CC BY
23
КРАТКИЕ СООБЩЕНИЯ
УДК 519.8
DOI: 10.17586/0021-3454-2019-62-6-585-588
ДИНАМИЧЕСКИЙ ПОДХОД К ПЛАНИРОВАНИЮ МОДЕРНИЗАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ ОБЪЕКТАМИ
В. В. Захаров, В. А. Ушаков
Санкт-Петербургский институт информатики и автоматизации Российской академии наук,
199178, Санкт-Петербург, Россия E-mail: [email protected]
Предложен подход, позволяющий с позиций единого полимодельного логико-динамического описания одновременно решить проблемы синтеза технологии, а также модернизации и функционирования автоматизированных систем управления производственными объектами. Содержательно описано разработанное модельное алгоритмическое обеспечение, предназначенное для решения указанных задач.
Ключевые слова: комплексное планирование, киберфизические системы, промышленный интернет вещей, обслуживание, логико-динамические модели
В настоящее время создание и развитие сложных организационно-технических объектов, к которым относятся и производственные объекты (ПрО), представляет собой многоуровневый многоэтапный управленческий процесс, характеризующийся значительными капиталовложениями, длительным сроком внедрения и реализации, а также существенной неопределённостью, связанной с возможными изменениями как целей проектирования и применения, так и воздействий различного рода возмущений внешней среды на ПрО и соответствующую автоматизированную систему управления (АСУ) им на различных этапах жизненного цикла, имеющих как объективный, так и субъективный характер. Важнейшим для развития ПрО является этап модернизации, на котором производится эволюционная замена морально и физически устаревших аппаратно-программных средств. При этом переход от „старого" (существующего) варианта ПрО и его АСУ к „новому" (модернизированному) не может быть выполнен мгновенно. Это на практике приводит к тому, что на достаточно длительном интервале времени (периоде модернизации АСУ ПрО) происходит совместная эксплуатация элементов и подсистем „старой" и „новой" АСУ ПрО. Однако в этих условиях показатели качества и эффективности целевых процессов, определяемых предназначением ПрО и поддерживаемых (оптимизируемых) АСУ ПрО, не должны ухудшаться.
Таким образом, всякое изменение и развитие той или иной подсистемы (структуры) АСУ ПрО объективно осуществляется одновременно с решением оперативных задач, стоящих перед соответствующей ПрО. Поэтому возникает необходимость совместной постановки и решения следующих задач комплексного планирования и управления модернизации и функционирования АСУ ПрО. Необходимо сформировать конечный облик соответствующих модернизируемых АСУ ПрО (выполнить структурно-функциональный синтез), определить
586
В. В. Захаров, В. А. Ушаков
сроки, к которым должна завершится указанная модернизация, определить технологии модернизации АСУ ПрО (в рамках которой на каком-то интервале времени будут одновременно функционировать элементы и подсистемы „старой" и „новой" АСУ ПрО, чтобы обеспечить устойчивость функционирования соответствующих целевых (бизнес) процессов), определить программу перехода от „старой" и „новой" АСУ ПрО, сформировать программы перепланирования либо коррекции исходной программы модернизации АСУ ПрО, если появятся непредусмотренные возмущающие воздействия [3, 4].
Проведена формальная постановка задачи планирования модернизации и функционирования АСУ ПрО, которая благодаря предложенной логико-динамической интерпретации сведена к задаче однокритериальной оптимизации программного управления сложной динамической системой на иерархической аналитико-имитационной модели большой размерности [3]. Предложена неформальная декомпозиция данной задачи, основанная на построении совокупности аналитических моделей, отражающих различные стороны функционирования АСУ ПрО и имеющих приемлемую размерность, а также последующем итерационном согласовании указанных аналитических моделей по принципу Парето и проведения имитационных экспериментов с получаемыми паретовскими альтернативами (в качестве которых выбраны программы модернизации и функционирования подсистем АСУ ПрО) с целью поиска такой альтернативы (скоординированной программы управления АСУ ПрО), которая обеспечивает экстремум исходного показателя эффективности системы. В ходе проведенных исследований также предложены оригинальные алгоритмы параметрической адаптации моделей планирования модернизации и оценивания возможностей АСУ ПрО. В качестве параметров адаптации выбраны компоненты вектора сопряженной системы уравнений [3].
Для постановки задачи использована гипотеза о том, что экстремум по исходному (глобальному внешнему) показателю эффективности (ПЭ) достигается в одной из точек множества Парето, определяемых при оптимизации по частным ПЭ, выявленным в результате неформальной декомпозиции. В частности, эта гипотеза выполняется во всех случаях, когда имеет место такая монотонная зависимость, при которой значения внешнего ПЭ не убывают, если не убывают значения частных ПЭ. Свойство монотонности в случае задания всех функций в аналитическом виде может быть установлено (применительно к каждой конкретной предметной области) в результате исследования. Однако во многих случаях на практике внешний ПЭ не может быть представлен через частные ПЭ в аналитическом виде и его значения могут быть определены лишь посредством имитационных экспериментов. В этих случаях монотонность может быть установлена на основе определенных „физических свойств" моделируемой системы.
Следует отметить, что в современных условиях назрела острая необходимость разработки методологических и методических основ теории проактивного управления развитием АСУ ПрО. К числу главных научных проблем, которые приходится преодолевать в этом случае, относятся большая размерность, нестационарность и факторы нелинейности используемых моделей, необходимость учета многокритериальности при синтезе облика АСУ ПрО и неопределенности сценариев возмущающих воздействий со стороны внешней среды, особенности организации межмодельного согласования при анализе и синтезе структур АСУ. В статье предложен возможный подход к преодолению перечисленных проблем, основанный на оригинальном динамическом декомпозиционно-агрегативном описании рассматриваемой предметной области.
Исследования, выполненные по данной тематике, проводились в рамках госбюжетной темы 0073-2019-0004.
Динамический подход к планированию модернизации АСУ
587
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Tetsuo Tomiyama, Florian Moyen. Resilient architecture for cyber-physical production systems // CIRP Annals — Manufacturing Technology. 2018. P. 161—164.
2. Mrugalska B., Zasada B., Wyrwicka M. K. Preventive Approach to Machinery and Equipment Maintenance in Manufacturing Companies // Advances in manufacturing, Production Management and Process Control. 2019. Vol. 793. P. 540—548.
3. Охтилев М. Ю., Соколов Б. В., Юсупов Р. М. Интеллектуальные технологии мониторинга и управления структурной динамикой сложных технических объектов. М.: Наука, 2006. 410 с.
4. Потрясаев С. А. Математическое и программное обеспечение синтеза технологий и планов работы киберфизических систем // Изв. вузов. Приборостроение. 2018. Т. 61, № 11. С. 939—946.
5. Correa F. R. Cyber-physical systems for construction industry // 2018 IEEE Industrial Cyber-Physical Systems (ICPS). St. Petersburg, 2018. P. 392—397.
Сведения об авторах
Валерий Вячеславович Захаров — СПИИРАН, лаборатория информационных технологий в системном
анализе и моделировании; младший научный сотрудник; E-mail: [email protected]
Виталий Анатольевич Ушаков — аспирант; СПИИРАН, лаборатория информационных технологий в системном анализе и моделировании; E-mail: [email protected]
Поступила в редакцию 13.05.19 г.
Ссылка для цитирования: Захаров В. В., Ушаков В. А. Динамический подход к планированию модернизации
автоматизированных систем управления производственными объектами // Изв. вузов. Приборостроение. 2019.
Т. 62, № 6. С. 585—588.
DYNAMIC APPROACH TO PLANNING THE MODERNIZATION OF AUTOMATED CONTROL SYSTEMS OF PRODUCTION FACILITIES
V. V. Zakharov, V. A. Ushakov
St. Petersburg Institute for Informatics and Automation of the RAS, 199178, St. Petersburg, Russia E-mail: [email protected]
An approach to the problems of technology synthesis is proposed. The approach allows, from the standpoint of a single multi-model logical-dynamic description, to solve the technology synthesis problems simultaneously with the problems of planning modernization and operation of automated system of production objects control. A comprehensive description of model algorithms developed for solving these problems, is presented.
Keywords: complex planning, cyber-physical systems, industrial Internet of things, maintenance, logical-dynamic models
REFERENCES
1. Tetsuo Tomiyama, Florioan Moyen. CIRP Annals - Manufacturing Technology, 2018, рp. 161-164.
2. Mrugalska B., Zasada B., Wyrwicka M. K. Advances in manufacturing, Production Management and Process Control, 2019, vol. 793, рp. 540-548.
3. Okhtilev M.Yu., Sokolov B.V., Yusupov R.M. Intellektual'nyye tekhnologii monitoringa i upravleniya strukturnoy dinamikoy slozhnykh tekhnicheskikh ob"yektov (Intellectual Technologies for Monitoring and Managing the Structural Dynamics of Complex Technical Objects), Moscow, 2006, 410 р. (in Russ.)
4. Potryasayev S.A. Journal of Instrument Engineering, 2018, no. 11(61), pp. 939-946. (in Russ.)
5. Correa F.R. 2018 IEEE Industrial Cyber-Physical Systems (ICPS), St. Petersburg, 2018, pp. 392-397.
Data on authors
Valéry V. Zakharov — St. Petersburg Institute for Informatics and Automation of the RAS,
laboratory for Information Technologies in Systems Analysis and Modeling; Junior Scientist; E-mail: [email protected]
588 B. B. 3axapoe, B. A. YwaKoe
Vitaly A. Ushakov — Post-Graduate Student; St. Petersburg Institute for Informatics and
Automation of the RAS, laboratory for Information Technologies in Systems Analysis and Modeling; E-mail: [email protected]
For citation: Zakharov V. V., Ushakov V. A. Dynamic approach to planning the modernization of automated control systems of production facilities. Journal of Instrument Engineering. 2019. Vol. 62, N 6. P. 585—588 (in Russian).
DOI: 10.17586/0021-3454-2019-62-6-585-588
