Имитационное моделирование и средства оптимизации сложных технических систем
Предложен метод имитационного моделирования сложных технических систем, представленных графовой структурой, при решении многокритериальных задач оптимизации функционирования технологического цикла производства. Приведены теоретическое обоснование метода исследования и технология его применения на ос...
Saved in:
| Published in: | Математичні машини і системи |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84460 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Имитационное моделирование и средства оптимизации сложных технических систем / В.С. Смородин, А.В. Клименко // Математичні машини і системи. — 2014. — № 4. — 171-178. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-84460 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Смородин, В.С. Клименко, А.В. 2015-07-08T13:41:05Z 2015-07-08T13:41:05Z 2014 Имитационное моделирование и средства оптимизации сложных технических систем / В.С. Смородин, А.В. Клименко // Математичні машини і системи. — 2014. — № 4. — 171-178. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. 1028-9763 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84460 007.003; 007.008; 65.0; 681.3 Предложен метод имитационного моделирования сложных технических систем, представленных графовой структурой, при решении многокритериальных задач оптимизации функционирования технологического цикла производства. Приведены теоретическое обоснование метода исследования и технология его применения на основе динамического изменения структуры имитационной модели в процессе ее реализации. Обоснована возможность использования предложенного подхода для оценки новых технических решений при построении оптимальной структуры технологического цикла и наличии элементов потенциальной опасности. Запропоновано метод імітаційного моделювання складних технічних систем, представлених графовою структурою, при вирішенні багатокритеріальних задач оптимізації функціонування технологічного циклу виробництва. Наведені теоретичне обгрунтування методу дослідження і технологія його застосування на основі динамічної зміни структури імітаційної моделі в процесі її реалізації. Обгрунтовано можливість використання запропонованого підходу для оцінки нових технічних рішень при побудові оптимальної структури технологічного циклу і наявності елементів потенційної небезпеки. Simulation modeling method of complex technical systems presented by graph structure for solving multi-objective optimization problems of functioning of production cycle is proposed. The theoretical basis of the research method and its application technology based on dynamic changes in the structure of the simulation model in the implementation process are given. The possibility of using the proposed approach for the study of new technical solutions in the construction of the optimal structure of the technology cycle and the presence of elements of the potential danger is justified. ru Інститут проблем математичних машин і систем НАН України Математичні машини і системи Моделювання і управління Имитационное моделирование и средства оптимизации сложных технических систем Імітаційне моделювання та засоби оптимізації складних технічних систем Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Имитационное моделирование и средства оптимизации сложных технических систем |
| spellingShingle |
Имитационное моделирование и средства оптимизации сложных технических систем Смородин, В.С. Клименко, А.В. Моделювання і управління |
| title_short |
Имитационное моделирование и средства оптимизации сложных технических систем |
| title_full |
Имитационное моделирование и средства оптимизации сложных технических систем |
| title_fullStr |
Имитационное моделирование и средства оптимизации сложных технических систем |
| title_full_unstemmed |
Имитационное моделирование и средства оптимизации сложных технических систем |
| title_sort |
имитационное моделирование и средства оптимизации сложных технических систем |
| author |
Смородин, В.С. Клименко, А.В. |
| author_facet |
Смородин, В.С. Клименко, А.В. |
| topic |
Моделювання і управління |
| topic_facet |
Моделювання і управління |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Математичні машини і системи |
| publisher |
Інститут проблем математичних машин і систем НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Імітаційне моделювання та засоби оптимізації складних технічних систем |
| description |
Предложен метод имитационного моделирования сложных технических систем, представленных графовой структурой, при решении многокритериальных задач оптимизации функционирования технологического цикла производства. Приведены теоретическое обоснование метода исследования и технология его применения на основе динамического изменения структуры имитационной модели в процессе ее реализации. Обоснована возможность использования предложенного подхода для оценки новых технических решений при построении оптимальной структуры технологического цикла и наличии элементов потенциальной опасности.
Запропоновано метод імітаційного моделювання складних технічних систем, представлених графовою структурою, при вирішенні багатокритеріальних задач оптимізації функціонування технологічного циклу виробництва. Наведені теоретичне обгрунтування методу дослідження і технологія його застосування на основі динамічної зміни структури імітаційної моделі в процесі її реалізації. Обгрунтовано можливість використання запропонованого підходу для оцінки нових технічних рішень при побудові оптимальної структури технологічного циклу і наявності елементів потенційної небезпеки.
Simulation modeling method of complex technical systems presented by graph structure for solving multi-objective optimization problems of functioning of production cycle is proposed. The theoretical basis of the research method and its application technology based on dynamic changes in the structure of the simulation model in the implementation process are given. The possibility of using the proposed approach for the study of new technical solutions in the construction of the optimal structure of the technology cycle and the presence of elements of the potential danger is justified.
|
| issn |
1028-9763 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/84460 |
| citation_txt |
Имитационное моделирование и средства оптимизации сложных технических систем / В.С. Смородин, А.В. Клименко // Математичні машини і системи. — 2014. — № 4. — 171-178. — Бібліогр.: 6 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT smorodinvs imitacionnoemodelirovanieisredstvaoptimizaciisložnyhtehničeskihsistem AT klimenkoav imitacionnoemodelirovanieisredstvaoptimizaciisložnyhtehničeskihsistem AT smorodinvs ímítacíinemodelûvannâtazasobioptimízacíískladnihtehníčnihsistem AT klimenkoav ímítacíinemodelûvannâtazasobioptimízacíískladnihtehníčnihsistem |
| first_indexed |
2025-11-27T06:47:01Z |
| last_indexed |
2025-11-27T06:47:01Z |
| _version_ |
1850805650250006528 |
| fulltext |
© Смородин В.С., Клименко А.В., 2014 171
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2014, № 4
УДК 007.003; 007.008; 65.0; 681.3
В.С. СМОРОДИН
*, А.В. КЛИМЕНКО
*
ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И СРЕДСТВА ОПТИМИЗАЦИИ
СЛОЖНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ
*
Гомельский государственный университет им. Франциска Скорины, Гомель, Беларусь
Анотацiя. Запропоновано метод імітаційного моделювання складних технічних систем, предста-
влених графовою структурою, при вирішенні багатокритеріальних задач оптимізації функціону-
вання технологічного циклу виробництва. Наведені теоретичне обгрунтування методу дослі-
дження і технологія його застосування на основі динамічної зміни структури імітаційної моделі у
процесі її реалізації. Обгрунтовано можливість використання запропонованого підходу для оцінки
нових технічних рішень при побудові оптимальної структури технологічного циклу і наявності
елементів потенційної небезпеки.
Ключові слова: технологічний цикл виробництва, багатокритеріальна задача оптимізації, елеме-
нти потенційної небезпеки, побудова оптимальної структури.
Аннотация. Предложен метод имитационного моделирования сложных технических систем,
представленных графовой структурой, при решении многокритериальных задач оптимизации
функционирования технологического цикла производства. Приведены теоретическое обоснование
метода исследования и технология его применения на основе динамического изменения структуры
имитационной модели в процессе ее реализации. Обоснована возможность использования пред-
ложенного подхода для оценки новых технических решений при построении оптимальной струк-
туры технологического цикла и наличии элементов потенциальной опасности.
Ключевые слова: технологический цикл производства, многокритериальная задача оптимизации,
элементы потенциальной опасности, построение оптимальной структуры.
Abstract. Simulation modeling method of complex technical systems presented by graph structure for solv-
ing multi-objective optimization problems of functioning of production cycle is proposed. The theoretical
basis of the research method and its application technology based on dynamic changes in the structure of
the simulation model in the implementation process are given. The possibility of using the proposed ap-
proach for the study of new technical solutions in the construction of the optimal structure of the technol-
ogy cycle and the presence of elements of the potential danger is justified.
Keywords: technology cycle of manufacturing, multi-objective optimization problem, elements of the po-
tential danger, construction of the optimal structure.
1. Введение
Проблема моделирования сложных технических систем зачастую состоит в недостаточной
результативности некоторых методов их исследования при увеличении количества учиты-
ваемых параметров [1]. В частности, это актуально для тех случаев, когда структура таких
объектов изменяется в процессе функционирования, что связано с их многообразием и
сложностью практических задач, возникающих при оценке уровня надежности и безопас-
ности потенциально опасных промышленных объектов [2].
Учитывая накопленный опыт построения математических моделей из различных
отраслей науки, техники, промышленности и экономики и существующую тенденцию к
использованию общесистемных принципов и методов исследований, в различных областях
знаний возникают определенные трудности моделирования, связанные с целым комплек-
сом причин. К таковым относятся наличие больших объемов разнородной информации в
различных областях знаний, использование различных понятийных аппаратов и профес-
сиональная разобщенность исследователей.
Многочисленные попытки унификации системного подхода при решении конкрет-
ных задач науки и практики привели к необходимости использования динамической ими-
172 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2014, № 4
тации [3] для анализа функционирования сложных технических систем, представленных в
качестве многопараметрических объектов конечным множеством математических моде-
лей, каждая из которых отражает конкретную группу свойств исходной системы. При этом
сохраняется возможность выделить классы сложных технических систем со специфиче-
скими свойствами, на основании которых разрабатываются методологические принципы
построения имитационных моделей, характеризующиеся единой математической терми-
нологий и доступные специалистам различных предметных областей.
В качестве инструмента для реализации предложенного подхода используются ме-
тод пошаговой реструктуризации имитационных моделей [4], динамическая имитация
сложных технических систем и система оперативного контроля имитации объектов иссле-
дования, на основе которых осуществляется синтез оптимальной структуры сложной тех-
нической системы в соответствии с решаемой многокритериальной задачей оптимизации
ее функционирования.
2. Реструктуризация имитационных моделей сложных систем
В основу описания математического аппарата, используемого при реструктуризации ими-
тационных моделей сложной системы, положена возможность отказов оборудования при
выполнении агрегатов-имитаторов технологических операций, что ставит эксперта-
технолога перед необходимостью на стадии проектирования предусмотреть выход из со-
стояний, возникших после аварии. На этот случай в имитационной модели (ИМ) преду-
сматриваются «резервные» цепочки
ijAMTXO , которые активизируются только при появ-
лении аварий [1]. Переключение на «резервную» ветвь
ijAMTXO реализуется за счёт ис-
пользования булевой матрицы коммутации
nsγ , формируемой экспертом-технологом до
начала имитации. Строками этой матрицы ( )n являются номера агрегатов
ijAMTXO на
входе агрегата-события
jASOB , а столбцами ( )s являются номера резервных
ijAMTXO на
выходе
jASOB , которые необходимо инициировать в поставарийной ситуации. Подобное
«технологическое резервирование» является динамическим регулятором поставарийной
ситуации сложной технической системы (СТС).
Другим способом недопущения аварий оборудования является автоматический пе-
реход на резервные устройства, когда хотя бы для одного из устройств оборудования фак-
тическая «наработка» превышает пороговые значения из множества { }rind . Элементы это-
го множества { }rind поступают в подсистему .PS OPEREX , которая проверяет близость к
пороговому значению наработки всех устройств оборудования. При достижении близости
к пороговым значениям у нескольких устройств формируются следующие воздействия на
ИМ: групповой переход на резервирование тех устройств, у которых наработка близка к
критической ( )1α ; переход на общую профилактику оборудования из-за неэффективности
группового резервирования или нехватки резервных устройств ( )2α ; допускается возмож-
ность аварии в тех случаях, когда процесс производства останавливать нельзя и состояния
индикаторов игнорируются ( )3α ; если оборудование изношено и общая профилактика бу-
дет неэффективна, принимается решение о досрочном завершении имитации -го варианта
ИМ СТС, поскольку появление аварии для данного технологического процесса недопус-
тимо ( )4α .
.PS ANALEX использует статистику имитаций { }kST и множество откликов моде-
ли { }0 jY . Откликами
0 jY являются усреднённые по числу реализаций N их интегральные
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2014, № 4 173
значения для h -го варианта УПС: критическое время выполнения ( )KPhT технологическо-
го цикла производства, стоимость его реализации ( )0hC , интегральный расход материалов
и комплектующих изделий ( )ohmt , количество использованных ресурсов r -го номера
( )rhΣυ , суммарная стоимость ликвидации аварий ( )ABhC , общие потери времени на профи-
лактику ( )OPhT . Интегральные отклики модели составляют многомерный вектор откликов
OHV варианта структуры СТС, у которого все компоненты требуют минимизации, но име-
ют различную размерность и диапазоны изменения. Поэтому необходима нормировка
компонентов этого вектора максимальными их значениями из всех вариантов организации
структуры технологического цикла. Для сравнения вариантов структуры осуществляется
«свёртка» этого вектора к скалярному показателю
hW способом весовых коэффициентов
важности ( )1; 0 1j j jΣ δ = ≤ δ ≤ откликов с номером j . Вариантам организации структуры
УПС соответствуют значения вектора параметров { }0 jhX и постоянных параметров ими-
тации множества { }hG . Каждая из составляющих векторов параметров может меняться на
различных уровнях. Поэтому общее количество вариантов ( )01,hN h K= определяется
стратегией изменения каждого уровня параметров. Выбор оптимальной стратегии осуще-
ствляется на основе классических методов планирования экспериментов. Эксперт с помо-
щью воздействия
5θ инициирует подсистему .PS ANALEX и последующий запуск h -го
варианта ИМ УПС. Минимальное значение по всему множеству вариантов с номером
h и будет решением задачи построения оптимального варианта организации структуры
СТС.
Важной статикой реализации имитационной модели является граф критических пу-
тей ( )hGRKRP , который получен после наложения всех реализовавшихся критических пу-
тей. С помощью сообщений
4θ подсистема .PS ANALEX выдаёт эксперту графики расхо-
да (в модельном времени
0t ) ресурсов r -го типа ( )1 0rhZ t , финансовых средств ( )2 0rhZ t , а
также временные диаграммы использования оборудования и исполнителей ( )rhDIAGR .
Оперативная статистика реализации ИМ в виде сообщения
4θ предоставляется эксперту-
технологу для принятия решений на основе классической теории принятия решений. В ре-
зультате эксперт формирует набор управляющих воздействий (
1θ ,
2θ , 3θ и 5θ ), которые
затем через подсистему принятия решений SPRESH обеспечивают возможность досроч-
ной остановки l -й реализации имитационной модели, перевод всех устройств оборудова-
ния на профилактику, оперативное изменение характеристик надёжности функционирова-
ния оборудования.
3. Динамическая имитация сложных технических систем
Динамическая имитация объекта исследования осуществляется на основе построения ком-
понентов динамической имитационной модели. При этом исходная сложная техническая
система представляется конечным набором взаимосвязанных математических моделей.
Связь между компонентами математической модели сложной системы осуществляется по-
средством синхронизации взаимодействия агрегатов-имитаторов, входящих в состав моде-
лей-компонентов.
Для построения компонентов динамической имитационной модели СТС использу-
ется агрегатная система автоматизации моделирования, реализующая агрегатный способ
174 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2014, № 4
имитации сложных систем, а также способ формализации объектов исследования на осно-
ве графовых структур [5], в связи с чем используется шесть типов агрегатов-имитаторов:
ijATOP – агрегат-имитатор выполнения технологической операции ( )ijMTXO ;
iASOB – агрегат-имитатор свершения i -го события в процессе имитации функцио-
нирования СТС;
rAOBIN – агрегат-имитатор функционирования оборудования индивидуального
пользования с номером r ;
rAKAN и
rAOBOP – агрегат-имитатор совместного использования оборудования
общего пользования с помощью выделенного канала;
kAPROC – процедура-имитатор с номером k ликвидации аварийной ситуации при
выполнении имитационной модели,
где каждый агрегат представляет собой реентерабельную программу из конечного множе-
ства математических моделей, составляющих математическую модель исходной сложной
системы.
ijAMTXO представляет собой четырехполюсный агрегат, имитирующий выполне-
ние технологической операции
ijMTXO . В режиме прямой имитации приходит сигнал от
iASOB , который по соответствующим функциям распределения формирует значения па-
раметров агрегата (
ijlτ ; ijlc ; { }rijV ; { }ijlmt ; { }ijlko ) в l -ой реализации ИМ. Затем каждый
ijATOP определяет индивидуальные запросы на ресурсы и оборудование в виде списков
запросов (
ijlSPINRS ;
ijlSPOBR ;
ijlSPISP ). Далее происходит обращение к системе распре-
деления ресурсов, которая выделяет требуемые ресурсы на время имитации
ijMTXO .
Агрегаты
iASOB являются многополюсными с различным числом входов и выхо-
дов. Выходы у
iASOB могут быть одиночными и «кустовыми». Из «кустовых» выходов
агрегата формируются сигналы двух типов: действительный
dSg , разыгрываемый по век-
тору вероятностей { }ijklP , и ( )1k − фиктивных сигналов
fSg . Выходы
iASOB нумеруются,
поэтому при адресации сигнала указывается номер события i и номер входа r в агрегат
jASOB . Только действительные сигналы
dSg , поступающие в режиме прямой имитации
на вход
ijATOP , инициируют его работу по изложенному алгоритму. Фиктивные сигналы
fSg обходят алгоритм выполнения
ijATOP . При этом у агрегатов
jASOB используется
еще один тип выходных «кустовых» сигналов, называемых резервными выходами
jASOB .
С их помощью реализуется «технологическое резервирование».
Если хотя бы на один из входов
jASOB приходят сигналы от
ijATOP , во время вы-
полнения которых была авария, то это означает активизацию резервного кустового выхо-
да. Механизм формирования действительных сигналов у «кустовых» выходов третьего ти-
па основан на использовании булевой матрицы
nrγ , которую составляет технолог-
эксперт до начала имитации. Наличие единицы на пересечении n -й строки с r -м столб-
цом в этой матрице означает необходимость включения резервных
jrATOP в том случае,
когда во время выполнения
njATOP произошла авария ( )1авnπ = . С помощью этого меха-
низма кустовые выходы третьего типа становятся динамическими регуляторами подклю-
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2014, № 4 175
чения резервных
jrATOP , если на входы
jASOB поступают сигналы от
ijATOP , во время
выполнения которых на оборудовании, используемом ими, происходили аварии. Имитация
функций оборудования инициируется запусками
ijATOP , который может использовать
любое число имитаторов оборудования. Для синхронизации совместного использования
несколькими
ijATOP одного и того же
rAOBOP (когда он находится именно в состоянии
1S ) был введен агрегат-канал
rAKAN , имитирующий использование общего ресурса
rjlV .
Количество таких
rAKAN определяется числом использований
rAOBOP всеми агрегата-
ми
ijATOP .
Таким образом, на стадии проектирования сложной системы эксперту-технологу
предоставляется возможность динамического регулирования выполнения множества
{ }ijATOP в зависимости от сложившейся операционной обстановки с помощью комбина-
ций различных типов кустовых выходов и задания количества их разветвлений.
Окончательный вариант оптимизации структуры сложной системы принимается на
основе анализа статистической информации, собранной в процессе функционирования ди-
намической имитационной модели.
4. Оперативный контроль динамической имитации
Возникновение понятия сложной системы как многопараметрического образа объекта ис-
следования, представленного конечным множеством математических моделей, накладыва-
ет дополнительные требования на контроль имитации в процессе решения конкретных за-
дач.
Система контроля имитации при этом должна обеспечивать возможность принятия
управляющих воздействий на основе текущей операционной обстановки в процессе функ-
ционирования сложной системы. Отметим, что под управлением понимается упреждение
конфликтных ситуаций в функционировании объекта исследования, которое достигается с
помощью аппаратно-программного комплекса, состоящего из средств аппаратного сопря-
жения СТС с параллельно действующей ЭВМ.
Система оперативного контроля имитации СТС состоит из следующих компонен-
тов: имитационной модели управляемой сложной системы; подсистемы планирования
имитационных экспериментов (PS.PLANEX); подсистемы оперативного контроля имита-
ции (PS.CONTROL); подсистемы анализа результатов (PS.ANALIS); подсистемы-эксперта
(PS.EXPERT), контролирующей ход имитации и управляющей изменением параметров мо-
дели.
Функционирование компонентов системы оперативного контроля осуществляется с
помощью управляющих воздействий:
• взаимодействия подсистем с «экспертом» ( )1,5k kθ = : чтения информации о со-
стоянии технологического цикла ( )1 2 4, ,θ θ θ ; оперативного воздействия «эксперта»
3( )θ
по текущему варианту реализации структуры ВТП в имитационной модели; установки на-
чальных значений состава ресурсов в h -м варианте организации структуры СТС ( )5θ ;
• взаимодействия подсистем с ИМ (выдача оперативной информации о ходе имита-
ции СТС с помощью множества индикаторов состояния оборудования { rind }; формиро-
вание множества статистик { }klST и откликов { }0 jlY в l -й реализации ИМ по методу Мон-
те-Карло);
176 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2014, № 4
• множества постоянных характеристик модели { }hG и параметров { }0 jhX модели-
рования СТС, задаваемых для «запитки» модели при запуске на имитацию h-го варианта
состава ресурсов и структуры объекта.
Основным компонентом системы является агрегатная имитационная модель, реали-
зующая имитацию объекта исследования на основе графовой структуры и построенная с
помощью системы автоматизации имитационного моделирования [1].
В процессе реализации прогона имитационной модели осуществляются следующие
виды внутреннего управления динамикой имитации:
• автоматическое одиночное резервирование оборудования в тех случаях, когда на-
работка на отказ r -го устройства оборудования ( )rQ достигает критической величины;
• ликвидация последствий аварий при опасных отказах функционирования r-го уст-
ройства последовательностью процедур { }kPROC ;
• технологическое резервирование, означающее изменение состава и последова-
тельности выполнения технологических операций { }ijMTXO после возникновения аварии.
Возможность возникновения аварии оборудования СТС при выполнении
ijAMTXO
требует предусмотреть выход из ситуации, возникшей после аварии, хотя она уже ликви-
дирована последовательностью { }kAPROC . На этот случай в ИМ предусмотрены «ре-
зервные» цепочки
ijAMTXO , которые активизируются только при появлении аварий.
Переключение на «резервную» ветвь
ijAMTXO реализуется за счёт использования
булевой матрицы коммутации
nsγ , формируемой экспертом-технологом до начала имита-
ции. Строками матрицы являются номера ijAMTXO на входе iASOB , а столбцами явля-
ются номера резервных ijAMTXO на выходе jASOB , которые необходимо инициировать
после аварии. Таким образом, подобное «технологическое» резервирование является ди-
намическим регулятором поставарийной ситуации.
Ещё одним способом недопущения аварий оборудования является автоматический
переход на резервное устройство, когда хотя бы для одного из устройств оборудования
фактическая наработка на отказ превышает пороговые значения в rind . В этом случае
множество { }rind поступает в PS.OPEREX, которая проверяет близость к пороговому
значению наработки всех устройств оборудования.
При достижении близости к пороговым значениям у нескольких устройств форми-
руются следующие воздействия на ИМ: групповой переход на резервирование тех уст-
ройств, у которых наработка близка к критической ( )1α ; переход на общую профилактику
оборудования из-за неэффективности группового резервирования или нехватки резервных
устройств ( )2α ; допускается возможность аварии в тех случаях, когда состояния индика-
торов игнорируются ( )3α ; если оборудование изношено, а общая профилактика неэффек-
тивна, принимается решение о досрочном завершении имитации h -го варианта ИМ, по-
скольку появление аварии в данном случае недопустимо ( )4α .
PS.ANALEX использует статистику имитации { }kST и множество откликов модели
{ }0 jY . Откликами jY0 являются усреднённые по числу реализаций их интегральные значе-
ния для h-го варианта структуры технологического цикла: критическое время выполнения
технологического цикла ( )КРhT , стоимость реализации процесса управления ( )0hC , инте-
ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2014, № 4 177
гральный расход материалов и комплектующих изделий ( )0hmt , количество использований
ресурсов r -го номера ( )rh
υ
∑
, суммарная стоимость ликвидации аварий ( )ABh
C
∑
, общие
потери на профилактику ( )ОПРhT .
Интегральные отклики модели составляют многомерный вектор откликов hVO , у
которого все компоненты требуют минимизации, но имеют различную размерность и свои
диапазоны изменения. Поэтому необходимо нормирование компонентов этого вектора их
максимальными значениями для всех возможных вариантов структуры СТС. С помощью
сообщения 4θ PS.ANALEX выдаёт эксперту графики расхода ресурсов r-го типа )( 01 tZ rh ,
финансовых средств )( 02 tZ rh , а также временные диаграммы использования оборудова-
ния и исполнителей ( )rhDIAG .
Оперативная статистика реализации ИМ в виде сообщения 4θ предоставляется экс-
перту-технологу для принятия решений на основе классической теории принятия решений.
В результате эксперт формирует набор управляющих воздействий ( )1 2 3 5, , иθ θ θ θ , кото-
рые через подсистему принятия решений обеспечивают возможность досрочной остановки
l -й реализации ИМ, перевод всех устройств оборудования на профилактику, оперативное
изменение характеристик надёжности функционирования оборудования.
Для сравнения вариантов структуры СТС осуществляется «свёртка» этого вектора к
скалярному показателю hW способом весовых коэффициентов.
Вариантам организации структуры сложной системы соответствуют значения век-
тора { }oihX параметров СТС и постоянных параметров имитации { }hG . Каждая из состав-
ляющих векторов параметров может изменяться на различных уровнях. Поэтому количе-
ство вариантов
0K ( )01,h K= определяется стратегией изменения каждого уровня парамет-
ров.
Выбор оптимальной стратегии осуществляется на основе классических методов
планирования экспериментов. Эксперт с помощью воздействия 5θ инициирует PS.ANALEX
и последующий запуск h -го варианта ИМ. Минимальное значение hW по всему множест-
ву вариантов с номером 0h и будет решением задачи определения оптимального варианта
организации структуры сложной системы.
5. Заключение
1. В настоящей работе предложен новый подход, основанный на методе динамической
имитации, для сложных технических систем при решении многокритериальных задач оп-
тимизации их функционирования.
2. Новизна данного подхода состоит в построении оптимизированной интегральной струк-
туры сложной системы в рамках выбранных критериев качества функционирования, что
позволяет использовать разработанные имитационные модели в качестве составных эле-
ментов систем анализа функционирования сложных технических объектов.
3. Представленный подход дает основания рассчитывать на создание необходимой базы
знаний [6], позволяющей работать с техническими системами любой степени сложности,
вне зависимости от ее физической сущности и рамок формализации.
4. Предложенный метод анализа позволяет выделить классы сложных систем со специфи-
ческими свойствами, что дает возможность разработки методологических принципов по-
178 ISSN 1028-9763. Математичні машини і системи, 2014, № 4
строения математических моделей, которые характеризуются единой математической тер-
минологией и могут быть доступны специалистам различных предметных областей.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Смородин В.С. Методы и средства имитационного моделирования технологических процессов
производства: монография / В.С. Смородин, И.В. Максимей. − Гомель: ГГУ им. Ф. Скорины, 2007.
− 369 с.
2. Смородин В.С. Проектное моделирование управляемых производственных систем с резервиро-
ванием схем управления / В.С. Смородин, А.В. Клименко // Известия Гомельского гос. ун-та им.
Ф. Скорины. − 2014. − № 3 (84). − С. 150 – 156.
3. Смородин В.С. Метод динамической имитации вероятностных производственных систем /
В.С. Смородин // Математичнi машини i системи. – 2012. – № 2. – С. 96 – 101.
4. Смородин В.С. Метод пошаговой реструктуризации имитационных моделей для исследования
вероятностных технологических процессов / В.С. Смородин // Математичнi машини i системи. –
2008. – № 3. – С. 108 – 114.
5. Смородин В.С. Агрегатная система автоматизации моделирования вероятностных технологиче-
ских процессов производства / В.С. Смородин // Математичнi машини i системи. − 2007. − № 1. −
С. 105 – 110.
6. Интеллектуальное имитационное моделирование динамических систем / В.С. Смородин [и др.] //
Открытые семантические технологии проектирования интеллектуальных систем = Open Semantic
Technologies for Intelligent Systems (OSTIS-2011): материалы Междунар. науч.-техн. конф., (Минск,
10-12 февраля 2011 г.) / редкол.: В.В. Голенков (отв. ред.) [и др.]. – Минск: БГУИР, 2011. – С. 247 –
255.
Стаття надійшла до редакції 22.10.2014
|