Інформаційна технологія синтезу моделей систем управління автоматизованими процесами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

УДК 681.513.6:004.072

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Інформаційна технологія синтезу моделей систем управління автоматизованими процесами

05.13.06 - інформаційні технології

Уткіна Тетяна Юріївна

Черкаси - 2010

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Черкаському державному технологічному університеті Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Рябцев Володимир Григорович, Черкаська філія Європейського університету, завідувач кафедри математичних та комп'ютерних дисциплін.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Рудницький Володимир Миколайович, Черкаський державний технологічний університет, завідувач кафедри системного програмування;

доктор технічних наук, доцент Шостак Ігор Володимирович, Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”, професор кафедри інженерії програмного забезпечення.

Захист відбудеться “ 13 ” жовтня 2010 року о годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 73.052.01. у Черкаському державному технологічному університеті за адресою: 18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Черкаського державного технологічного університету за адресою: 18006, м. Черкаси, бул. Шевченка, 460.

Автореферат розісланий “10” вересня 2010 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради В.В. Палагін.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. При створенні нових інформаційних технологій (ІТ) сучасні комп'ютери та різні спеціалізовані математичні моделі слугують фундаментом побудови нових методів перетворення інформації для складних систем управління (ССУ). За останні десятиліття завдяки повсюдній інформатизації та комп'ютеризації ІТ отримали особливий статус.

Розширилися сфери використання обчислювальної техніки та ІТ, зокрема зі зростанням інтенсивності бізнесу у всьому світі в таких галузях, як торгівля цінними паперами, роздрібна торгівля, кредитування, логістика, почали застосовувати бізнес-моделі реального часу. Разом з тим, в галузях управління енергетикою, транспортними комунікаціями, урядовими, банківськими системами, промисловим виробництвом використовують ССУ. Розвиток та поширення цих систем вимагає створення та розвитку нових ІТ синтезу моделей систем управління автоматизованими процесами (СУАП).

Значний внесок у розвиток ІТ синтезу моделей СУАП зробили вітчизняні вчені В.М. Глушков, Г.С. Поспєлов, В.І. Скуріхін, А.А. Тимченко, Ю.П. Зайченко, І.О. Фурман, М.Л. Маліновський, В.А. Краснобаєв, А.Ю. Аллашев, С.Я. Бовчалюк та ін.

Розвиток засобів обчислювальної техніки вимагає підвищення швидкості обробки і обміну інформацією, який пов'язаний із необхідністю зменшення часу, відведеного на виконання транзакцій з інформаційним ресурсом, і, як наслідок, підвищується інтенсивність виникнення збоїв та відмов, що викликає втрати інформації, спричинює перерви у роботі ССУ і призводить до технічних та економічних витрат. Для будь-якої галузі застосування ІТ висуваються вимоги: продуктивності, належної пропускної спроможності, надійності, відмовостійкості, готовності й оперативності.

Питанням підвищення надійності компонентів обчислювальних систем ССУ присвячений ряд робіт В.І. Хаханова, Г.Ф. Кривулі, В.С. Харченка, В.Г. Рябцева, В.М. Рудницького, В.П. Тарасенка, A.J. Van de Goor, Y. Zorian і багато ін.

Але на сьогодні залишаються не вирішеними задачі підвищення ефективності процесу побудови моделей СУАП за рахунок удосконалення способів перетворення інформації про ССУ, підвищення їх надійності за рахунок адаптації технологічних операцій (ТО) до відмов виконавчих механізмів (ВМ) та проведення попереджуючого багатоверсійного діагностування модулів оперативної пам'яті (ОП). Виходячи з цього, тема дисертаційного дослідження є актуальною.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Основні дослідження представлені в дисертаційній роботі проводилися відповідно до державних планів науково-дослідних робіт, програм і договорів, що виконувалися в Черкаському державному технологічному університеті (ЧДТУ), в яких автор брав участь як співвиконавець, та які пов'язані з напрямком дисертаційного дослідження:

“Методи, моделі при обробці інтелектуальних, інформаційних технологій для високоефективних обчислювальних та локальних підсистем управління в проблемно-орієнтованих системах”, номер державної реєстрації 0106U004501;

“Моделі та алгоритми системи автоматизованого управління адаптивними фасовочно-укупорочними машинами для молочної і плодомолочної промисловості”, номер державної реєстрації 0108U000507.

Мета і завдання дослідження. Мета дисертаційної роботи полягає у створенні та розвитку ІТ синтезу моделей СУАП, спрямованої на підвищення ефективності процесу побудови моделей СУАП за рахунок удосконалення способів перетворення інформації про ССУ, й розробці методів підвищення надійності ССУ за рахунок адаптації ТО до відмов ВМ та проведення попереджуючого багатоверсійного діагностування модулів ОП ССУ.

Задачі дослідження. Згідно з поставленою метою задачами дослідження в дисертаційній роботі є:

аналіз існуючих методів синтезу моделей СУАП фасувально-пакувальних машин (ФПМ);

розробка ІТ проектування структурно-функціональних моделей скінчених автоматів для синтезу алгоритмів автоматизованого управління технологічними процесами (ТП);

побудова інформаційної моделі СУАП ФПМ і структурно-функціональної моделі цифрового автомату (ЦА) управління ВМ ФПМ;

розробка методу моделювання алгоритмів автоматизованого управління ВМ технологічного обладнання (ТОБ);

розробка функціональної моделі адаптації процесу управління до можливих відмов ВМ для забезпечення прогнозування наслідків несправностей ТОБ на етапі відлагодження алгоритмів управління ВМ;

розробка моделей, методу та засобу підвищення ефективності тестового діагностування запам'ятовуючих пристроїв (ЗП) ССУ.

Об'єкт дослідження - процеси автоматизованого управління складних систем.

Предмет дослідження - інформаційна технологія синтезу моделей систем управління автоматизованими процесами.

Методи дослідження - методи, засновані на використанні теорії графів, алгебри логіки, теорії ЦА та чисельні методи, які залучені при створенні ІТ проектування структурно-функціональних моделей скінчених автоматів й розробці структурно-функціональної моделі ЦА управління ВМ ФПМ; системний аналіз, технологія проектування програмних систем - для побудови інформаційної моделі СУАП ФПМ; мережі Петрі - при створенні функціональної моделі адаптації процесу управління до можливих відмов ВМ; теорія надійності, методи технічної діагностики - для розробки методів підвищення надійності ССУ.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в такому:

вперше запропонована структурно-функціональна модель ЦА управління ВМ ФПМ, яка дозволяє знизити трудомісткість розробки проектів засобів управління завдяки перетворенню інформації, що міститься на циклограмах, в проміжну форму, зручну для синтезу ЦА за допомогою сучасних інструментальних засобів;

вперше розроблена функціональна модель адаптації процесу управління до можливих відмов ВМ, що дозволяє підвищити продуктивність системи за рахунок вибору оптимального алгоритму роботи;

вперше розроблено метод попереджуючого багатоверсійного діагностування ОП, який забезпечує досягнення заданого рівня імовірності безвідмовної роботи (ІБР) ОП за рахунок виконання декількох версій діагностичних тестів на різних стадіях експлуатації пристрою з урахуванням напівперіодів деградації та попереджуючої заміни модулів пам'яті;

удосконалена інформаційна модель СУАП ФПМ, що дозволяє виявляти, змінювати або усувати неефективну або надмірну діяльність по управлінню складними процесами, оцінювати вплив на них різних факторів, відповідно до загальної мети;

удосконалений метод моделювання алгоритмів автоматизованого управління ФПМ, що забезпечує прогнозування наслідків несправностей ТОБ на етапі відлагодження алгоритмів, а також знижує трудомісткість пошуку й усунення несправностей.

Практичне значення одержаних результатів. На основі наукових досліджень розроблені нові:

ІТ проектування структурно-функціональних моделей скінчених автоматів для синтезу алгоритмів автоматизованого управління ТП, яка дозволяє знизити тривалість проектування моделі ЦА управління ФПМ;

програмний засіб моніторингу проведення попереджуючого багатоверсійного діагностування ОП, який дозволяє забезпечити досягнення заданого рівня ІБР ОП за рахунок виконання декількох версій діагностичних тестів на різних стадіях експлуатації пристрою з урахуванням напівперіодів деградації і попереджуючої заміни модулів пам'яті.

Дана робота відповідає напряму розвитку науки і техніки, що забезпечує розробку методів проектування і виготовлення комп'ютеризованих систем та технологій. Результати досліджень й розроблені програмні додатки, запропоновані в дисертаційній роботі, впроваджені:

на багатопрофільному виробничо-комерційному підприємстві Діава для забезпечення контролю надійності роботи пам'яті комп'ютера та розрахунку часу профілактичного багатоверсійного тестування і заміни модулів ОП;

в навчальному процесі ЧДТУ при вивченні дисциплін “Проектування спеціалізованих комп'ютерних систем” та “Проектування вбудованих комп'ютерних систем”, які читаються студентам спеціальності 7.091503 на кафедрі спеціалізованих комп'ютерних систем.

Особистий внесок здобувача. Всі теоретичні результати дисертаційного дослідження, що виносяться на захист, отримані автором особисто. Результати прикладного характеру отримані за участю автора спільно з колективом співробітників ЧДТУ. У друкованих працях, опублікованих у співавторстві, автору належать: [1, 5, 7, 18] - теоретично і математично обґрунтовані і запропоновані методи та програмні засоби визначення часу заміщення й проведення регламентованого профілактичного діагностування модулів пам'яті для підвищення надійності ЗП; [2, 10, 14] - розроблені алгоритм та функціональна модель адаптації процесу управління до можливих відмов ВМ; [3, 4, 15] - алгоритми контролю для технологічної операції j-го циклу, верифікація несправностей ЦА шляхом стимулювання несправних станів датчиків, контролюючих положення ВМ, удосконалений метод моделювання алгоритмів автоматизованого управління ФПМ; [6] - ІТ проектування моделей скінчених автоматів та запропонована структурно-функціональна модель ЦА управління ВМ ФПМ; [8-9] - образно-знакові моделі (ОЗМ) мікросхем напівпровідникової пам'яті (НП) з вбудованими засобами самотестування; [12-13] - аналіз існуючих програм тестування ОП комп'ютера, побудовані множини тестових наборів для проведення профілактичного багатоверсійного діагностування модулів пам'яті, надані рекомендації по застосуванню різних груп тестів.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати дисертаційної роботи доповідалися та обговорювалися на міжнародних, обласних науково-технічних, науково-практичних, науково-методичних конференціях та форумах України, а саме: 1) XI Міжнародний молодіжний форум “Радіоелектроніка і молодь в ХХІ ст.”, Харків, 2007; 2) Міжнародна науково-практична конференція “Комп'ютерні системи в автоматизації виробничих процесів”, Хмельницький, 2007; 3) Міжнародна науково-практична конференція “Обробка сигналів і негауссівських процесів” пам'яті професора Кунченка Ю.П. (ОСНП-2007), Черкаси, 2007; 4) V Міжнародна науково-технічна конференція “Комп'ютерні технології в будівництві”, Київ-Севастополь, 2007; 5) II Всеукраїнська науково-практична конференція “Сучасні тенденції розвитку інформаційних технологій в науці, освіті та економіці”, Луганськ, 2008; 6) Міжнародна науково-технічна конференція “Гарантоспособные (надежные и безопасные) системы, сервисы и технологии-2008” (DESSERT-2008), Кіровоград, 2008; 7) IV Міжнародна науково-практична конференція “Перспективные вопросы мировой науки-2008”, Дніпропетровськ, 2008; 8) Міжнародна науково-технічна конференція “Гарантоспособные (надежные и безопасные) системы, сервисы и технологии-2009” (DESSERT-2009), Кіровоград, 2009; 9) V Всеукраїнська науково-технічна конференція студентів, аспірантів та молодих науковців “Комп'ютерний моніторинг та інформаційні технології” (КМІТ-2009), Донецьк, 2009; 10) Міжнародний симпозіум “Proceeding of IEEE East-West Design & Test Symposium 2009” (EWDTS'09), Москва, Росія, 2009; 11) VII Всеукраїнська науково-практична конференція “Інформаційні технології в освіті, науці і техніці-2010” (ІТОНТ-2010), Черкаси, 2010; 12) I Всеукраїнська науково-технічна конференція студентів, аспірантів та молодих вчених “Інформаціні та управляючі системи та комп'ютерний моніторинг” (ІУС та КМ-2010), Донецьк, 2010.

Публікації. Результати наукових досліджень відображено у 18 наукових працях, серед яких: 7 статей, опублікованих у фахових журналах i наукових збірниках, що включені до Переліку ВАК України з технічних наук; 9 тез доповідей, надрукованих в збірниках матеріалів конференцій та форумів України; 2 патенти України на корисну модель.

Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається з вступу, 4 розділів, висновків, додатків, переліку використаних джерел із 124 найменувань. Загальний обсяг роботи становить 291 сторінку, із них 148 сторінок займає основний текст. Дисертація містить 60 ілюстрацій, 29 таблиць та 4 додатки.

Основний зміст роботи

У вступі обґрунтована актуальність теми, визначено об'єкт, предмет та методи дисертаційного дослідження, сформульовані мета і задачі роботи, відзначені наукова новизна і практична цінність отриманих результатів.

У першому розділі проведено системний аналіз методів проектування систем автоматизованого управління, визначено особливості складних систем автоматизованого управління, сформульовані вимоги до СУАП ФПМ, розглянуті існуючі методи синтезу моделей СУАП, що дозволило визначити напрямки досліджень, сформулювати загальну наукову задачу дослідження й визначити множину підцілей, досягнення яких сприятиме подальшому розвитку ІТ синтезу моделей СУАП, спрямованих на підвищення ефективності процесу побудови моделей СУАП за рахунок удосконалення способів перетворення інформації про ССУ, й розробці методів підвищення надійності ССУ.

В другому розділі представлена концепція побудови ІТ проектування структурно-функціональних моделей скінчених автоматів для синтезу алгоритмів автоматизованого управління ТП. Її відмінною рисою від існуючої є: встановлення взаємозв'язку між програмістом та інженером-технологом за допомогою інтерактивного середовища розробки; скорочення часу розробки ПЗ цифрових систем автоматизованого управління ТП; зменшення кількості технологічних помилок, як з боку програміста, так і з боку інженера-технолога, при створенні алгоритму управління ТП.

Відповідно до структури автоматизованої системи з комбінованим принципом управління удосконалена інформаційна модель СУАП ФПМ, яка представляє собою ієрархічно взаємопов'язані діаграми IDEF-SADT структурного системного аналізу, що дозволяє розбивати початкове представлення складної системи на окремі складові частини, при цьому деталі кожної конкретизуються на наступних діаграмах, описується взаємодія процесів і потоків інформації.

При проектуванні графів станів ЦА в синтезованих алгоритмах для строгого дотримання послідовності активізації ВМ, яка визначається технологом і задається у вигляді циклограми, була розроблена структурно-функціональна модель ЦА управління ВМ ФПМ карусельного типу:

МФПМ = ( S_w, S_c, U, T_d, T_w, T_m, T_s, W ),

де S_w - стани, в яких виконуються операції управління ТП; S_c - стани, в яких виконуються контролюючі операції; U - умови переходів; T_d - моменти фіксації кінцевих станів ВМ; T_w - тривалості активних станів виконавчих механізмів; T_m - модельний час; T_s - сумарна тривалість операцій; W - операції управління ТП.

Цю модель зручно представити у вигляді направленого графа (рис. 1), в якому стани контролю положення ВМ позначаються символом . Стани робочих S_w і контролюючих S_c операцій, які відображають події, що відбуваються, розташовуються не довільно на площині, а на осі модельного часу.

Умови переходів U і дії на переходах W об'єднуються операцією імплікації U > W. Робочі операції W виконуються над множиною сигналів управління Z = { Z₁, …, Z_m } і відносяться до логічних операцій, при виконанні яких обраному управляючому сигналу присвоюється одиниця або нуль (Z_i < = '1' або Z_i < = '0'). У станах контролю S_c порівнюється поточний модельний час T_m із заданим значенням часу, в який вибраний ВМ повинен перейти в кінцевий стан. Стани механізмів фіксує множина датчиків D = { d₁, d₂, …, d_k }.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 1 - Модель ЦА для ФПМ, що має 12 ВМ, який управляє від'ємним
фронтом 9 циклу ТО

Крім того, ця модель дозволяє наочно відобразити всі причинно-наслідкові зв'язки ТП, що скорочує імовірність виникнення помилок при подальшому синтезі проекту автомата за допомогою найбільш поширених інструментальних засобів. В результаті перетворення можна отримати об'єднані таблиці, які будуть містити функції переходів і виходів, по яких формується граф-схема ЦА в середовищі Active-HDL.

У третьому розділі розроблені ІТ проектування структурно-функціональних моделей скінчених автоматів для синтезу алгоритмів автоматизованого управління ТП, функціональна модель адаптації процесу управління до можливих відмов ВМ, удосконалений метод моделювання алгоритмів автоматизованого управління ФПМ, розроблений метод попереджуючого багатоверсійного діагностування ОП.

Розроблена ІТ проектування структурно-функціональних моделей скінчених автоматів для синтезу алгоритмів автоматизованого управління ТП представляє собою платформу проектування, що складається з наступних елементів:

циклограми роботи ФПМ, побудовану інженером-технологом;

структурно-функціональних моделей ЦА управління ВМ ФПМ;

об'єднаних таблиць функцій переходів і виходів ЦА;

ієрархічної системної моделі ЦА ФПМ.

На відміну від існуючих розроблена технологія має наступні переваги: простоту, наочність, доступність розуміння, природність представлення, можливість перетворення для подальшого використання у сучасних спеціалізованих системах проектування, що містять відповідні засоби проектування, які забезпечують програміста максимумом можливостей для розробки та верифікації алгоритму автоматизованого управління ТП.

Для функціонального моделювання алгоритмів управління ТП фасування та пакування продукції використані мережі Петрі, які є засобом формалізованого опису процесів функціонування дискретних систем. Тому для врахування можливих відмов механізмів системи циклічної дії розроблена функціональна модель адаптації процесу управління до можливих відмов ВМ (рис. 2), яка використовує математичний апарат мереж Петрі та забезпечує виконання команд управління ВМ так, щоб ТО змогли виконатися до логічного завершення ТП. Причому кожен механізм повинен виконати різне число операцій, число яких зростає при віддаленні від місця розташування ВМ від позиції механізму, який відмовив.

Введемо основні визначення.

Визначення 1. ТП називається таким, що не адаптується до відмов ВМ, якщо після виявлення будь-якої несправності відбувається відключення всіх ВМ.

Визначення 2. ТП називається таким, що адаптується до відмов ВМ, якщо при виявленні відмови -го механізму, де - кількість ВМ, відбувається відключення тих механізмів, які належать до множини , а механізми, що залишилися, працюють відповідно до алгоритму адаптації по даному виду відмови.

Визначення 3. Алгоритмом адаптації називається послідовність управляючих сигналів, які з метою мінімізації втрат фасованої продукції, забезпечують виконання тих ТО ВМ, які належать до множини .

Рис. 2 - Мережа Петрі з адаптацією до відмови j-го (j = 2, …, k-2) механізму

При створенні моделі використані прості переходи - TE та переходи-перемикачі - TX, призначення переходів та позицій приведені у табл. 1-2.

При відмові першого, передостаннього або останнього механізму адаптація до відмов ТП неможлива. Перехід в позицію можливий з імовірністю виникнення відмови відповідного ВМ . Перехід можливий, якщо всі ВМ справні з імовірністю працездатного стану кожного механізму та успішно завершилися всі ТО.

Таблиця 1 Умови, які відповідають позиціям

Номер позиції	Умова
	пуск системи управління ВМ
	пуск відповідних ВМ
	зупинка відповідних ВМ при їх справному стані
	успішне завершення операцій усіма ВМ
	аварійне завершення операцій або ВМ
	кількість тари призначена для пакування
	аварійна зупинка системи управління ВМ
	відмова -го ВМ, де
	пуск -го ВМ () після виявлення відмови -го ВМ
	зупинка -го ВМ при його справному стані після виявлення відмови -го ВМ
	успішне завершення операцій -им ВМ з адаптацією до відмови -го ВМ

Таблиця 2 Події, які відповідають переходам

Номер переходу	Подія
	пуск ФПМ
	виконання ТО відповідними ВМ
	успішне завершення всіх операцій
	циклічне повторення ТО і поворот каруселі ФПМ
	виявлення поломки або ВМ
	аварійне завершення ТО -го ВМ, де
	виконання ТО -го ВМ () після виявлення відмови -го ВМ
	успішне завершення операцій -го ВМ при його справному стані після виявлення відмови -го ВМ

Залежність кількості циклів спрацьовування ВМ від номера ВМ, що відмовив, для ФПМ, що має 12 ВМ, з врахуванням приведених вище правил представлена на рис. 3.

Рис. 3 - Залежність кількості циклів роботи від номера ВМ, що відмовив

Удосконалено метод моделювання алгоритмів автоматизованого управління ФПМ, який представлений у вигляді послідовності дій, що зображена на рис. 4.

Для синтезу графа автомата СУАП ФПМ, що формує управляючі сигнали заданої тривалості, пропонується ввести допоміжні змінні:

Z_{j_set} :TIME := 0 sec;

Z_{j_res} :TIME := 0 sec;

Z_{j_delta} :TIME := _j,

де Z_{j_set} - змінна, що фіксує момент включення j-го механізму; Z_{j_res} - змінна, що фіксує момент виключення j-го механізму; Z_{j_delta} - змінна, що фіксує тривалість включеного стану j-го механізму; _j - часовий інтервал, заданий технологом.

Рис. 4 - Удосконалений метод моделювання алгоритмів автоматизованого управління ВМ ТОБ

У момент включення j-го механізму виконуються наступні дії: Z_{j_set} := now; Z_{j_res} := now, при цьому даним змінним присвоюється поточне значення модельного часу. Потім в поточному стані автомата перевіряється нерівність (Z_{j_res} _ Z_{j_set}) < Z_{j_delta}. Якщо вона виконується, то до змінної Z_{j_res} додається значення періоду синхросигналів: Z_{j_res} := Z_{j_res} + t_CLK. Якщо ж виконується умова виразу: (Z_{j_res} _ Z_{j_set}) >= Z_{j_delta}, то j-ий механізм вимикається і автомат переходить в новий стан. Послідовність виконання операцій управління для додатнього фронту ТО позначимо через H = { W₁, …, W_i, …, W_k }, де k - кількість циклів. Послідовність управляючих операцій для від'ємного фронту можна відобразити таким чином: L = { W_m, W_m-1, …, W_j, …, W₀ }, W₀ = , де m - кількість циклів. Результати застосування удосконаленого методу приведені на рис. 5.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рис. 5 - Ієрархічна системна модель ЦА ФПМ, що управляє від'ємним фронтом 9 циклу: а) верхнього рівня; б) нижнього рівня.

Для підвищення надійності ЗП комп'ютерів ССУ розроблено метод та програмний засіб попереджуючого багатоверсійного діагностування ОП. Якщо користувачем встановлена мінімально допустима імовірність працездатного стану ЗП, рівна , тоді необхідно визначити проміжки часу, по закінченню яких необхідно виконувати профілактичне діагностування модулів пам'яті.

Введемо необхідні поняття. Період деградації ІБР пам'яті - це проміжок часу, коли ІБР модуля зменшується до заданого користувачем мінімального значення. Період деградації обчислюється за формулою:

де - ІБР пристрою під час експлуатації; - тривалість експлуатації модулів пам'яті; - коефіцієнт кратності прояву відмов, - кратність прояву відмов, - інтенсивність прояву відмов; - число мікросхем пам'яті у пристрої, - число модулів пам'яті - число мікросхем в модулі пам'яті.

При досягненні надійності роботи ЗП значення настає час деградації.

Напівперіод деградації - це проміжок часу, рівний половині періоду деградації. Формула для розрахунку першого напівперіоду деградації має вигляд:

Введемо змінну для позначення кількості напівперіодів деградації модуля пам'яті, тоді формула для розрахунку -го напівперіоду деградації має вид:

Якщо ОП складається більш ніж з одного модуля, то для кожного зі встановлених модулів визначається період деградації. Період деградації ОП відповідатиме мінімальному значенню періоду деградації встановлених в системі модулів. Для модуля з мінімальним значенням періоду деградації розраховуються напівперіоди деградації.

В період ранньої експлуатації модулів пам'яті впродовж трьох місяців роботи проводиться тестування кожного разу при включенні живлення різними наборами тестів з високою ефективністю виявлення відмов. Час корисної експлуатації без профілактичного діагностування у свою чергу триває до настання напівперіоду деградації.

Наступний етап тестування починається якраз при досягненні часом експлуатації значення 1-го напівперіоду деградації, 2-го напівперіоду деградації, потім 3-го напівперіоду деградації і т.д. до настання часу деградації. Із збільшенням номера напівперіодів деградації рекомендується виконувати триваліші і ефективніші тести.

У четвертому розділі показано ефективність використання моделей та методів, розроблених у другому та третьому розділах.

Для визначення ефективності ІТ проектування структурно-функціональних моделей скінчених автоматів було проведено експеримент, який полягав у проведені проектування ЦА управління ФПМ Паспак-Р2 для фасування зерненого сиру із застосуванням розробленої технології та без її застосування.

За результатами експерименту розрахована середня тривалість проектування ЦА ФПМ, що управляє додатнім та від'ємним фронтами ТО, без (метод 1) та із застосуванням розробленої ІТ (метод 2):

де - кількість станів ЦА.

Таким чином, економія часу при проектуванні ЦА управління ФПМ із застосуванням розробленої ІТ становитиме:

Отже, ефективність використання ІТ проектування структурно-функціональних моделей скінчених автоматів для синтезу алгоритмів автоматизованого управління ТП полягає у зниженні на 33,26 % тривалості проектування ЦА управління ФПМ.

При застосуванні функціональної моделі адаптації процесу управління до можливих відмов ВМ втрати тари і продуктів відповідають даним, представленим залежністю величини технологічних втрат тари і
фасованих продуктів від номера механізму, що відмовив, яка представлена на рис. 6.

Рис. 6 - Залежність величини технологічних втрат тари і фасованих продуктів від номера механізму, що відмовив

Виконаємо розрахунок скорочення технологічних втрат пакувальної тари і фасованих продуктів за рахунок застосування запропонованого алгоритму адаптації ТП до відмов ВМ ФПМ, що має 12 механізмів, з яких перший обертає карусель, а 12-ий вивантажує готову продукцію. Без цього алгоритму відмова будь-якого механізму призводила до зупинки машини.

Таким чином, без застосування розробленої функціональної моделі адаптації втрати тари і фасованого продукту для даної ФПМ складуть .

Як показано на рис. 6, при застосуванні розробленої функціональної моделі адаптації, в стопку тари можна повернути порожній стаканчик або пусту коробку з першої позиції, а з останньої позиції можна зняти придатну для продажу продукцію. Якщо врахувати, що імовірність виникнення відмов механізмів однакова, то можна розрахувати середню величину технологічних втрат для такої ситуації. Середня кількість втрат тари обчислюється за формулою:

де - кількість ВМ, - кількість втрат тари при відмові -го механізму.

Середня кількість втрат фасованих продуктів визначається таким чином:

де - кількість втрат фасованих продуктів при відмові -го механізму.

Економія технологічних втрат тари та фасованих продуктів складає:

Застосування функціональної моделі адаптації процесу управління до можливих відмов ВМ ФПМ, що має 12 механізмів, дозволить на 31 % зменшити технологічні втрати пакувальної тари, на 41,7 % фасованих продуктів й поліпшити якість продукції, що випускається, за рахунок скорочення часу знаходження її на столі при ремонті машини, а також скоротити витрати підприємства на утилізацію відходів виробництва.

Додатки містять об'єднані таблиці функцій переходів і виходів, програму моніторингу надійної роботи модулів ОП систем автоматизованого управління, документи, що підтверджують впровадження результатів дисертації у виробництво та в навчальний процес.

Висновки

У дисертаційній роботі вирішена складна науково-технічна задача створення і розвитку інформаційної технології синтезу моделей систем управління автоматизованими процесами та розробки методів підвищення надійності складних систем управління й отримані наступні результати.

1. Запропонована структурно-функціональна модель ЦА управління ВМ ФПМ, яка дозволяє знизити трудомісткість розробки проектів засобів управління завдяки перетворенню інформації, що міститься на циклограмах, в проміжну форму, зручну для синтезу ЦА за допомогою сучасних інструментальних засобів.

2. Розроблена функціональна модель адаптації процесу управління до можливих відмов ВМ ФПМ, що має 12 механізмів, яка дозволяє оцінити альтернативні алгоритми управління і вибрати найбільш ефективний на етапі проектування системи без реалізації всієї системи, що забезпечить зменшення технологічних втрат продукції на 31 % пакувальної тари і на 41,7 % фасованих продуктів.

3. Розроблено метод та програмний засіб попереджуючого багатоверсійного діагностування ОП, який забезпечує досягнення заданого рівня ІБР ОП за рахунок виконання декількох версій діагностичних тестів на різних стадіях експлуатації пристрою з урахуванням напівперіодів деградації та попереджуючої заміни модулів пам'яті. Застосування програми “Diagnostics_Memory” дозволило підвищити на 12,5 % коефіцієнт готовності комп'ютерів систем управління.

4. Удосконалена інформаційна модель ЦА управління ВМ ФПМ, відмінною рисою якої є виявлення, зміна та усунення неефективної або надмірної діяльності по управлінню складними процесами, оцінка впливу на них різних факторів відповідно до загальної мети.

5. Удосконалений метод моделювання алгоритмів автоматизованого управління ФПМ, що на відміну від існуючих забезпечує прогнозування наслідків несправностей ТОБ на етапі відлагодження алгоритмів, а також знижує трудомісткість пошуку й усунення несправностей.

6. Розроблена ІТ проектування структурно-функціональних моделей скінчених автоматів для синтезу алгоритмів автоматизованого управління ТП, що на відміну від існуючих дозволяє знизити на 33,26 % тривалість проектування моделі ЦА управління ФПМ.

7. Розроблено ОЗМ мікросхеми НП з вбудованими засобами самотестування, відмінною особливістю якої є підвищення надійності мікросхем НП на етапі їх виготовлення за рахунок збільшення числа сполучень кодів даних в суміжних запам'ятовуючих комірках, що забезпечує виявлення відмов та збоїв, викликаних взаємним впливом комірок пам'яті.

8. Розроблено ОЗМ мікросхеми НП з вбудованими засобами багатоверсійного самотестування, відмінною рисою якої є підвищення якості мікросхем пам'яті на етапі виготовлення та підвищення коефіцієнту технічної готовності мікросхем на етапі експлуатації, що досягається оперативною зміною програм самотестування.

9. Проведено аналіз існуючих програм тестування ОП комп'ютера, сформовані множини тестових наборів для проведення профілактичного багатоверсійного діагностування модулів пам'яті, експериментально отримані значення тривалості та ефективності тестування оперативної пам'яті для визначеного набору програм тестування, надані рекомендацій по застосуванню різних груп тестів.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Уткіна Т. Ю. Особливості інтерфейсу користувацької системи моніторингу надійної роботи пам'яті комп'ютера / Т. Ю. Уткіна, В. Г. Рябцев, В. О. Андрієнко // Вісник Хмельницького національного університету. - 2009. - № 3. - С. 154-159.

2. Моамар Д. Н. Моделирование процесса адаптации технологических операций к отказам исполнительных механизмов / Д. Н. Моамар, В. Г. Рябцев, Т. Ю. Уткина // Радіоелектронні і комп'ютерні системи. - 2009. - № 5 (39). - С. 39-43.

3. Моамар Д. Н. Метод моделирования алгоритмов автоматизированного управления фасовочно-упаковочными машинами / Д. Н. Моамар, Т. Ю. Уткина, Л. А. Шувалова // Вісник Хмельницького національного університету. - 2008. - № 4. - С. 140-144.

4. Моамар Д. Н. Метод верификации структурно-функциональных моделей конечных автоматов / Д. Н. Моамар, Т. Ю. Уткина, Л. А. Шувалова // Вісник Східноукраїнського національного університету. - Луганськ: Східноукраїнський національний університет ім. В. Даля, 2008. - № 12 (130). - С. 88-94.

5. Андриенко В. А. Регламентирование проведения многоверсионного диагностирования запоминающих устройств с учетом полупериодов деградации / В. А. Андриенко, В. Г. Рябцев, Т. Ю. Уткина // Радіоелектронні і комп'ютерні системи. - 2008. - № 7 (34). - С. 135-140.

6. Аль Мади М. К. Информационная технология проектирования моделей конечных автоматов / М. К. Аль Мади, Д. Н. Моамар, Т. Ю. Уткина // АСУ и приборы автоматики. - 2007. - № 141 (4). - С. 58-62.

7. Андриенко В. А. Метод и средство определения времени замещения модулей памяти для повышения надежности запоминающих устройств / В. А. Андриенко, В. Г. Рябцев, Т. Ю. Уткина // Вісник Хмельницького національного університету. - 2007. - № 3. - С. 227-231.

8. Пат. на корисну модель 49179 Україна, МПК (2009) G11C 7/00. Мікросхема напівпровідникової пам'яті з вбудованими засобами багатоверсійного самотестування / Т. Ю. Уткіна, В. Г. Рябцев, В. О. Андрієнко; заявник та власник Черкас. держ. технол. ун-т. - № u 2009 09655; заявл. 21.09.2009; опубл. 26.04.2010, Бюл. № 8.

9. Пат. на корисну модель 47842 Україна, МПК (2009) G11C 7/00. Мікросхема напівпровідникової пам'яті з вбудованими засобами самотестування / Т. Ю. Уткіна, В. Г. Рябцев, В. О. Андрієнко; заявник та власник Черкас. держ. технол. ун-т. - № u 2009 09198; заявл. 07.09.2009; опубл. 25.02.2010, Бюл. № 4.

10. Уткина Т. Ю. Алгоритм адаптации управляющей системы к отказам исполнительных механизмов / Т. Ю. Уткина, Д. Н. Моамар // Інформаційні управляючі системи та комп'ютерний моніторинг : матеріали I Всеукр. наук.-техн. конф. студентів, аспірантів та молодих вчених: (19-21 трав. 2010 р., Донецьк) / Донец. нац. техн. ун-т. - Донецьк, 2010. - C. 122-126.

11. Уткина Т .Ю. Концепция информационной технологии разработки алгоритмов управления технологическими процессами / Т. Ю. Уткина // Інформаційні технології в освіті, науці і техніці : матеріали VII Всеукр. наук.-практ. конф., 4-6 трав. 2010 р. : тези доп. - Черкаси: ЧДТУ, 2010. - Т. 1. - С. 61.

12. Utkina T. Yu. Method and Mean of Computer's Memory Reliable Work Monitoring / T. Yu. Utkina, V. G. Ryabtsev // Proceeding of IEEE East-West Design & Test Symposium 2009 (EWDTS'09) : (18-21 Sep. 2009, Moscow). - Kharkiv: KHNURE, 2009. - P. 505-512.

13. Андриенко В. О. Організація моніторингу надійної роботи пам'яті комп'ютера / В. О. Андрієнко, Т. Ю. Уткіна // Комп'ютерний моніторинг та інформаційні технології : матеріали V Всеукр. наук.-техн. конф. студентів, аспірантів та молодих науковців: (12-15 трав. 2009 р., Донецьк) / Донец. нац. техн. ун-т. - Донецьк, 2009. - C. 296-298.

14. Лукашенко А. Г. Метод моделирования алгоритмов управления исполнительными механизмами, адаптируемых к отказам / [А. Г. Лукашенко, Д. Н. Моамар, В. Г. Рябцев, Т. Ю. Уткина] // Перспективные вопросы мировой науки - 2008 : материалы IV науч.-практ. конф., 17-19 дек. 2008 г. : тезисы докл. - Днепропетровск: Изд. “Наука и образование”, 2008. - № 19. - С. 37-40.

15. Моамар Д. Н. Верификация моделей конечных автоматов / Д. Н. Моамар, Т. Ю. Уткина, Л. А. Шувалова // Сучасні тенденції розвитку інформаційних технологій в науці, освіті та економіці : зб. тез конф., 8-10 квіт. 2008 р. - Луганськ, 2008 - С. 72-74.

16. Уткина Т. Ю. Мониторинг надежной работы памяти компьютера / Т. Ю. Уткина // Комп'ютерні технології в будівництві : матеріали V Міжнар. наук.-техн. конф.: (18-21 верес. 2007 р., Київ-Севастополь). - Кривий Ріг, 2008. - С. 88-89.

17. Уткина Т .Ю. Метод и средства повышения надежности запоминающих устройств путем замещения модулей памяти / Т. Ю. Уткина // Обробка сигналів і негауссівських процесів : праці Міжнар. наук.-практ. конф.,
21-26 трав. 2007 р. :тези доп. - Черкаси: ЧДТУ, 2007. - С. 204-206.

18. Андриенко В. А. Средство регламентирования выполнения профилактики модулей памяти компьютера / В. А. Андриенко, Т. Ю. Уткина // Радіоелектроніка і молодь в ХХІ ст. : зб. матеріалів 11-го Міжнар. молодіжного форуму, 10-12 квіт. 2007 р. : тези доп. - Харків: ХНУРЕ, 2007. - Ч. 2. - С. 237.

Анотація

Уткіна Т.Ю. Інформаційна технологія синтезу моделей систем управління автоматизованими процесами. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - інформаційні технології. - Черкаський державний технологічний університет, Черкаси, 2010.

Дисертація присвячена розв'язку актуальної наукової задачі створенню та розвитку інформаційної технології синтезу моделей систем управління автоматизованими процесами, спрямованих на підвищення ефективності систем управління автоматизованими процесами за рахунок адаптації технологічних операцій до відмов виконавчих механізмів та проведення попереджуючого діагностування модулів оперативної пам'яті.

Вперше розроблена інформаційна технологія проектування структурно-функціональних моделей скінчених автоматів для синтезу алгоритмів автоматизованого управління технологічними процесами, яка дозволяє знизити на 33,26 % тривалість проектування цифрових автоматів управління фасувально-пакувальними машинами.

Для проведення моніторингу стану оперативної пам'яті розроблена програма “Diagnostics_Memory”, яка забезпечує досягнення заданого рівня імовірності безвідмовної роботи на різних стадіях експлуатації пристрою з урахуванням напівперіодів деградації і попереджуючої заміни модулів пам'яті, що дозволило збільшити на 12,5 % коефіцієнт готовності комп'ютерів систем управління.

Ключові слова: інформаційна технологія, цифрові автомати, виконавчі механізми, автоматизоване управління, модулі пам'яті.

Аннотация

Уткина Т.Ю. Информационная технология синтеза моделей систем управления автоматизированными процессами. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - информационные технологии. - Черкасский государственный технологический университет, Черкассы, 2010.

Диссертация посвящена решению актуальной научной задачи созданию и развитию информационной технологии синтеза моделей систем управления автоматизированными процессами, направленных на повышение эффективности систем управления автоматизированными процессами, за счет адаптации технологических операций к отказам исполнительных механизмов и проведения предупреждающего диагностирования модулей оперативной памяти.

Впервые разработана информационная технология проектирования структурно-функциональных моделей конечных автоматов для синтеза алгоритмов автоматизированного управления технологическими процессами, которая в отличие от существующих позволяет снизить на 33,26 % продолжительность проектирования модели цифровых автоматов управления фасовочно-упаковочными машинами.

Впервые предложена структурно-функциональная модель цифрового автомата управления исполнительными механизмами фасовочно-упаковочных машин, которая позволяет снизить трудоемкость разработки проектов средств управления благодаря преобразованию информации, содержащейся на циклограммах, в промежуточную форму, удобную для синтеза цифрового автомата с помощью современных инструментальных средств.

Впервые разработана функциональная модель адаптации процесса управления к отказам исполнительных механизмов фасовочно-упаковочных машин, применение которой для фасовочно-упаковочной машины, имеющей 12 механизмов, позволит на 31 % уменьшить технологические потери упаковочной тары, на 41,7 % фасуемых продуктов и улучшить качество выпускаемой продукции за счет сокращения времени нахождения ее на столе при ремонте машины, а также сократить расходы предприятия на утилизацию отходов производства.

Усовершенствован метод моделирования алгоритмов автоматизированного управления фасовочно-упаковочными машинами, который в отличие от существующих обеспечивает прогнозирование последствий неисправностей технологического оборудования на этапе отладки алгоритмов, а также снижает трудоемкость поиска и устранения неисправностей. Предложенный метод для формализации поставленной задачи предполагает проведение декомпозиции исследуемой системы с помощью выполнения начального представления в виде информационной модели системы управления автоматизированными процессами фасовочно-упаковочной машины. Он включает разработку иерархической системной модели цифрового автомата фасовочно-упаковочной машины для синтеза алгоритмов автоматизированного управления, на основе структурно-функциональной модели цифрового автомата управления исполнительными механизмами, построенной с помощью циклограммы работы фасовочно-упаковочной машины, и объединенных таблиц функций переходов и выходов модели цифрового автомата. Верификация кода, созданного алгоритма автоматизированного управления исполнительными механизмами технологического оборудования, выполняется компилятором соответствующего языка программирования, который проверяет исходный код на наличие синтаксических и семантических ошибок, правильность ссылок на библиотеки, генерирует промежуточный код, который может дополнительно использоваться программой моделирования или синтеза. Кроме того, для проведения верификации алгоритма автоматизированного управления исполнительными механизмами, полученного с помощью иерархической системной модели цифрового автомата фасовочно-упаковочной машины, используются стимуляторы. Также метод включает функциональную модель адаптации процесса управления к возможным отказам исполнительных механизмов фасовочно-упаковочных машин, что позволяет адаптировать процесс управления к возможным отказам механизмов, оценить альтернативные алгоритмы управления и выбрать наиболее эффективный на этапе проектирования системы без реализации всей системы.

Впервые разработан метод предупреждающего многоверсионного диагностирования оперативной памяти, который обеспечивает достижение заданного уровня вероятности безотказной работы оперативной памяти за счет выполнения нескольких версий диагностических тестов на разных стадиях эксплуатации устройства с учетом полупериодов деградации и предупреждающей замены модулей памяти.

Разработано программное средство мониторинга проведения предупреждающего многоверсионного диагностирования оперативной памяти, которое позволяет обеспечить достижение заданного уровня вероятности безотказной работы оперативной памяти за счет выполнения нескольких версий диагностических тестов на разных стадиях эксплуатации устройства с учетом полупериодов деградации и предупреждающей замены модулей памяти. Применение программы “Diagnostics_Memory” позволило повысить на 12,5 % коэффициент готовности компьютеров систем управления.

Проведен анализ существующих программ тестирования оперативной памяти компьютера, сформированы множества тестовых наборов для проведения профилактического многоверсионного диагностирования модулей памяти, экспериментально получены значения длительности и эффективности тестирования оперативной памяти для определенного набора программ тестирования, даны рекомендации по применению разных групп тестов.

Ключевые слова: информационная технология, цифровые автоматы, исполнительные механизмы, автоматизированное управление, модули памяти.

Abstract

Utkina T.Yu. Information technology of synthesis of models of systems of control of the automated processes. - Manuscript.

Thesis for a candidate's degree by specialty 05.13.06 - information technologies. - Cherkassy State Technological University, Cherkassy, 2010.

The thesis is devoted to the decision of actual scientific task creation and development of information technology of synthesis of models of systems of control the automated processes, directed on the increase of efficiency of systems of control the automated processes, due to adaptation of technological operations to the refusals of executive mechanisms and lead through of the maintenance prevention of a multi version diagnosing of the modules of main memory.

Information technology of planning structurally of functional models of eventual automats is first developed for the synthesis of algorithms of the automated control of technological processes, which unlike existing allows reducing on 33,26 % duration of designing of digital automats model of control of packing machines. інформаційний автоматизований алгоритм

For the leadthrough of monitoring of the state of main memory the program “Diagnostics_Memory” is developed, which provides achievement of the set level of probability of non-failure operation on the different stages of exploitation of device taking into account the semi periods of degradation and warning replacement of the modules memory, that allowed multiplying on 12,5 % coefficient of readiness of computers of control the system.

Keywords: information technology, digital automats, executive mechanisms, automated management, modules of memory.

Размещено на Allbest.ru

...