Современные задачи многомерного анализа в энцефалографии
.pdfСледующие принципы автоматизации проектирования упрощают разработку и внедрение конкретного программно-алгоритмического обеспечения ТП производства оптических материалов и повышают качество созданной системы:
•использования библиотек типовых алгоритмических и программных модулей по всем функциям, позволяющих проектировщику разрабатывать прикладное математическое обеспечение путем его конфигурирования из готовых модулей. Все виды информации, необходимой для оценки рациональности применения, поиска модуля по требованиям к выполняемым им функциям, для проведения конфигурирования с другими модулями, а также данные справочного характера заносятся после проведения соответствующих испытаний модуля в его паспорт;
•широкое использование имитационного моделирования отдельных алгоритмических цепей контроля и управления на моделях объекта и действующих на него возмущений, что позволяет оценивать качество работы проектируемых вариантов алгоритмов в реальных условиях и их робастность по отношению к неточному знанию модели объекта;
•использование для имитационного моделирования типовых программных модулей, реализующих модели объектов и возмущений (динамические звенья, нелинейности, логики, генераторы случайных последовательностей и т.д.);
•инвариантное проектирование прикладного математического обеспечения и сопоставление вариантов по различным характеристикам, непосредственно связанным с заданными технико-экономическими показателями работы объекта;
•разделение ПО инструментального комплекса на базовое, выполняющее общесистемные функции, и проблемно-ориентированные подсистемы, что создает достаточно простые возможности дальнейшего расширения состава проблемно-ори- ентированных подсистем и увеличения их числа с охватом других этапов и задач проектирования программно-алгоритмического обеспечения ТП производства оптических материалов;
•создание базовых подсистем, включающих в себя организационную, информационную, диалоговую подсистемы, подсистемы имитационного моделирования и документирования, в виде универсального системного ПО, т.е. разработка системной оболочки инструментального комплекса, ориентированной на разработчика программно-алгоритмического обеспечения ТП производства оптических материалов.
Свойства базовых подсистем определяют качество и удобство работы с интегри-
рованным программно-инструментальным комплексом.
Однако наличие отдельных СА, не связанных между собой, реализующих традиционные методы управления, не может обеспечить повышение производительности труда и качества по многим причинам, связанным с отсутствием системного подхода к проектированию АТК. В частности, не было достаточно полного охвата всего процесса проектирования СА производства оптических материалов, не всегда эффективно использовался аппарат современной теории оптимального управления и теории принятия решений, не существовало научной основы проектирования СА оптических материалов, не создана теоретическая база разработки ИСАПОМ.
Таким образом, перед оптической промышленностью встала задача создания теоретических основ разработки ИСАПОМ, широкого внедрения методов проектирования и автоматизации исследования, основанных на системном подходе, комплексном охвате всех проблем проектирования и исследования, использовании современной теории моделирования и принятия решений, средств вычислительной техники. Создание ИСАПОМ потребовало решения принципиально новых задач, вытекающих из требований системного подхода к решению важной проблемы комплексного подхода к автоматизации ТП производства оптических материалов.
344
Основные характерные отличия проектирования ИСАПОМ от ранее известных методов и способов разработки АТК на основе ЭВМ заключаются в следующем:
•теоретическом обосновании проблемы ИСАПОМ;
•методологическом единстве решаемых задач, т.е. единой научной теоретической основе разработки всей системы;
•системном анализе как методологии исследования труднонаблюдаемых и труднопонимаемых свойств и отношений в ТП, заключающейся в представлении этого ТП в качестве целенаправленной системы и изучения его свойств и взаимоотношений между целями и средствами их реализации;
•реализации принципа максимума эффективности, т.е. реализации возможных вариантов разделенных по функциональному признаку частей общей системы и связей между ними, и выборе структуры системы, отвечающей требованиям максимума математического ожидания эффективности;
•комплексном характере решаемых задач, охватывающих все процессы исследования ТП, проектирования и разработки интегрированной базы данных, что позволяет вести проектные работы, не поддающиеся формализации, и организовать архивы и рабочие массивы;
•компонентах методического, программного, технического и информационного обеспечения системы, составляющих единый автоматизированный технологический комплекс;
•создании новой информационной технологии на основе решения проблем формализации процесса проектирования и построения его математической модели. Эффективность ИСАПОМ определяется составляющими компонентами системы,
основными из которых являются теоретическое, математическое, алгоритмическое, программное, техническое и информационное обеспечение.
Как показывает практика [19–22], исключительное и решающее значение имеет создание теоретической базы, являющейся основой для создания ПО и комплекса технических средств.
Создание теоретической базы разработки ИСАПОМ, обеспечивающей системный подход, определяющий функциональные возможности, эффективность и перспективы развития САПР АТК оптического производства, представляет собой крайне актуальную и в то же время сложную задачу. Решение этой задачи не может быть выполнено на основе традиционных методов, ориентированных только на анализирующие возможности ЭВМ как средства моделирования и творческие возможности разработчика.
Эффективность применения ЭВМ подразумевает использование анализирующих возможностей ЭВМ для выбора оптимального решения и реализацию варианта автоматизации проектирования как системного проектирования под наблюдением и контролем разработчика с применением новой информационной технологии проектирования на основе систем обработки данных.
В заключение отметим, что достижение указанной цели потребовало решения задач в следующих направлениях:
•развитие методологических и теоретических основ проектирования ИСАПОМ, включающих в себя средства и методы автоматизации проектных работ, алгоритмы генерации и выбора проектных решений, удовлетворяющих критерию эффективности;
•разработка методов математического моделирования и алгоритмов автоматизации ТП производства ОМ, основанных на научных принципах оптимальности и комплексе математических моделей, относящихся к определенному классу;
•разработка и исследование методов интеграции алгоритмов и программ на основе принципа самоорганизации, обеспечивающих функционирование АТК как единой программно-аппаратной системы;
345
•разработка новой информационной технологии на основе решения проблем формализации процесса проектирования и построения его математической модели;
•исследование и системный анализ технологических процессов как объектов автоматизации, обеспечивающих реализацию и настройку программно-алгоритмичес- кого обеспечения на конкретный ТП;
•разработка концепции и основополагающих принципов построения ИСАПОМ, реализующей выдвинутые в работе научные положения, и внедрение их в практику проектирования.
Научная новизна и значимость работы определяется тем, что впервые выполнено научное обобщение проблемы создания теоретических основ проектирования и разработки интегрированной системы автоматизированного производства оптических материалов. В процессе решения поставленных задач были получены следующие основные научные результаты.
1.Созданы научные и методологические основы проектирования ИСАПОМ на базе разработанных принципов и иерархии математических моделей и инвариантного программного обеспечения.
2.Разработаны методы формирования облика системы автоматизации на основе диалоговых процедур принятия проектных решений и схемы последовательного анализа и отсева вариантов по синтезируемым отношениям.
3.Разработана оригинальная автоматизированная методика построения и исследования математических моделей ТП производства ОМ. Она сочетает термодинамический подход к построению ММ ТП с принципами последовательного раскрытия неопределенностей и эволюционного развития топологии систем, структур и их операторов и конкретизации значений параметров на основе поэтапного использования информации о функциях системы, целей управления и требований к качеству процесса.
4.Разработаны новые принципы математического моделирования в САПР, основанные на решении задачи проектирования ММ методом формальных процедур с помощью самоорганизации моделей претендентов. Предложены методы и алгоритмы идентификации ММ и синтеза адаптивного регулятора, учитывающие особенности ТП.
5.Разработаны и исследованы методы параллельного, структурного и параметрического синтеза математического обеспечения, позволяющие в рамках одной программной системы сочетать анализ ТП как объекта автоматизации, анализ и синтез ММ, синтез алгоритмов управления.
6.Разработаны программные средства автоматизации проектирования СА, направленные на оптимизацию ТП производства ОМ. Разработана и исследована процедура построения функционала качества системы управления, создана структура программного обеспечения, модули которого могут работать как автономно, так и в составе программной системы.
7.Разработаны оригинальные алгоритмы контроля хода ТП, позволяющие анализировать параметры в условиях реального производства.
Результаты данной работы положены в основу разработки ИСАПОМ, обеспечива-
ющей создание автоматизированного технологического комплекса производства ОМ.
Литература
1.Калинин В.И. Научно-технический прогресс в стекольной промышленности //. Стекло и керамика. 1989. № 6. С. 4-6.
2.Гатчин Ю.А., Коробейников А.Г. Проектирование интегрированных автоматизированных технологических комплексов . СПб: СПб ГИТМО(ТУ), 2000.171 с.
346
3.Moore R.D., Davis R.E. Electric furnace application for container glass. // Ceram. Eng. and Sci. Proc.. 1987. V.8. № 3. Р.188 –199
4.Плотников В.Н., Зверев В.Ю. Оптимизация оперативно – организационного управления. М.: Машиностроение, 1980. 253 с.
5.Маневич В.Е., Лисовская Г.П., Кафаров В.В. Синтез оптимальной иерархической структуры автоматизированного химико-технологического комплекса. // Докл. АН
СССР. 1983. Т. 269. № 3. С. 1441–1443.
6.Маневич В.Е. Эволюция систем управления в производстве стекла. // Стекло и керамика.1989. № 6. С. 10–12.
7.Чехов О.С., Назаров В.И., Калыгин В.Г. Вопросы экологии в стекольном производстве. М.:Легпромбытиздат, 1990. 144 с.
8.Довичи Н. Лазерный микрохимический анализ. // Приборы для научных исследо-
ваний. 1990. № 3. С. 8–19.
9.Егоров Ю.В., Наумов К.П., Ушаков В.Н. Акусто-оптические процессоры. М.: Радио
исвязь, 1991. 161 с.
10.Мирошников М.М., Любарский С.В., Химич Ю.П. Зеркала оптических телескопов. // Оптико – механическая промышленность. 1990. № 9. С.3–18.
11.Коронкевич В.П., Ленкова Г.А., Михальцова И.А. и др. Киноморфные оптические элементы, методы расчета, технология изготовления, практичесое применение. //
Автометрия. 1985. № 1. С. 12–14.
12.Орлов А.Н. Резервы стекольной промышленности. // Стекло и керамика.1990. № 5.
С. 2–4.
13.Ступаченко А.А. САПР технологических операций. Ленинград: Машиностроение, 1988. 240 с.
14.Белова Д.А., Кузин Р.Е. Применение ЭВМ для анализа и синтеза автоматических систем управления. М.: Энергия, 1979.
15.Мелса Дж.Л., Джонс С. Программы в помощь изучающим теорию линейных систем управления. М: Машиностроение, 1981.
16.Таблицы и математическое обеспечение спектрального метода теории автоматического управления. Под ред. В.В.Семенова. М.:МВТУ им. Н.Э.Баумана, 1974.
17.Справочник по теории автоматического управления. Под ред.Н.А.Красовского. –
М.:Наука, 1987.
18.Ицкович Э.Л., Колпиков Ю.Г., Любимов Ю.В. Автоматизированный синтез алгоритмов и программ АСУ ТП для распределенной управляющей системы “КУРС”.// X Всесоюзное совещание по проблемам управления. Институт проблем управ-
ления. М.:1986, кн. 2.
19.Гатчин Ю.А. Современные тенденции построения систем автоматизированного управления ТП выращивания оптических монокристаллов. – Деп. в ЦНИИТЭИ приборостроения, 10.03.82., № 1824, пр. – Д 82, 5 с.
20.Острем К., Виттенмарк Б. Системы управления с ЭВМ. М.: Мир, 1987. 480 с.
21.Диалоговая система проектирования систем автоматического управления ДИСПАС, версия 2.0.-М.:МАИ, 1981.
22.Андриевский Б.Р., Деревицкий Д.П., Спиридонов А.А. и др. Принципы построения
ивходной язык САПР адаптивных систем управления // Вопросы кибернетики. Актуальные задачи адаптивного управления. М.:Научный совет АН СССР по комплексным проблемам “Кибернетика”. 1982. С. 31-49.
347
МЕТОДЫ РАЗРАБОТКИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ РЕШЕНИЙ
Ю.Ю. Гатчина
Система информационной поддержки решений представляет собой совокупность методов и средств выявления потребностей САПР.
Автоматизированная система информационной поддержки решений включает в себя следующее:
•ЭВМ и другие технические блоки;
•информационную базу данных на основе концепции баз данных;
•программные средства работы с базами данных и т.п.
Чтобы выделить в процессе создания САПР конкретные системотехнические задачи, рассмотрим структуру САПР в виде последовательности стадий:
•исследование и обоснование создания САПР;
•техническое задание;
•эскизный и технические проекты;
•рабочая документация;
•изготовление несерийных компонентов комплекса средств автоматизации проектирования;
•ввод в действие.
Разработка вариантов создания САПР включает в себя выделение функциональных задач и построение схемы для каждой функциональной подсистемы, в том числе
[1]:
•назначение и содержание автоматизируемой функции;
•технико-экономическое обоснование целесообразности решения;
•структура, содержание и формы представления входных и выходных данных;
•предполагаемый метод решения, регламент, технология и требования к режиму решения.
Ряд причин низкой эффективности автоматизированной поддержки решений заключается в несовершенстве применяемой в настоящее время технологии моделирования. Если рассматривать ее в привязке к жизненному циклу модели, то она включает в себя целый ряд этапов, причем достаточно разнородных – например, генерирование базы данных для модели, документирование уже готовой модели или анализ получаемых в процессе ее эксплуатации результатов.
Перспективным подходом с точки зрения вычислительной поддержки решений является так называемое структурное моделирование. Каждому этапу проектирования можно сопоставить свою модель объекта и тем самым избежать усложнения задачи. На этапе предварительного проектирования важно сформировать облик системы автоматизации, используя структурно-параметрическое описание. Оно дает возможность генерировать множество вариантов объекта и доставлять информацию для модели функционирования ТП
Если проектируемая система имеет два и более уровней, то в ней по структурному признаку выделяются составные части – пункты обработки информации и система обмена данными.
Информационное обеспечение включает в себя определение состава информации, формирование структуры информационного обеспечения и выделение машинной части информационной базы данных, определение способов построения концептуальной схемы данных, определение объектов информационного фонда и характеристик информационных потоков.
348
Любая процедура обоснования проектных решений включает в себя три основных этапа: анализ проблемной ситуации, подготовка процесса решения задачи и реализация этого процесса
Содержание и количество процедур решения задачи принятия проектных решений при формировании облика системы автоматизации ТП определяется многими факторами. В общем виде постановка задачи принятия решений может иметь вид
< t, X, R, A, F, G >
где t – формулировка задачи; X – множество допустимых альтернатив; R – множество критериев оценки достижения цели; A – множество шкал измерения критериев; F – отображение множества допустимых альтернатив на множество критериальных оценок; G – система предпочтений решающего элемента.
Каждый из отмеченных элементов можно рассматривать как отдельную операцию, базирующуюся на синтезируемой на предыдущем этапе проблемной ситуации.
Множество X представляет собой множество альтернатив. Генерация альтернатив должна осуществляться из возможности их реализации.
В качестве критериев рассматриваются показатели, характеризующие альтернативы как средства достижения поставленных целей. Каждая из альтернатив может быть оценена по каждому из критериев. В связи с этим множество критериев R является общим для всех альтернатив.
Информационное обеспечение заключается в проверке корректности и полноты исходных данных для решения задачи, поэтому результаты диагностического анализа должны содержать описание признаков эффективности системы проектирования:
•перечень признаков эффективности, подлежащих улучшению, и требования к их улучшению;
•описание иерархической связи выделенных признаков с признаками эффективности отдельных процессов проектирования, проектных процедур и операций, а также с параметрами операций.
Для осуществления выбора проектных решений (ВПР) необходим метод выбора.
Сцелью упрощения поиска метода решения задач ВПР классифицируют по следующим признакам:
•число критериев;
•выбор шкалы;
•тип структуры упорядочения множества альтернатив;
•решающее правило.
При выборе проектных решений используют два основных вида шкал, определяемых, соответственно, двумя способами выражения цели проектного решения. Первый – попарное сравнение альтернатив, где в качестве шкалы используют бинарное отношение предпочтения альтернатив или ранговую шкалу, второй – использование показателей эффективности в виде целевых функций, принимающих значение в шкале интервалов или шкале отношений.
В зависимости от дальнейшего использования результатов выбора проектных решений различают полное и частичное упорядочение альтернатив. При полном упорядочении задают линейное отношение порядка, позволяющее расположить все альтернативы в последовательность в соответствии со степенью удовлетворения ими целевого назначения решения, т.е. введение критерия эффективности системы. При частичном упорядочении множество альтернатив делят на несколько классов. В основном выделяют два класса – перспективные и неперспективные.
Решающее правило представляет собой принцип сравнения оценок показателей эффективности.
Рассмотрим три класса решающих правил:
•априорные,
349
•апостериорные,
•адаптивные.
Ваприорных правилах наилучшее решение содержится в описании множества альтернатив и показателей эффективности; апостериорные правила – это система гипотез или аксиом, которая проверяется для каждой конкретной ситуации выбора решений; в адаптивных правилах используют дополнительную информацию, которая осуществляется одновременно с анализом множества альтернатив.
При описании предпочтений необходимо задать отношение предпочтения, выяснить их сравнимость, безразличие или превосходство одного из них над другим по оцениваемому критерию.
Автоматизированная система информационной поддержки решений в САПР используется при проектировании приборных комплексов систем видеонаблюдения.
Литература
1.Борисов А.Н., Вилюмс Э.Р., Сукур Л.Я. Диалоговые системы принятия решений на базе мини ЭВМ. Информационное, математическое и программное обеспечение. Рига: Зинатне, 1986, 92 с.
350