книги из ГПНТБ / Клыков, Ю. И. Ситуационное управление большими системами

Суть этого метода состоит в том, что Обучение основным понятиям математики происходит на основе априорного формирования у учащихся псевдофизического языка отношений. Экспериментальное исследование показало, что ученики начальных классов, у которых сформирован такой язык, способны овладеть такими понятиями выс­ шей математики, как множество, отношение, полугруппа, группа и др., минуя традиционные разделы арифметики, дифференциального и интегрального исчисления и др.

Хотя вышеуказанные основные области практическо­ го применения ситуационного управления далеко не исчерпывают класс задач управления, решение которого связано с формированием в памяти решающего устрой­ ства моделей управляемых объектов, фундаментальный характер направлений, созданных на основе принципов ситуационного управления, свидетельствует о перспек­ тивности семиотического подхода к автоматизации управления. Рассмотрим пример практического приме­ нения ситуационного управления в технических системах.

6-1. СИТУАЦИОННОЕ УПРАВЛЕНИЕ ТРАНСПОРТОМ ПРИ Т А М П О Н А Ж Н Ы Х РАБОТАХ

Практическое применение ситуационного управления большими системами связано с разработкой переменных блоков моделей для каждой заданной системы. Исход­ ные переменные блоки: словари истоков, стоков и .преоб­ разователей D-еети, словари элементарных и базовых команд управления, словари базовых понятий и отноше­ ний, целевые понятия и структуры, оценочные функции и др. задаются специалистом, имеющим 'большой прак­ тический опыт в решении заданного класса задач. Про­ изводные переменные -блоки: D-сеть, производные поня­ тия и отношения, корреляционная и трансформацион­ ная грамматики и др. формируются в результате функ­ ционирования постоянных блоков моделей ситуационно­ го управления,

Переменные блоки моделей для системы с однотип­ ными задачами управления ( морской порт, аэропорт, железнодорожный узел, система уличных перекрестков, вычислительная система и др.) содержат одноименные элементы, базовые понятия и базовые отношения, целе­ вые структуры, оценочные функции и др.

Общность постоянных блоков моделей ситуационного

блоках, соответствующих родственным системам, обус­ ловливают возможность создания универсальных моде­ лей решения задач управления для классов родствен­ ных систем.

На базе ситуационного управления в настоящее вре­ мя разработана серия типовых моделей решения задач управления для классов родственных систем: морской парт, аэропорт, участок канала с несколькими шлюзами,

рокого класса: задачи оперативного управления в реаль­ ном масштабе времени, задачи календарного и перспек­ тивного планирования и др.

Практическое применение ситуационного управления рассмотрим на примере такой задачи, как диспетчнрование тампонажных работ при бурении нефтяных и га­ зовых скважин. Вопросы практического использования ситуационного управления для других систем рассмат­ риваются в работах [Л. 42-44, 50 и др.].

Бурение скважин для добычи нефти н газа представляет собой сложный технологический процесс, требующий безотказной работы всех подразделений, начиная от вышкомонтажных работ и кончая сдачей скважины в эксплуатацию.

Успех бурения скважин зависит от правильной организации ма­ териально-технического снабжения и своевременного выполнения вспомогательных операций. Одним из видов вспомогательных опера­ ций являются тампонажные работы при строительстве скважин. Со­ кращение сроков бурения, совершенствование методов борьбы с по­ глощениями, качество работ по изоляции пластов, а следовательно,

щий из буровых скважин, автомобильных путей, складов, пунктов базирования машин, ремонтных мастерских, лабораторий по прове­ дению анализов смесей для цемеитажа скважин и др.

К динамическим объектам относятся различные виды специаль­ ного транспорта: цементировочные агрегаты (ЦА)—ЦА-320М, ЗЦА-400, ЦА-700; цементно-смесительные машины 2СМ-20; кислот­ ные агрегаты 2АК.О-500; пескосмесительиые машины ЗПА; цементо­ возы; станция контроля цементажа КАЗ-651; обслуживающие машины.

Основными тампоиажными работами являются: изоляция пла­ стов, ликвидация осложнении, различного вида опрессовки, интенси­ фикация притока нефти, освоение скважин и т. д. При цементаже необходимо приготовлять различного вида цементные смеси, состав которых зависит от условия в стволе скважины (давления, темпера­ туры, интервала бурения, диаметра скважины). Доставка необходи­ мого материала на скважину производится с помощью цементиосме-

122

Понятие, характеризующее каждый вид тампонажных работ, • представляет набор значений признаков: 1) наименование заявки — Л'оо5—^08з; 2) начало выполнения заявки — Хои; 3) окончание вы­ полнения заявки — Xass; 4) время выполнения заявки — Хш; 5) ти­ пы ЦА — Х0з\—Хом; 6) количество ЦА — Хо$т; 7) количество ЦСМ— A'o8s; 8) вид материала — А'юз—Х^о; 9) количество материала — Хою;

10)приоритет выполнения заявки — А'оэо; 11) стоимость переезда

циальных машин функционируют согласно правилам работы дежур­ ных и вызывных бригад. Правила работы дежурных бригад и соот­ ветствующих им машин отражены в графике дежурств, с помощью которого устанавливается время работы пли отдыха в течение каж­ дого дня. Законы работы вызывных бригад н закрепленных за ними машин определяются согласно норме рабочего времени, норме на отдых, норме времени на проведение сверхурочных работ и времени выполнения заявок.

8) число часов, отработанных бригадой с начала работы в рассма­ триваемый день, — Хояо-

Понятия, характеризующие дежурные бригады, представляют набор значений следующих признаков: 1) наименование бригады — Аозо; 2) закрепленная машина — А029; 3) дни дежурства — Лозо.

Истоки, моделирующие поступление различных материалов на склады, функционируют согласно плану поставки материалов.

Понятия, характеризующие материалы, представляют собой на­

124

Преобразователи моделируют изменение состояния скважины, функционирование машин на скважинах при закреплении за ними той или иной заявки, работу складов, бригад, ремонт машин, времеинь'ге задержки при перемещении динамических объектов в зависимо­ сти от вида дороги и расстояния.

Преобразователи характеризуются следующими признаками пре­

образователь, моделирующий работу вызывных бригад: 1) наимено­

значений признаков, попадают через коммутатор либо на преобразо­ ватель, либо в стоки. Роль стоков играют пункты, в которые по­ падают следующие объекты:

1. Машины, закончившие рабочий день, и закрепленные за ними бригады, которые направляются на пункты базирования, характери­

2.Машины, идущие иа ППР.

3.Заявки, обеспеченные машинами.

вующих истокам, стокам и преобразователям в момент времени /, определяет ситуацию на D-сети в момент t.

Рассмотрим функционирование £>-сети. Истоки, соответствующие заявкам, моделируют закон возникновения различных видов тампо­ нажиых работ па скважинах. Приоритет выполнения заявок (Хоэо) определяется временем начала выполнения заявки .(Хам). Приоритет тем выше, чем меньше время начала выполнения заявки. Заявка по­

мы проведения работ, а следовательно, типы и количество машин,

ствующие машинам, распределяемым по заявкам, содержат инфор­ мацию о месте нахождения машины (.Хои), времени окончания оче-

125

или поступает на вход коммутатора, который в зависимости от вида

рассматриваемую заявку. Если это возможно, то бригада закрепля­ ется за машиной, если нет, то проверяется следующая бригада, со­

одной машиной, то выбирается та из них, у которой число сверх­

набор признаков, характеризующий машину, подается на вход пре­

больше времени начала заявки, то набор признаков, характеризую­

Если это условие выполняется, машина может выполнить рас­ сматриваемую заявку. В противном случае набор признаков машины

определяемое по матрице расстояний, и время приезда на место ба­

126

ЛЯеФйя, Может ЛИ 'МашЯиа успеть выполнить заявку, где" A'o42=-^010 + ^0'i9 + ^053 + ^047<C^084.

Если это возможно, то все расстояния и времена вносятся в по­ нятие «машина», если нет, то набор признаков машины идет в стоки.

Если возможна перепогрузка материала па скважине из одной машины в другую, то в понятие «машина» вносится признак перепо­ грузки (А'057) и учитывается время па перепогрузку материала (Лозе) при определении возможности выполнить рассматриваемую заявку этой машиной. В случае машины, для которой осуществляет­

соединяются между собой по определенной технологической схеме

делении машин по заявкам осуществляется минимизация пробегов машин, стоимость которых (Л'ш) составляет существенную часть от стоимости тампонажных работ. С этой целью ситуации экстраполи­ руются на несколько шагов вперед (рассматриваются несколько за­ явок одновременно).

Количество и вид заявок, рассматриваемых одновременно, опре­ деляются с помощью корреляционной грамматики. В частности, пра­ вила корреляционной грамматики могут объединять заявки, для которых либо необходимы машины одного типа, либо заявки выпол­ няются на одной площади и время их выполнения совпадает. При этом в преобразователе Подготовка к оптимизации учитывается воз­ можность последовательного выполнения заявок машиной при рас­ пределении ее на очередную заявку. После выяснения вопроса, ка­ кие машины могут выполнять одновременно рассматриваемые заявки, машины и заявки подаются на вход преобразователя Опти­ мизация. В преобразователе определяется набор признаков, характе­ ризующий наличие общих машин, закрепленных за заявкой и общие машины распределяются с учетом минимизации стоимости пробега машин при выполнении одновременно рассматриваемых заявок. Если машина не является общей, т. е. может выполнить только одну заяв­ ку, то она закрепляется за заявкой с учетом минимизации пробега машин на эту заявку. При этом выполняется условие обязательного выполнения всех заявок.

Выходами преобразователя Оптимизация являются наборы при­ знаков, характеризующие номера машин, закрепленных за первой по приоритету заявкой, и стоимость пробега машин с учетом мини­ мизации общей стоимости. В машины, закрепленные за заявкой, вно­ сятся изменения, учитывающие время выполнения машиной этой

бригады, выполняющей эту работу, вносятся изменения, характери­ зующие количество часов работы бригады с начала месяца (Хооо), количество сверхурочных часов (Х097), текущее время выполнения работ (Л"оов), количество часов с начала работы бригады в рассма­ триваемый день (Ада9 ).

127

В набор признаков, характеризующих склады, вносятся измене­ ния, соответствующие отгрузке материалов па заявку (А'ою). Затем весь процесс повторяется для следующей заявки.

Изменение ситуаций па D-сети осуществляется с помощью базо­ вых команд управления, формируемых устройством управления D-сетн. Базовая команда управления осуществляет коммутацию вхо­ дов и выходов полюсников сети. Управление D-сетыо по ситуациям может осуществляться как по шагам, так и на несколько шагов впе­ ред. В последнем случае последовательность наборов признаков объ­ ектов, поступающая па вход полюспика, соответствует пути в графе функционирования полюсника, определяемому элементарной коман­ дой управления.

Роль элементарных команд управления D-сетыо рассматривае­ мой транспортной системы играют команды вида: послать машину Л на скважину С; послать машину /1 «а склад В; в машину А погру­ зить материал Р; машину А перепогрузить в машину С; бригаде М выполнять подготовительные работы Д; бригаде М выполнять за­ ключительные работы Л; машине А выполнять работу Д; бригаде М выполнять работу Д; машину А послать на ППР; машину А по­ слать на пункт базирования; бригаде М приступить к дежурству; бригаде М работать на машине /1; машину А оставить на пункте Ф; материал Р доставить па склад В; направить материал Р на сква­ жину С; бригаду М отправить на отдых; заявку /( выполнять по технологической схеме Н и др.

Буквы А , Б, С, Д, Е, М, Ф, Н, Т, К, Л, Р играют роль предмет­ ных переменных. Построение системы моделей ситуационного управ­ ления, формирующих обобщенную модель решения задач управления на D-сети рассматриваемой системы, начинается с разработки моде­ ли ситуаций. Разработка модели ситуаций сводится к заданию сло­

тов, как площадь бурения, скважина, склад, пункт базирования ма­ шин, линия коммуникации, цементировочный агрегат, цементосмеснтельная машина, заявка на проведение тампонажных работ, бригада, материал и др.

Словарь базовых бинарных отношений содержит отношения из универсального списка.

Рассмотрим корреляционную грамматику. Корреляционная грам­ матика, с помощью которой формируются ситуативные структуры на D-сетн, охватывает следующие виды работ: работы на скважине, пе­ регрузочные работы, перепогрузка, складские работы, ремонт машин, переезд машин, работа бригад и др.

Ниже приводится фрагмент корреляционной грамматики, по­ строенной на машине «Минск-22» с помощью опытного диспетчера.

128

мени начала очередной заявки, то машина не может выполнить эту заявку

мени начала очередной заявки, то машина имеет возможность вы­ полнить рассматриваемую заявку

ной системы осуществляется посредством применения правил обоб­ щения к множеству ситуативных структур, образуемых в корреля­ ционной грамматике. Макромодель управления транспортной систе­ мой, построенная па ЦВМ «Минск-22» с помощью опытного диспетчера, содержит около 50 классов ситуаций. Сменно-суточный план работы транспортной системы формируется в результате экстраполяции ситуаций на интервал времени, равный суткам.

При управлении реальным объектом модель обеспечивает мно­ гократное ускорение процессов, протекающих в объекте, что дает возможность осуществлять коррекцию поведения объекта па осно­ вании текущей ситуации [Л. 54].

Рассмотренная нами модель оперативного управления тампо­ иажными работами реализована в настоящее время на машинах се­ рии «Минск» с использованием языка КОБОЛ.

129

Отсутствие в языке КОБОЛ средств реализации грамматических конструкции приводит к снижению эффективности функционирова­ ния модели в режиме управления. С другой стороны, использование алгоритмического языка позволяет осуществить распространение мо­ дели на широкий класс машин. Удачное компромиссное решение этих вопросов получено в Грозненском СПКБ «Нефтегазпромавтоматика», разработавшим проблемно-ориентированный язык на базе языка КОБОЛ для ситуационных моделей управления транспортными си­ стемами {Л. 48]

ЗА К Л Ю Ч Е Н И Е

Вкниге изложен системно-структурный подход к у,п-' рэвлению большими системами по ситуациям, при кото­ ром в памяти вычислительной машины строится обоб­ щенная порождающая модель структуры и законов функционирования управляемой системы. Такая модель

позволяет предвидеть последствия принятия тех или иных решений и выбрать наилучшее решение с точки зрения заданного критерия.

Ситуационное управление -базируется на семиотиче­ ском языке, содержащем средства имитации процессов формирования, обобщения и экстраполяции ситуаций. По своему характеру эти процессы являются порождающи­ ми и задаются с помощью аппарата формальных грам­ матик трансформационного типа. Макромодель управле­ ния возникает в .результате функционирования языка имитации, в процессе которого формируются структур­ ные модели отношений между элементами текущих си­ туаций, осуществляется обобщение структурных моде­ лей, вырабатываются решения по управлению на основе этих обобщений и происходит оценка решений, получен­ ных на машине, человеком, знающим интуитивно цель управления и функционал оценки качества управления. Метод ситуационного управления позволяет эффективно решать задачи управления сложными системами, в от­ ношении которых затруднено применение классических методов теории управления. Основной причиной этих трудностей является низкий уровень языка, на котором' базируются классические методы. Язык программирова­ ния лишен средств отображения системы отношений между элементами структуры управляемого объекта, а следовательно, он не позволяет реализовать необходимые процедуры по формированию модели и работе с ней.

130