Методология анализа и контроля реконфигурируемых транспортных систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

[Введите текст]

Статья по теме:

Методология анализа и контроля реконфигурируемых транспортных систем

С.А. Никищенков, Самарская государственная академия путей сообщения

Исследование стратегий и реконфигураций транспортных систем (ТС) необходимо при решении проблемы создания средств эффективного контроля и диагностирования ТС в процессе их жизнедеятельности [1,2]. Актуальность задачи контроля определена тенденцией роста сложности ТС вследствие стремления к высоким показателям производительности, многофункциональности и качества [3,4]. Справедливо утверждение, что стратегия развития средств обнаружения и идентификации дефектов в работе ТС, предотвращения и ликвидации их последствий должна соответствовать технико-экономическим стратегиям пользователя и собственника ТС. Именно позиция диагноста, рассматривающего ТС как объект, функционирующий на всех этапах жизненного цикла в условиях отказов, сбоев, ошибок, внешних нарушающих воздействий и непредвиденных обстоятельств, дает возможность создать системы с повышенными характеристиками живучести и качества [1,3].

Рассматриваемые ниже свойства присущи достаточно широкому классу автоматизированных ТС, для которых:

заданная технология и процесс ее выполнения могут быть описаны совокупностью операций в базисе «действия - условия»,

ТС имеет взаимозаменяемые параллельно работающие ресурсы (подсистемы),

в жизненном цикле ТС применяются различные стратегии и методы управления.

В современной теории производства широко используется подход, базирующийся на использовании категорий «технология» и «ресурсы» в качестве описания средств для достижения целей производства, а также способов планирования и диспетчеризации процесса. В теории алгоритмов и в области проектирования и анализа алгоритмических систем известен методологический принцип, основанный на представлении их как триады «алгоритм - структура - процесс» [5].

Разработанная методология описания и анализа ТС основана на их представлении в виде 5 взаимодействующих компонент - стратегии C, структуры S, информационно-материального базиса M, метода управления A и процесса P (рис. 1). Методология позволяет системно описывать и анализировать параллельные алгоритмические и неалгоритмические системы в задачах их проектирования, анализа и преобразования, а также эффективно моделировать и исследовать широкий класс человеко-машинных, организационно-технических и производственно-технологических систем в изменяющихся условиях в качестве объекта функционального диагностирования. Методология дает расширенную классификацию ТС, опираясь на понятие «стратегия», под которой понимается стремление субъектов управления системой к достижению и обеспечению экономических, тактических и технических целей.

В рамках методологии естественным образом определяется реконфигурация ТС как факт пространственно-временного перераспределения, (распараллеливания) операций в процессе работы в результате применения новой стратегии или метода управления при сохранении технологии в целом. При этом могут быть использованы результаты теории параллельных вычислительных систем и схематологии [4].

Примерами из множества теоретических и научно-прикладных задач, эффективность решения которых возрастает за счет данной методологии, могут являться такие, как минимизация и сбалансированность ресурсов ТС, оценка производительности, надежности и показателей качества, способы распознавания эквивалентности алгоритмов и процессов, организация систем контроля и диагностики и другие.

Под стратегией жизнедеятельности будем понимать стремление субъектов управления ТС к достижению и обеспечению технико-экономических целей, обусловленных теми или иными внутренними или внешними факторами, а также их сочетаниями. К числу типовых применяемых в ТС стратегий можно отнести:

а) экономические стратегии - а1) максимальная производительность системы, а2) загрузка соответственно плану, а3) загрузка соответственно фактических потребностей, а4) минимальная производительность (выживание), а5) равномерная загрузка с заданным уровнем производительности;

б) технические стратегии - б1) привязка проекта к реальным условиям, б2) опытный пуск и испытания, б3) оптимизация технологического цикла, б4) диспетчеризация по производственно-техническим условиям, б5) изменение в составе и функциях ресурсов (отказ, деградация, расширение, сужение, замена).

Теоретически смена стратегии в ТС с одной на другую допустима в произвольном порядке и в любой момент времени. Практически характер, взаимосвязь и временные параметры процессов при изменениях стратегий жизнедеятельности зависят от множества факторов реальной ТС - степени ответственности, наличия функций отказоустойчивости и перестраиваемости, решений руководства и т.д. При смене субъекта управления стратегии ТС также могут измениться, что подтверждается практикой хозяйствования в условиях реформирования железнодорожной отрасли.

Примерами чередования стратегий в реальных ТС могут быть следующие: б1 б2 а4 а3 б4 а2 б5 …; … а5 б4 б5 а1 а3 а1 а3 …; …б5 а2 а4 а5 б3 …, при этом возможны одновременные смены экономических и технических стратегий.

Стратегии ТС обеспечиваются применением методов управления пространственно-временным распределением операций по ресурсам и обменом результатами между ними. С точки зрения различий ТС по алгоритмическим признакам возможна классификация методов управления, приведенная на рис.2.

Принимая во внимание такие вопросы, как многофункциональность и специализация, адаптация и перестраиваемость, отказоустойчивость и многоверсионность, внутренний параллелизм технологии и динамическое распределение ресурсов - т.е. свойства и способы обеспечения функционирования ТС в условиях изменения стратегий, рассмотрим понятие конфигурации ТС и соответственно класс реконфигурируемых ТС (РТС) [1-3,6]. При этом исходным уровнем рассмотрения РТС целесообразно использовать уровень базовых технологических операций, поскольку именно на нем проявляются и логическая обусловленность процесса, и последствия перехода к новой стратегии жизнедеятельности, и дефекты в функционировании системы.

Под конфигурацией ТС будем понимать распределение операций процесса, соответствующего принятой технологии, в структуре с параллельно работающими взаимодействующими ресурсами, и во времени, обеспечивающее преобразование исходных информационно-материальных носителей в результат. Тогда реконфигурацию можно определить как факт перехода ТС от одной конфигурации к другой, т.е. структурно-временное перераспределение операций в параллельном потоке операций, вызванное применением новой стратегии, тактики, метода управления, степени распараллеливания алгоритма или порядка следования операций. К причинам реконфигурации относятся также асинхронность и конвейеризация выполнения операций, являющиеся характерными свойствами ТС.

В качестве примера приведем на рис.3 схему зависимостей операций в РТС и пространственно-временную диаграмму процесса при ее деградации (отказе одной из 4-х подсистем и перераспределении работы).

Методология позволяет покомпонентно и взаимосвязанно анализировать дефекты в системе и определять диагностический инвариант в зависимости от ее типа. Обобщенные условия правильного функционирования ТС могут быть представлены путем интерпретации фундаментальных свойств алгоритмических систем в виде требований к процессам в ТС в табл.1. Соответственно невыполнение этих условий (т.е. исключение из правил) задает достаточно полный список признаков дефектов [1,2].

Теоретический и фактический анализ процессов в РТС на уровне потока операций позволяет сделать вывод о целесообразности применения применении для целей контроля РТС информационно-логических схем процессов, соответствующих максимально-параллельной (или оптимально-параллельной) форме описания транспортной технологии [1,6].

транспортный система дефект контроль

Таблица 1 - Условия правильного функционирования и признаки дефектов на системном уровне

Литература

1. Никищенков С.А. Функциональное диагностирование реконфигурируемых информационно-управляющих систем на макроуровне // «Информационные технологии на железнодорожном транспорте (Инфотранс-2002)»: Тез. докл. 7-й междунар.науч.-практ.конф. СПб: ПГУПС, 2002.

2. Харченко В.С. Модели и алгоритмы реконфигурации отказоустойчивых систем с адаптивной многоярусной мажоритарно-резервированной структурой // Автоматика и телемаханика. 2000, №12.

3. Проблемы функционального диагностирования реконфигурируемых систем управления // Исследования и разработки ресурсосберегающих технологий на железнодорожном транспорте: Межвуз. сб. научн. тр. Вып.23. Самара: СамГАПС, 2002.

4. Игнатущенко В.В. Организация структур управляющих многопроцессорных вычислительных систем. М.: Энергатомиздат, 1984.

5. Барашенков В.В. Интерпретация операторных схем алгоритмов. Л.: Изд-во ЛЭТИ, 1978.

6. Никищенков С.А. Принципы функционального диагностирования управляющих систем по информационно-логическим схемам процессов. М.: ВНТИЦ, 2001г. №73200100204.

Размещено на Allbest.ru