CC BY
95
5. Проверяем выполнение условия (6) для j0 -го объекта. Если оно выполняется, то объект исключаем из распределения. Все элементы jo -го столбца матрицы приращений ЦФ (1) приравниваем нулю.
Если условие (6) не выполняется, то формируем новое значение приращений ЦФ (1) для элементов
jo -го столбца (11).
Корректируем число нераспределенных средств i-го класса. Если все его средства распределены, то этот класс средств исключаем из распределения: элементы i-й строки матрицы приращений ЦФ (1) приравниваем нулю.
6. Если не все средства распределены и не для всех объектов выполнено условие (6), то для сформированной матрицы приращения эффективности ЦФ (1) выполняем операции итераций (пункты 3, 4, 5 методики).
7. Если условия (9) или (10) выполнены, то процесс прекращаем, формируем план распределения Ху ф 0,
i = 1,2,..., m, j = , и ряд признаков: “все объек-
ты обслужены”, “все средства распределены”, а также непустые множества нераспределенных классов средств и количество объектов, для которых не выполняется условие (6).
Выводы
Научная новизна состоит в том, что предлагаемая методика распределения разнотипных ресурсов расширяет область использования метода максимального элемента при неаддитивном показателе эффективности и связанных системах нелинейных и линейных ограничений на целочисленные параметры плана целераспределения.
Практическая значимость заключается в том, что предложенная методика позволяет найти близкий
к оптимальному опорный план распределения раз -ноэффективных ресурсов в целочисленных задачах нелинейного программирования. Методика отличается простотой используемых процедур.
Литература: 1. Берзин Е.А. Оптимальное распределение ресурсов и элементы синтеза систем. М.: Сов. радио, 1974. 304 с. 2. Раскин Л.Г. Анализ сложных систем и элементы теории оптимального управления. М.: Сов. радио, 1976, 343 с. 3. Гомозов А.В., Михайлутин О.М., Пискунов С.Н., Цапков И. Ф. Об одном алгоритме нахождения оптимального плана распределения средств по целям // Збірка наукових праць “Авіаційно-космічна техніка і технологія.” Харків: НАУ “ХАІ”. 2002. Вип. 29. С. 194-198. 4. Саати Т. Целочисленные методы оптимизации и связанные с ними экстремальные проблемы. М.: Мир, 1979. 338 с.
Поступила в редколлегию 15.04.2004
Рецензент: д-р техн. наук, проф. Казаков Е.Л.
Коваленко Андрей Иванович, канд. техн. наук, старший научный сотрудник, научный центр ВВС и ПВО. Научные интересы: оптимизация процессов управления. Хобби: экзотические животные. Адрес: Украина, 61036, Харьков, ул. Ахсарова, 13, кв. 266, тел.37-13-40.
Пискунов Станислав Николаевич, канд. техн. наук, старший научный сотрудник, научный центр ВВС и ПВО. Научные интересы: оптимизация процессов управления. Хобби: растениеводство. Адрес: Украина, 61052, Харьков, ул. Котлова, 38, кв. 19 , тел. 712-23-74.
Решетник Виктор Михайлович, канд. техн. наук, старший научный сотрудник, научный центр ВВС и ПВО. Научные интересы: оптимизация процессов управления. Хобби: микроминиатюра. Адрес: Украина, 61036, Харьков, ул. 23 Августа, 4, кв. 31, тел. 36-11-69.
Цапков Иван Федорович, канд. техн. наук, старший научный сотрудник, научный центр ВВС и ПВО. Научные интересы: кибернетика. Хобби: растениеводство. Адрес: Украина, 61036, Харьков, ул. Танкопия, 10, кв. 128, тел. 97-99-34.
УДК 004.78
ПРОБЛЕМЫ АНАЛИЗА И СИНТЕЗА ХОЛОНИЧЕСКИХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖНЫМИ ОБЪЕКТАМИ
ШОСТАКИ.В, ТОПАЛА.С., УСТИНОВА А.Н.
Рассматриваются проблемы анализа и синтеза холо-нических систем управления сложными объектами на примере отечественных производственных предприятий. Приводятся фрагменты онтологий процессов управления предприятием и функционирования производственного участка как концептуальная составляющая холонической структуры.
1. Введение
Научно-технический прогресс привел к появлению большого числа сложных объектов управления (СОУ), таких как энергетические системы, транспортные сети, производственные объекты и т.п. В
66
процессе развития СОУ происходит непрерывное их усложнение, проявляющееся в опережающем росте сложности взаимосвязей между объектами по отношению к их числу, которое, в свою очередь, опережает рост числа объектов в составе комплекса [1].
Рассмотрим проблемы СОУ применительно к крупным производственно-техническим комплексам. Указанная выше тенденция в эволюции СОУ породила эволюционные изменения методов и принципов функционирования управляющих систем (УС) СОУ. Так, на определенном этапе эволюции СОУ эффективное управление ими стало невозможным без применения методов и средств искусственного интеллекта и инженерии знаний (в основном в форме открытых систем), поскольку сложность СОУ уже не допускала построения и реализации адекватных аналитических моделей функционирования объекта. Следующий этап развития УС СОУ ознаменовался появлением производственных систем распределенного интеллекта
РИ, 2004, № 3
на основе агентной парадигмы. В мультиагентных системах агентам (интеллектуальным и простым) отводилась второстепенная роль “информаторов” центров принятия решений, расположенных на соответствующих уровнях иерархической системы управления предприятием.
Задача исследования — проанализировать проблемы, связанные с построением УС СОУ на современном этапе, а также описать возможные пути решения этих проблем на основе онтологического подхода и технологии мультиагентных систем.
2. Концепция построения производственных систем управления холонического типа
Нынешний этап эволюции УС СОУ, связанный в первую очередь с концепцией виртуального производства, характеризуется развитием холонических систем управления (ХСУ) [4]. Указанный тип СУ, в отличие от многоуровневых иерархических систем [5], строится не на принципах “вмешательства” и координации действий нижележащих подсистем элементами вышестоящих уровней, а на принципах переговоров “равных с равными” элементов одного и того же уровня [6].
Основной структурный элемент ХСУ — холон должен обладать, в соответствии с приданным ему статусом, известной самостоятельностью и различными чертами социального поведения. Например, способностью по собственной инициативе кооперироваться с другими холонами для совместного решения производственных задач [4]. В предельном варианте, соответствующем открытой ХСУ [4], иерархическая структура полностью заменена гетерархией автономных холонов, реализованных в виде интеллектуальных агентов. При этом функции административных элементов системы сведены к наблюдению и информированию. По А.Кё-стлеру, полная автономность холонов в гетерархи-чекой структуре приводит к холархии [3].
В настоящее время на Западе и в Росси развивается теория производственных ХСУ, которая строится исходя из предположения, что холоны являются временными образованиями, порожденными конфликтными ситуациями в процессе производства (типичный пример конфликтной пары: объем и сроки заказа — временные и материальные ресурсы производства). Такой взгляд на холоны трактует их зарождение и развитие в пространственно-временном континууме как неких сущностей, бытие которых всецело определяется законом единства и борьбы противоположностей. При этом эволюция ХСУ рассматривается как процесс естественного отбора холонов в ходе конкурентной борьбы за заказы и ресурсы, вплоть до разработки методов принудительного скрещивания «успешных» холонов для получения новых, более совершенных экземпляров, целых поколений и т.п. [6].
3. Проблемы синтеза производственных ХСУ на отечественных предприятиях
Рассмотренный выше подход мало применим в условиях Украины, где большинство СОУ на уров-
не предприятий и отраслей по-прежнему имеет жестко централизованную структуру, что не позволяет в полной мере применять холистические методы к синтезу УС СОУ. Исходя из этого, особую актуальность приобретают проблемы, связанные с разработкой методов анализа и синтеза производственных СУ смешанной структуры, которые сочетали бы в себе стабильность и упорядоченность иерархических структур с гибкостью и динамичностью гетерархии. Структурные элементы таких систем, будучи иерархически упорядоченными, в штатных режимах работы СУ получили бы возможность “горизонтального” и “диагонального” взаимодействия, вплоть до игнорирования некоторой части необязательных к исполнению инструкций, исходящих от элементов вышележащих уровней и препятствующих осуществлению кооперации. В экстремальных же ситуациях (предаварийных, аварийных и катастрофических) приоритет отдавался бы иерархической организации управления, как наиболее эффективной в подобных случаях.
Проблема создания производственных ХСУ СОУ с учетом особенностей отечественного производства требует решения следующих теоретических задач.
1. Разработка и обоснование архитектуры ХСУ:
иерархической части структуры ХСУ с использованием методов вертикальной декомпозиции много -уровневых систем [5];
холонической части структуры ХСУ на основе теории эволюционных систем управления [6].
2. Формализованное описание типовых холонов и их семейств в составе производственной ХСУ методами теории категорий и концептуального проектирования [8]:
описание единичных холонов;
описание условий существования семейств холонов в ХСУ.
3. Исследование системных свойств ХСУ: управляемости; наблюдаемости; устойчивости; целостности; открытости.
Реализация указанных выше теоретических положений в виде особой компьютерной среды требует решения комплекса прикладных задач, что в свою очередь образует эпистемологическую базу теории производственных ХСУ [6].
1. Создание онтологий структуры управления СОУ как иерархии, идентичной структуре ХСУ, при этом каждый структурный элемент общей онтологии является соответствующей его функциям предметной онтологией:
разработка множеств предметных онтологий;
объединение их в общую онтологию с помощью специальных алгебр [2].
2. Разработка ситуационного эмпирического базиса ХСУ на основе гипотезы о монотонности пространства решений [7]:
РИ, 2004, № 3
67
организация в форме Data Warehouse хранилища прецедентов или ситуаций, имевших место ранее и служащих обоснованием для формируемых реше -ний;
интеллектуальная обработка данных информационного эмпирического базиса (с привлечением технологий Data Mining и Knowledge Discovery) для приобретения новых знаний о поведении СОУ.
3. Описание системы ограничений на решения по управлению в виде микротеорий, являющихся частными моделями СОУ и описываемых следующими псевдофизическими логиками [7]:
временной (темпоральной);
пространственной;
причинно-следственной (каузальной); логикой действий.
4. Выбор исчисления теории ХСУ как набора формальных процедур представления и манипулирования знаниями:
процедур управления знаниями (Knowledge Management) для реализации задач верхнего уровня принятия решений в ХСУ;
процедур решения функциональных задач в процессе управления СОУ;
процедур коллективного взаимодействия различных центров обработки знаний в ХСУ на основе концепции мультиагентных систем [2].
4. Онтологии уровня управления предприятием и уровня управления участком цеха как концептуальная основа функционирования производственной ХСУ
Среди перечисленных выше задач одной из наиболее важных является создание онтологии структуры управления предприятием. Поскольку такая онтология может быть представлена в виде объединения предметных онтологий, то она может служить основой для декомпозиции структуры управления на отдельные холоны. Каждый холон имеет в своем составе три компонента: стратегический, компонент задач и компонент ресурсов. Каждая предметная онтология является стратегическим компонентом соответствующего холона.
Проиллюстрируем создание онтологии структуры управления на примере технологической подготовки производства самолетостроительного предприятия (рис.1).
Отдел
Отдел главного технолога (ОГТ)
Отдел главного конструктора (ОГК)
Бюро
Цеховое бюро
Бюро уровня отдела
Бюро нормирования материалов ОГТ
Бюро планирования и подготовки производства ОГТ
Конструкторско-технологическое бюро ОГТ Бюро технологической подготовки ОГТ Цех
Сборочный цех Цех механообработки Кузнечно-прессовый цех Заготовительный цех Летно-испытательная станция Службы уровня завода Архив ОГТ Копировальный центр Участок цеха Работники
Работники уровня цеха Руководство уровня цеха Начальник цеха
Зам. нач. цеха по подготовке пр-ва
Наладчик оборудования
Цеховой технолог
Работники уровня участка
Рабочие участка
Мастер участка
Технолог
Цеховой технолог
Технолог уровня ОГТ
Главный технолог
Руководство уровня завода
Главный конструктор
Главный технолог
Главный металлург
Главный механик
Главный инженер
Директор завода
Руководство уровня цеха
Начальник цеха
Зам. нач. цеха по подготовке пр-ва
Технолог
Цеховой технолог
Технолог уровня ОГТ
Главный технолог
Руководство уровня завода
Главный конструктор
68
РИ, 2004, № 3
Главный технолог
Выводы
Главный металлург Главный механик Главный инженер Директор завода
Рис. 1. Фрагмент онтологии структуры управления самолетостроительным предприятием на этапе ТПП
1. Рассмотрена эволюция производственных информационных систем и как ее результат на современном этапе — холонические системы управления.
2. Описаны теоретические и прикладные задачи анализа и синтеза производственных ХСУ.
3. Приведены онтологии уровня предприятия и уровня производственного участка.
На рис. 1 показана структура классов, описывающая базовые понятия предметной области «ТПП самолетостроительного производства». Каждый класс представляется в виде фрейма, связь между различными классами реализуется записями в соответствующих слотах фрейма. Например, связь с фреймом «Участок цеха» реализуется через соответствующую запись слота «Состоит из».
Имя фрейма Цех (Абстрактный класс)
Имя слота Запись слота
Управляется Начальник цеха
Состоит из Участок цеха
Содержит Бюро уровня отдела
Рис. 2. Прототип фрейма описания класса «Цех»
Классовая организация также задает определенные связи между фреймами. Так как одно понятие может иметь несколько родительских классов, то в онтологии (см. рис. 1) такие понятия повторяются. Так для класса «Цех» (рис. 2) имеются конкретные подклассы: «Сборочный цех», «Цех механообработки», «Кузнечно-прессовый цех», «Заготовительный цех», «Летно-испытательная станция».
Для базового понятия «Участок цеха» онтологии структуры управления самолетостроительным предприятием на этапе ТПП может быть построена своя онтология (рис.3).
Участок цеха
Персонал участка
Мастер
Рабочие
Наладчики
Оборудование
Станки с ЧПУ
Ножницы
Транспортные тележки Инструмент Приспособления Материал
Кладовая инструментов, приспособлений, материалов
Изготавливаемые детали
Рис. 3. Фрагмент онтологии структуры управления участком цеха самолетостроительного предприятия
4. Построенные онтологии могут быть в дальнейшем использованы в качестве концептуальной основы для построения соответствующих холонов в производственной ХСУ.
Научная новизна полученных результатов состоит в том, что впервые разработана концептуальная модель процессов управления сложным объектом на основе онтологического подхода к представлению знаний. Данный подход позволяет на практике использовать онтологии для создания ПСИИ холонической структуры, адаптированных к особенностям отечественного производства.
Литература: 1. Алиев А.А., Абдикеев В.Б., Шахназаров М.А. Производственные системы с искусственным интеллектом. М.: Радио и связь. 1990. 252 с. 2. Хорошевский В. Ф. Методы и средства проектирования и реализации мультиагентных систем // Материалы семинара «Проблемы искусственного интеллекта» ИПУ РАН 1999. 3. Kostler A. The Ghost in the Machine. London: Arcana books. 1989. 4.Виттих В.А. Эволюционное управление сложными системами // Изв. Самарского научного центра РАН 2000. Том 2, № 1. С. 65. 5. Месарович М, Мако Д.,Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. М.: Мир.1973. С. 334.
6. Виттих В.А. Управление открытыми системами на основе интеграции знаний // Автометрия. 1998. № 3. С.38. 7. Поспелов ДА. Ситуационное управление: теория и практика. М.: Наука. 1986. 288 С. 8. Месарович М, Такахара И. Общая теория систем: математические основы. М.: Мир. 1978. 34 с.
Поступила в редколлегию 07.04.2004
Рецензент: д-р техн. наук, проф. Буслик Н.Н.
Шостак Игорь Владимирович, канд. техн. наук, доцент кафедры «Программное обеспечение компьютерных систем», Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е.Жуковского «ХАИ». Научные интересы: теория принятия решений, интеллектуальные системы. Адрес: Украина, 61000, Харьков, ул. Чкалова, 17, тел. 8-057-707-40-64. E-mail: iv_shostak@rambler.ru.
Топал Алексей Сергеевич, аспирант кафедры «Программное обеспечение компьютерных систем», Национальный аэрокосмический университет им.Н.Е.Жу-ковского «ХАИ». Научные интересы: инженерия знаний, мультиагентная технология. Адрес: Украина, 61000, Харьков, ул. Чкалова, 17, тел. 8-057-707-40-64. Email: alextop@ukr.net.
Устинова Александра Николаевна, аспирантка кафедры «Программное обеспечение компьютерных систем» Национального аэрокосмического университета им.Н.Е.Жуковского «ХАИ». Научные интересы: теория ситуационного управления. Адрес: Украина, 61000, Харьков, ул. Чкалова, 17, тел. 8-057-707-40-64. E-mail: A. U stinova@mail.ru
РИ, 2004, № 3
69
