Винницкий национальный технический университет Кафедра компьютерных систем управления

Винницкий национальный технический университет Кафедра компьютерных систем управления ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ КООРДИНАЦИИ РЕШЕНИЙ ЛОКАЛЬНЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ В ПАРАЛЛЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Специальность 05. 13. 06 – Информационные технологии Байас Сампедро Марсия Марисоль Научный руководитель: д. т. н. проф. Дубовой В. М.

Постановка задачи Целью диссертационной работы является повышение эффективности параллельных технологических процессов с общим ресурсом на основе информационной технологии координации решений локальных систем управления. Объектом исследования являются процессы принятия решений в распределенных системах управления с локальными подсистемами. Предметом исследования является информационная технология координации решений локальных систем управления. 2

Постановка задачи Основные задачи анализ существующих систем и технологий координации решений; разработка модели распределенной системы управления в параллельных технологических процессах; усовершенствование метода координации решений локальных систем управления; развитие метода оценки неопределенности и риска принятия решений в системе координационного управления; разработка процедур и алгоритмов координации на основе эвристических методов; практическая реализация и применение информационной технологии координации решений. 3

Постановка задач исследования Рисунок 1 - Схема системы координации технологических линий молокозавода 4 Технологически объекты могут функционировать независимо друг от друга, иметь различные цели и ограничения, различные параметры производительности и эффективности, что часто приводит к многочисленным проблемам и порождает высокую степень неопределенности принятии управленческих решений. В связи с этим проблема координации решений при управлении производственными системами, состоящими из взаимосвязанных технологических объектов является актуальной. Особенно актуальной в последнее время стала задача координации решений подсистем. В частности, в этой работе былa решено задача координации, предусматривающая совместное использование одного ресурса несколькими параллельными технологическими линиями с одновременной синхронизацией работы этих линий, что и обуславливает актуальность диссертационной работы.

Постановка задач исследования Рисунок 2 - Классификация методов координации 5

6 Модель распределенного технологического процесса с координационным управлением параллельными подпроцессами Взаимосвязь параллельных подпроцессов Связь между подпроцессами может осуществляться: через использование общих ресурсов; (1) вследствие того, что продукты одних подпроцессов являются ресурсами других; (2) Рисунок 3 - Ресурсная взаимосвязь подпроцессов

7 Модель распределенного технологического процесса с координационным управлением параллельными подпроцессами Взаимосвязь параллельных подпроцессов вследствие временной зависимости между подпроцессами Рисунок 4 – Параллельные подпроцессы с временной взаимосвязью Возникает в случае, когда один подпроцесс использует продукты другого, а также, когда продукты нескольких подпроцессов должны в определенной последовательности поступить в качестве ресурсов на вход следующего подпроцесса. Такая взаимосвязь выражается системой неравенств 3: (3)

8 Модель распределенного технологического процесса с координационным управлением параллельными подпроцессами Производственная функция Параллельные технологические процессы, между которыми взаимодействия описываются производственной функцией, ; имеются (4) которая зависит от распределёния синхронизации операций. ресурсов, качества ресурсов и а) б) Рисунок 5 - Зависимость качества и количества M продукта от качества сырья и количества сырья X

9 Модель распределенного технологического процесса с координационным управлением параллельными подпроцессами Формальная модель (5)

Метод координации решений локальных систем управления в параллельных технологических процессах 10 Критерий координации (6) Затраты C зависят от затрат на функционирование операции в режиме ожидания в единицу времени Сож, затраты на ускорение той операции, которая задерживает процесс Суск, затраты на замедление той операции, которая всех обгоняет Сзам, т. е. затраты на синхронизацию и потери от ее отсутствия (7): (7) Стоимость продукта i– ой ожидающей операции характеризуется функцией потерь качества (8)

Метод координации решений локальных систем управления в параллельных технологических процессах 11 Критерий координации (9) (10) (11) (12)

Метод координации решений локальных систем управления в параллельных технологических процессах Выбор структуры системы управления Структура основана на декомпозиции и кластеризации задач. Задачи сгруппированы с учетом стоимости обмена информацией, который выражается в уравнении 13 (13) Общее количество связей дается в уравнении 14. (14) 12

Метод координации решений локальных систем управления в параллельных технологических процессах Выбор структуры системы управления Рисунок 6 - Процесс кластеризации задач управления (15) (16) 13

Метод координации решений локальных систем управления в параллельных технологических процессах Качественный характер влияния количества задач ЛСУ на стоимость выполнения подпроцесса Рисунок 7 14

Метод координации решений локальных систем управления в параллельных технологических процессах Условия параллельной работы подпроцессов Координация может быть достигнута путем изменения количества ресурса (сырья) и изменения производительности линий. (17) С помощью введения координационных переменных αi для накопителя и λi для производительности, уравнение (17) можно переписать в параметрической форме (18). Таким образом, задача координации сводится к нахождению вектора , который удовлетворяет условиям: (18) 15

Метод оценки неопределенности и риска принятия решений в системе координационного управления 16 Оценка устойчивость алгоритма Поиск управляющего воздействия координатора является оптимизационным процессом. Существует несколько подходов к построению алгоритмов нахождения оптимального координирующего воздействия 1) 2) 3) 4) аналитическый метод поисковый неитерационный метод аналитический итерационный метод поисковый итерационный метод (19)

Метод оценки неопределенности и риска принятия решений в системе координационного управления 17 Оценка неопределенности критерия координации при использовании аналитического метода (20) (21) где Рисунок 8 – Оценка неопределенности координирующего воздействия Таким образом, неопределенность критерия координации: (22)

Метод оценки неопределенности и риска принятия решений в системе координационного управления 18 Оценка неопределенности критерия координации при случайном поиске На каждом шаге происходит сравнение критерия координации вектора управляющих воздействий (U) с наилучшим имеющемся результатом. Следовательно, оптимального U определяться достоверностью результата сравнения. Условием сравнения являться выполнение неравенства (23) , уравнение (24) характеризует неопределенность результата координации методом случайного поиска. (24)

Метод оценки неопределенности и риска принятия решений в системе координационного управления Схема метода оценки неопределенности координации Рисунок 9 19

Практическая реализация и применение информационной технологии координации решений Структура программного обеспечения Рисунок 10 20

Практическая реализация информационной технологии 21 B A Б Г Рисунок 12 - Рабочее окно при оптимизация параметров координации генетическим алгоритмом Рисунок 11 - Основные окна компьютерной программы

Практическая реализация информационной технологии Рисунок 13 - Интерфейс конечного пользователя 22

Практическая реализация информационной технологии 23 Результаты позволяют утверждать, что применение предлагаемого программного обеспечения координации оказывает существенное влияние на результаты производства во всех технических параметрах проведенного исследования. Таким образом, в случае случайного поиска общая сумма времени простоя была уменьшена на 46%, при увеличении предложенного критерия эффективности в 5. 4% и 46. 7% уменьшения времени простоя и 7. 49% увеличения критерия эффективности в случае генетического алгоритма по сравнению со случаем работы систем без координации.

Научная новизна полученных результатов Впервые разработана модель распределенного технологического процесса с координационным управлением параллельными подпроцессами, отличающаяся учетом ресурсной и временной взаимосвязи подпроцессов с использованием экспертных оценок, статистических данных и результатов измерений, что позволяет сформулировать критерий координационного управления в условиях комбинированной неопределенности; Усовершенствован метод координации решений локальных систем управления в параллельных технологических процессах, отличающийся совместной координацией распределения ресурсов и синхронизацией процессов, что позволяет снизить риск решений; Получил последующее развитие метод оценки неопределенности и риска принятия решений в системе координационного управления, отличающийся совместным использованием экспертных оценок, статистических данных и результатов измерений со случайными погрешностями, что позволяет решать задачу координации в условиях комбинированной неопределенности. 24

Практическое значение полученных результатов Разработана информационная технология координации решений локальных систем управления параллельными технологическими процессами. Разработанная информационная технология будет способствовать повышению эффективности функционирования таких систем. На основе результатов теоретических исследований разработаны: – алгоритм кластеризации задач управления; – алгоритм распределения ресурсов и синхронизации параллельных технологических процессов; – структура, основные компоненты и программное обеспечение информационной технологии координации решений. – усовершенствованная методика случайного поиска обеспечивает сокращение времени принятия решений и, таким образом, позволяет сократить время простоя. 25

Практическое значение полученных результатов Результаты исследования были внедрены на предприятии «Люстдорф» для усовершенствования управления процессами переработки молока на основе применения предложенной информационной технологии координации решений локальных систем управления (акт внедрения от 16. 12. 2014 г. ): метод координации решений локальных систем управления; метод оценки риска принятия решений; алгоритм координационного управления распределением ресурсов и синхронизацией технологических линий. Результаты исследования были использованы также в учебном процессе Винницкого национального технического университета (ВНТУ) в лекциях и практических занятиях по курсу «Методы управления в комплексных разветвленных системах и сетях» , в разделе «Методы координационного управления» (акт внедрения от 14. 04. 2015 г. ). 26

Публикации По теме диссертации опубликовано 17 работ, в том числе 4 статей опубликовано в профессиональных изданиях, утвержденных ВАК Украины, 2 статьи опубликованы в международных журналах, индексируемых в Scopus, 8 работ опубликовано в сборниках материалов конференций, 1 глава из монографии, получено 2 свидетельства о регистрации авторского права на произведение. 27

Спасибо за внимание!