Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Оптимизация процессов формирования технологических циклов управления Ступина, Алёна Александровна

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Ступина, Алёна Александровна. Оптимизация процессов формирования технологических циклов управления : автореферат дис. ... кандидата технических наук : 05.13.14.- Красноярск, 2000.- 24 с.: ил.

Введение к работе

Актуальность работы. Разработка и эксплуатация современных эсмических аппаратов (КА), на базе которых создаются распределенные істемьі реального времени (СРВ), непосредственно связана с разработкой рограммного обеспечения (ПО), которое функционирует как в контурах іземного комплекса управления (НКУ), так и в бортовых комплексах іравления "(БКУ), выполненных на основе бортовых цифровых ^числительных машин (БЦВМ). В настоящее время в разработке и ссплуатации КА используется сочетание серийных методов с ддивидуальным производством, которое, с одной стороны, характеризуется зісокой степенью унификации базового ПО, инженерных методов и етодик его проектирования, а с другой - применением уникального ПО іаже для КА одного типа).

Процесс эксплуатации и функционирования КА на орбите ігламентируется технологическими циклами управления (ТЦУ), которые іределяют временные и информационные взаимосвязи между отдельными энтурами управления КА, что выражается в установлении периодичности, панируемой длительности и порядка решения задач по обработке нформации и управления КА. В процессе эксплуатации возможно зменение характеристик КА и режимов его функционирования вследствие :хнических неисправностей или изменений в программах целевой работы, го отражается как на составе, так и на алгоритмах управляющего ПО. При :ом в случае выведения КА из нештатных состояний (в соответствии с гштатными ТЦУ) ряд характеристик управляющего ПО, а также процесса "о разработки, в частности, надежность, отказоустойчивость, астродействие, определяет вероятность успешного завершения этой іерации и размер ущерба.

Большое значение на современном этапе среди множества требований к ічеству ПО, методам и методикам его разработки и сопровояодения риобретают такие требования как скорость и стоимостная эффективность ізработки, внешние средства поддержки исполнения, тестирования и іализа, а также доступность методов и инструментальных средств :ирокому кругу специалистов, ответственных за системы управления КА и іхнологические циклы управления в целом.

Таким образом, существует важная народно-хозяйственная задача:

їтоматизация процессов формирования технологии управления КА,

поддерживаемой программным обеспечением распределенных систем управления КА. Для ее успешного решения необходимо разработать модели и методы исследования, отражающие процессы управления КА и позволяющие осуществлять синтез, анализ, коррекцию ТЦУ, учитывать эти факторы в составе моделей и диалоговых процедур, ориентированных на специалистов предметной области.

Исследования, результаты которых вошли в настоящую работу, выполняются в рамках Программы развития системы спутниковой связи и вещания "Россия", принятой решением коллегии Министерства связи Российской федерации №. 4-1 от 14 февраля 1992 г. и в соответствии с концепцией развития средств железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ), одобренной президиумом НТС МПС РФ в октябре 1998г. (протокол № 28 от 7 ноября 1998г.)

Целью настоящей работы является разработка и реализация формального аппарата оптимизации процессов формирования технологических циклов управления космическими аппаратами и мультиверсионного программного обеспечения исполнения задач управления.

Поставленная цель- определила следующие основные задачи исследований:

- анализ реализуемости, коррекция и оптимальное конструирование
ТЦУ КА на основе разработанного комплекса детерминированных и
стохастических моделей;

проведение анализа реальных процессов инженерного программирования ТЦУ, жизненного цикла и проблем проектирования управляющего ПО;

формальное описание постановок оптимизационных задач формирования ТЦУ и поддерживающего их реализацию ПО при сложных алгоритмически заданных целевых функциях и ограничениях;

построение, обоснование и исследование математических методов и алгоритмов решения моделей формирования ТЦУ и мультиверсионного ПО исполнения технологии управления в интерактивном режиме;

программная реализация с использованием современных средств и подходов и внедрение разработанных методов и моделей в системах

автоматизированного формирования ТЦУ и мультиверсионного ПО исполнения технологии управления.

Методы исследования. Системный анализ и методы теории химизации. Методы теории вероятностей. Методы анализа сетей, охастические сети. Теория множеств, комбинаторика и теория графов, [ногоатрибутивные методы принятия решений и методы случайного поиска бинарном пространстве.

Научная новизна работы.

1. Разработана унифицированная сетевая модель для формального
редставления технологических циклов управления КА различных классов.

2. Получены математические модели, обеспечивающие анализ
еализуемости, коррекцию и формирования оптимальных по заданному
сараметру технологических циклов управления КА.

3. Разработаны математические модели и алгоритмы
івтоматизированного формирования программного обеспечения,
юддерживающего реализацию ТЦУ КА, и учитывающие алгоритмически
іаданньїе на комплексе сетевых моделей ограничения и целевые функции
їадач.

4. Предложена аналитическая процедура взаимно однозначного
преобразования многоиндексных бинарных переменных в одноиндексные,
позволяющая свести многоиндексные формальные модели оптимизации
процессов формирования ТЦУ к обычным задачам псевдобулевой
оптимизации.

5. Показана возможность использования традиционных схем
направленного случайного поиска в пространстве булевых переменных.

6. Доказано, что сепарабельные критерии моделей формирования
мультиверсионного ПО являются слабо немонотонными и применение для
их оптимизации регулярного локального поиска имеет быстродействие
порядка 0(п2).

  1. Предложен класс регулярных алгоритмов пседобулевой оптимизации имеющих преимущество перед локальным поиском при оптимизации произвольных функций.

  2. Формальный аппарат автоматизации процессов формирования ТЦУ реализован в виде интерактивной системы с использованием современных сред и подходов.

Практическая ценность. Разработанные в диссертации модели и алгоритмы формирования ТЦУ КА применены при проектировании высоконадежного ПО систем управления. Созданные на их базе в составе

САПР управления движением системы автоматизации формирования ПО сокращают сроки и снижают стоимость разработки, увеличивают надежность и улучшают сопровождение ПО. Надежностное формирование ПО ТЦУ КА позволяет решать новые задачи по качественной оценке и быстрому восстановлению системы ПО при оптимальной избыточности программ. В рамках целеориентированного подхода к программированию ТЦУ КА упрощается организационно-технологическая схема разработки ПО путем замены промежуточных этапов формализации и кодирования авторскими процедурами, причем разработка осуществляется силами специалистов по управлению КА.

Реализация результатов работы. При непосредственном участии автора диссертации выполнены х/д НИР, в ходе которых разработана и передана в составе САПР управления движением объекта (КрЖД, г. Красноярск) программная система диалогового формирования ПО ТЦУ системы управления перевозочным процессом. Комплекс программ модельного обеспечения ТЦУ применяется при разработке и реализации автоматизированного комплекса технической диагностики. Материалы диссертационной работы введены в учебные курсы и используются при чтении лекций для студентов Красноярского государственного технического университета и Сибирской аэрокосмической академии. Эти материалы нашли отражение в монографии "Технология надежностного программирования задач автоматизации управления в технических системах", г. Красноярск, НИИ СУВПТ и НИИ ИПУ, 2000 г., написанной в соавторстве с ИТТДавыдовым и А.С.Приваловым, а так же в учебном пособии на английском языке "Data envelopment analysis", г.Красноярск, НИИ СУВПТ и СИБУП, 2000г., написанном в соавторстве с Е.Моргуновым.

Основные тезисы, выносимые на защиту.

  1. Задачи анализа реализуемости, коррекции и конструирования оптимальных технологических циклов управления КА формализуются в виде оптимизационных детерминированных и стохастических задач, базирующихся на сетевых моделях ТЦУ КА.

  2. Предложенная аналитико-оптимизационная процедура позволяет решать указанные задачи на основе комбинаций алгоритмического

обеспечения методов случайного поиска и методов анализа сетей в интерактивном режиме.

3. Для задач формирования состава ПО ТЦУ КА разработан комплекс
моделей, учитывающий сложные алгоритмически заданные ограничения и

:левые функции на сетевых моделях и отражающий надежностный фактор О при одно- и многофункциональном исполнении..

4. Разработанное алгоритмическое обеспечение позволяет эффективно
;шать однокритериальные задачи автоматизированного формирования
ЦУ и мультиверсионного ПО реализации технологии управления.

5. Предложенный формальный аппарат автоматизированного
ормирования ТЦУ КА и пакет "NVS Designer" применимы для
втоматизации проектирования широкого класса сложных информационно-
правляющих систем, построенных на принципах методологии
[ультиверсионного программирования.

Апробация работы. Основные положения и результаты работы прошли сестороннюю апробацию на всероссийских и международных юнференциях, научных семинарах и научно-практических конференциях. В ом числе, на всероссийской конференции "Гагаринские чтения" (Москва, .996 г.), на международной AMSE конференции ССМ'99 (Santiago de Zompostela, Испания, 1999), так же на международной конференции 'Optimization Days" (Монреаль, Канада, 1997).

Основные положения диссертации и отдельные результаты іокладьівались на семинарах кафедры СА и ИО Сибирской аэрокосмической жадемии (1995-2000), кафедры САУП Красноярского государственного технического университета (1997-2000), кафедре Системного анализа Дортмундского университета (Германия, 1998-1999).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 78 наименований.