Технология имитационного моделирования управляемых производственных систем с параллельно-последовательной организацией
Рассматриваются общий подход и методологические проблемы решения задачи разработки программно-технологического комплекса для исследования и управления вероятностным технологическим процессом производства при наличии обратных связей....
Збережено в:
| Дата: | 2009 |
|---|---|
| Автор: | |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Russian |
| Опубліковано: |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України
2009
|
| Назва видання: | Математичні машини і системи |
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46903 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Технология имитационного моделирования управляемых производственных систем с параллельно-последовательной организацией / И.К. Чирик // Мат. машини і системи. — 2009. — № 1. — С. 125–130. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
irk-123456789-46903 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
irk-123456789-469032013-07-08T03:05:37Z Технология имитационного моделирования управляемых производственных систем с параллельно-последовательной организацией Чирик, И.К. Моделювання і управління великими системами Рассматриваются общий подход и методологические проблемы решения задачи разработки программно-технологического комплекса для исследования и управления вероятностным технологическим процессом производства при наличии обратных связей. Розглядаються загальний підхід і методологічні проблеми рішення задачі розробки програмно-технологічного комплексу для дослідження і управління ймовірнісним технологічним процесом виробництва за наявності зворотних зв'язків. General approach and methodological problems of the task decision of the development of programmatictechnological complex is examined for research and control of probabilistic technological process of production at presence of feed-backs. 2009 Article Технология имитационного моделирования управляемых производственных систем с параллельно-последовательной организацией / И.К. Чирик // Мат. машини і системи. — 2009. — № 1. — С. 125–130. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. 1028-9763 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46903 007; 681.3 ru Математичні машини і системи Інститут проблем математичних машин і систем НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Russian |
| topic |
Моделювання і управління великими системами Моделювання і управління великими системами |
| spellingShingle |
Моделювання і управління великими системами Моделювання і управління великими системами Чирик, И.К. Технология имитационного моделирования управляемых производственных систем с параллельно-последовательной организацией Математичні машини і системи |
| description |
Рассматриваются общий подход и методологические проблемы решения задачи разработки программно-технологического комплекса для исследования и управления вероятностным технологическим процессом производства при наличии обратных связей. |
| format |
Article |
| author |
Чирик, И.К. |
| author_facet |
Чирик, И.К. |
| author_sort |
Чирик, И.К. |
| title |
Технология имитационного моделирования управляемых производственных систем с параллельно-последовательной организацией |
| title_short |
Технология имитационного моделирования управляемых производственных систем с параллельно-последовательной организацией |
| title_full |
Технология имитационного моделирования управляемых производственных систем с параллельно-последовательной организацией |
| title_fullStr |
Технология имитационного моделирования управляемых производственных систем с параллельно-последовательной организацией |
| title_full_unstemmed |
Технология имитационного моделирования управляемых производственных систем с параллельно-последовательной организацией |
| title_sort |
технология имитационного моделирования управляемых производственных систем с параллельно-последовательной организацией |
| publisher |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України |
| publishDate |
2009 |
| topic_facet |
Моделювання і управління великими системами |
| url |
http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/46903 |
| citation_txt |
Технология имитационного моделирования управляемых производственных систем с параллельно-последовательной организацией / И.К. Чирик // Мат. машини і системи. — 2009. — № 1. — С. 125–130. — Бібліогр.: 3 назв. — рос. |
| series |
Математичні машини і системи |
| work_keys_str_mv |
AT čirikik tehnologiâimitacionnogomodelirovaniâupravlâemyhproizvodstvennyhsistemsparallelʹnoposledovatelʹnojorganizaciej |
| first_indexed |
2025-07-04T06:26:17Z |
| last_indexed |
2025-07-04T06:26:17Z |
| _version_ |
1836696604024766464 |
| fulltext |
© Чирик И.К., 2009 125
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2009, № 1
УДК 007; 681.3
И.К. ЧИРИК
ТЕХНОЛОГИЯ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ УПРАВЛЯЕМЫХ
ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ СИСТЕМ С ПАРАЛЛЕЛЬНО-ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЙ
ОРГАНИЗАЦИЕЙ
Abstract: General approach and methodological problems of the task decision of the development of programmatic-
technological complex is examined for research and control of probabilistic technological process of production at
presence of feed-backs.
Key words: programmatic-technological complex, control systems, probabilistic technological processes.
Анотацiя: Розглядаються загальний підхід і методологічні проблеми рішення задачі розробки програмно-
технологічного комплексу для дослідження і управління ймовірнісним технологічним процесом виробництва
за наявності зворотних зв'язків.
Ключові слова: програмно-технологічний комплекс, системи управління, ймовірнісні технологічні процеси.
Аннотация: Рассматриваются общий подход и методологические проблемы решения задачи разработки
программно-технологического комплекса для исследования и управления вероятностным
технологическим процессом производства при наличии обратных связей.
Ключевые слова: программно-технологический комплекс, системы управления, вероятностные
технологические процессы.
1. Введение
В настоящее время для исследования систем управления сложными техническими комплексами
чаще всего используют аналитические модели. При наличии обратной связи по управлению
используются также методы конструктивной теории оптимизации (например, адаптивный метод),
позволяющие стабилизировать параметры системы при наличии случайных возмущений
параметров управления и воздействий на состояния этой системы в случае, когда плоскость
фазовых состояний исследуемого объекта описывается системой дифференциальных уравнений.
В общем же случае, когда объектом исследования являются дискретные вероятностные
технологические процессы (ВТП), а переход исследуемой системы из состояния в состояние и
управляющие воздействия нельзя описать с помощью конечной системы дифференциальных
уравнений, существующий математический аппарат оказывается менее эффективным. Очевидная
актуальность данной проблемы, в особенности при проектировании высоконадежных
производственных систем и осуществлении проектного моделирования для модификации
существующих при наличии автоматического управления с обратной связью, требует разработки
новых эффективных методов ее решения.
Как известно, одним из возможных путей исследования динамики реализации
вероятностных технологических процессов производства является имитационное моделирование
функционирования таких производственных систем [1]. При этом необходимо подчеркнуть, что
задача автоматизации имитационного моделирования производственных систем с параллельно-
последовательной организацией технологического цикла при наличии управления с обратной
связью до сих пор в общем виде не рассматривалась, поскольку существующие программные
средства автоматизации имитационного моделирования (например, новейшие модификации
системы моделирования на основе языка моделирования GPSS) не позволяют отобразить
динамику взаимодействия компонентов управления вероятностных технологических процессов в
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2009, № 1 126
совокупности с параллельно-последовательным процессом функционирования технологических
операций на высоком уровне их детализации.
Таким образом, при наличии управления с обратной связью для рассматриваемой области
исследований отсутствует способ формализации дискретных параллельно-последовательных ВТП,
нет удовлетворительных методов исследования и программных средств автоматизации процесса
их имитационного моделирования. Следует отметить, что важной проблемой, позволяющей
решать насущные практические задачи управления производством, является также разработка
методов исследования систем управления при наличии обратных связей как по управлению, так и
по состоянию.
Ввиду актуальности и высокой практической значимости данной тематики для
осуществления проектного моделирования, разработки и модификации высоконадежных
производственных систем, представляются актуальными разработка метода, программных
средств, технологии имитационного моделирования и управления производственными системами с
параллельно-последовательной организацией технологического процесса при наличии обратной
связи по управлению.
2. Формализация процесса управления ВТП с параллельно-последовательной организацией
Для исследования структуры системы управления и динамики взаимодействия её компонентов
необходимо совмещение временного моделирования с отображением функций основных
компонентов системы. Такое совмещение обычно называют технологическим моделированием.
Для регулирования поведения ВТП используется эмуляция некоторых функций компонентов
системы, которая представляет собой суть функционального моделирования. Регулирование
достигается путем реализации функций контроля выхода компонентов управляемых переменных
}{ kU за допустимые границы диапазона их изменений. При каждом выходе }{ kU за пределы
области допустимых значений необходима их корректировка, что достигается с помощью
специальных элементов корректировки состояний. Процесс управления реализуется программно-
технологическим комплексом, состоящим из имитационной модели (ИМ) вероятностного сетевого
графика (ВСГР), лежащего в основе формализации ВТП, информационной базы данных
имитационной модели ВСГР, блока-имитатора системы управления, агрегатов-имитаторов
оборудования общего пользования )(AOBOP , агрегатов-имитаторов оборудования
индивидуального пользования )(AOBIN , программной системы принятия решений )(EXPERT и
библиотеки процедур вторичной обработки статистики имитации.
Система управления в общем случае состоит из двух типов элементов синхронизации.
Первый тип элементов представляет собой сложным образом организованную схему совпадения
сигналов типа «и», второй тип является логической схемой слежения «или». Она вырабатывает
выходные сигналы после прихода на любой из её входов самого раннего сигнала. Поскольку все
сигналы связи между элементами системы управления (СУ) являются сложными, то в них хранится
информация о ситуациях, возникающих в системе при выполнении любого её элемента:
нормальное исполнение функций элементом, отказ оборудования, выход }{ kU за допустимые
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2009, № 1 127
пределы, совмещение отказов оборудования с выходом }{ jU за допустимые диапазоны их
изменения. Это означает, что сигналы, поступающие от системы управления к оборудованию,
имеют соответствующие признаки, указывающие на возникшую ситуацию в ходе выполнения
любого элемента СУ. Таким образом, в системах управления ВТП должны присутствовать
несколько типов исполнительных устройств: исполнители функций; устройства оперативной
ликвидации последствий аварий на оборудовании; корректировщики значений }{ jU ;
универсальные элементы, которые одновременно ликвидируют последствия аварий и выходы
компонентов }{ kU за допустимые границы.
Имитационная модель системы управления конструируется из пяти типов исполнительных
элементов:
– исполнитель ijISPF нормального выполнения микротехнологических операций ijMTXO
),1,( Nji = , инициируемый синхронизатором с номером i и посылающий сигналы на
синхронизатор с номером j ;
– исполнитель ijCORF функции по корректировке значений компонентов вектора
глобальных переменных управления kU при выходе за допустимые границы;
– исполнитель ijLICV , ликвидирующий последствия аварий на оборудовании;
– универсальный элемент ijUNIV , который одновременно корректирует значения
компонентов вектора kU и ликвидирует последствия аварий на оборудовании;
– индикатор ijINDS состояния ВТП.
Данные типы исполнительных элементов могут различаться между собой степенью
сложности их алгоритма, а также составом используемых ресурсов. Связь между этими
элементами регулируется управляющими сигналами, которые различаются своими типами. К
первому типу сигналов относятся действительные )(Sgd , инициирующие алгоритм-имитатор
исполнительных элементов; ко второму типу относятся фиктивные сигналы )(Sgf . Последние,
минуя основной алгоритм функционирований элемента-имитатора, поступают непосредственно на
один из входов элемента синхронизации системы управления. Данные сигналы имеют сложную
структуру. Составными элементами сигналов являются следующие параметры: тип сигнала,
адресная и информационная части сигнала. Действительный сигнал ijSgd имеет значение 1=sπ ,
а у фиктивного сигнала ijSgf это значение равно нулю [3]. В адресной части ( ),,,,( rjlkiad = , где
i – номер элемента синхронизации на l -м разветвлении кустового выхода номера k ) содержится
информация, откуда и куда направляется сигнал. Формируется поступающий через
исполнительный элемент на r -й вход j -го элемента сигнал в момент срабатывания спусковой
функции i -го элемента синхронизации. Информационная часть ijSgd имеет вид: ),( sopsin = , где
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2009, № 1 128
ps – последействие выполнения элемента, so – состояние системы управления после
выполнения исполнительного элемента в момент срабатывания «спусковой» функции. Если при
выполнении исполнительного элемента произошла авария оборудования, то формируется признак
аварии '1'=ps , а при отсутствии аварийной обстановки этот признак равен нулю )'0'( =ps .
В основу имитационного моделирования системы управления и построения
соответствующей имитационной модели положено сочетание идей метода Монте-Карло и
методики сетевого планирования на базе использования вероятностной модели сетевого графика с
переменной структурой, имитационная модель которой представляет собой множество агрегатов-
имитаторов выполнения микротехнологических операций ijMTXO )( ijATOP , свершения событий
jASOB в ВСГР, функционирования r -го устройства оборудования индивидуального и общего
пользования ( rAOBIN и rAOBOP ), выполнения процедур ликвидации аварий )( kAPROC .
Агрегаты ijATOP имитируют технологию выполнения ijMTXO в составе технологического
процесса производства, а агрегаты-имитаторы rAOBIN , rAOBOP и множества агрегатов
}{ kAPROC используются для отображения технологии его реализации. Агрегаты jASOB
являются многополюсниками с различным числом входов и выходов и используются для имитации
свершения событий в ВСГР и запуска соответствующих агрегатов ijATOP . Агрегат ijATOP
представляет собой четырёхполюсник, имитирующий выполнение ijMTXO в ВСГР, и
функционирует в двух режимах (прямой и инверсной имитации).
3. Синхронизация взаимодействия компонентов в системе управления параллельно-
последовательным ВТП
Первый тип синхронизатора iSLAST функционирует по алгоритму логической схемы «и». Вначале
iSLAST ожидает прихода сигналов на один из его входов. Допускается любое число входов )( ia ,
которые нумеруются )( iar ≤ [2]. После прихода самого позднего сигнала на один из входов
элемента iSLAST срабатывает «спусковая» функция. В этот момент одновременно формируются
все сигналы на разветвлениях выходов элемента. Второй тип синхронизатора iSFIRST
функционирует по алгоритму логической схемы «или». Этот элемент также ожидает прихода
сигналов на его входы, и число его входов ibr ≤ . С приходом самого раннего сигнала ijSgd на
любой из входов элемента срабатывает «спусковая» функция синхронизатора iSFIRST , и
формируются сигналы на выходах элемента. С этого момента остальные сигналы ijSgd на
iSFIRST игнорируются алгоритмом элемента формирования выходных сигналов. Обработка
сигналов элементами iSLAST и iSFIRST осуществляется одинаковым образом в момент
срабатывания «спусковой» функции элемента.
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2009, № 1 129
У элементов синхронизации iSLAST и iSFIRST структура выходов одинакова. В общем
случае все выходы элементов синхронизации могут быть кустовыми с различным числом
разветвлений kL , где k – порядковый номер выхода )( klk ≤ , номер разветвления kk Ll ,1= . Если
1=kL , то выход номера k называют одиночным. На каждом kl -м разветвлении выхода номера k
в момент срабатывания спусковой функции формируются действительные или фиктивные сигналы
ijSgd( и )ijSgf от i -го элемента синхронизации на вход исполнителя с индексом ij .
На разветвлениях выходов сигналов первого типа одновременно формируются только
действительные сигналы ijSgd , которые направляются согласно своей адресной части на
исполнительные элементы с индексом ij . Выходы второго типа имеют вероятностную природу,
поэтому до начала имитации задается вектор вероятностей }{ kijp , у которого ∑ =
k
kijp 1. По
жребию второго типа на одном разветвлении кустового выхода номера k формируется
действительный сигнал ijSgd , а на остальные разветвления посылаются фиктивные сигналы
ijSgf . Выходы третьего типа используются для активизации тех исполнительных элементов
ijLICV , которые ликвидируют последствия аварии на оборудовании ВТП. Для этой цели
используется матрица rhγ , имеющая m строк, число которых равно числу входов )( mr ≤ , и 1S
столбцов ( 1Slk ≤ ). Действительные сигналы ijSgd на kl -х разветвлениях формируются только в
том случае, когда истиной становится булева функция rspsZ γ∧= . Поэтому в случае
поставарийной обстановки во входном сигнале в состоянии '1'=ps активизируется h -е
разветвление k -го выхода третьего типа путем посылки ijSgd на элемент ijLICV , ликвидирующий
последствия аварии на оборудовании. На остальных разветвлениях этого выхода элемента
синхронизации формируются фиктивные сигналы ijSgf . Изменяя содержимое r -х строк в матрице
rhγ , регулируется либо активизация элементов ihLICV для ликвидации последствий аварии на
оборудовании, либо активизация ihUNIV для ликвидации аварийной ситуации и корректировки
значений компонентов вектора kU . Выходы четвертого типа используются для активизации
исполнительных элементов ihCORF , которые корректируют значения компонентов }{ kU при их
выходе за границы допустимых диапазонов значений. Для этого используется матрица rhβ , в
которой также имеется r строк и 2S столбцов )( 2Slk < . Аналогично предыдущему случаю,
действительные сигналы jSgd на kl -х разветвлениях формируются только в том случае, когда
истиной станет булева функция rssoW β∧= . С помощью этой матрицы при выходе хотя бы
одного компонента }{ kU за допустимые пределы в состоянии '1'=so активизируется s -е
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2009, № 1 130
разветвление k -го выхода четвертого типа путем посылки ijSgd на элемент ihCORF ,
корректирующий значения компонентов }{ kU . На остальных разветвлениях этого выхода элемента
синхронизации формируются фиктивные сигналы ijSgf . Поэтому, изменяя содержимое r -х строк в
матрице rhβ , активизируются элементы ihCORF для корректировки значений }{ kU глобальной
переменной управления. Отметим, что на k -х выходах формируется множество действительных и
фиктивных сигналов, при этом действительные сигналы ijSgd , в свою очередь, активизируют
следующие элементы:
– с выходов первого типа все элементы ijISPF на каждом разветвлении;
– с выходов второго типа только один элемент ijISPF ;
– с выходов третьего типа комбинацию элементов ijLICV или ijUNIV ;
– с выходов четвертого типа комбинацию элементов ijCORF или ijUNIV .
Таким образом, учитывая особенности взаимодействия компонентов системы управления,
можно планировать работу исполнительных элементов по времени реализации алгоритма в
зависимости от операционной обстановки (наличия отказов оборудования и выхода
контролируемой переменной kU за пределы допустимых диапазонов изменения её компонентов).
4. Выводы
В работе рассматривается способ исследования систем управления для вероятностного
технологического процесса производства с параллельно-последовательной организацией, в
котором время выполнения каждой технологической операции является случайной величиной.
Изложенный подход при формализации систем управления ориентирован на случаи, когда
динамику функционирования системы управления можно описать на уровне элементов управления
со сложной логикой с использованием процедур метода Монте-Карло. Исследование таких систем
с помощью программных средств автоматизации экспериментов, реализующих метод имитации
вероятностных технологических процессов агрегатного типа [3], обеспечивает простоту их
формального описания и универсальную структуру получаемых имитационных моделей, что дает
возможность рассчитывать на перспективу развития данного подхода при проектировании
соответствующих объектов для различных предметных областей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Максимей И.В., Смородин В.С. Методика имитационного моделирования систем управления опасного
производства // Проблемы управления и информатики. – 2005. – № 4. – С. 53 – 62.
2. Об одной методике имитационного моделирования вероятностных технологических процессов
производства / А.Н. Гончаров, И.В. Максимей, В.С. Смородин и др. // Математичнi машини i системи. – 2008. –
№ 1. – С. 133 – 138.
3. Смородин В.С. Агрегатная система автоматизации моделирования вероятностных технологических
процессов производства // Математичнi машини i системи. – 2007. – № 1. – С. 105 – 110.
Стаття надійшла до редакції 09.07.2008
|