CC BY
38
2006
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА Серия Эксплуатация воздушного транспорта и ремонт авиационной техники.
Безопасность полётов
№99
УДК 339.924:681.518
ИНТЕГРАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ АВИАПРЕДПРИЯТИЯ КАК ФАКТОР ПОВЫШЕНИЯ УРОВНЯ АВТОМАТИЗАЦИИ
В. В. ЖИЛИНСКИЙ
Статья представлена доктором физико-математических наук, профессором Козловым А.И.
В работе рассматриваются вопросы измерения и прогнозирования уровня автоматизации авиапредприятия при создании интегрированной информационной системы (ИИС). Проведено решение задачи оптимизации по достижению максимального экономического эффекта и максимального уровня автоматизации при ограничении на производительность вычислительного комплекса.
Наряду с экономической эффективностью важным показателем оценки работы систем управления и коллектива-разработчика информационных систем (ИС) является уровень автоматизации предприятия и отрасли в целом. Однако нельзя добиться хорошего уровня путём простого насыщения предприятия средствами вычислительной техники (СВТ) и проектами ИС. Необходим такой подход к проектированию систем, который обеспечит внедрение ресурсосберегающих технологий. Таким подходом является создание интегрированной информационной системы (ИИС), что позволит при ограничениях на затраты, выделяемые при компьютеризации, вычислительные мощности, добиться дополнительной величины уровня автоматизации по сравнению с традиционным подходом при проектировании ИС. Потребовалось разработать ряд методов, ориентированных на измерение и прогнозирование уровня автоматизации, определение приоритетов в выборе задач ИИС.
1. В работе предлагается комплексная оценка предельного уровня автоматизации:
Уэпред = ГУЭ + г2^ + уъуиэ, (1)
где 71 + 72 + 7з =1;
Vэ - предельно возможные объемы информации, обрабатываемые ИС, полученные с учётом ограничений на предельные затраты на компьютеризацию;
V" — предельно возможные объёмы информации, полученные с учётом ограничений на предельную прибыль от эксплуатации ИС;
VЭU — предельно возможные объёмы информации, полученные при дополнительной прибыли от интеграции.
Используя большое количество статистического материала и методы прогнозирования процессов авторегрессии скользящего среднего (АРСС), получены кривые предельного уровня автоматизации: в единицах объёма информации; процентах
У = -100%
ш
количестве АРМов ^).
2. Для решения этой задачи потребовались простые и точные методы определения объёмновременных характеристик (V) за текущий период и с прогнозом на 5-20 лет. Использован базисный показатель («самолёто-вылет») для определения объёма информации, приходящегося на один самолётовылет 1-го типа самолёта [1].
Для определения реального уровня автоматизации необходимо было решить задачу оптимизации по достижению максимального экономического эффекта от внедрения набора ИС и максимального уровня автоматизации при ограничении на производительность вычислительного комплекса, что, как правило, оказывается на практике.
Как известно т типовых ИС (или готовых функциональных ППП) является задачей выбора полного набора п (п > т) компонент ИИС при ограниченных ресурсах и необходимости достижения: максимального эффекта от внедрения ИС;
максимального уровня автоматизации.
Представим комплекс технических средств (КТС) некоторой локальной ИС как системы массового обслуживания (СМО) с неоднородным потоком заявок, которая характеризуется следующими положениями и допущениями:
в систему поступают заявки нескольких классов, различающиеся длительностью обработки в процессоре Т[ и (или) приоритетами при выборе на обслуживание, образующие неоднородный поток;
работа внешних устройств модели не учитывается;
задержки, связанные с выполнением управляющих программ операционной системы (ОС), незначительны по сравнению со временем задачи (КЗ) ИС;
емкость памяти, отводимая под хранение наборов данных, достаточна для того, чтобы вероятность ее переполнения была близка к нулю.
Число обслуживающих приборов, входящих в СМО, в случае однопроцессорного варианта ВС равно I.
Количество Н классов заявок, поступающих в систему, равно количеству ИС (Н = т).
Закон распределения интервалов времени между поступившими в систему заявками определяется путём применения реальных потоков, поступающих в ВС, и обработкой результатов методами математической статистики. Случайный поток заявок - простейший и для него достаточно определить
интенсивность \ (ке|1,.. 4}) поступающих заявок.
Длительность обслуживания заявок определим через трудоемкость прикладной программы х1 и быстродействие процессора
V :т, = Х.
' V
Средняя длительность заявок к-го класса
в
„ — '=1
* в
Среднее время ожидания заявок при использовании дисциплины обслуживания с относительными приоритетами определяется выражением:
І(1 + ^)
о* = —7=------------------------------------------------Г-.-т, (2)
* 2 (1 -Як_1 )(1 —*)
где Я — загрузки, создаваемые заявками классов 1,...,к — 1 и 1,...,к , соответственно
к-1
Як—1 = І Рі
і=1
к
Як = І Р= Як—1 +Рк
і=1
(здесь р = ЛіБі — заявка со стороны заявок класса і).
Все задачи (КЗ) ИС с полученными характеристиками не могут эксплуатироваться одновременно. Всегда существует очерёдность их эксплуатации за период 1. Эта очерёдность может быть представлена диаграммой загрузки вычислительного комплекса на протяжении периода 1.
На протяжении конечного интервала времени можно подсчитать число состояний системы без возмущений.
Пусть имеется конечное число Н задач (КЗ) ИС, эксплуатация которых осуществляется на протяжении бесконечного интервала времени. Требуется определить характер числа S состояний системы без возмущения. Вектор ТН , характеризующий состояние ВС, имеет вид:
тн ={тн , т2н , т3н ,..., тНН },
где Т3Н = |к / к е{1,..., Н}} - подмножество номеров ИС, заявки которых обрабатываются в системе без возмущения.
По формуле (2) определим среднее время (Ок для ВС, находящемся в 8 -м состоянии.
Загрузка системы в 8 -м состоянии рассчитывается по формуле:
Як = V .р . (3)
8 ¿—I кеТ£ к ' '
Все возможные варианты расписаний ВС отражаются семейством:
Ги = {тк /к = IX}
Указанное семейство учитывает вариант, когда множество Тк (Тк = 0,к = 1). Также для средних времён ожидания заявок имеем:
Q =|ок / к = 12Н };
0 = 0( к +1).
Каждое расписание к отражает режим эксплуатации некоторого числа КЗ (ИС), которое отображается индексным множеством . Введём булеву переменную: /Зш = 1, если к-й КЗ (ИС) работает по к-му
расписанию, и /Зкк = 0 , если не эксплуатируется.
Каждому к-му КЗ (ИС) соответствует экономическая эффективность 0к. Введём булеву
переменную: X = 1, если выбирается к-е расписание всех возможных О = 2Н ; = 0, если иначе.
Требуется выбрать такое расписание эксплуатации ИС на вычислительном комплексе, эффект от применения которого будет наибольшим:
V V СкХк ^ тах, Хк е( 0,1). (4)
к=1 ке1,к
Определим вектор
вк ={Ркк /к = 1,4},
где /Зкк - булева переменная.
Матрица В , состоящая из вектор-столбцов вк (к = 1,0), рассчитывается по алгоритму:
НАЧАЛО
Определить переменную к := 0 ЦИКЛ ПОКА к := к +1
вк = В ГГ (к) (операция присвоения каждому элементу вектора вк значения 0 или 1,
содержащегося в соответствующей позиции двоичного числа)
ВСЁ - ЦИКЛ КОНЕЦ
Расчётные значения элементов матрицы В позволяют ввести ограничение на состав эксплуатируемых ИС. Экономическая эффективность при определении расписания по формуле (4) от эксплуатации каждой ИС должна учитываться только один раз:
0 ________________
V/ЗыХк £ 1, к = 1,Н. (5)
к=1
Загрузка ВС в каждом 8 -м состоянии без возмущения для каждого к-го расписания не должна приводить к образованию бесконечно больших очередей:
Ґ Л
І Д
X, < 1, Н = 1, Н„, к = 1,0, (7)
где 8к — количество состояний ВС без возмущения для каждого к-го расписания.
Среднее время обслуживания к-го запроса не должно превосходить заданной величины :
О + вк)Хк £ (,,к = 1Н,8 = ¡А,ъ = 10, (6)
где — выбирается в интервале 5-10с;
вк — означает среднюю длительность обслуживания заявок к-й ИС.
Для каждого Тк значения Ук определяются по формуле:
Vх Н
ук = V к = 1,2 .
хХ V
Предельный уровень автоматизации теперь считается заданным величиной У *. В этом случае необходимо выбрать расписание к, которое позволит обеспечить указанный уровень автоматизации. Математически это достигается вводом дополнительного ограничения:
2 Н
V УкХк > У *. (8)
к=1
Решение указанной задачи позволит получить точное число п = |/и | £ т и перечень функциональных задач, которые целесообразно эксплуатировать на конкретной имеющейся ВТ. Само по себе значение переменной Хк не является решением. Решением (2)-(8) является номер к / Хк =' элемента семейства
Ги, каковым является множество номеров выбираемых ИС или КЗ. С помощью последних
отыскиваются номера ИС, которые целесообразно эксплуатировать на конкретном авиационном предприятии, а также расписание
к е|1,...,2Н },
по которому они эксплуатируются.
Для поиска оптимального вектора {Хк / в = 1,2Н } можно воспользоваться известным методом ветвей и границ [2].
ЛИТЕРАТУРА
1. Жилинский В.В. Задача определения количества информации предприятия по базовому показателю на ранних стадиях разработки системы управления / Статья в настоящем Научном Вестнике.
2. Вагнер Г. Основы исследования операций. Том ./ Перевод с англ. - М.: Мир, 1973г.
INFORMATION SYSTEMS INTEGRATION OF AIRLINE (ENTERPRISE) AS INCREASING
EFFECT OF AUTOMATION LEVEL
Zhilinsky V.V.
The issues of measurement and forecasting of automation level of airline (enterprise) at creation of information integrated system (IIS) are considered. There was carried out the decision of optimization problem of maximum economic capacity progress and maximum automation level achievement at throughput limit of computer system.
Сведения об авторе
Жилинский Вячеслав Владимирович, 1946 г.р., окончил РКИИГА (1970), академик Академии транспорта РФ, кандидат технических наук, доктор инженерных наук ЕС (Латвия), профессор Балтийского Русского Института (Рига, Латвия), автор более 120 научных работ, область научных интересов - управление большими проектами, информационные системы в различных сферах приложения.
