Системотехнический и архитектурный синтез асу тп с использованием типовых решений

Задачи системотехнического и архитектурного синтеза

Системотехнический синтез заключается в обоснованном выборе целей, функций и структур системы по видам обеспечения; архитектурный— в выборе функциональных, логических и физических принципов организации системы. Обе задачи (часто их объединяют в одну) слабо формализованы, и к их решению (на пред проектной стадии разработки системы) обычно подходят творчески.

Однако по мере увеличения числа внедренных АСУТП, накопления опыта их эксплуатации и устранения выявленных недостатков все более эффективным при разработке системы автоматизации становится использование типовых решений

(ТР), к которым относят небольшое число наилучших (в определенных смыслах), апробированных на практике н отлаженных (с устраненными недостатками) решений [1 …3]. Для выбора готовых ТР обычно достаточно информации на описательном (качественном) уровне, с лингвистическими переменными [4…6].

Необходимые для решения задач синтеза систем управления исходные данные удобно разделить на два вида:

• — требования D к решению, включая требования к его научно-техническому уровню, условиям реализации, эволюции и т. д.; важнейшие требования формулируются в качестве принципов (децентрализации управления, открытости системы и т. д.), основным из них является функциональное назначение системы — решение поставленных перед последней прикладных задач;
• — особенности Fданные, характеризующие предметную область задачи, в том числе характеристики объекта и целей управления, объективные ограничения и т. д.

В отличие от требований, достаточно просто выявляемых при анализе технического задания на систему, формирование списка особенностей (спецификации задачи) и их количественная оценка представляют две достаточно сложные проблемы. Однако многие задачи разработки АСУТП, включая системотехнический и архитектурный синтез, относятся к задачам выбора из конечного множества решений (альтернатив) наилучшего в определенном смысле, желательно уже известного и апробированного, т. е. ТР. Анализ таких задач показывает, что вариации исходных данных в широких пределах практически не меняют сделанного выбора, что, собственно, и позволяет ограничиться лингвистическим описанием (иногда-грубым квантованием) исходных данных.

Возможность такого нечеткого описания условий задачи (фадзификация) существенно упрощает ее решение. Множество данных о предметной области задачи выбора З при их лингвистическом описании обозначим f_З, а множество лингвистических требований — как D_З. Искомое решение конкретной задачи З является, очевидно, элементом некоторого отображения декартова произведения множеств D_З и F_ЗD, образующего факторное множество задачи, на множество S_З допустимых решений:

(1).

где f_З, означает, что спецификация задачи определяется в общем случае требованиями к решению, т. е. является проблемнои условно-ориентированной; в этом случае пару (D_З ,f_З) назовем адекватной данной задаче.

С учетом нечеткости исходных множеств решение само нечетко и требует при его реализации устранения нечеткости —дефадзификации, которая составляет самостоятельную проблему, поскольку конкретное факторное множество в соотношении (1) отображается здесь на единственный элемент — ТР :

Проблема типизации — нахождения ТР на известном множестве S_З допустимых решений ~ здесь не рассматривается, поскольку освещена в литературе, например в работе [3].

Системотехнический синтез АСУТП, связанный с выбором нескольких взаимосвязанных структур системы, регламентированных государственным стандартом (алгоритмической, информационной, технической, программной, организационной), является комплексной задачей структурного синтеза (КЗС) З_cc представленной моделью.

(2).

где — множество подзадач КЗС, каждая из которых заключается в синтезе одной из регламентированных структур; - семейство бинарных отношений на множестве подзадач (связи подзадач).

Корректное решение каждой i-ой подзадачи КЗС (2) требует включения в ее факторное множество всех требований и особенностей, существенно влияющих на решение. Всё многообразие таких факторов можно классифицировать на следующие группы требований и особенностейцелевые и технико-экономические; -структурно-топологические; - функциональные; - алгоритмические; - информационные; -динамические; -режимно-эксплуатационные; - надежностные; - метрологические; -эволюционно-реализационные; -организационные; - прочие специфические.

Группа отражает требования к целям управления, технико-экономическим показателям (ТЭП), принятым для оценки функционирования технологического объекта управления (ТОУ) в целом или его частей, а также особенности целей управления (сепарабельность, аддитивность, стационарность и т. д.) и возможности ТОУ при их достижении и улучшении ТЭП.

В группе перечисляются требования к топологии размещения технических, информационных и программных средств системы, к структуре их связей, а также особенности пространственного размещения ТОУ как источника информации для контроля и управления, особенности структуры связей между частями ТОУ.

Группа объединяет требования к функциональной структуре АСУТП, образуемой множеством взаимосвязанных прикладных задач (управления информацией, ее контроля и отображения), учитывающие их целевое назначение, приоритетность, оптимальность решения по некоторому критерию и т. д., а также ее особенности {полноту формализации задач и исходных данных, размерность, сложность и т. д., особенности информационных, временных и других связей).

Группа отражает требования к алгоритмической структуре АСУТП, образуемой множеством взаимосвязанных алгоритмов решения прикладных задач, учитывающие необходимость работы АСУТП в реальном времени, недостоверность некоторых исходных данных и ошибок измерения; требования к точности, форме представления решения и др., а также ее особенности (наличие типовых алгоритмов, алгоритмов с гарантированной точностью, скоростью сходимости и т. д.).

Группа включает в себя требования к источникам информации для решения прикладных задач (к производительности, достоверности и др.), средствам хранения и защиты, формам представления, пропускной способности каналов связи, а также особенности получения информации от ТОУ. оператора, других источников, характеристики ее качества.

В группе даются требования к частоте и допустимым временам решения задач, взаимодействию задач во времени, а также особенности динамики ТОУ (инерционности 'и запаздывания по каналам управления и возмущения, устойчивость, управляемость отдельных частей ТОУ) и динамики возмущений.

Группа объединяет требования технологического регламента, требования к условиям эксплуатации технологического оборудования и программно-технического комплекса (ЛТК) системы, а также особенности эксплуатации ТОУ, его режимов, влияния возмущений, реализации управляющих воздействий.

Группа отражает требования к надежности ПТК и его компонент, мерам ее повышения, работе ПТК и персонала при отказах технологического оборудования и средств ПТК, а также качественные характеристики надежности ТОУ и его частей, используемых компонент ПТК.

В группу входят требования к точности исходной информации и ее источников, точности решения прикладных задач системы, а также метрологические особенности получаемой информации (точность датчиков, уровни помех измерения, квантование по времени и др.).

Группу составляют требования к условиям реализации и совместимости проектных решений, совместимости компонент ПТК (информационной, электрической, конструктивной и т. д.), возможности расширения и эволюции функций и состава ПТК, а также особенности расширения функций и состава ПТК, ограничения при реализации решений.

Группа отражает требования к организационной структуре системы, разделению задач между оперативным персоналом и ПТК, дисциплине обслуживания заявок на решение прикладных задач, а также особенности существующей организации решения функциональных задач, организационной структуры.

Группа - это прочие требования и особенности (экологические, социальные и др.), не вошедшие в перечисленные группы, но существенные для решения данной конкретной подзадачи КЗС (2).

Как показано далее, решение любой подзадачи в КЗС (2) обычно требует при формировании адекватной пары использования элементов из различных рассмотренных групп, что связано и с комплексным характером требований (обычно должны быть учтены соображения стоимости компонент ПТК, стоимости внедрения и эксплуатации, соображения надежности, удобства эксплуатации и т. д.), и с наличием объективных взаимосвязей искомых структур, а следовательно, и подзадач их синтеза.

Каждую i-ую подзадачу из соотношения (2) определим своей адекватной парой:

(3).

Тогда адекватная КЗС (2) пара не только формируется как объединение соответствующих подмножеств подзадач, но и включает в себя элементы, отражающие требования и особенности взаимосвязи (интерфейса) синтезированных структур. Последние образуют пары, адекватные задачам межструктурного интерфейса, при этом каждая задача возникает только тогда, когда существует элемент, в модели КЗС (2), и определяется своей адекватной парой.

(4).

где знак вопроса используется для обозначения того факта, что адекватная пара в общем случае не вполне определена.

Дело в том, что на практике, говоря о связях между задачами, подразумевают связи между их решениями. Однако корректно сформировать адекватную пару (4) можно лишь при известных решениях задач . Элементы множеств такой пары формируются в основном из элементов группы, отражающей требования и объективные условия совместимости структур, основные черты которых на практике известны достаточно полно. Для задач (4) также могут быть применены 'ТР.

Комплексную задачу структурного синтеза (2) можно теперь формально определить своей адекватной парой.

(5).

Однако определение (5) практически не может быть использовано, поскольку неизвестно (и это отмечено вопросительным знаком) как само отображение, так и исходные факторные множества:

На практике применяют декомпозиционный подход к решению КЗС (2), основанный на принципах типизации и агрегатизации.