Введение к работе
АкхташосзЪ-Хемы^шсееЕХзииа^ Одним из направлений современного развития промышленности (машино- и приборостроения, радио- и микроэлектроники и др.) является создание многоуровиевих систем управления технологическими процессами на базе информационно-вычислительных комплексов. Такие системы отличаются дискретным протокольным характером процессов управления, значительной структурной и функциональной сложностью, большой стоимостью и серьезностью последствий отказов элементов. Вследствие этого при их создании интенсивно применяются методы моделирования, причем единственной методологией, претендующей на универсальность применения в модельных исследованиях, как показано в работах СВ.Емельянова и А.А.Вавилова, является имитационное моделиро-вание. В настоящее время продолжаются интенсивные исследования по созданию как методов формализации, так и технологических средств проведения машинных экспериментов, начатые Н.П.Бусленко и X.Д.Герхардтсм. Между тем модельные исследования систем рассматриваемого класса позволяют решить лишь задачу спецификации процедур управления. Последующая программная реализация систем управления по существу повторяет процесс спецификации таких процедур, но другими методами и средствами. Ценность и конструктивность результатов предварительных исследований из-за неполноты априорной информации падает. Ключевая проблема реализации системности подхода к созданию систем управления сложными дискретными процессами - выбор единой модельной основы для всех этапов построения таких систем. В настоящее время известны примеры использования модельных структур в системах логического управления, описанные С.А.Юдицким. В работах В.Е.Котова, Дж.Питерссна, В.К.Беликова отмечается, что наиболее удобными в таких случаях оказываются модели на основе концепции' сетей Петри и их расширений. Известна возможность конструктивного обобщения понятия сетей Петри как алгоритмически интерпретируемых раскрашенных сетей и построение на их основе сквозной технологии создания систем управления дискретными процессами со сложными многоуровневыми протокольными взаимодействиями.
Решение рассматриваемых в диссертации задач базируется на теории моделирования, теории вероятностей, теории графов, теории реляционных баз данных, теории агрегатов и агрегативных систем, а также методах исследования операций и имитационного моделирования.
Для подтверждения достоверности результатов теоретических исследований использовалось имитационное моделирование на ЭВМ,
экспериментальное макетирование программ моделирования и оптимизации .
Связь ра0оты с крупными научными программами, темами Полученные новые научные и практические результаты использованы при выполнении плановых научно-исследовательских работ, проводимых кафедрой ИТАС ВГУИР в рамках республиканской программы "Информатика" на 1991-1995гг. и кафедрой ИИТ на период до 2000 года, в том числе "Разработка и исследование основных принципов построения и функционирования организационно-технологической системы управления опытным производством электронных модулей", "Исследование проблемы моделирования и оптимизации решений при создании новых информационных технологий в автоматизированных системах обработки информации и управления".
Цедь Ц задачи исследования. Цель работы состоит в создании методов и средств моделирования и оптимизации управления дискретными процессами на основе функциональных раскрашенных сетей Петри.
Основными задачами работы являются:
-
разработка метода компактного представления раскрашенных сетей Петри на основе характеристических функций;
-
создание алгоритмов интерпретации процессов на раскрашенных сетях Петрк характеристическими функциями;
-
создание методики построения структурированных имитационных моделей, реализующих функцию замещения объектов управления.
Научная новцзна полученных результатов. Разработан метод построения структуризованкых имитационных моделей дискретных процессов, отличающийся тем, что он позволяет в явном виде отразить структурно-функциональные аспекты поведения сложных многоуровневых систем с протокольным взаимодействием элементов, однако в гораздо более- сжатом виде по сравнению с известными представлениями сетевых описаний.
Построена оригинальная схема статического представления сетевых моделей, оптимальная по объему используемой памяти.
Разработан алгоритм моделирования процессов на сетевых моделях, оптимальный по критерию быстродействия, что позволяет использовать его в качестве ядра программного обеспечения систем управления дискретными процессами в реальном времени.
Практическая значимость полученных результатов:
-
описанные расширения сетей Петри - раскрашенные сети Петри (РСП) с характеристическими функциями - обобщают известные ранее разновидности окрашенных сетей.
-
построенный алгоритм моделирования процессов на сетевых
моделях пригоден для реализации модельных систем управления дискретними процессами в рамках технологии объектно-ориентированного проектирования и программирования.
3) разработанные схемы организации взаимодействия внутренних процессов на функциональных раскрашенных временных сетях Петри (ФРВСП) с внешней средой, базирующиеся на динамическом порождении переходов сети и осуществляющие обмен элементами сообщений между буферами портов обмена и позициями ФРВСП, явились основой специализированной системы моделирования - интерпретатора сетевых моделей (ИСМ).
Зкеяошшеххтя-зшнтость идлувёнша уеэудьтатоеи Результаты диссертационной работы внедрены и использованы в ОКБ "Квант" НПО "Гранат", а также в учебном процессе кафедры ЙИТ БГУИР.
Алгоритмические и программные разработки, описанные в настоящей работе, могут служить основанием для создания системы имитационного моделирования дискретных производственных процессов в реальном времени.
Ошжшё-положеяшъ-выносите. на эатту;
-
метод компактного представления раскрашенных временных сетей Петри на основе механизма характеристических 'функций;
-
алгоритмы проектирования статического описания моделей на основе функциональных раскрашенных сетевых представлений;
-
рекуррентные алгоритмы моделирования динамических процессов на ФРВСП;
-
схемы организации вычислительных процессов в имитационных моделях, реализующих функцию замещения объектов управления.
Личный вклад соискателя, В настоящую диссертационную работу вошли результаты как личных исследований автора (описание ФРВСП с характеристическими функциями, алгоритмы их функционирования, математическое описание дискретных процессов в виде интерпретируемых моделей на основе раскрашенных сетевых представлений,, некоторые другие вопросы), так и его совместной деятельности (оптимальное, по критерию "память-быстродействие" представление структур данных, разработки в области реализации систем управления дискретными процессами на распределенной вычислительной среде).
Алво.бйиш результатов диссертации. Основные результаты работы докладывались автором на международной научно-технической конференции по современным средствам связи, конференции профессорско-преподавательского состава, посвященной 30-летию деятельности коллектива Белорусского государственного университета информатики и радиоэлектроники, на многочисленных конференциях студентов и ас-
4 пирантов вышеназванного университета.
Публикации по результатам. Материалы Диссертационной работы опубликованы в 4 научных статьях, депонированных в ВИНИТИ; 2 научных работах, опубликованных в Известиях Белорусской инженерной академии, 2 печатных работах, являющихся тезисами конференций; нашли отражение в 2 методических пособиях для студентов БГУИР.
Структура и объеу диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 137 страницах машинописного текста и содержит 23 рисунка, расположенных на 17 страницах; 20 таблиц, занимающих 6 страниц; список литературы, размещенный на 9 страницах, включает 109 наименований; 3 приложения, занимающих 5 страниц.