Моделі і алгоритми побудови автоматизованих адаптивних систем управління машинобудівним виробництвом

Размещено на http://www.allbest.ru/

Херсонський національний технічний університет

УДК 681.513.6:65.012.123

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

МОДЕЛІ І АЛГОРИТМИ ПОБУДОВИ АВТОМАТИЗОВАНИХ АДАПТИВНИХ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ МАШИНОБУДІВНИМ ВИРОБНИЦТВОМ

05.13.06 - автоматизовані системи управління

та прогресивні інформаційні технології

НАГОРНИЙ ЮРІЙ ІВАНОВИЧ

Херсон - 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Херсонському національному технічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Якимчук Георгій Сергійович, Херсонський національний технічний університет, доцент кафедри технічної кібернетики.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Васюхін Михайло Іванович, Національний авіаційний університет, професор кафедри аеронавігаційних систем, м. Київ.

доктор технічних наук, професор Коваленко Ігор Іванович, Національний університет кораблебудування ім. адмірала Макарова, завідувач кафедри програмного забезпечення автоматизованих систем, м. Миколаїв.

Захист відбудеться 23 жовтня 2007 р. о 12 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.01 Херсонського національного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24, корпус № 3, ауд. 320.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Херсонського національного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24, корпус 1.

Автореферат розісланий 20 вересня 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Шеховцов А.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Підвищення конкурентоспроможності продукції машинобудівного виробництва (МВ), його функціонування в умовах створення ринкових відносин неможливе без використання нових інформаційних технологій, інструментальних засобів і ефективних автоматизованих систем управління (АСУ).

Різноманітність дискретних технологічних i організаційних процесів МВ потребує застосування засобів управління з можливістю швидкого пристосовування до умов сучасного виробництва, що постійно змінюються.

Нові можливості для отримання покращених характеристик АСУ на всіх етапах виробництва в значній мірі відкриваються при використанні адаптації. При побудові складних адаптивних систем оптимального управління основним є системний підхід, що дозволяє вирішувати всі часткові задачі з позиції цілого. Властивості всієї системи в цілому досліджуються, виходячи з властивостей окремих підсистем i, навпаки, властивості окремих підсистем досліджуються, виходячи з властивостей всієї системи в цілому. Автоматизована адаптивна система управління (ААСУ) складається із замкнутих підсистем, функціонально зв'язаних між собою загальною цільовою функцією. Кожна підсистема виконує локальну задачу, обумовлену обраним відповідним критерієм якості, i містить у собі динамічні, логічні, параметричні i дискретні частини, спрямовані на удосконалення автоматизованого планування та управління МВ.

Теоретичною базою для дисертаційного дослідження є роботи вітчизняних та зарубіжних науковців: Аксєнова Г.С., Андрієвського Б.Р., Шеннона К., Бусленко Н.П., Ходакова В.Є., Саломатіна М.О., Живоглядова В.П., Олександровського М.М., Райбмана М.С., Чадєєва В.М., Стратовича В.Г., Полякова Г.А., Фоміна В.Н., Люблянського Б.С., Пугачева В.Ф., Скуріхина В.І., Ципкіна Я.З., Палагіна О.В., Солодовникова В.В. та інших.

З огляду на вищезазначене, розробка нових методів, моделей, алгоритмів та інструментальних засобів побудови автоматизованих систем управління машинобудівним виробництвом є важливим й актуальним завданням.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Тематика дисертаційної роботи, мета і основні задачі відповідають державним науково-технічним програмам, що сформульовані в Законах України “Про наукову і науково-технічну діяльність”, “Про національну програму інформатизації”.

Дисертаційна робота є складовою частиною програми досліджень кафедри інформаційних технологій Херсонського національного технічного університету “Удосконалення інформаційних систем підтримки прийняття управлінських та проектних рішень”, номер державної реєстрації 0107U004992.

У виконанні науково-дослідної роботи роль автора полягає в удосконаленні існуючих та розробці нових адаптивних моделей, алгоритмів та засобів автоматизованого управління МВ.

Мета i задачі дослідження. Метою дисертаційного дослідження є розробка моделей і алгоритмів автоматизованих адаптивних процесів управління, які забезпечують підвищення ефективності МВ, що проектуються і функціонують, високу якість функціонування в умовах початкової невизначеності, широкого діапазону змінення внутрішніх і зовнішніх збурюючих впливів.

Об'єкт дослідження - процеси автоматизованого управління машинобудівним виробництвом.

Предмет дослідження - моделі, методи, алгоритми і засоби удосконалення автоматизованих адаптивних процесів управління МВ.

Досягнення зазначеної мети обумовило необхідність вирішення таких основних задач:

- аналіз моделей і алгоритмів побудови автоматизованих адаптивних систем управління (ААСУ) машинобудівним виробництвом;

- розробка алгоритму адаптивної ідентифікації процесів управління МВ, оцінювання чутливості параметрів процесів управління МВ і адаптивного настроювання коефіцієнтів моделей процесів управління МВ;

- розробка адаптивної моделі процесу стратегічного планування з розрахунком виробничої програми і побудовою математичних моделей складних процесів управління;

- адаптування процесу стратегічного планування за рахунок інтелектуалізації і розробка функціональної структури адаптивного автоматизованого пошуку оптимальних альтернатив рішень, що приймаються в умовах невизначеності, для багатокритеріальних задач;

- синтез стратегії управління; розробка алгоритму інтелектуальної ААСУ МВ, узагальненого алгоритму формалізації синтезу структури системи обробки інформації, концептуальної моделі адаптивної функціонально-комплексованої інформаційно-управляючої системи (АФКІУС) для підвищення якості системи управління МВ за рахунок адаптації;

- розробка моделей: оцінювання ефективності алгоритмів оптимізації управління, технічної ефективності функціонування та розрахунку надійності ААСУ МВ.

Методи дослідження. В основу дисертаційного дослідження покладено теорію управління організаційними системами. Для розв'язання задач стратегічного планування використовуються методи багатокритеріальної оптимізації. В основі синтезу моделей і алгоритмів управління - математичний апарат теорії нечітких множин, теорії графів, теорії оптимального управління та прийняття рішень, імітаційного моделювання.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

1. Вперше з позиції системного підходу розроблені елементи проблемно-орієнтованого інструментарію вирішення завдань адаптивного автоматизованого планування і управління МВ у вигляді адаптивних моделей, алгоритмів, програм, які реалізують методи і засоби сучасних інформаційних технологій.

2. Одержали подальший розвиток теоретичні основи: адаптивної ідентифікації процесів управління МВ, оцінювання чутливості параметрів процесів, що автоматизуються, адаптивного настроювання коефіцієнтів моделей процесів управління.

3. Сформовані аналітичні моделі інтелектуальних комп'ютеризованих децентралізованих систем управління виробництвом, що побудовані на базі взаємозв'язаних АРМів, які доповнені модулями для реалізації функцій СППР.

4. Вдосконалено методику розробки концептуальної моделі адаптивної функціонально-комплексованої інформаційно-управляючої системи.

5. Розроблені моделі оцінки: ефективності алгоритмів оптимізації управління, технічної ефективності функціонування системи автоматизованого управління, розрахунку надійності ААСУ МВ.

Дані положення є оригінальними і виносяться до захисту в поданій роботі.

Практичне значення отриманих результатів. Запропоновані в роботі алгоритми, моделі і програмні засоби забезпечують підвищення ефективності роботи МВ за рахунок адаптації, удосконалення методів моделювання виробничих процесів і більш раціонального використання ресурсів підприємства. Результати досліджень можуть служити основою для розробки науково-обґрунтованих адаптивних моделей управління. Цим створено передумови для індустріалізації розроблених моделей та підвищення ефективності управління МВ в умовах невизначеності.

Особистий внесок здобувача. Дисертаційна робота є підсумком особистої роботи автора. У роботах, які написані в співавторстві, здобувачу належить: розробка алгоритмів оптимізації задач прийняття рішень [2]; побудова математичних моделей складних об'єктів управління [4]; розробка засобів автоматизованого пошуку оптимальних рішень для підвищення ефективності виробництва [5]; розробка етапів реалізації функцій підсистеми ІАСУ в управлінні фінансами [6]; вдосконалення структури алгоритмів на основі використання введеного поняття рангу і методів впорядкування алгоритмів [7]; створення масивів інформації „Готова продукція” і „Замовлення” для рішення задач управління [9]; розробка концептуальної схеми локальних автоматизованих систем управління [10]; розробка евристичного алгоритму, що передбачає звуження області пошуку оптимального рішення [11]; для методу непрямого оцінювання запропоновано узагальнений показник якості функціонування ІАСУ [12].

Наукові положення, висновки, рекомендації, практичні результати, що виносяться на захист, належать автору і не містять результатів, які належать співавторам, разом з якими опубліковані наукові праці.

Апробація результатів дисертації. Основні ідеї, положення і результати дослідження, що включені до дисертації, доповідалися на VII та IХ науково-практичних конференціях „Інформаційні технології в освіті та управлінні” (м. Нова Каховка, 2005, 2007 рр.); VII Міжнародній науково-практичній конференції „Сучасні інформаційні і електронні технології” (м. Одеса, 2006 р.); на наукових семінарах кафедри технічної кібернетики і кафедри інформаційних технологій Херсонського національного технічного університету.

Обговорення результатів дисертаційних досліджень проводилося на науково-технічних семінарах Новокаховського політехнічного інституту та Херсонського національного технічного університету.

Публікації. Основні положення дисертації опубліковані в дванадцяти друкованих наукових працях у фахових виданнях, які включені до переліку ВАК України.

Реалізація результатів роботи. Результати роботи впроваджені на ТОВ “НКЕМЗ” (Н. Каховка) у вигляді підсистеми планування і управління виробництвом. Наукові положення, висновки і рекомендації дисертаційної роботи використовуються в навчальному процесі під час читання курсів: “Автоматизація виробництва і АСУ”, “Автоматизовані інформаційні системи”, “Програмне забезпечення автоматизованих систем” у Новокаховському політехнічному інституті та Херсонському національному технічному університеті.

Структура й обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновків і списку використаної літератури з 155 найменувань. Основний обсяг роботи становить 158 сторінок друкованого тексту, 14 рисунків, 3 таблиці, 5 додатків.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовується актуальність запропонованих досліджень; наводиться короткий огляд відомих результатів за темою дисертації; міститься інформація про зв'язок з науковими програмами; формулюються мета і задачі дослідження, наукова новизна і практичне значення роботи, а також оцінка особистого внеску здобувача; наводяться відомості про апробацію і публікацію результатів.

У першому розділі зроблено огляд сучасного стану задачі, що досліджується, проведено аналіз функціонального підходу до формування задач управління МВ, обґрунтовано необхідність визначення дескриптивної моделі системи:

Здійснено аналіз сучасних підходів до організації інформації, на основі якої здійснюються: корегування роботи об'єкту управління; прийняття рішень для виправлення ситуації, яка утворилася, і виведення об'єкту управління на заплановані показники. Серед існуючих типів баз даних установлена доцільність використання реляційних та об'єктно-реляційних баз даних.

Запропоновано евристичний алгоритм, що передбачає значне зменшення області пошуку оптимального рішення й включає етапи: дослідження зв'язності функціональних підсистем між собою і зменшення суміжних областей, що складаються з груп функціональних алгоритмів (ФА), функціональна належність яких до підсистем чітко не визначена; дослідження однорідності початкових інформаційних масивів і розподілу проміжних операторів за функціональними підсистемами; дослідження оцінки сумісного впливу розглянутих чинників на якість декомпозиції за значеннями цільової функції.

Для розробки оцінки якості ААСУ визначено узагальнений показник якості функціонування відповідної інтегрованої підсистеми, який є ймовірністю досягнення мети її функціонування.

У другому розділі розроблено алгоритм адаптивної ідентифікації об'єктів управління, який включає чотири функціональні блоки: обробки бази вхідних даних, отриманої в результаті виконання алгоритму введення і первинної обробки вхідної інформації; визначення умов переходу до рішення задачі адаптації; адаптації моделі об'єкту управління; формування моделі визначення умов переходу до рішення задачі адаптації. Визначення умов переходу до рішення задачі адаптації проводиться: визначенням точності моделі Запропоновано алгоритми оцінювання чутливості параметрів процесів, що автоматизуються, варіюючи якими можна досягти необхідного змінювання вихідного показника системи. Модель чутливості є системою диференціальних рівнянь, отриманих в результаті диференціювання рівняння

Розроблено алгоритми адаптивного настроювання коефіцієнтів моделей управління. Запропонованою методикою передбачається переведення моделі управління

де нові перераховані змінні. Таке перетворення дозволяє зменшити число параметрів моделі. Після цього здійснюється процес настроювання коефіцієнтів моделі. Задача приведення рівняння до канонічного вигляду полягає в переході до нової системи координат, в якої лінійні члени взаємодії зникають. Швидкість збіжності однокрокового алгоритму адаптації буде найвища у тому випадку, коли вектори вхідних дій ортогональні, На подальших двох кроках алгоритму, при тих же оцінках коефіцієнтів і при відомих контрольованих змінних, управляючі дії розраховуються з умов, де n-1, n характеризують відповідно n-1 і n - кроки роботи алгоритму, а потім розраховані управляючі дії знову реалізуються на об'єкті. На четвертому кроці після отримання значення вихідної величини y_i - реакції об'єкту і вектора вхідних змінних - уточнюються параметри моделі за формулою а значення управляючих дій знаходяться з умов

Виявлено умови штучного залучення випадковостей, що дозволяють формалізувати бажану схему перебору, за якою відбувається навчання перебору, пристосованого до специфіки даної задачі. Для досягнення поставленої мети в роботі вирішувалися наступні задачі: перехід до усередненої задачі оптимізації з булевими змінними на основі рандомізації змінних; задача ітеративного руху в множині випадкових векторів.

Розроблено евристичний метод побудови математичних моделей складних процесів управління МВ, який використовує для визначення необхідної залежності і побудови алгоритмів управління узагальнену думку і формалізацію дій кваліфікованих фахівців (експертів). При цьому рішення задачі засновано на оцінюванні існуючої в об'єкті залежності управляючих дій на інтервалі управління, що використовувалися на попередніх інтервалах управління:

Введемо деяку оцінку функції будемо оптимізувати значення параметрів цієї функції по мінімуму середньоквадратичної помилки, тобто будемо будувати таку оцінку, у разі якій критерій

Таким чином, задача побудови математичної моделі процесу, що реалізується об'єктом управління, зводиться до процедури конструювання оптимальної оцінки (мінімуму) критерію. У разі побудові моделі, коли апріорна інформація про характер залежності між змінними невідома, доцільно застосовувати підхід, заснований на використанні непараметричних оцінок умовного математичного очікування

Запропоновано адаптивну модель процесу стратегічного планування МВ з нестійкими умовами реалізації стратегії. Для цього класу систем найбільш актуальним критерієм є критерій максимального використання оптимальної області маневрування плану. Чим більше вплив на систему дестабілізуючих чинників, тим більшої актуальності набуває цей критерій в сукупності з іншими критеріями, наприклад, максимумом прибутку. У свою чергу, чим більше ступінь використовування оптимальної області маневрування, тим більше глибина адаптивної стратегії. Міра глибини адаптивної стратегії має відображати роздільний вплив кожної характеристики області маневрування: на основі змінення області допустимого значення стратегії; на основі зміни цільових установок плану.

У третьому розділі розроблено підхід до інтелектуалізації процесу стратегічного планування для надання йому адаптивних властивостей [1].

Аналіз доданків правої частини виразу, з погляду саморегуляції МВ, в разі впливу чинників, що дестабілізували, приводить до висновку, що підвищення ефективності МВ значно залежить від зниження витрат, які можливо зменшити шляхом змінення традиційної технології оптимального стратегічного планування на схему адаптивного оптимального стратегічного планування, яка включає блок адаптації для кожного періоду стратегічного планування, який, акумулюючи максимальні знання про поведінку МВ у минулому і імітуючи майбутнє в розвитку МВ, виробляє параметри адаптації, що дозволяють в разі розрахунку стратегічних планів ураховувати майбутні умови їх реалізації і визначати реакцію МВ на ці зміни. Однією з найбільш істотних відмінностей в технології адаптивного оптимального стратегічного планування від традиційної технології є наявність зворотних зв'язків, в блоці, які містять інформацію про показники, що дестабілізували, і всі відхилення в поведінці від оптимальної стратегічної траєкторії.

Запропоновано алгоритми оптимізації багатокритеріальної задачі прийняття рішень з нечіткими цілями. Формально багатокритеріальна задача прийняття рішень з нечіткими цілями може бути описана наступними елементами: множиною допустимих альтернатив з елементами х; множиною всіх можливих результатів, оцінок альтернатив; функцією критерію, встановлюючи зв'язок між альтернативами і їх оцінками:; функціями належності, де - одиничний відрізок числової прямої, що характеризує переваги особи приймаючої рішення (ОПР). Оптимальним рішенням задачі прийняття рішень з нечіткою ціллю є альтернатива, де функція належності визначається за формулою:

Враховуючи нечіткість коефіцієнтів лінійних функцій, система обмежень може бути описана у вигляді, де вироблення управлінських рішень доцільно проводити у межах діалогової системи. Вся інформація повинна зберігатися в базі даних (БД).

Запропоновано модель реалізації адаптивного автоматизованого пошуку оптимальних альтернатив рішень, що приймаються в умовах невизначеності. Невизначеність у прийняті рішень обумовлена недостатньою надійністю і кількістю інформації, на основі якої здійснюється вибір рішення. Процес прийняття рішень в умовах невизначеності є складною циклічною процедурою, результат якої може істотно вплинути на постановку задачі і викликати її зміну. Модель представлено у вигляді кортежу

Запропоновано використання нелінійної схеми компромісів для адаптації до ситуацій прийняття багатокритеріальних рішень з використанням нечіткої системи управління (НСУ), що використовує нечіткий опис процесу і системи його управління у вигляді нечіткої бази знань, а також перетворює нечіткий опис в послідовність команд. Вона включає наступні компоненти: знання про об'єкт управління; знання про цілі функціонування і управління; знання про способи досягнення цілей. НСУ ураховує наступну послідовність етапів циклу управління: оцінку ситуації; визначення цілей управління; виявлення необхідності управління; пошук допустимих рішень і способу досягнення поставленої мети; реалізацію вибраного способу досягнення мети. В умовах децентралізованого управління і наявності суперечностей між оптимальною інформованістю управляючого об'єкту і своєчасністю управляючих дій не можна говорити про глобальну оптимізацію. Тому доцільно здійснювати локальну оптимізацію. Для цього має бути проведено декомпозицію основної цілі управління або здійснено зведення векторного критерію, який складається з часткових критеріїв якості, до узагальненого скалярного критерію за сукупністю часткових критеріїв. Найпростішою є схема адитивних корисностей, де- вагові коефіцієнти часткових критеріїв. Значення в кожній ситуації можуть бути отримані методом експертних оцінок. Якщо врахувати, що задані вимоги до якості управління частіше всього надаються у вигляді системи нерівностей, то разом з сукупністю часткових критеріїв доцільно задавати сукупність додатних чисел, які розглядаються як максимально допустимі значення критеріїв. При такому підході корисно використовувати нелінійну схему компромісів, наприклад у вигляді. Перевага нелінійної схеми полягає в тому, що в області малих значень критеріїв схема є адитивною, а при наближенні хоча б одного часткового критерію до його допустимого значення узагальнений функціонал різко зростає. Тому нелінійна схема компромісів має важливу властивість адаптації до ситуації ухвалення багатокритеріального рішення. А саме, в напружених ситуаціях вона виражає принцип мінімакса, в спокійних умовах - принцип інтегральної оптимальності, в проміжних умовах - приводить до парето-оптимальних рішень, що дають різні ступені часткового задоволення критеріїв. управління машинобудівний виробництво планування

У четвертому розділі проведено вдосконалення структури алгоритмів, що забезпечують необхідну функціональну можливість вирішення виробничих задач у разі забезпечення задовільної для практики надійності і вартості реалізації комплексу функціональних алгоритмів для всіх підсистем ІАСУ. Шлях вирішення цієї проблеми полягає в евристичному впорядкуванні інформації і ліквідації дублювання, тобто в усуненні еквівалентних алгоритмів або їх поєднанні. Його сутність полягає в отриманні впорядкованої множини алгоритмів СУ, або функціонально-відособленої її частини (підсистеми), побудові граф-схеми взаємозв'язку алгоритмів, яка є геометричним образом постійного інформаційного поля на площині, що забезпечує можливість: застостосовувати апарат теоретико-множинних досліджень, теорії графів і потоків в інформаційних мережах для вивчення характерних властивостей і вдосконалення; проводити дослідження структурної організації функціональних алгоритмів; наочно представляти потоки інформації і послідовність рішення задач системи управління; аналізувати і підтримувати на доцільному рівні алгоритмічну і інформаційну надмірність; визначати вимоги до функціональної ієрархії системи управління.

Запропоновано методику синтезу СУ, яка забезпечує досягнення глобальної цілі управління. Для формалізації структурного синтезу введено наступні позначення: Задача синтезу структури системи полягає в побудові моделей: якщо відомий закон управління, то синтез структури полягає у визначенні якщо ж визначені принципи, закон формування, то задача синтезу функціональної структури полягає у визначенні Ф, F, G; якщо задані принципи організації управління і функції системи, задача структурного синтезу зводиться до розподілу множини виконуємих функцій між елементами .

Синтезовано стратегію управління, що задовольняє критерію адаптації і мінімуму критерія якості перехідного процесу. При цьому досягається наближення управління в умовах неповної інформації до управління в умовах повної інформації. Перевага пропонуємого методу полягає в тому, що він дозволяє також досить легко визначати рівномірно оптимальні стратегії управління за наявності обмежень на управління (в цьому випадку використовуються оптимальні модифіковані фідуціальні оцінки щільності, і вказати апріорний розподіл для байєсовського підходу.

Запропоновано підхід до синтезу інтелектуальної КСУ МВ на основі взаємозв'язаних АРМів, які доповнені модулями для реалізації функцій СППР: багатокористувальницького інтерфейсу, генерації можливих рішень, оцінки можливих рішень, узгоджування рішень і прийняття групових рішень, моделювання наслідків можливих рішень, і засоби мультимедійних та гіпертекстових технологій. Це дозволяє розглядати не АРМи, а локальні системи управління (ЛСУ).

Розроблено узагальнений алгоритм формалізації синтезу функціональної структури системи обробки інформації і управління. Основні етапи і складові синтезу включають: розробку математичних моделей процесів функціонування; розробку відповідних алгоритмів управління; синтез повного комплексу алгоритмів (КА) обробки інформації і управління, синтез функціональної структури. Перераховані складові обувлюють різноманіття типів: апаратно, програмно, і мікропрограмно-управляємих обчислювальних засобів, що включають існуючі і нові типи спецпроцесорів з жорсткою і перебудовуваємою логікою функціонування. Виконання комплексу алгоритмів системою обробки інформації і управління задовольняє певному числу заявок на обслуговування об'єктів різних типів шляхом реалізації відповідних груп часткових алгоритмів. Це дозволило визначити показник якості реалізації КА:

- множина різних типів об'єктів, що обслуговує система, або різних типів заявок на обслуговування об'єктів відповідних типів,- кількість заявок типу, що є в системі на деякому інтервалі функціонування системи,- пріоритет заявки (об'єкту) типу.

Запропоновано концептуальну модель адаптивної функционально-комплексованої інформаційно-управляючої системи (АФКІУС ). У ній процеси обробки вхідних потоків інформації і вироблення управляючих дій на об'єкт обслуговування і управління здійснюються на деякій функціональній структурі, яка створена сукупністю автономних виробничо-технологічних комплексів (АВТК) і інформаційно-управляючих зв'язків. Функціональне комплексування в системі на рівні АВТК дозволяє реалізувати у поточний момент часу деякий заданий набір функцій, , де - множина функцій, реалізуємих за допомогою і-го АВТК. Функціональне комплексування на рівні системи в цілому дозволяє реалізувати у поточний момент часу деяке функціональне середовище, що характеризується структурою інформаційно-управляючих зв'язків S між АВТК, функціональним набором F і вектором управляємих параматрів П системи, тобто:

У п'ятому розділі розроблено критерії оцінки ефективності алгоритмів оптимізації і управління. При порівнянні і оцінці для кожного алгоритму використовується інформація про рішення екстремальної задачі у вигляді вектора і множини точок, якому у відповідність поставлена траєкторія у вигляді. Таким чином, при t=1 траєкторія складається з відрізків прямих, що сполучають точки множини, тобто траєкторія повністю визначається вектор-функцією, визначеній в області. В якості критерію ефективності використовується функціонал який представлено у вигляді суми довжин проекцій відрізків, що сполучають точки Критерії оцінки ефективності будуть найменшими для всіх траєкторій, у яких направляючі конуси направлених відрізків не змінюють свого знака.

Запропоновано модель оцінювання технічної ефективності функціонування системи управління МВ. Розроблено логико-обчислювальний метод, сутність якого полягає в дискретному поданні станів системи, кількість яких визначається кількістю дискретних станів модулів.

Розроблено метод вирішення задачі автоматизованого розрахунку надійності ААСУ МВ з використанням модифікованого методу логіки ймовірністей, який припускає синтез моделі функціонування системи, де - множина елементарних подій , що є математичним описом внутрішніх елементарних процесів.

Здійснено імітаційне моделювання локальних алгоритмів управління інтегрованого виробничого комплексу. Множина зв'язаних локальних алгоритмів (ЛА), обслуговуючих об'єкти заданих типів, які використовуються з однаковою частотою повтору, утворюють групу ЛА. Склад ЛА групи і їх зв'язки представлені графом, де - множина вершин, кожна з яких відповідає конкретному ЛА; - множина дуг, що відображають зв'язки між частковими алгоритмами (ЧА) групи. Характеристики групи ЧА задаються характеристичним вектором, де - пріоритет групи; - період виконання; - тип групи (формування сигналів управління); - директивний термін завершення реалізації групи; - дисципліна обслуговування групи ЛА; - вектор спеціальних характеристик групи. Формалізованим виглядом характеристик кожної підмножини однотипних об'єктів є вектор характеристик об'єктів -го типу, , де - кількість об'єктів типу на інтервалі моделювання; - пріоритет об'єктів типу ; - частота запуску алгоритмів обслуговування об'єктів - го типу; - номер групи (графа) алгоритмів обслуговування об'єктів типу. Для встановлення взаємно-однозначної відповідності між номерами об'єктів і обслуговуючих їх ЧА, множину ЧА групи подано в індексному вигляді, де - підмножина ЧА групи.

ВИСНОВКИ

Дисертаційна робота присвячена дослідженню і розробці моделей, методів і алгоритмів побудови автоматизованих адаптивних систем управління машинобудівним виробництвом, метою яких є підвищення ефективності процесів управління машинобудівним виробництвом.

В результаті вирішення поставлених задач отримані наступні результати:

1. Проведено аналіз моделей і алгоритмів побудови автоматизованих адаптивних систем управління машинобудівним виробництвом, зроблено узагальнення, виявлені недоліки існуючих рішень.

2. Вперше синтезовані алгоритми адаптивної ідентифікації процесів управління, які відрізняються тим, що коефіцієнти рівнянь моделі процесів управління уточнюються на кожному кроці ітерації в процесі надходження нової інформації про об'єкт управління, що забезпечує підвищення точності управління на 1-2 % залежно від складності об'єкту управління, при цьому проводиться врахування одночасного впливу всіх контрольованих параметрів, варіюючи якими досягається необхідний показник цільової функції; запропоновано інтегральний показник у вигляді безрозмірного модуля чутливості параметрів процесів, які автоматизуються, що забезпечує скорочення витрат часу формування поточної математичної моделі процесів управління у 1,3 рази.

3. Запропоновано метод адаптивної алгоритмізації задач розрахунку виробничої програми МВ і запропоновано модель процесу адаптивного стратегічного планування виробництва. При цьому пропонується навчання перебору, пристосованого до специфіки даного завдання, що забезпечує скорочення часу на складання оперативних планів на 10-15%. У схемі адаптивного стратегічного планування вперше включено блок адаптації із зворотними зв'язками, що забезпечує підвищення якості продукції, що випускається, на 1,7%.

4. Запропоновано модель адаптивного автоматизованого пошуку оптимальних альтернатив рішень, що приймаються в умовах невизначеності, за допомогою якої виявлені етапи функціонування, які мають здатність адаптуватися до ситуації за рахунок конструювання і корегування елементів процесу пошуку альтернатив рішень (моделей, стратегій, алгоритмів), яка забезпечує зниження собівартості продукції на 3,5 %.

5. Розроблено метод побудови і аналізу простору алгоритмів, який усуває еквівалентні алгоритми, або їх сполучення, що забезпечує скорочення часу на розробку алгоритмічного і програмного забезпечення на 5-7%. Запропоновані алгоритми функціонування ААСУ МВ на базі взаємозв'язаних АРМів дозволяють обробляти великі об'єми даних і дають можливість економії матеріальних ресурсів на 1-2%.

6. Вдосконалено методику розробки концептуальної моделі адаптивної функціонально-комплексованої інформаційно-управляючої системи із струк-турною і параметричною адаптацією, що дозволяє скоротити трудові ресурси до 10%.

7. Запропоновано алгоритми синтезу функціональної структури ІУС з урахуванням зменшення часу реалізації кожного часткового алгоритму за допомогою розробленого адаптивного обчислювача і спеціалізованого мікропроцесора, що підвищує ефективність функціонування автоматизованої системи управління; моделі оцінки ефективності алгоритмів оптимізації і управління, технічної ефективності функціонування і автоматизованого розрахунку надійності ААСУ МВ.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Нагорний Ю.І. Побудова інтелектуальної комп'ютеризованої системи управління виробництвом на базі локальних автоматизованих систем // Міжвідомчий науково-технічний збірник "Електромашинобудування та Електрообладнання". - К., 2005. - Вип. 64. - С.100-104.

2. Балтовський О.А., Нагорний Ю.І., Козаченко А.Є. Методологія реалізації адаптивного автоматизованого пошуку оптимальних альтернатив приймаємих рішень // Зб. наукових праць Севастопольського військово-морського ордену Червоної зірки інституту ім. П.С. Рахімова. - Севастополь, 2005. - Вип. 2(8). - С.85-89.

Автором розроблено алгоритми оптимізації задач прийняття рішень.

3. Нагорный Ю.И. Решение задачи автоматизированного расчета надежности ИАСУ производства с использованием модифицированного метода вероятностной логики // Вестник Херсонского национального технического университета. - 2005. - № 1(21). - С.454-457.

4. Балтовський О.А., Нагорний Ю.И. Використання евристичного методу для побудови математичних моделей складних об'єктів управління // Зб. наукових праць Одеського регіонального інституту державного управління, Видавництво НАДУ при Президентові України. - Одеса, 2005. - Вип. 2(22). - С.314-384.

Автором побудовано математичні моделі складних об'єктів управління.

5. Кокошко В.С., Балтовський О.А., Сергєєв О.Ю., Ройлян В.О., Нагорний Ю.І. Методологія реалізації адаптивного автоматизованого пошуку оптимальних альтернатив приймаємих рішень // Зб. наукових праць Одеського ордена Леніна інституту Сухопутних військ. - Одеса: ООЛІСВ, 2005. - Вип.10. - С.68-73.

Автором розроблено засоби автоматизованого пошуку оптимальних рішень для підвищення ефективності виробництва.

Кокошко В.С., Балтовський О.А. - визначили основні фактори для процесу прийняття рішень.

Сергєєв О.Ю., Ройлян В.О. - сформулювали постановку задачі адаптації.

6. Балтовський О.А., Нагорний Ю.І., Лісяной Г.В., Кокошко В.С. Методологія побудови реляційних баз даних для підсистеми ІАСУ "Управління фінансами" // Зб. наукових праць НАДУ при Призидентові України. - Одеса, 2006. - С.249-257.

Автором розроблено етапи реалізації функцій підсистеми ІАСУ в управлінні фінансами.

Балтовський О.А. - вирішив загальну задачу „Взаємовідносини з банками” з розрахунком забезпечення кредиту.

Лісяной Г.В. - розробив оперативне управління рухом по складах для задачі „Взаємовідносини з банками”.

Кокошко В.С. - визначив функціональну підсистему „Управління фінансами” та масивів інформації.

7. Балтовський О.А., Нагорний Ю.І., Лісяной Г.В., Кокошко В.С. Вдосконалення структури алгоритмів ІАСУ промисловими підприємствами // Наук. праці МДГУ ім. П.Могили. - Миколаїв, 2006. - Вип. 44. - С.187-194.

Автором вдосконалено структуру алгоритмів на основі використання введеного поняття рангу і методів впорядкування алгоритмів.

Балтовський О.А., Кокошко В.С. - пристосували евристичне впорядкування перетоку інформації для оперативно-календарного планування.

Лісяной Г.В. - зробив аналіз значення ІАСУ та визначив їх значимість в сучасних промислових підприємствах.

8. Нагорный Ю.И. Исследование обобщенного алгоритма формализации синтеза функциональной структуры системы обработки информации и управления // Зб. праць Вінницького національного технічного університету. - Винница, 2006. - С.144-147.

9. Балтовский А.А., Нагорный Ю.И., Лисяной Г.В., Кокошко В.С. Методология построения информационно-логической модели данных с целью установления функциональных зависимостей реквизитов информационного объекта // Холодильна техніка і технологія. - Одеса, 2006. - С.105-110.

Автором створено масиви інформації „Готова продукція” і „Замовлення” для рішення задач управління.

Балтовський О.А., Кокошко В.С. - розробили методологію побудови інформаційного забезпечення підсистеми управління збутом готової продукції у вигляді масивів „Рік”, „Квартал”, „Місяць”, „Залізниця”, „Споживачі”, „Валюта”.

Лисяной Г.В. - розробив методологію побудови інформаційного забезпечення підсистеми управління збутом готової продукції у вигляді масивів „Виробництво”, „План постачань”.

10. Нагорный Ю.И., Балтовский А.А. Некоторые подходы к комплексной автоматизации промышленных производств // Вестник Херсонского национального технического университета. - 2007. - № 4(27). - С.312-316.

Автором розроблено концептуальну схему локальних автоматизованих систем управління.

11. Кокошко В.С., Балтовский А.А., Нагорный Ю.И., Лисяной Г.В. Контрольно-аналитический инструментарий решения оптимизационной задачи декомпозиции функциональных алгоритмов ИАСУ // Вестник Херсонского национального технического университета. - 2007. - 4(27). - С.194-197.

Автором розроблено евристичний алгоритм, що передбачає звуження області пошуку оптимального рішення.

Кокошко В.С., Балтовський О.А. - зроблена постановка задачі декомпозиції і визначені варіанти розбиття функціональних алгоритмів.

Лісяной Г.В. - зроблено аналіз алгоритмічного змісту і способів організації обчислювального процесу по функціональних підсистемах.

12. Нагорный Ю.И., Балтовский А.А., Лисяной Г.В. Метод косвенной оценки обобщенного показателя качества функционирования ИАСУ // Конф. ОНПИ (м. Одесса), 2006. - С.120-121.

Автором запропоновано для методу косвеної оцінки узагальнений показник якості функціонування ІАСУ.

АНОТАЦІЯ

Нагорний Ю.І. Моделі і алгоритми побудови автоматизованих адаптивних систем управління машинобудівним виробництвом. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. Херсонський національний технічний університет, Херсон, 2007.

Дисертаційна робота присвячена вирішенню задачі суттєвого підвищення ефективності управління функціонуванням машинобудівного виробництва на снові розроблених: алгоритмів адаптивної ідентифікації об'єктів управління, оцінки чутливості параметрів процесів, які автоматизуються; адаптивного настроювання коефіцієнтів моделей об'єктів управління; оптимізації багатокритеріальної задачі прийняття рішень; формалізації синтезу функціональної структури системи обробки інформації і управління, імітаційного моделювання локальних алгоритмів інтегрованого виробничого комплексу. Запропоновано способи і методи адаптивної алгоритмізації задач розрахунку виробничої програми, побудови математичних моделей складних об'єктів управління, використання нелінійної схеми компромісів і нечіткої системи управління для адаптації в умовах децентралізованого управління.

Розроблені адаптивні моделі: процесу стратегічного планування МВ з нестійкими умовами реалізації стратегії; концептуальна модель адаптивної функціонально-комплексованої інформаційно-управляючої системи.

Побудовано моделі оцінки ефективності: алгоритмів оптимізації і управління; функціонування системи управління МВ; розрахунку надійності ААСУ МВ з використанням модифікованого методу логіки ймовірності.

Створено програмний інструментарій - пакет програм, який частково впроваджений в третьому кварталі 2005 р. на ТОВ “НКЕМЗ” (м. Н.Каховка) з реальним економічним ефектом від впровадження 26847 грн. і очікуваним економічним ефектом 350 тис. грн. після впровадження повного проекту в 2007 році.

Ключові слова: структурна і параметрична адаптація, алгоритм, модель, удосконалення, інформаційні технології, система підтримки прийняття рішень, адаптивна функціонально-комплексована інформаційно-управляюча система, оптимізація, планування.

АННОТАЦИЯ

Нагорный Ю.И. Модели и алгоритмы построения автомати-зированных адаптивных систем управления машиностроительным производством. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. Херсонский национальный технический университет, Херсон, 2007.

Диссертационная работа посвящена решению научно-прикладной задачи существенного повышения эффективности управления функционированием машиностроительного производства, основными составляющими которого являются математические модели, алгоритмы и средства автоматизированного управления, основанные на принципах структурной и параметрической адаптации.

Процесс перехода к системам управления МП в рыночных условиях предусматривает эффективное использование и внедрение новых информационных технологий для повышения качества выпускаемой продукции и стабильной работы производства.

Качество работы автоматизированных систем управления, синтезированных в расчете на определенные условия функционирования, на практике может оказаться существенно ниже ожидаемого. Избежать этого позволяет построение адаптивных систем, параметры или даже структура которых при изменении внешних условий автоматически изменяется, поддерживая тем самым оптимальный, близкий к оптимальному или заданный режим работ.

Выбраны задачи исследования, которые позволяют обеспечить поставленную цель, путем разработки алгоритмов: адаптивной идентификации объектов управления; оценки чувствительности параметров автоматизируемых процессов; адаптивного настраивания коэффициентов моделей объектов управления; оптимизации многокритериальной задачи принятия решений; формализации синтеза функциональной структуры системы обработки информации и управления; имитационного моделирования локальных алгоритмов интегрированного производственного комплекса.

Предложены способы и методы: адаптивной алгоритмизации задач расчета производственной программы; построения математических моделей сложных объектов управления; использования нелинейной схемы компромиссов и нечеткой системы управления для адаптации в условиях децентрализованного управления; реализации адаптивного автоматизированного поиска оптимальных альтернатив принимаемых решений в условиях неопределенности; интеллектуализации процесса стратегического планирования для придания ему адаптивных качеств.

Разработаны адаптивные модели: процесса стратегического планирования МП с неустойчивыми условиями реализации стратегии; концептуальная модель адаптивной функционально-комплексированной информационно-управляющей системы.

Доказана возможность совершенствования и синтеза: структуры алгоритмов ААСУ МП; стратегии управления, которая удовлетворяет критерию адаптации и минимуму критерия качества переходного процесса; интеллектуальной КСУ производством на базе взаимо-связанных АРМов, дополненных модулями для реализации функций СППР.

Построены модели оценки эффективности: алгоритмов оптимизации и управления; функционирования системы управления МП; расчета надежности ААСУ МП с использованием модифицированного метода логики вероятности.

Создан программный инструментарий - пакет программ, который частично внедрен в четвертом квартале 2005 г. на ООО “НКЭМЗ” (г. Н. Каховка) с реальным экономическим эффектом от внедрения 26847 грн. и ожидаемым экономическим эффектом 350 тыс. грн. после внедрения полного проекта в 2007 году.

Ключевые слова: структурная и параметрическая адаптация, алгоритм, модель, усовершенствование, информационные технологии, система поддержки принятия решений, адаптивная функционально-комплексированная информационно-управляющая система, оптимизация, планирование.

ABSTRACT

Nagorniy Y.J. Models and algorithms of the construction of the automated adaptive control machine - building production systems. - Manuscript.

The dissertation for a candidate's degree of engineering sciences on speciality 05.13.06. - automated systems of control and progressive information technologies. Kherson national technical university, Kherson, 2007.

This work is dedicated to the solution of the problem of essential increase of efficiency of MP functioning , based on developed algorithms such as: adaptive identification of objects of control, the estimation of sensitivity of parameters of atomized processes, adaptive tuning of coefficients of models of control objects, optimization of a multicriteria problem of decision making, formalization of synthesis of a functional structure of a date processing system and control, imitation modeling of local algorithms of integrated production complex. The following modes and methods are offered: adaptive algorithmization of calculation problems of models of complex control objects; application of a non-linear chart of compromises and indistinct control system for adaptation in the conditions of decentralized control.

Adaptive models are developed: the process of MP strategic planning with unstable conditions for realization of strategy, the conceptual model of the adaptive functional-complexive information control system.

Models for estimation of efficiency are created: algorithms of optimization and control functioning of MP control system; calculation of IASO MP reliability with the use of modified method of logic authenticity.

A programme tool is created: software's package, used in the third quarter of 2005 at LTD Machine-Building Plant in Novaya Kakhovka with the real economic effect from introduction 26847 UAH and the expected economic effect 350000 UAH after introduction of complete project in 2007.

Keywords: structural and parametrichna adaptation, algorithm, model, improvement, information technologies, system of support of decision making, adaptive functional-complexive information control system, optimization, planning.

Відповідальний за випуск Шеховцов А.В.

Підп. до друку 28.07.2007

Формат 60х84_1/16.

Спосіб друку - ризографія

Умовно друк. арк. 0,9

Тираж 100 прим.

Україна, 73008, м. Херсон-8, Бериславське шосе, 24.

Надруковано в видавництві ХНТУ

73008, Херсон, Бериславське шосе, 24

Замовлення № 1047

Размещено на Allbest.ru

...