных.
Кроме структурирования данных ХД позволяет решить проблему разнородности входных данных. Одним из основополагающих принципов при построении информационных систем (ИС) является единство
представления данных. Перевод данных в единых формат при построении ИС занимает большое количество временных и трудовых ресурсов. ХД позволяет сохранять формат данных в том виде, в котором данные были занесены в базы данных первоначально.
Следует отметить, что готовых СОД на основе ХД технологического назначения (ХД ТН) в настоящее время не существует, но возможно их создание на основе применения и модернизации имеющихся систем.
Проблема, решению которой посвящена эта работа, может быть сформулирована как: отсутствие прикладных методов построения больших ИС, позволяющих одновременно учитывать административные, информационные, инструментальные и физические аспекты функционирования сложных многопрофильных объектов, учитывая сложившееся информационное пространство и существующую иерархию.
Целью данной работы являются
Исследование и моделирование процессов накопления, анализа и обработки массивов технологических данных на основе хранилищ данных, разработка прикладных методов логического проектирования ХД и проектирование архитектуры ХД технологического назначения для микроэлектроники на основе контуров инвариантных к фирменным архитектурам разработки ХД.
Для достижения поставленной цели в диссертационной работе необходимо решить следующие задачи:
Разработать метод проектирования ХД на основе комплементарных графовых моделей разных уровней представления.
Определить алгоритм построения развивающихся систем, учитывая изменения стоимости технических средств, средств коммутации и технических характеристик составляющих ХД
Разработать модель архитектуры системы с описанием входящих в него контуров с их функциональным назначением и утилитами, требуемыми для корректной и эффективно работы системы в целом.
Разработать модель комплекса обработки технологических данных с использованием виртуальных контуров.
Разработать и исследовать метод моделирования и анализа спроектированной архитектуры комплекса обработки технологических данных.
Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались общая теория систем, методы моделирования сложных систем, теория информационных систем и баз данных, методы структурного моделирования, теория множеств и теория графов.
Научная новизна работы состоит в следующем:
Разработана и обоснована универсальная модель архитектура хранилища данных технологического назначения на основе технологии виртуальных контуров.
Предложен и исследован метод функционального моделирования и анализа сложных технологических систем на основе альтернативной нотации DFD-диаграмм.
Создана и исследована математическая модель задачи проектирования итеративно развивающегося хранилища технологических данных, учитывающая изменения в финансировании создаваемой системы, стоимости технических средств, средств коммутации и технических характеристик составляющих ХД
Предложен, разработан и апробирован метод логического проектирования основанный на комплементарных графовых моделях
разных уровней представления, инвариантный к фирменным архитектурам построения ХД.
Основные положения, выносимые на защиту:
Алгоритм практического проектирования хранилища данных на основе трех уровней представления, применимого для описания и разработки технологических процессов микроэлектроники.
Модель архитектуры комплекса обработки технологических данных, на основе технологии виртуальных контуров.
Математическая модель динамической задачи проектирования итеративного хранилища данных технологического назначения.
Метод функционального моделирования и анализа сложных технологических систем на основе альтернативной нотации DFD-диаграмм.
Практическая ценность работы заключается в следующем:
В работе предложен комплекс методов, алгоритмов и моделей, позволяющий упростить облегчить и унифицировать проектирование и разработку хранилищ данных технологического назначения.
Использование созданных методов логического проектирования ХД ТН позволяет рассматривать отдельные уровни представления с разной степенью детализации, выделять «узкие» места и корректировать их на любом этапе проектирования и/или реализации системы.
Реализация и внедрение результатов работы:
Научные результаты, изложенные в диссертации, реализованы автором в ходе
участия в выполнении госбюджетных НИР:
1. № 1.1517.96 Б, Москва , 1999 «Разработка научных основ и принципов построения баз технологических данных и знаний и для информационных и экспертных систем управления качеством».
2. №1443, Москва, 2000 «Исследование и разработка методов построения и интеграции комплексных информационно-измерительных систем» Полученные в работе научные результаты внедрены в практику научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ Научно-исследовательского института точных приборов (НИИТП). Применение разработанных методов проектирования ХД ТН позволило на 30-35% сократить трудовые и материальные затраты за счет:
использования типовых проектных решений определенных базовой структурой и логикой построения;
рационализации структуры ХД в ходе ее построения за счет поэтапного проектирования на базе существующих систем, исключая на каждом этапе избыточные элементы;
снижение уровня неустранимых на ранних этапах проектирования ошибок.
Акты внедрения приведены в ПРИЛОЖЕНИИ 1 диссертации.
Апробация работы:
Основные результаты работы докладывались на следующих научно-технических конференциях:
Научно-техническая конференция «XXIII Гагаринские чтения' 97». Москва, 8-12 апреля 1997 г; II Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция «Электроника и информатика-97», Зеленоград, октябрь 1997 г; Научно-техническая конференция «XXIII Гагаринские чтения' 98». Москва, 8-12 апреля 1998 г; XXII Конференция молодых ученых механико-математического факультета МГУ, Москва, 17-21 апреля 2000 г; Международная конференция ИСИТУ-2000-І8&ІТС «Intelligent Systems and Information Technologies in Сопп-о1»,Псков, 19-23 июня 2000; Международная научно-техническая конференция «Информационные технологии в образовании, технике и медицине», Волгоград, 19-21 сентября 2000; Седьмая
национальная конференция по искусственному интеллекту КИИ-2000 (с международным участием), Переславль-Залесский, 23-28 октября 2000; Международная научно-техническая конференция «Информационные системы и технологии», Новосибирск, 8-11 ноября 2000; Всероссийская научно-техническая конференция «Новые материалы и технологии НМТ-2000», Москва, 24-25 октября 2000; Межвузовская электронная научно-техническая конференция «Управляющие и вычислительные системы. Новые технологии», Вологда, 2001.
Публикации:
По материалам и результатам диссертации опубликованы 11 статей, докладов и тезисов, 2 отчета по НИР.
Структура и объем диссертации:
Диссертация состоит из списка сокращений, введения, 4 глав, заключения и
приложений, изложенных на страницах, а также списка литературы из
111 наименований.
Содержание работы:
Во введении обосновывается актуальность темы, формулируется цель и задачи исследования, отмечаются полученные в работе новые научные результаты, их практическая ценность, реализация, апробация и структура диссертации.
В первой главе ставится задача освоения ХД ТН и определяется цель работы и задачи, которые требуется решить для достижения поставленной цели.
Определяются характерные признаки ИС со сложной структурой и исследуются теоретические основы, концепции и понятия технологии и
средств реализации перспективных исследований и методов реализации передовых информационных технологий для СОД ТН на основе ХД.
Далее определяются особенности, специфика назначения, диапазон применения и характеристика требования и функций СОД в области микроэлектронной (МЭ) технологии. Учет указанных особенностей и определяет специфические критерии при выборе соответствующих модулей для создания СОД, отвечающих указанным требованиям. Отмечается, что формирования СОД ТН является сложным процессом, так как технологии, которые формируются с помощью СОД, в настоящее время все более усложняются.
В первой главе также предлагается структура СОД, включающую в себя СППР как подсистему. Делается вывод, что при построении СОД ТН следует учитывает ее распределенных характер и возможность принятия групповых решений, то есть решений, принимаемых несколькими конструкторами или даже несколькими группами конструкторов по одному вопросу.
В этой главе также рассматриваются существующие фирменные архитектуры ХД и определяется, что фирменные архитектуры построения ХД не конкурируют друг с другом, а скорее адресованы разным сегментам рынка. Делается вывод, что при создании корпоративной ИС на основе ХД возможно ее модульное построение с использованием программного обеспечения различных фирм. Такое решение может наиболее полно учесть специфику конкретной организации, ее потребности, финансовые возможности, наличие квалифицированных специалистов по работе с продуктами. Во всех случаях необходим защищенный доступ к информации с введением прав на чтение, дополнение, изменение данных и их перемещение в архив.
Вторая глава посвящена анализу и разработке основных моделей и принципов построения СОД ТН на основе ХД.
Указывается, что при проектировании СОД больших технологических массивов следует разделить систему на три уровня представления:
Административный уровень;
Информационно-инструментальный уровень;
Физический уровень.
То есть в общем случае система представляется как:
k=l
где Uk - определенный уровень представления системы.
Следовательно, делается вывод, что при проектировании ИС предприятия со сложной структурой нужно учитывать существующую иерархию административного уровня предприятия, отразить различные аспекты требований к ИС, увязать три уровня представления, выделить «узкие места» на всех уровнях представления.
Определяется, что моделирование СОД на основе ХД следует проводить с учетом разделения строящейся системы на три уровня и что уровни представления ХД взаимодействуют между собой, а графовые модели Gi(E, Рі), на основе которых будут строиться модели, позволяют отработать каждый уровень представления ХД в системе с любой степенью детализации. Степень детализации можно определить удобством работы проектировщиков и в зависимости от конкретных целей и задач. Для каждого уровня представления, определяется графовая модель и особенности построения этой модели.
Далее во второй главе определяется общий алгоритм создания развивающихся во времени ХД. Это позволяет проектировать архитектуру системы ХД, учитывая изменения во времени экономического, технического и др. порядка:
изменения в финансировании создаваемой системы;
изменения в потребности информационно-вычислительных ресурсов (ИВР);
изменения стоимости технических средств и средств коммутации;
изменения технических характеристик составляющих системы (компьютеры, каналы связи, дополнительное оборудование др.) и т.д.
Третья глава посвящена проектированию комплекса обработки и анализа массивов технологических данных на основе ХД, который предназначен для организации и проведения отработки конструкторской документации на технологичность, технологической подготовки и сопровождения производства в процессе разработки и создания оригинального изделия, выбора оптимальных конструктивно-технологических решений при назначении директивных технологических процессов (ТП) для элементов перспективных разработок, автоматизации разработки технологической нормативной документации, оптимизации планирования производства и оценки экономических показателей ТП путем автоматизации трудоемких расчетов по формированию конструкторско-технологических нормативных БД.
Предлагается исследовать возможность построения КОТД на основе виртуальных контуров (ВК).
Определяются основные проблемы и задачи при работе комплексов на основе ВК. Отмечается, что основа современного информационного комплекса для технологического предприятия заключается в постоянной реорганизации алгоритмов создания виртуальных систем. Чем больше возникает разнообразных виртуальных систем и связей, тем больше появляется аналогов, по которым технологический комплекс может самообучаться и самомоделироваться, что является главной основой для создания интеллектуального производства.
Далее в этой главе моделируется работа системы на основе ВК с помощью альтернативной нотации DFD-диаграмм.
В четвертой главе, для практической реализации методов, алгоритмов и моделей, определенных в главах 2 и 3, и спроектированной архитектуры КОТД
ТН разработан макет-прототип программной системы. Разработка функционально полного ХД невозможна из-за высокой стоимости проекта, поэтому разрабатываемый КОТД является витриной данных (ВД) - небольшим хранилищем, обеспечивающим потребности одного из подразделений или одного из направлений. ВД не требует, хотя и не исключает, наличие корпоративного ХД, охватывающего сразу все аспекты жизнедеятельности организации.
Для этого произведен выбор программного продукта для построения ВД и сделано заключение, интегрированный комплект базовых программных продуктов Sybase имеет полностью отвечает предъявленным требованиям для решения всех задач, связанных с их созданием, управлением и развитием ХД.
Далее рассматривается функциональная структура программных модулей КОТД, ее практическая реализация.
В конце главы анализируются полученные результаты опытно-промышленной эксплуатации и показывается технико-экономический эффект от внедрения КОТД.
Заключение содержит основные выводы по настоящей диссертации.
Особенности построения систем обработки данных применительно к области микроэлектронной технологии
Определим следующие характерные признаки ИС предприятия со сложной организационной структурой: длительный жизненный цикл (ЖЦ); миграция унаследованных систем; разнообразие используемого аппаратного обеспечения, ЖЦ которого меньше, чем у создаваемой системы; разнообразие используемого программного обеспечения (ПО); ориентация на аналитическую обработку данных; территориальная распределенность; обеспечение планирования и управления всеми ресурсами организации; содержание описания тысяч бизнес-процессов, многих тысяч пользовательских экранов и реляционных таблиц, до ста тысяч настраиваемых параметров. С другой стороны, ИС предприятия - это, прежде всего, система, учитывающая все ресурсы объекта (организации, предприятия) и активно поддерживающая процессы управления.
Поэтому, при построении ИС предприятия со сложной структурой, используя уже существующие СОД этого предприятия, на первый план выходят проблемы правильной организации информационного обеспечения. В такой системе важнее взаимосвязь и согласованность всех составных частей, непротиворечивость их данных, а также эффективность применения системы для управления корпорацией в целом.
Для небольших и однородных объектов со слабо распределенной или нераспределенной структурой решение этих задач реализуется относительно просто с помощью известных методов создания БД и построения ее на основе ИС.
При большом объеме информации, который свойственен предприятиям со сложной структурой, ее неоднородности из-за многочисленности направлений деятельности, распределенности структуры и сложности административной организации задача проектирования теряет свою тривиальность, а система приобретает описанные выше свойства и становится ИС предприятия со сложной структурой.
Следует отметить, что административной системе присущ определенный консерватизм и чем сложнее структура предприятия, тем труднее решить проблему перехода от одной ИС к другой.
Обозначим эту ситуации как сложившийся порядок работы с информацией в системе управления предприятием. Сложившийся порядок формирует набор требований Kq к свойствам и параметрам автоматизированной системы, связанных с характером деятельности, внутренним устройством, системой управления, целями и задачами, принятыми правилами работы с документами и информацией, вопросами безопасности и т.д.
Определим, что представление ИС предприятия должно соответствовать широко распространенной глобальной информационной технологии CALS (Continuous Acquisition and Life-Style Support), которая определяет набор правил, регламентов и стандартов, в соответствии с которыми строится информационное взаимодействие участников процесса проектирования, производства, испытания и т.д. [10, 19, 21, 101, 108]. Фундаментом CALS-технологий является система единых международных стандартов ISO 10303 (STEP) и ISO 13584 (P_LIB)[28, 101]. ISO 10303 STEP - Standard for Exchange of Product Data (Стандарт Обмена Данными об Изделии) - это стандарт CALS, формализующий вопросы хранения и обмена данными. ISO 13584 (P_LIB) - Industrial Automation - Parts Library (это серия международных стандартов для представления и обмена доступными для компьютерной интерпретации данными о поставляемых компонентах и комплектующих изделиях (узлах, деталях)) В качестве технологии описания и анализа проектируемой системы используем методологию функционального моделирования IDEF0 и моделирование с помощью диаграммы потоков данных (Data Flow Diagram -DFD) и методологию поведенческого (событийного) моделирования [21, 73, 78, 102, 109]. Методология функционального моделирования позволяет описать систему в целом, множество взаимодействий и функций системы. Отметим, что IDEF-функции системы исследуются независимо от объектов, которые обеспечивают их выполнение, что позволяет абстрагировать от физической реализации системы. Это особенно важно при проектировании таких распределенных во времени и пространстве систем как ХД. Так как IDEFO-модель является иерархическим множеством вложенных блоков, где каждый блок может быть декомпозирован на составляющие его блоки, промоделируем систему таким образом, чтобы модель полностью отразила ЖЦ ТП. Диаграммы потоков данных так же как и IDEF0 моделируют систему как набор действий, соединенных друг с другом стрелками. Однако на DFD-диаграммах показываются не отношения, а реальные перемещения информации (объектов или данных) от одного действия к другому. Поведенческая (событийная) модель описывает информационные процессы (динамику функционирования), в ней фигурируют такие категории, как состояние системы, событие, переход из одного состояния в другое, условия перехода, последовательность событий.
Построение модели информационного хранилища технологических данных
ИС, независимо от того автоматизированная она или нет, действует в некоторой физической среде передачи данных (системе коммуникаций), по которой движутся носители информации (сигнал в сети или папка с бумагами между столами).
Влияние этого уровня на структуру проектируемой системы очень велико благодаря тому, что он определяет непосредственную возможность реализации действий системы и ее элементов.
Рассматриваемое содержимое этого уровня представления ИС предприятия не ограничивается электронными коммуникациями. Наравне с ними должны быть представлены и другие способы передачи информации.
Следовательно, можно сделать вывод, что при проектировании ИС предприятия со сложной структурой нужно: 1. Проектирование ХД должно проходить на основе CALS-технологии, то есть с учетом наборов правил, регламентов и нормативной базы с CALS-стандартами (система единых международных стандартов ISO 10303 (STEP) и ISO 13584 (PLIB)). 2. Учитывать сложившийся порядок работы автоматизируемого объекта (существующею иерархию) 3. Решить задачу взаимосвязанности (комплементарности) используемых моделей, отражающих различные аспекты требований к ИС и условия ее работы 4. Разработать метод проектирования ИС предприятия, учитывая особенности предметной области и выделить все «узкие места» на трех уровнях представления - административного, информационно-инструментального и физического; 5. Обеспечить в ходе проектирования возможность учета и контроля реализации всех существующих требования потенциальных пользователей; 6. Продумать механизм, интегрирующий собранные требования в единое целое и преобразующий их в действующие конструкции; 7. Обеспечить такую логику моделирования системы, чтобы сформированные модели включали в себя параметры, оценивающие систему во всех трех аспектах, так как общее качество системы зависит от каждого из них. Построение модели информационного хранилища технологических данных Моделирование ХД будем производить с учетом разделения строящейся системы на три уровня: административного, информационно -инструментального и физического. Введем понятие набора моделей Mk(S),ke [l,k],k Т. Данный набор моделей должен отвечать следующим требованиям: учитывать взаимодействие между различными уровнями представления системы, а также взаимное влияние модулей друг на друга; обеспечивать совместимость с модулями и контурами К, (S), ie[m +1, /]; направленными на решение более узких задач проектирования; иметь возможность оценивать качество и оптимальность каждого варианта решения конкретной задачи проектирования; оперативно отражать процесс изменения моделируемой структуры системы в ходе проектирования. Отразить взаимодействие и взаимное влияние уровней представления системы возможно лишь в том случае, если каждый уровень представления содержит то общее, что определяет их как единую систему. В данном случае этим общим является структура системы. Независимо от уровня представления система состоит из одних и тех же элементов {S}, несмотря на то, что разные специалисты, используя свой уровень, воспринимают эти элементы по-разному. Следует понимать, что кардинальное различие уровней представления ИС заключается в несовпадении связей между элементами, так как они имеют различную природу и подчиняются специфическим законам. В результате при смене уровня представления меняется система связей, их характеристики и маршруты движения данных между компонентами системы. Определим, что построение модели информационного ХД будем строить на основе графовых моделей для обеспечения наиболее адекватного процесса совместного рассмотрения уровней представления системы. Графовые модели Gl(E,Pl),G2(E,P2),G3(E,P3) будут создаваться по принципу - одни уровень - один граф, в которых множеству компонентов системы соответствует множество вершин (узлов) графа Е, общее для всех уровней, а множествам связей - множество ребер Рь Р2, Рз .Уровни представления ХД взаимодействуют между собой, а графовые модели позволяют отработать каждый уровень представления ХД в системе с любой степенью детализации. Степень детализации можно определить удобством работы проектировщиков и в зависимости от конкретных целей и задач. Введем понятие общего информационного пространства, которое является глобальным представлением системы, описывающим всю систему в целом и связанного с решением главной цели автоматизации объекта. Кроме этого, в ходе проектирования можно использовать множество локальных представлений, предназначенных для анализа процессов, происходящих внутри подразделений системы и решающих их частные задачи, являющиеся подзадачами главных процессов (рис. 2.1).
Назначение и область применения комплекса обработки и анализа массивов технологических данных
При решении вопросов построения ХД следует учитывать, что данная система является сложной и при моделировании ее требуется учитывать особенности создания сложных информационных систем. В данном случае критерием сложности технологии можно считать отсутствие или сложность формализованного ее описания; трудности количественной оценки многих критериев, целей и методов выбора ее оптимальности; а также и то, что значительная часть информации, необходимой для математического описания объекта, отсутствует, либо представлена в виде мнений и пожеланий экспертов. Поэтому следует в обязательном порядке принимать во внимание, что ХД будет строиться в несколько этапов.
По своей структуре архитектура ХД попадет в категорию итеративно развивающихся и распределенных систем, для которых следует учитывать следующие особенности: ? постоянно меняются стоимостные и технические характеристики ПО и аппаратного обеспечения в сторону их удешевления; ? объемы информационно-вычислительных работ не постоянны, но возможно их прогнозирования пользователями системы. Поэтому предлагается проектировать ХД поэтапно. Таким образом, можно добиться максимального эффекта от внедрения ХД с точки зрения удовлетворения пользователей в информационных ресурсах и максимально эффективного распределения выделенных на разработку системы ресурсов. Конечная система (прогнозирование функционально законченного ХД) определяется на этапе проектирования с указанием сроков, целей и составлением команды ответственных за выполнения работ лиц. Поставим динамическую задачу проектирования ХД. Заданы потенциальные узлы Xj, j=l,..,n проектируемого ХД; прогноз динамики роста потребности в развитии и усовершенствовании на будущий период f-ro узла hj(t), tG [t0,T], где t0 - начальный момент создания ХД; Т момент окончания создания функционально полного ХД: начальная стоимость внедрения ХД C(t0, 1) и стоимость капитальных затрат на создание ХД CKan(t0,l); набор производительностей ЭВМ, из которых комплектуются серверы и рабочие станции ХД и, следовательно, производительности серверов {П,,П2, ,Пт}. Известно, что с течением времени стоимость на аппаратное обеспечение падает. Требуется определить такое развитие усовершенствования и разработки структуры, при котором суммарно введенные затраты будут минимальны, будут учтены прогнозы пользователей в информационно-вычислительных ресурсах (ИВР), а также снижение стоимости средств связи и вычислительной техники (эти ограничения будем называть условиями физической реализуемости плана). В качестве критерия эффектности можно выбрать также максимум экономической эффективности от использования уже функционирующей части системы при тех же ограничениях. Для решения данной задачи следует задать: gK, к—1,2, ..., К, (к- номер этапа) - распределение общих капитальных затрат по отдельным этапам внедрения. Кквыд - к=1,2, ..., К, - распределение трудовых ресурсов по отдельным этапам внедрения. В данном случае получим вектор фактически выделенных трудовых и материальных ресурсов на развитие архитектуры ХД. Требуется составить такой план развития комплекса с учетом перечисленных выше ограничений, при котором максимизируется выбранный критерий эффективности, то есть требуется определить такую последовательность структур 01, 2,...., к, при которой суммарный приведенный эффект от использования хранилища данных будет максимальным при условии полного удовлетворения потребностей абонентов в ресурсах на момент полного ввода в действие всей системы. Определим, что архитектура ХД, которая получается в результате к-го этапа, - 0К, к=1,...,К. В этой постановке в зависимости от степени детализации условий различают следующие возможные варианты. Возможно детализировать решаемую задачу в зависимости от значимости отдельных задач. То есть проранжировать все ресурсы и потребители ресурсов по степени их важности, указать для них список решаемых задач и оценить эффект от внедрения каждой задачи. И таким образом можно определить очередность внедрения ХД и рост производительности каждого сервера и рабочей станции поэтапно. Очевидно, что оценить эффективность поэтапного внедрения ХД таким способом практически очень трудно, тем более для больших предприятий со сложной разветвленной структурой. Тем более, что такой подход можно использовать не на стадии проектирования, а лишь на стадии функционирования ХД, когда появляется возможность оценить эффект от решения всех задач в системе, в том числе и тех, которые требуют для своего решения совместной работы нескольких контуров системы. Поэтому следует избрать способ оценки роста эффективности от суммарного объема выполненных ИВР для каждого пользователя Ej(hj). Для этого следует определить приращение эффективности AEj при изменении объема автоматизированной части ИВР от hji до hj2. Таким образом, мы приходим к следующей постановке динамической задачи проектирования ХД: при заданной начальной структуре 0О, прогнозах абонентов, в ИВР на момент окончания создания хранилища и заданном числе этапов определить оптимальный план развития ХД, т.е. найти такие промежуточные структуры 01,2,....,к, ПРИ которых обеспечивается максимальный эффект от использования действующей части системы при ограничениях на капитальные затраты каждого этапа и возможности их освоения. Математическая модель задачи где На(к)- суммарный объем ИВР, выполняемый ХД на к-м этапе; АНа(к/к_г) - суммарный прирост объемов ИВР, выполняемых системой при переходе от (k-l)-ro к к-му этапу; AG(0A/04_,) - затраты, необходимые для перехода от структуры 0Н к структуре к; gквьщ- капитальные вложения, выделяемые на k-м этапе развития системы; R(k/@k_l)- вектор трудовых ресурсов необходимых для перехода от структуры 0fc_, к структуре к; Иквыд - фактически выделенные трудовые ресурсы на развитие архитектуры ХД на к-м этапе; hJmp(tk) - суммарный объем ИВР j-ro абонента, который требуется автоматизировать за к этапов (прогноз); hja(k)- фактически автоматизированный объем ИВР j-ro абонента за к этапов развития ХД. Следует отметить, что задача (2.1)-(2.6) имеет своим аналогом задачу определения оптимальной траектории движения 0 1,0 2,....,0 к, при заданном начальном состоянии 0О и неизвестном конечном состоянии, т. е. задачу с фиксированным началом и свободным концом.
Уточним, что при решении данной задачи проектирования ХД используется принцип преемственности. Иллюстрацией этого может служить тот факт, что структура системы на каждом этапе 0К получается путем расширения структуры предыдущего этапа 0 K.j при введении в системы новых серверов и рабочих станций, новых каналов связи и увеличении пропускной способности действующих узлов. При этом введенные ранее узлы не удаляются, а используются на всех последующих этапах вплоть до последнего К, т.е. искомая последовательность структур обладает свойством вложения: 6ic02c...c0K.
Итоги исследования этапов обработки технологической информации в контурах
Работа с любой программой начинается с настройки Справочников. Группа модулей представляет систему данных, которые обеспечивают хранение сведений об основных НТД и ведение базовых справочников, абсолютно необходимых для реализации концепций, заложенных в ХД. В основе группы модулей " Справочники" содержится нормативно-справочная информация - информация долговременного хранения, являющаяся ядром информационной базы системы. Группа модулей «Справочники» имеет систему подтверждения достоверности на момент обращения и систему учета хронологии изменений от разработчика - автора информации.
Справочники разделяются на три группы. Справочники первой группы содержат исходную нормативно-техническую информацию: ГОСТы, ОСТы, СТП и т.п., которая не может изменяться или удаляться из системы, а может только дополняться по мере ее развития и расширения состава прикладных задач.
Справочники второй группы содержат данные, структура которых напрямую увязана с информацией, содержащейся в справочниках первой группы: - полная информация по товарной номенклатуре предприятия; - сведения по структуре предприятия; - базовые КТР; - типовые технологические операции и решения; - справочники по оснащению техпроцессов и рабочих мест; - справочник средств технологического оснащения и т.п. Справочники третьей группы содержат информации по техническим и планово - производственным характеристикам рабочих мест, участков и подразделений, срокам и особенностям поставок продукции и т.п. Контур «Инструментальные модули». Посредством данного контура происходит общение пользователей (конструкторов, технологов, программистов и т.д.) с КОТД. Контур моделирования технологических процессов. Контур моделирования технологических процессов должен иметь мощный и разнообразный набор инструментальных средств разработки прикладных программ и должен обеспечивать полный цикл разработки сложных систем: от моделирования и перестройки процессов через этапы системного моделирования и проектирования к получению функционально завершенных программ - форм, отчетов, графиков и состоит из модулей: - математического моделирования; - расчета устойчивости и оптимизации технологических режимов; - формирования технологических карт режимов; - формирования управляющих программ и программ контроля; - самообучения формирования технологии по конструктивно-технологическим режимам; - самообучения при формировании технологии по конструктивно-технологическим режимам; - создание мультипликации переходов по операциям технологического процесса. Контур «Нормирование техпроцессов» Позволяет создавать и поддерживать спецификации на производимые на предприятии изделия и соответствующие ТП. Поддерживается БД по структуре изделия, нормам расхода материалов и трудозатрат. Список всех ОУ, с которыми работает система, делится на основные и вспомогательные материалы, покупные комплектующие изделия, полуфабрикаты собственного производства и готовые изделия. Пользователь может добавлять свои ОУ. Система представляет средства описания иерархической структуры изделий и последовательность их изготовления. Количество уровней в структуре изделия не ограничивается. Один и тот же материал или полуфабрикат может появляться многократно в различных структурах и на любых уровнях. Имеется процедура контроля наличия циклических ссылок. Норма расхода материалов и трудозатрат на любое изделие или полуфабрикат достаточно определить один раз, так как можно копировать список материалов, что позволяет редактировать и формировать новые списки с минимальными затратами на ввод информации. Модули, содержащиеся в данном контуре решают следующие задачи: - классификация, кодирование и поддержка в рабочем состоянии больших объемов нормативно-справочной информации; - обеспечение быстрого поиска нужных объектов в больших объемах данных; - расчет плана производства по номенклатуре и объему; - формирование производственной программы; - учет и расчет фактических объемов выпуска готовой продукции; - оценка сводных потребностей в материалах и трудозатратах на производственный заказ план производства, производственную программу в различных структурных и номенклатурных разрезах; - расчет свода затрат на производства, сводных смет затрат по цехам и предприятию в целом; - расчет нормативных калькуляций себестоимости изделий и полуфабрикатов по предприятию и в разрезе цехов. Как было определено выше, ХД является сложной системой. В данном случае критерием сложности технологии можно считать отсутствие или сложность ее формализованного описания; трудности количественной оценки множества критериев, целей и методов выбора ее оптимальности; а также и то, что значительная часть информации, необходимая для математического описания объекта, отсутствует, либо представлена в виде мнений и пожеланий экспертов. Залогом высокой производительности всего предприятия является планирование оптимальной структуры технологической системы. В связи с этим требуется разрабатывать совершенно новые подходы к организации информационного обеспечения предприятий, занятых в области разработки сложных ТП. Таким логически новым подходом можно считать создание так называемого «интеллектуального производства». Интеллектуальным производством можно считать такое, которое функционирует на основе самообучающейся системы формирования ТП, для которой входными данными являются результаты проведенного моделирования при оптимизации входных данных (например, параметров и режимов техпроцессов). Оптимизация ЖЦ формирования ТП средствами традиционной технологии, основанной на простой автоматизации, зачастую неэффективна. Для решения данной задачи предлагается использовать технологию «виртуальных контуров» [47]. Предлагается исследовать возможность построения КОТД на основе ВК по следующему алгоритму: 1) Определить особенности функционирования ВК, а так же базовые принципы работы ВК, которые следует учитывать при построении модели ВК. 2) Определить основные проблемы и задачи при построении комплекса на основе ВК. 3) Определить и формализовать поведение системы на определенном интервале времени для определения основных этапов формирования в КОТД ВК. 4) Определить правила перехода состояний, множество действий, связанных с переходом, а так же время, затраченное на переход между состояниями и технологическими задержками. 5) Составить структурную модель КОТД. 6) Используя правила создания ВК, на основе составленной структурной модели составить математическую модель создания динамического контура.
