CC BY
9процессом забора мусора с обслуживаемого участка, внимательно следя за качеством выполнения данной работы.
Обобщая сказанное выше, представим это в виде диаграммы вариантов использования системы автоматизированного контроля за сбором мусора.
Другим пользователем проектируемой системы может быть дворник, осуществляющий регулярную убору некоторой территории. К функциям системы, предоставляемой дворнику, можно отнести уже известные нам сервисы «вызов мусорщиков» и «мониторинг вывоза мусора».
К новым, специфическим для данного пользователя сервисам, будет «контроль за наполняемостью контейнеров», «вызов службы опилки деревьев», «вызов службы очитки снега, льда и сосулек», причем последние два сервиса могут расширять функционал сервиса «вызов мусорщиков».
Отразим сказанное на соответствующей диаграмме.
Следующим пользователем данной системы может быть диспетчер ТСЖ. Сервисы которые система будет предоставлять ему: «контроль за вывозом мусора», «контроль за наполняемостью контейнеров», «контроль за исправностью контейнеров», «вывоз службы ремонта», «вызов службы опилки деревьев», «вызов службы очитки снега, льда и сосулек», «опрос дворников», «вызов службы уборки мусора», «сбор статистики о вывезенном мусоре», «работа с жильцами» и т.д. Диаграмма вариантов использования системы диспетчером ТСЖ, представлена ниже.
Обобщая все вышесказанное, приходим к выводу о необходимости разработки полноценной многофункциональной многопользовательской информационной среды «Экологическое благополучие».
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Леоненков А.А. Самоучитель UML. -СПб.: БХВ-Петербург,2002. -304 с.
УДК: 159.9: 656.61
THE METHOD OF MONITORING THE ACCURACY OF THE INFORMATION ABOUT THE CURRENT TECHNICAL FAILURES IN SHIP'S ERGATIC CONTROL SYSTEMS
Kukui F.
Candidate of technical sciences, Leading engineer of department of transport securing LCC "Gazpromneft-Prirazlomnoe "
МЕТОД КОНТРОЛЯ ДОСТОВЕРНОСТИ ИНФОРМАЦИИ О ТЕКУЩИХ ТЕХНИЧЕСКИХ ОТКАЗАХ В СУДОВЫХ ЭРГАТИЧЕСКИХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ
Кукуи Ф.Д.
Кандидат технических наук, Ведущий инженер Управления по транспортному обеспечению,
ООО «Газпром нефть-Приразломное»
Abstract
The article deals with the problem of choice and development of methods to control the reliability of the information chain "DPDS - Operator" in ship's ergatic control systems with changing structures in event of technical failures.
Аннотация
В статьи решаются задачи выбора и разработки методов контроля достоверности информации цепи «СООД - Оператор» в судовых эргатических системах управления с переменной структурой при возникновении технических отказах.
Keywords: Ship's ergatic control systems, data processing and display system (DPDS), technical failures, accuracy of information, time costs, cost costs.
Ключевые слова: судовая эргатическая система управления, система обработки и отображения данных (СООД), технические отказы, достоверность информации, временные затраты, стоимостные затраты.
Введение
Эргатические системы управления с переменной структурой являются неотъемлемой частью современных судов, обеспечивают автоматизацию технологических процессов и, как правило, предусматривают возможность перехода от автоматического управления к ручному и наоборот, с участием судового специалиста (оператора). Если резервируется управляющее устройство или усилитель, то судовой специалист может дистанционно с помощью
пульта или непосредственно управлять как усилителем, так и управляющим устройством. Если же резервируется усилитель, то судовой специалист может вручную управлять состоянием объекта управления непосредственно по месту его установки. При этом информацию о поведении объекта управления судовой специалист получает от системы обработки и отображения данных (СООД), со-
стоящей, в том числе и из цифрового информационно-вычислительного устройства, входящего в состав используемого программного продукта.
В современных исследованиях достаточно часто акцент делается на влиянии ошибок судового специалиста на эффективность управления состоянием безопасной эксплуатации судна при выполнении судовых операций с помощью управляющих устройств, резервированных «человеческим элементом». Однако существует большая вероятность срыва технологического производственного процесса, идущего на судне, за счет отказов технических средств, включенных в эргатические системы управления с переменной структурой, при отсутствии человеческих ошибок. Поэтому далее в качестве показателей эффективности функционирования системы «техническое средство - «человеческий элемент»» примем технологические показатели эффективности в функции технических отказов.
Целью данной работы является решение задачи информационной надежности цепи «СООД - Оператор» эргатической системы управления при технических отказах.
1. Особенности разработки СООД в эргатической системе управления с переменной структурой
Особенности разработки СООД в эргатиче-ской системе управления
с переменной структурой состоят в том, что необходимо предложить такую технологическую структуру обработки и отображения информации о технических отказах, которая позволила бы достичь заданного (максимального) уровня достоверности этой информации при минимуме затрат. При этом затраты на разработку и обеспечение функционирования средств, которые обеспечивают мониторинг достоверности информации о текущих технических отказах и исправление возникающих ошибок должны быть соизмеримы с потерями, которые могут возникнуть при использовании судовым специалистом недостоверной информации.
Основными ограничениями при решении задачи синтеза средств, которые обеспечивают повышение достоверности информации в судовых системах управления, являются ограничения на временные или стоимостные ресурсы. Выбор методов контроля достоверности информации зависит от структуры и состава СООД, от характеристик синтезируемых средств контроля, от ресурсов, выделяемых на разработку и эксплуатацию эргатической системы управления с переменной структурой. Кроме того, выбор методов контроля достоверности информации о технических отказах зависит от количества и характера ошибок, возникающих на различных этапах функционирования эргатической системы управления с переменной структурой.
Разработка, внедрение и применение методов контроля достоверности информации о текущих технических отказах требуют определенных стоимостных и временных затрат, использования высокопроизводительных вычислительных средств в составе СООД, привлечения персонала к выполнению некоторых контрольных операций. Поэтому
при выборе оптимального механизма контроля достоверности информации о технических отказах (совокупности методов контроля) необходимо учитывать имеющиеся ресурсы [8], характеристики методов контроля [12] и связи между этими методами [10].
Задачи выбора и разработки механизмов контроля достоверности информации для технического средства СООД возникают на этапе технического проектирования эргатической системы управления с переменной структурой, а задача совершенствования этих механизмов - на этапе промышленной эксплуатации и модернизации такой системы. При решении подобных задач могут использоваться введенные ранее понятия графа ошибок, индикаторного графа, стандартной схемы обработки данных, механизма контроля достоверности информации.
2. Информационная надежность цепи «СООД -оператор» эргатической системы управления при технических отказах
Задача синтеза оптимального средства, которое обеспечивает повышение достоверности информации в судовых эргатических системах управления с переменной структурой, состоит в выборе методов контроля и обеспечения достоверности для базисных событий ошибки. При этом методы контроля достоверности информации должны обеспечивать такой уровень ошибок L( P*) который был бы минимальным при временных и стоимостных ограничениях.
Определить аналитический вид функции
L( P*) для произвольных древовидных структур графа ошибок не представляется возможным. Поэтому в качестве целевой функции при решении задачи синтеза средств, повышающих уровень достоверности данных о текущих технических отказах, можно, например, использовать снижение количества ошибок в приращении AL(P ). Если величину приращения AL(P ) представить только
линейными членами тейлоровской аппроксимации, заданной так:
n
AL( P*) = Z[dL( P)/ dp ]A
¿=1
то для показателей маргинальной значимости Xi=dL(P")/ dp будет существовать оценка вида
xt < Z mini1 -П(1"pj)}(1"ПP)
Kr gK (i) Ks&K-Kr jeKs jeKs
где K - множество минимальных путей графа ошибок s; K(i) - множество минимальных путей, содержащих базисное событие ошибки щ.
Пусть определено множество базисных событий ошибки, совместное не наступление которых влечет за собой не наступление главного события ошибки. Кроме того, путь на графе является мини-
мальным, если никакое его собственное подмножество не является путем. Тогда при / = 1, п;
] = 1, т переменная х^ = 1, если для базисного события ошибки щ используется ] — й метод контроля достоверности, и х^ = 0 - в противном случае.
Пусть далее величина Д.. определяет умень-
]
шение вероятности наступления базисного события Щ, вызванное использованием ] — го метода контроля достоверности, а значения г и С. - соответ-
] V
ствующие временные и стоимостные затраты для
V — го метода и события щ, причем величины Т и
С - ограничения на временные и стоимостные затраты.
Тогда с учетом принятых выше обозначений задачу синтеза оптимального средства контроля достоверности из состава СООД можно записать следующим образом:
п т
ЕД-Х}
ха и=1 ]=1
при ограничениях:
- на структуру контроля -
m
^ ^ 1, j = 1,n
j=1
- на временные затраты, связанные с контро-
лем:
n m
ХЬЮ < Т ,
¿=1 V=1
на стоимостные затраты, связанные с контро-
лем:
n m
ХХС]Х] < С
¿=1 ]=1
К числу ограничений может быть отнесен также объем памяти вычислительного устройства СООД, выделяемый для целей контроля достоверности информации о технических отказах.
Задачи синтеза оптимальных средств контроля и обеспечения достоверности информации о технических отказах при условии взаимовлияния используемых методов повышения достоверности без учета взаимодействия ошибок рассмотрены в работах [5]. В качестве уровня ошибок Ь(Р ) в работе [11] принята вероятность правильного решения задачи Р . При этом считается, что решение включает М этапов обработки данных, на каждом из которых с вероятностью рС) появляется ошибка С — го типа, 1 < к < М и с вероятностью
Р<^) (1,2,..., ] — 1) эта ошибка обнаруживается]-м методом контроля при условии использования множества методов контроля (1,2,..., ] — 1) [2], т. е.
м Чк Щ
Р„ =ГО — !Р(С)П[!—РС,(1,2, ..., 7 —1)]}.
к=1 С=1 ]=1
В этом случае задача синтеза средств контроля достоверности информации о технических отказах в эргатической системе управления с переменной структурой состоит в выборе таких методов для различных этапов обработки данных, при использовании которых обеспечивается требуемая вероятность правильного решения задачи Р . Кроме того
соблюдаются ограничения на время решения задачи и объем занимаемой памяти в СООД, при которых достигается минимум стоимостных затрат на реализацию метода контроля информационной достоверности.
Для формализованной постановки рассмотренных задач в настоящее время разработаны специальные графовые структуры, использование которых сводится к нахождению на этих графах путей, обеспечивающих экстремум привлекаемого показателя качества. С этой целью можно, например, использовать алгоритм определения кратчайшего пути на графе, предложенный в работе [4].
Как было отмечено выше, одним из способов повышения достоверности информации о текущих технических отказах в эргатических системах управления может быть применение в базисных вершинах графа методов контроля с использованием принципа обратной связи. В этом случае повышение достоверности информации осуществляется за счет выбора такой структуры обработки данных (т. е. определения узлов обработки, этапов контроля и исправления обнаруженных ошибок, выбора методов обнаружения и исправления ошибок), которое обеспечивает максимум достоверности обрабатываемой и отображаемой информации о технических отказах при заданных ограничениях на время и материальные затраты.
В настоящее время исследована также постановка обратной задачи - выбора оптимальной структуры обработки, минимизирующей время и материальные затраты при ограничении на достоверность обрабатываемых данных. Для синтеза методов контроля этого класса так же, как и для их анализа, могут быть использованы модели, в которых для каждой базисной вершины графа применяется понятие стандартной схемы обработки данных [6], [7].
При условии изменения со временем значений вероятностей возникновения ошибок на различных этапах (фазах) обработки данных целесообразна постановка задачи адаптивного включения и выключения процедур контроля информации о текущих технических отказах [2], [8]. На основе модели многофазной обработки данных, представленной в работе [3], была разработана модель адаптивного включения и выключения процедур контроля достоверности информации о технических отказах. Реализация этой модели основана на использовании метода динамического программирования [1] с привлечением метода имитационного моделирования.
Структура процедуры контроля достоверности информации о текущих технических отказах в системе управления «техническое средство - «человеческий элемент»» может быть задана матрицей
обратных связей А =□ а^П, где С1ц = 1, если существует обратная связь между I — й фазой контроля
и ] — й фазой обработки, а = 0 - в противном случае, ¡, j = 1, п . При п = 1 имеем «стандартную схему обработки данных», при п > 1 и а = 0, 7 ^ j - последовательную схему, включающую п «стандартных схем обработки данных»; при п > 1, а и = 1 - циклическую схему обработки
данных; при аы = 1 и если не все элементы главной диагонали матрицы А равны единице, - последовательную схему обработки данных, состоящую из циклических и (или) «стандартных схем обработки».
Пусть, как и прежде, величины Т и С - соответственно временной и стоимостной ресурсы, выделяемые для осуществления контроля достоверности N параметров состояния системы управления «техническое средство - «человеческий элемент»» с требуемой вероятностью. Пусть также т - временные и стоимостные затраты на оценку достоверности одного параметра состояния системы; 0к, Т - временные затраты на обнаружение и исправление ошибок; ук, ык -стоимостные затраты на обнаружение и исправление ошибок в информационном элементе при использовании к — го метода
оценки достоверности; /к - вероятность обнаружения ошибок к — м методом оценки достоверности. Тогда если процесс возникновения ошибок является марковским или полумарковским, то, например, привлекая результаты работы [9], можно найти эти характеристики для «стандартной схемы обработки данных». При наличии данных характеристик появляется реальная возможность выбора оптимального метода контроля и оценки достоверности информации о текущих технических отказах. Такой метод обеспечит получение наибольших значений вероятности обнаружения ошибок при минимуме введенных выше характеристик.
Выбор оптимальных методов контроля и оценки достоверности информации о технических отказах для циклической схемы необходимо осуществлять последовательно, начиная с оптимизации процессов контроля и оценки достоверности информации для стандартных схем, входящих в циклическую схему, и переходя к оптимизации контроля и оценки достоверности информации для циклических схем с учетом рассчитываемых временных и стоимостных показателей.
При выборе оптимальных методов контроля и оценки достоверности информации о технических отказах в системе управления для последовательной схемы необходимо минимизировать временные или стоимостные затраты при ограничениях на структуру контроля и оценки, а также на значения вероятностей отсутствия ошибок на различных этапах реализации этой схемы.
Задачи синтеза систем контроля и оценки достоверности информации о технических отказах для последовательных и последовательно-циклических схем обработки данных могут быть сведены к задачам линейного программирования с булевыми
переменными, для решения которых разработаны достаточно эффективные алгоритмы [6].
Задачи оптимизации сетевых структур контроля и оценки достоверности данных о технических отказах в системе управления «техническое средство - «человеческий элемент»» можно формализовать в виде графа 0(У, Е) , где множество дуг Е будет представлять сложные циклы и стандартные схемы, а множество вершин V - совпадать с начальными и (или) конечными точками сложных циклов и стандартных схем. При оптимизации сетевой структуры основная задача состоит в выборе методов контроля достоверности информации для схем, образующих дуги графа О^, Е) , обеспечивающие максимально возможное значение вероятности отсутствия ошибок в конечных вершинах (при условии независимости вероятностей возникновения, обнаружения и исправления ошибок). Эти задачи, как правило, относятся к классу задач нелинейного целочисленного программирования, для решения которых создано необходимое математическое обеспечение [6].
При оптимизации модульных схем контроля и оценки достоверности информации о текущих технических отказах по критерию максимизации достоверности, поступающей «человеческому элементу» информации для формализации логического взаимодействия привлекаются ошибки, связанные с различимостью элементов их структур. Эти ошибки приводят к появлению недостоверности информации, оценку которой достаточно удобно осуществлять с помощью графа ошибок [6].
При таком анализе графа ошибок появляется возможность оценки изменения уровня ошибок
Щ Г) в зависимости от структуры и технологической схемы модульной СООД, а также от сложности межмодульного интерфейса, наличие которого является одной из основных причин снижения достоверности информации.
К настоящему времени разработаны методы контроля достоверности информации для различных этапов синтеза модульных СООД, которые могут быть использованы при оценке достоверности информации о текущих технических отказах в эрга-тических системах управления.
Для реализации этих методов достаточно задать состав программных модулей и информационных массивов. Информационное обеспечение, а также состав программных модулей и информационных массивов должны быть определены при выборе системы контроля достоверности информации в СООД [6].
Заключение
На основании проведенных исследований, можно делать следующие выводы:
1. Особенности разработки СООД в эргатиче-ской системе управления с переменной структурой состоят в том, что необходимо предложить такую технологическую структуру обработки и отображения информации о технических отказах, которая позволила бы достичь заданного (максимального) уровня достоверности этой информации при минимуме затрат.
2. Если в качестве модели возникновения тех-
нических отказов принять марковский или полумарковский процесс, то можно найти минимальные временные и стоимостные характеристики для «стандартной схемы обработки данных», которые будут соответствовать наибольшим значениям вероятности обнаружения ошибок.
3. Предложенное для практического использования уравнение надежности судового специалиста может быть положено в основу исследования приемов структурного и временного резервирования, парирующих технические отказы, а также использоваться для оценки эффективности управления эргатической системой управления с переменной структурой.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. Беллман Р. Процессы регулирования с адаптацией
М. : Наука, 1964. 359 с.
2. Бройдо В. Л., Ильин О.П. Эффективность некоторых методов контроля достоверности информации в АСУ / Управляющие системы и машины. 1978. № 2. С. 73-79.
3. Вертлиб В. А. О достоверности выходной информации многофазного однолинейного процесса с прерываниями / Автоматика и телемеханика. 1979. № 1. С. 26-35.
4. Ермольев Ю. М., Мельник И. М. Экстремальные задачи на графах.Киев : Наук. думка, 1968.176 с.
5. Жуков Л. А., Никольский А.Н., Фельдман И.З. Алфавитный контроль входных сообщений в системах управления базами данных / Электронная техника. Сер. 9, Экономика и системы управления.1977. Вып. 3 (24). - С. 105-112
6. Кульба В. В., Пелихов В.П. Задачи анализа и синтеза систем защиты и контроля при обработке
данных в АСУ. Препринт.М. : Ин-т проблем управления, 1980. 46 с. : ил.
7. Мамиконов А. Г., Кульба В.В., Цвиркун А.Д. Системные методы повышения качества функционирования сложных управляющих систем / Труды Института проблем управления РАН. В 30 вып. Вып. 2. Анализ и проектирование АСУ / Рос. акад. наук, Ин-т пробл. упр. им. В. А. Трапезникова. М.: 1972. С. 26-63.
8. Мельников Ю. Н., Сорокин А.А. Модель выбора способов повышения достоверности в условиях неполной информации / Автоматизированные системы управления и обучения : труды МЭИ. М. : 1976. Вып. 298. С. 6670.
9. Рамков И. А., Меньшиков В.И., Пеньковская К.В. Надежность механизма самоконтроля при восприятии и обработке навигационной информации в структуре безопасного мореплавания / Научная жизнь. 2010. № 3. С. 26-32.
10. Сагынгалиев К. С., Курманов Б.К. Выбор способов повышения достоверности информации в АСУ с учетом их взаимовлияния / Труды V Всесоюзного совещания-семинара по управлению большими системами. Алма-Ата, 1978. С. 152-154.
11. Сагынгалиев, К. С., Курманов Б. К. Об одной стохастической задаче выбора комплекса способов повышения достоверности информации // Оптимальное функционирование производства : [сб. статей] / Казах. политехн. ин-т им. В. И. Ленина. - Алма-Ата, 1979. - С. 117-124.
12. Синавина, В. С. Оценка качества функционирования АСУ / М. : Экономика, 1973. 192 с.
