книги из ГПНТБ / Мелькумов, Л. Г. Вычислительная техника в управлении предприятиями угольной промышленности

Корреляционный анализ в горном деле применяется для яв­ лений и процессов, имеющих массовый характер, при многомер­

ных задачах и сложных взаимосвязях между входящими пере­ менными. Он применим в тех случаях, когда невозможно учестьмногообразие связей между факторами, влияющими на рассмат­ риваемый показатель.

Корреляционные исследования с применением ЭВМ позво­ ляют количественно оценить исходные эмпирические связи, а

именно выявляют вероятностные зависимости исследуемых по­

казателей от горнотехнических параметров в сложных случаях. Этот метод используется при решении задач: производитель­ ности труда рабочего очистного забоя; фондоемкости для шахт по основным структурным группам; оперативного и перспектив­

ного прогнозирования и т. д.

Недостатком корреляционных моделей является сложность

учета влияния на анализируемый показатель фактора времени. Сетевые методы могут эффективно применяться при решении

задач: планирования и управления развитием горных работ: разработки планов ликвидации аварий; планирования ремонт­ ных работ; планирования комплексной механизации и автомати­ зации; планирования и управления строительством; оптималь­ ного распределения ресурсов и др.

Сетевые графики по времени могут рассчитываться: графиче­ ским методом линейных диаграмм, методом масштабной раз­ вертки сети, по макету сети, табличным методом, матричным

методом, методом линейного программирования.

Использование сетевых методов связано с определенными недостатками и трудностями — отсутствуют программы для расчета на ЭВМ многоцелевых систем, систем с планированием и управлением по нескольким параметрам (время, стоимость, технико-экономические показатели) и др.

Метод линейного программирования применяется для реше­ ния задач управления породопотоками, углепотоками, воздухо­

потоками и т. п. Метод может применяться также: при разра­ ботке оптимальных текущих и перспективных планов развития горных работ по шахте и бассейну, при управлении (распределе­

нии) транспортом, оптимизации элементов и параметров схем вскрытия и подготовки шахтных полей; при составлении опти­

мальных планов добычи угля для участков, шахт, комбината; при определении оптимального грузооборота механизированных складов лесных материалов, их числа и размещения и др.

Метод динамического программирования имеет ограниченное применение и используется пока при решении задач: оператив­

ного управления горными работами; оптимизации сечения под­ готовительных выработок; управления проветриванием; диспет­ черского управления локомотивным транспортом. Этот метод в наибольшей степени применим к задачам управления технологи­

ческими процессами и шахтой в целом.

60

Методы теории массового обслуживания являются перспек­ тивными для решения большого круга вопросов на основе моделирования управления технологическими процессами, нося­ щими вероятностный характер (подземный транспорт и другие комплексные системы).

C помощью этого метода можно решать задачи по оптимиза­ ции таких величин, как число работающих машин на последова­

потоках в разветвленных сетях, анализе структуры и функции системы управления горным предприятием и комбинатом и др.

§ 5. АЛГОРИТМЫ И СПОСОБЫ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ

После того как осуществлена постановка задачи, необходимо составить алгоритм ее решения. Под алгоритмом понимается

совокупность предписаний, выполнение которых приводит к решению поставленной задачи. Место алгоритма в общей схеме решения задачи при применении ЭВМ показано на рис. 8.

ленного типа, а не одной конкретной задачи (например, алго­ ритм расчета заработной платы должен быть пригоден для лю­

бой численности рабочих и служащих предприятия данного типа и т. п.).

реализуемый по нему вычислительный процесс должен через конечное число шагов остановиться и выдать искомый резуль­ тат (требование сходимости).

Всякую математическую формулу можно трактовать как

сжатое символичное обозначенце соответствующего вычисли­

тельного алгоритма. Формула есть представление этого алгорит­ ма в виде последовательности элементарных алгоритмических

актов — алгебраических операций, операций интегрирования и других операций. В математическом смысле задача считается решенной, если найден алгоритм решения.

Обычно алгоритм решения задачи разрабатывается в два этапа: сначала составляется блок-схема алгоритма, а затем— подробное ее описание.

61

Блок-схема алгоритма состоит из стандартных элементов:

квадратов, ромбов, прямоугольников, треугольников, каждый из которых обозначает строго определенное действие (табл. 2).

Внутри этих элементов дается сокращенная запись величин или

Операция, результатом которой является изменение значения, формы, местоположения информации

ОСортировка или упорядочение некоторогомножества по заданным признакам

62

объектов, над которыми следует осуществить данное действие. Элементы блок-схемы алгоритма соединяются между собой стрелками, указывающими порядок выполнения действий. На рис. 9 приведена блок-схема алгоритма контроля за работой вентиляторной установки.

Блок-схема алгоритма требует вспомогательных пояснений к каждому блоку и блок-схеме в целом. Как правило, эти поясне­ ния оформляются в виде текста.

При разработке алгоритма решения задачи учитывается так­ же размещение информации в памяти ЭВМ. В зависимости от

размеров и видов памяти конкретной ЭВМ алгоритм решения задачи будет иметь специфические особенности. Чем больше объем информации к задаче и чем меньше объем оперативной

-памяти ЭВМ, тем сложнее решать задачу.

Для разработки алгоритма решения задачи необходимо уча­ стие: технолога, работающего в данной области и знающего все тонкости рассматриваемой задачи; экономиста, консультирую­

щего технолога в выборе критерия, по которому должна решать­ ся задача; математика, осуществляющего символьную запись

поставленной задачи и выбор метода ее решения. Кроме того,

экономисты должны собрать всю информацию в виде различных нормативов, технико-экономических показателей, плановых и статистических материалов, необходимых для решения конкрет­ ной задачи.

§ 6. ОСНОВНЫЕ понятия о ПРОГРАММИРОВАНИИ

Для использования возможностей ЭВМ человек должен быть

способен устанавливать с ней связь. Программирование являет­

ся средством установления этой связи и решения задач по раз­ работанным алгоритмам.

Для первого и частично второго поколений ЭВМ программи­

рование осуществлялось на основе распределения операций, выполняемых внутри ЭВМ, т. е. составлялось формализованное описание вычислительных и логических операций на «машинном языке».

Как правило, составление программы начинается с уточне­ ния блок-схемы алгоритма и распределения памяти машины и записи программы в условных адресах. При этом должно быть четко определено, в каком запоминающем устройстве записы­ ваются конкретные исходные данные, сколько места (свободных ячеек) отводится для записи промежуточных результатов расче­ та, программы вычислений и другой информации.

При составлении программы на машинном языке необходимо знать тип и особенности ЭВМ, на которой предусматривается решение задачи. Поэтому, распределяя информацию в памяти машины, учитывают общую емкость и порядок размещения ин­ формации в ячейках.

63

Рис. 9. Блок-схема алгоритма контроля за работой вентилятор­

ной установки

Под ячейкой понимается устройство памяти, предназначен­ ное для хранения единицы информации фиксированной длины,

а также для хранения одной или нескольких команд. В ЭВМ употребляется адресный принцип построения команд. В команде указываются не сами числа, над которыми нужно произвести арифметические или логические действия, а адреса (номера) ячеек, в которых расположены эти числа. Все ячейки памяти пронумерованы в восьмеричной системе счисления. При наличии

4096 ячеек машина имеет адреса от 0000 до 7777. Перевод адре­

сов из восьмеричной системы счисления в двоичную машина выполняет автоматически.

На программирование оказывает влияние не только объем запоминающихся устройств ЭВМ, но и развитость набора опе­ раций, выполняемых машиной, т. е. система команд. В системах

команд выделяются следующие группы: арифметических опера­ ций, логических операций, посылочных операций, управления и выдачи результатов, обращения к внешним накопителям (памяти). .

Каждая команда реализует одну независимую от других опе­ рацию. Арифметические, логические и посылочные операции выполняются над числами в арифметическом устройстве.

Команды управления обеспечивают организацию и управле­ ние вычислительным процессом в соответствии с заданным

алгоритмом задачи. C помощью этих операций автоматически осуществляется разветвление и выбор пути вычислительного процесса, повторение группы команд в ходе счета и т. д.

Каждая команда обязательно включает указание, какой ячейке памяти (команде) передать управление дальше. Указа­ ния могут быть четырех типов: стандартная передача управле­ ния, безусловная передача управления, условная передача управления, стоп.

ЭВМ, выполнив команды со стандартной передачей управле­ ния, автоматически переходит к выполнению следующей по адресу команды. Если в командах не содержится явного указа­

ния на адрес следующей команды, то управление процессом сче­ та осуществляется по. стандартной передаче.

При безусловной передаче управления в одном из адресов указывается адрес любой ячейки памяти, а не следующей по порядку номеров. В командах с условной передачей управления ЭВМ проверяет некоторое условие, прежде чем перейти к вы­ полнению следующей по порядку номеров команде.

Ниже рассмотрена последовательность составления простей­ шей программы для трехадресной системы команд на примере

Вцелях удобства записи программы представим многочлен

вследующем виде:

Для.того чтобы записать программу, необходимо ввести сле­ дующие обозначения. Ячейки, в которых будут храниться коман­ ды программ, обозначим номерами 0025, 0026 и т. д. Это ячейки, номера которых идут подряд, не могут начинаться с любого адреса.

Ячейки для хранения коэффициентов и переменных выбира­ ются с любым адресом, например:

с—0165

Вкачестве условных кодов команд примем следующие числа:

После каждого ввода информации, хранящейся в ячейке 0200,

в. арифметическое устройство для счета, запись в этой ячейке стирается. После операции счета в ту же ячейку 0200 записыва­ ется новый результат. Таким образом, ячейка памяти использу­ ется экономно (многократно).

Для организации процесса программирования требуются

инструктивные материалы, стандартные формы и бланки, в ко­ торых записываются всевозможные операции (процедуры) , выполняемые различными устройствами ЭВМ. Кроме того, должна быть разработана технология написания и контроля за программой, подготовки программ для отладки, отладки про-

66

грамм, инструкции по использованию программы и дано подроб­ ное описание программы.

Составленная программа записывается на перфоленте или перфокарте, отлаживается и по ней осуществляется контрольный счет. Процесс решения задачи по разработанной программе в

общем виде осуществляется следующим образом.

Исходные числовые данные и программа задачи, нанесенные

на перфоленту, вводятся через устройство ввода в память ЭВМ. Через устройство управления в машину подается сигнал на на­

чало счета. Сигнал управления вызывает из памяти сведения о первой элементарной операции программы и пересылает в ариф­

метическое устройство (АУ) исходные числа для данной опера­ ции и сведения о том, какую операцию над ними надо сделать. После выполнения в АУ этой операции результат с помощью

команд управления пересылается в память, затем извлекаются оттуда сведения о следующей операции. Окончательные резуль­ таты счета по сигналу устройства управления поступают из па­ мяти в устройство вывода, которое осуществляет печать данных

или их перфорацию на бумажной ленте.

Сложность и высокая трудоемкость составления программ на машинном языке заставила искать более легкие способы про­

граммирования алгоритмов решения задач.

Применительно к классу решаемых задач (экономические задачи, инженерные расчеты и т. д.) начали создаваться спе­ циализированные языки. Программы, составленные на этих

языках, с помощью специальных стандартных программ (транс­ ляторов) могут автоматически переводиться в программы, напи­ санные на языке машины. К специализированным языкам относятся COBOL, FORTRAN, ALGOL и др. В мировой практике известно до 300 специализированных алгоритмических языков.

Наиболее широко в настоящее время при программировании используется за рубежом COBOL и FORTRAN.

В вычислительных центрах угольной промышленности ис­ пользуются такие специализированные языки, как АКИ-Т,

АКИ-70, мнемокод. Начинают внедряться также COBOL и FORTRAN. В СССР разрабатываются более совершенные, уни­ фицированные языки для различных классов задач.

§ 7. ПРИНЦИПЫ ФОРМИРОВАНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Формирование математического обеспечения является наи­ более сложной задачей при создании автоматизированных систем управления.

Под математическим обеспечением понимается комплекс ал­

горитмов и машинных программ для решения задач (переработ­ ки информации) с помощью средств вычислительной техники.

Математическое обеспечение АСУ должно способствовать

решению задачи в установленные сроки и с наименьшими тру­ довыми затратами, а также облегчать функционирование.служб

вычислительных центров.

Экономико-математическое обеспечение может быть пред­ ставлено в виде иерархической системы математических моде­

лей, которые с различной степенью подробности, точности и

достоверности описывают состояние объекта с экономической и

технической сторон. Экономико-математическое обеспечение воплощается в виде комплексов задач.

Экономико-математическая модель — это математическое описание исследуемого экономического процесса или объекта.

Основными целями, которые должны быть достигнуты C по­ мощью экономико-математических моделей, являются:

обеспечение прогнозирования развития оптимального плани­ рования и регулирования;

прогнозирование отклонений от запланированного хода про­

изводственной и хозяйственной деятельности, получение обосно­ ванных и практических реализуемых рекомендаций по преду­

преждению отклонений, а также оперативная выдача исполни­ телями соответствующих заданий.

Математическое обеспечение состоит из общего и специаль­ ного.

Общее (внутреннее) математическое обеспечение,

рассчитанное на многопрограммный режим работы, является принадлежностью ЭВМ, разрабатывается организацией, со­ здающей ЭВМ, и поставляется вместе с последней. Это комп­

лекс служебных программ ЭВМ, используемых для решения различных технических и экономических задач, включающий:

1.Программы испытания, контроля и наладки с целью про­ верки функционирования ЭВМ и выявления неисправностей;

2.Программирование и подготовку данных — описание алго­ ритма вычислительного процесса для данной ЭВМ. Имеются различные инструкции по системам автоматизации программи­ рования, языковые системы программирования (проблемно­ ориентировочные языки и трансляторы, машинно-ориентирован­

ные языки).

3. Машинную организацию вычислительных работ — эффек­

тивную организацию и управление вычислительным процессом:

программы-диспетчеры для организации и регулирования последовательности работ в системе автоматической обработки данных, охватывающие процессы вычисления;

программы-мониторы, обеспечивающие индицирование хода вычислительного процесса, распределения машинных ресурсов

(времени);

программы обработки заданий, обеспечивающие управление

работой при подготовке данных, и программы для дальнейшего выполнения непосредственно вычислительного процесса;

программы обслуживания связи;

68

программы контроля документированной информации; программы внесения коррективов (исправление ошибок в ин­

формационных массивах и программах вывода информации на печать);

операционную систему; различные стандартные, управляющие и обслуживающие

программы;

4.Комплекс программ к типовым задачам (пакеты приклад­ ных программ).

5.Комплекс программ, обслуживающих оборудование, по­ ставляемое с целью расширения функций комплекса техниче­ ских средств.

Одной из основных функций общего математического обеспе­

чения является контроль за достоверностью поступающей на обработку информации, что достигается использованием методов логического контроля, основанных на логических связях между исходными данными.

Служебные программы общего математического обеспечения должны разрабатываться исходя из основных принципов обра­ ботки информации: последовательной обработки исходных доку­ ментов, макетного принципа, принципа связности машинных документов.

Принцип последовательной (построчный) обработки обеспе­ чивает достаточную универсальность системы обработки дан­ ных. Все стандартные процедуры ориентируются на обработку

строки или совокупности строк. Правила обработки формируют­ ся независимо от конкретного содержания строки.

Макетный принцип используется для согласования стандарт­ ные процедур с процедурами для контрольных задач.

Принцип связности машинных документов позволяет орга­ низовать их эффективную внутреннюю обработку.

У современных ЭВМ внутреннее математическое обеспече­ ние весьма развито, оно является показателем класса ЭВМ.

Специальное (внешнее) математическое обеспечение представляет собой комплекс задач, разработанных до стадии машинных программ и намечаемых к функционированию в авто­ матизированной системе управления. Внешнее математическое

стемного математического обеспечения определяется кругом

задач, решаемых с помощью ЭВМ для объектов управления, v

На определение круга решаемых задач, количества взаимосвя­ зей между ними, а также очередности решения оказывает значи­ тельное влияние принятый способ классификации задач.

Классификация задач осуществляется по следующим призна­ кам: уровню иерархии объекта, функциональной подсистеме, периодичности решения, фазе процесса управления, характеру алгоритма, типу параметра. •

69