Об одном подходе к построению системы управления процессом проектирования в рамках САПР СУ сложными технологическими объектами

Тип работы:
Реферат
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Часть IV
АВТОМАТИЗИРОВАННОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
УДК 681. 51. 013
Г. Г. Арунянц, Д. А. Айрапетов
ОБ ОДНОМ ПОДХОДЕ К ПОСТРОЕНИЮ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССОМ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В РАМКАХ САПР СУ СЛОЖНЫМИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ ОБЪЕКТАМИ
Калининградский государственный технический университет
suro99@mail. ru
Рассматриваются основные проблемы управления процессом проектирования систем управления (СУ) сложными технологическими объектами (ТО) в условиях САПР. Проведен системный анализ задач, решаемых управляющим комплексом (УК), менеджером проектов и профессиональными группами, осуществляющих проектирование в рамках САПР. Предложен и развит подход к реализации в УК задач поддержки принятия решений на базе принципов ситуационного управления с использование дедуктивных и эвристических алгоритмов.
Ключевые слова: система проектирования, технологический объект, лекомпозиция, управляющий комплекс, структура, ситуационное управление, эвристические алгоритмы, дедуктивные методы.
G. G. Arunyants, D. A. Airapetov
AN APPROACH TO THE CONSTRUCTION PROCESS CONTROL SYSTEMS DESIGN IN THE CAD CS COMPLEX TECHNOLOGICAL OBJECTS
Kaliningrad State Technical University
The main problem of managing the design of control systems (CS) complex technological objects (TO) in CAD. A systematic analysis of problems solved by the control complex (CC), a project manager and professional groups engaged in the design in the CAD. Proposed and developed an approach to the implementation of the CC of the tasks of decision support based on the principles of contingency management with the use of de-inductive and heuristic algorithms.
Keywords: system design, technological object, decomposition, managing complex structure, situational control, the algorithm heuristic, deductive methods.
Современные системы автоматизированно- вающий организацию параллельного инжини-
го проектирования (САПР) являются сложны- ринга, контроль версий рабочих данных, кон-
ми программно-техническими комплексами, троль за процессом проектирования (построе-
предназначенными для одновременной работы ние отчетов, слежение за сроками проектиро-
большого количества специалистов-проекти- вания, оценка времени простоя и эффективно-
ровщиков. Для обеспечения эффективного вза- сти труда и др.), обеспечение одновременной
имодействия инженеров-проектировщиков в них разработки в САПР несколько независимых
интегрируются средства коммуникации, еди- проектов и многое другое.
ные библиотеки с типовыми решениями и эле- В целом принципы организации коллектив-
ментами для разработчиков, процесс проекти- ной работы в САПР были учтены и при реализа-
рования разбивается на этапы, реализуемые ции разрабатываемого УК САПР систем управ-
различными исполнителями (группами испол- лении (СУ) сложными технологическими объек-
нителей) и т. п. В составе всех современных тами (ТО). САПР СУ ТО отличается от других
САПР, предназначенных для коллективной ра- САПР по структуре технологического процесса,
боты, есть управляющая программа (УП) или прикладной области и способам организации соуправляющий комплекс (УК). УК является бо- вместной разработки, что, несомненно, сказалось
лее сложной разновидностью УП, подразуме- на принципах работы и функционале УК.
Эффективная организация САПР СУ ТО с использованием платформы построения сложных облачных приложений [1] связывается с результатами системных исследований самого процесса проектирования [2], в результате чего становится возможным декомпозиция его на отдельные функциональные подсистемы и задачи, решаемые в рамках этих подсистем- выявления связей между ними по конечным результатам их функционирования. Это создает реальные предпосылки к успешному решению задачи структурной организации САПР, создания и объединения ресурсов проектирования, направленного на образование множеств, в пределах которых эти ресурсы логически связаны отношениями между модулями и подсистемами, а также между системой и проектировщиками (пользователями). Ключевой подсистемой САПР СУ ТО является подсистема автоматизированного структурного синтеза САР параметров ТО [3].
Процесс проектирования, реализуемый в подсистеме структурного синтеза СУ ТО [3], разбивался на укрупненные группы этапов (задач), соответствующие профессионально-направленным группам проектировщиков. Каждая группа использует при реализации закрепленных за ней этапов специализированные программные комплексы, в состав которых входят УП, обеспечивающие стыковку и взаимодействие различных подсистем. Учитывая это, струк-
2) Руководитель профессиональной группы — пользователь, который организует работу групп проектировщиков и заносит в УК оперативные данные о ходе выполнения стадий (этапов) проектирования по каждому проекту, находящемуся в разработке группы.
туру УК САПР СУ ТО можно представить как совокупность программных комплексов под управлением главной УП, осуществляющей их взаимодействие в процессе функционирования. Такое представление взаимозависимости результатов отдельных этапов может быть эффективно использовано при разработке программного модуля УК САПР СУ ТО, обеспечивающего распределение ролей в соответствии с профессиональной ориентированностью исполнителей, и организации эффективного взаимодействия проектировщиков-пользователей с ресурсами и подсистемами САПР в процессе решения поставленных задач.
В соответствии с принятой концепцией организации работы САПР СУ ТО выделялись следующие роли пользователей:
1) Диспетчер (менеджер) проектов — это пользователь, который с помощью УК производит построение деревьев задач (формирование оперативных планов) для рабочих групп и контроль за их исполнением, отслеживает сроки выполнения отдельных этапов и проектов в целом и принимает решения в рамках своей компетенции, опираясь на оперативные сообщения, предоставляемые УК. Для диспетчера предусмотрен специальный пользовательский интерфейс в УК. Пример окна пользовательского интерфейса менеджера проектов приведен на рис. 1.
Руководитель группы при организации ее работы опирается дерево задач, формируемое диспетчером проектов. Для руководителя группы в УК также предусмотрен специальный интерфейс, пример окна которого представлен на рис. 2.
Рис. 1. Пример окна пользовательского интерфейса менеджера проектов
Рабочий интерфейс группы 8: Формирование информационного графа исследуемой части ОУ
Файл Дерево заданий Справка
Обновить / Учитывать приоритеты
Приступить к выполнению задания Завершить задание
Прое!
Формирование сигнальных графов всех возможных каналов воздействий
Дере!
Прое
Форі1
ВОЗІЇ!
Проект 2 й
(номеров передаточных функций технологических элементов)
ормирование матрицы связи параметров
Проект 1
Плановые сроки Дата начала Дата конца
03. 02. 2012 Й| (07. 01. 2012 й|
Фактические сроки Дата начала 28. 01. 2012 ®
Завершено
П7Т Январь 2012 ТТЛ
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс 1
2 3 5 Е 7 1 8
9 10 11 ш 13 14 15
16 17 18 19 20 21 22
23 24 25 26 27 26 29
30 31
Рис. 2. Окно пользовательского интерфейса руководителя группы
3) Разработчик — инженер-проектировщик в составе професси-онально-ориентированной группы, который использует средства проектирования, доступные ему в зависимости от специализации группы, в которой он работает. Разработчик не взаимодействует с УК напрямую (в УК для него не предусмотрен специальный интерфейс).
В целом к основным задачам, решаемым управляющим комплексом (УК) САПР СУ ТО, можно отнести следующие:
1) хранение и отображение в удобном виде информации о ходе разработки проектов, сроках (плановых и фактических) выполнения отдельных этапов и проектов в целом и количестве задействованных ресурсов-
2) генерирование рекомендаций диспетчеру проектов по построению деревьев задач для рабочих групп с использованием специально разрабатываемых алгоритмов поддержки принятия решений-
3) генерирование рекомендаций диспетчеру
по оперативному управлению проектами в зависимости от текущего состояния хода выполнения проектных работ-
4) обеспечение контроля версий рабочих данных — архивация данных на каждой стадии работы групп разработчиков, хранение и восстановление архивных копий, в случае необходимости — возврат на предыдущие стадии выполнения работ-
5) предоставление разработчикам доступа к данным и средствам проектирования, в зависимости от профессиональной ориентации группы-
6) эффективное распределение проектных ресурсов, уменьшение времени простоя разработчиков-
7) формирование отчетов о ходе выполнения проектов с указанием фактических и плановых сроков, количества задействованных разработчиков, динамики проектирования и другой информации. Пример окна отчета о динамике проектирования приведен на рис. 3.
Отчет о динамике выполнения проекта & quot-Проект-1"-
Ход выполнения проекта Сентябрь Октябрь
1 7 14 21 28 31 і 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Этап 1
Этап 2
Этап 3
Этап 4
Этап 5
Этап 6
ГГ7 Май 2012 ТТЛ
Пн Вт Ср Чт Пт Сб Вс
1 2 3 4 5 6
7 8 І I 10 11 12 13
14 15 16 17 18 18 20
21 22 23 24 25 26 27
28 28 30 31
Рис. 3. Отчет о динамике выполнения Проекта 1
Среди задач, решаемых УК САПР СУ ТО, необходимо обратить внимание на две группы: Группа 1 — охватывает задачи, направленные на повышение эффективности работы коллектива (см. выше п. 1, 2, 6, 8) — Группа 2 — охватывает задачи по поддержке принятия решений по управлению выполнением разрабатываемых проектов (п. 3, 4, 7).
Благодаря особенностям выбранного способа организации процесса проектирования, решение задач Группы 1 не вызывает затруднений. Используемая концепция организации технологического процесса и труда проектировщиков предполагает: 1) коллективную работу в специализированных группах, решающих определенный набор задач- 2) параллельное выполнение этапов проектирования, не связанных между собой- 3) наличие в САПР СУ ТО большого числа одновременно разрабатываемых проектов разной сложности. Решение задач Группы 1 заложено в самой концепции САПР и сводится к программированию известных алгоритмов.
В соответствии с принятой стратегией управления диспетчер проектов в САПР СУ ТО решает две взаимосвязанные задачи.
Задача 1. Проведение анализа всей поступающей в процессе проектирования информации о выполняемых в рамках САПР работах и выявление проблем, основными из которых могут явиться: 1) невыполнение планового графика работ- 2) срыв конечных сроков завершения этапа (проекта) — необходима корректировка плана проектирования- 3) выявлены ошибки в планировании очередей выполнения работ-
4) найдены ошибки в дереве заданий для одной из рабочих групп — необходимость перестроения дерева заданий- 5) недостаточность ресурсов — необходима корректировка исходного плана проектирования- 6) выявлена ошибка проектирования на одном из этапов, требующая возврата к ранее выполненным этапам- 7) проект, включенный в разработку, не поставлен в-
8) выявлен непредвиденный простой разработчиков- 9) выявлено завышенное потребление ресурсов- 10) выявлены ошибка в расчетных сроках завершения этапов- 11) найдена возможность улучшения качества диспетчирования.
Диспетчер проектов в данном случае является экспертом, который должен принять решение для достижения наилучших результатов или устранения отклонения от поставленных
целей. Анализ и выявление проблем осуществляются диспетчером на основе логики, профессиональных навыков, опыта, квалификации, интуиции.
Задача 2. Эта задача включает процедуры принятия решений (с учетом выдаваемых УК рекомендаций), направленных на устранение возникающих проблем. Если решений несколько, то возникает задача выбора из нескольких альтернатив наилучшей из них. В повседневной работе диспетчер сталкивается с часто повторяющимися видами проблем и решений, поэтому их эффективность является в большей мере результатом накопленного опыта, интуиции и творческих навыков. Исходной информацией для поиска и принятия решений являются данные, поступающие от руководителей рабочих групп, взаимодействующих с интерфейсами УК, в режиме реального времени. Генерация альтернативных вариантов решений по диспетчированию и построению дерева заданий для рабочих групп происходит на основе анализа множества факторов, часть из которых может быть ранжирована. В качестве неран-жируемых факторов целесообразно использовать следующие данные: 1) наличие исходных данных (0 — отсутствие, 1 — наличие) — 2) занятость отдельных специализированных групп (0 — отсутствие, 1 — наличие) — 3) наличие достаточных вычислительных ресурсов (0 — отсутствие, 1 — наличие).
Для формирования рекомендаций по управлению проектами, выдаваемых УК, используются следующие ранжируемые факторы: 1) приоритет проекта, над которым ведется работа-
2) сроки планируемого начала и конца работы над этапом (проектом) — 3) трудоемкость выполнения этапа (проекта в целом) — 4) эффективность использования принятых ранее решений по возникшей проблеме (отношение количества принятых к исполнению решений к общему числу сгенерированных УК решений по данной проблеме). Факторы 1−3 задаются при добавлении нового проекта в САПР и могут меняться в ходе работы над проектом.
Число ранжируемых факторов может быть изменено в зависимости от класса решаемых в рамках САПР СУ ТО задач. Ранжируемым факторам присваиваются соответствующие весовые коэффициенты, указывающие на их значимость. При анализе факторов в процессе генерации альтернативных вариантов решений устанавливается жесткая очередность их рас-
смотрения. В начале анализируются неранжи-руемые факторы, являющиеся группой жестких ограничений. Значение хотя бы одного их этих факторов равное «0» (нулю) означает невозможность выполнения проектных работ на данный момент времени. В таком случае анализ ранжируемых факторов не имеет смысла. На основе оценки ранжируемых факторов УК строит деревья заданий для различных групп разработчиков и представляет их диспетчеру для принятия окончательных решений.
Оценка трудоемкости этапов при планировании процесса проектирования осуществляется на стадии включения нового проекта в САПР на основе укрупненного анализа технологических схем и накопленных данных о среднестатистических временных характеристиках выполнения отдельных работ в процессе проектирования СУ ТО. Получаемые оценки являются исходными данными для расчета плановых сроков выполнения отдельных этапов проектирования.
Объем необходимых для проектирования ресурсов рассчитывается индивидуально для различных групп этапов. При этом выделяется три вида ресурсов:
1) Разработчик (рабочее место). Технологический процесс проектирования предусматривает этапы, которые могут быть реализованы только при совместной работе двух и более разработчиков. Число разработчиков (рабочих мест) определяется перед началом соответствующего этапа и может меняться в процессе проектирования.
2) Вычислительные ресурсы (процессорное время, память). Так как в основу архитектуры САПР СУ ТО положена гибридная концепция [1], возможны ситуации, при которых необходимо распределение вычислительных ресурсов (локальных и облачных). В этом случае важной становится проблема первоначального установления регламентных норм на использование имеющихся вычислительных ресурсов и эффективного и оперативного их перераспределения в процессе проектирования.
3) Данные. Необходимым ресурсом для выполнения каждого этапа проектирования являются соответствующие исходные данные, часть из которых формируется на предшествующей ему и связанной с ним стадии проектирования. Возможны случаи нехватки данных для начала выполнения работ, что приводит к прерыванию процесса проектирования. Тогда,
как правило, решается задача корректировки графика проектирования с перераспределением очередности выполнения работ по оставшимся для проектирования объектам.
Проведенный анализ основных особенностей проектирования СУ сложными ТО показал, что поддержка принятия решений, реализуемая УК САПР СУ ТО, представляет собой задачу ситуационного управления [4]. В соответствии с этим подходом УК генерирует рекомендации (альтернативы) по управлению процессом проектирования на основе комбинированных (эвристических и дедуктивных) алгоритмов, принципы работы которых описаны в работах [5, 6]. Данные алгоритмы обеспечивают высокую скорость и достаточную эффективность принимаемых решений.
Ситуационное управление является развитием регламентных методов, основанных на использовании известных приемов решения для известных условий задач. Одной из задач ситуационного управления является разработка набора правил типа: «класс ситуаций ^ решение по управлению», которые в системах искусственного интеллекта называются продукциями. Ситуации на управляемом объекте, требующие одинаковых управленческих решений, сводятся в один класс. В результате создается некий классификатор. Для прогнозирования результатов принятого в данной ситуации решения в системе реализуется «Имитатор», с помощью которого осуществляется выбор наилучшего решения. Общая структура системы ситуационного управления показана на рис. 4.
Описания классов ситуаций вместе с соответствующими решениями и параметрами хранятся в хранилище данных. При отсутствии класса для текущей ситуации в подсистеме получения управляющих воздействий, подбирается приемлемое решение для новой ситуации и проверяются возможные решения с помощью «Имитатора ситуаций». Удачное решение заносится в «Классификатор».
В процессе предварительных исследований был сделан вывод о возможности реализации в рамках УК САПР СУ ТО процедуры генерации альтернативных вариантов решений по устранению выявленной проблемы с использованием методов: 1) анализа шансов и рисков [7]-
2) оценки по системе балов [7, 8]. Практическая реализация оценки шансов и рисков при создании специального программного обеспечения УК осуществлялась с использованием резуль-
татов предварительно проведенных экспертами исследований всех видов (классов) ситуаций, требующих управляющих решений с целью
создания для каждого принимаемого для рассмотрения решения набора оценок: для шансов от 0 до 10, для рисков — от 0 до 1.
Рис. 4. Структура системы ситуационного управления
В порядке заключения отметим, что экспериментальные исследования предложенного подхода к построению УК САПР СУ сложными ТО подтвердили его эффективность при практической реализации в процессе структурного синтеза САР параметров ряда ТО.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Айрапетов, Д. А. Исследование и выбор концепции распределения и использования ресурсов проектирования для САПР систем управления сложными технологическими объектами / Д. А. Айрапетов // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 7(94) / ВолгГТУ. — Волгоград, 2012. — (Серия «Актуальные проблемы реформирования российской экономики (теория, практика, перспектива)» — вып. 13). — С. 196−204.
2. Арунянц, Г. Г. Проектирование систем управления сложными технологическими производствами как объект системного анализа / Г. Г. Арунянц, Д. А. Айрапетов // «Балтийский финансовый журнал», № 1 (5), Калинин-град: -БИЭФ-2011. — С. 137−147.
3. Арунянц, Г. Г. Методологические аспекты оптимального проектирования систем управления сложными технологическими объектами с использованием эволюционной стратегии синтеза / Г. Г. Арунянц, Д. А. Айрапетов // Известия ВолгГТУ: межвуз. сб. науч. ст. № 14(87) / ВолгГТУ. — Волгоград, 2012. — (Серия «Актуальные проблемы реформирования российской экономики (теория, практика, перспектива)» — вып. 12). — С. 177−189.
4. Тихонов, А. Н. Методы и системы поддержки принятия решений / А. Н. Тихонов, В. Я. Цветков. — М.: МАКС ПРЕСС, 2001. — 312 с.
5. Орлов, А. И. Теория принятия решений: учеб. пособие / А. И. Орлов — М.: Издательство «Экзамен», 2005. -656 с.
6. Аверин, А. И. Исследование и разработка алгоритмов параллельного дедуктивного вывода на графовых структурах. Автореф. докт. дисс. — М.: МЭИ, 2004.
7. Шапкин, А. С. Теория риска и моделирование рисковых ситуаций: учебник / А. С. Шапкин. В. А. Шапкин. -М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и Ко», 2005. — 880 с.
8. Розен, В. В. Математические модели принятия решений в экономике / В. В. Розен. — М: Издательство: «Высшая школа», 2002. — 288 с.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой