CC BY
32
Это давний и естественный способ доступа к возможностям объекта. Хорошо продуманный их набор (состав и мнемонические названия) обеспечивает программисту - пользователю их легкое использование.
3. Изменение и инициализация свойств объекта - способ, ставший стандартным дефакто
Этот способ стал применяться не давно. Вместо доступа к внутренней структуре организуется доступ к их отображению - свойствам. При обращении к свойствам осуществляется безопасный вызов соответствующих процедур и функций предусмотренных создателем объекта.
4. С помощью обмена сообщениями
В большей степени организация подобной работы осуществляется в операционных системах. Массовому использованию данного способа мешает сложности синхронизации работы отдельных объектов.
5. Организация обработки исключительных ситуаций
Данный способ применяется в основном при обработке ошибочных ситуаций
Существует два варианта использования объекта:
1. Без возврата значений. Например, инициализация переменных или свойств объекта или пересылка сообщения об уведомлении.
2. С возвратом значений. Это наиболее частый способ организации работы с объектом рассматриваемый ниже.
Под стандартным (наиболее частым случаем) взаимодействием понимается доступ к возможностям предоставляемых объектов посредством вызова (процедуры, функции, свойства) и состоит из четырех последовательных этапов:
1. Приведение типов параметров при подготовки вызова
2. Вызов процедуры, функции, метода, свойства, и т.п.
3. Анализ результата выполнения вызова
4. Инициализация внутренних объектов данными, полученными в результате вызова
Большой объем действий который приходится выполнять при реализации данного алгоритма стимулировал появление большого количества технологий предназначенных для сокращения
программного кода. Их основой является специальные способы конструирования объектов и специальные соглашения, обеспечивающие согласованность типов данных используемых в вызовах. Любая технология, претендующая на универсальность, должна иметь соответствующий механизм облегчающий работу.
Независимо от методик организации взаимодействия объектов существуют некоторые общие способы их взаимодействия:
• Простые вызовы
Объект A вызывает объект B с целью инициации выполнения некоторого действия и/или получения информации. По функциональному признаку объект A является клиентом, а объект B сервером.
• Взаимодействие с обратной связью - синхронный режим
Объект A вызывает объект B, а объект B, в свою очередь, обращается к объекту A с целью уточнения команды или для получения очередной инструкции. В этом случае функции сервера и клиента оба объекта выполняют попеременно в порядке строгой очередности.
• Обмен данными - асинхронный режим
В этом случае об очередности вызовов объектами друг друга речи не идет. Объект A обратившись к объекту B может не дожидаться ответа от него, а, если это предусмотрено, продолжать работу. Объект B при необходимости сам обратиться к объекту A.
Когда объект A (клиент) вызывает объект B (сервер) это не означает, что объект B выполнит данный вызов или выполнит его вовремя. По этому признаку вызовы делятся на два вида:
• Вызов с гарантированным откликом
• Не гарантированный вызов
6. Заключение
Из ограниченного объема статьи удалось кратко рассмотреть границы применимости новой информационной технологии взаимодействия объектов, в рамках которых она реализована, внедрена и успешно эксплуатируется в течении года. По дополнительным вопросам можно обращаться по e-mail litvinov@tversu.ru
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ СИСТЕМЫ ДИАГНОСТИКИ И УПРАВЛЕНИЯ БЕЗОПАСНОСТЬЮ ХИМИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ
В.Н. Богатиков, А.Ф. Егоров, Б.В. Палюх
В данной работе рассматривается начальный этап проектирования программных средств на основе дискретных автоматных моделей [1]. Для построения рассматриваемого класса систем используется объектно-ориентированный анализ (ООА) [2,3], в основе которого лежит представление о том, что любую систему необходимо проектировать как совокупность взаимодействующих объектов, рассматривая каждый объект как экземпляр определенного класса, причем классы при этом образуют иерархически связанную структуру.
Необходимо отметить, что метод объектно-ориентированного анализа является следствием более общих методов системного анализа. Он позволяет уже на этапе исследования системы заниматься начальным проектированием программных средств моделирования и управления рассматриваемого объекта, которые в дальнейшем могут быть обобщены на некоторый класс объектов.
Общая характеристика основных этапов работ по проектированию системы диагностики и управления безопасностью ХТП и объектно-ориентированное описание ее основных программных средств.
При разработке методики проектирования алгоритмического и программного обеспечения системы диагностики и управления химико-технологическими процессами построенной на основе дискретных моделей ХТП можно выделить следующие основные этапы разработки информационно-управляющих систем для оценки состояния ХТС и возможности ее выхода в критические и аварийные режимы:
- создание баз данных и библиографической информации;
- построение полной модели ХТС; - проведение вычислительного эксперимента с целью выделения областей существования параметров для различных режимов работы;
- построение дискретной модели ХТС;
- построение информационно-управляющей системы, которое включает в себя создание базы данных, а также выбор или создание экспертной системы;
- насыщение базы знаний и базы данных необходимой информацией о ХТС;
- проведение вычислительного эксперимента с целью исследования построенной информационно-управляющей системы оценки критических и аварийных состояний ХТС для выявления узких мест и принятию дальнейших решений по возможному совершенствованию ее организационной структуры;
- построение взаимосвязанного комплекса программ, реализующего функционально-целевое назначение системы;
- подготовка результирующих документов для сопровождения всего программного комплекса.
Рассмотрим описание этапов проектирования системы управления непрерывным технологическим процессом на основе дискретных моделей.
Подсистема построения баз данных и библиографической информации.
Как известно, основное назначение баз данных (БД) - это хранение различного рода информации с целью адекватного отображения изменяющегося реального мира и удовлетворения информационных потребностей пользователей.
В рассматриваемой системе проектирования, подсистема построения баз данных, является одной из основных. Это связано с необходимостью их создания на различных этапах работы.
В процессе проектирования создается база библиографической информации, базы экспериментальных данных. При решении задач моделирования возникает необходимость иметь различные базы исходных данных и данных полученных из вычислительного эксперимента.
На этапе синтеза непосредственно системы управления, нужны базы для хранения данных поступающих с объекта управления, на основе которой осуществляется принятие решений по управлению технологическими процессами.
Основными требованиями к программным средствам построения баз в данной системе являются следующие:
- обеспечить возможность создания баз как для хранения экспериментальной и библиографической информации, так и баз в которых хранится отдельно экспериментальный и отдельно библиографический материал;
- доступность данных из различных функциональных программных единиц;
- обеспечить дружественный интерфейс при
Создать Открыть
Сохранить Сохранить Как Закрыть
Операции Выход в ДОС
Выход
База Редактирование Запросы Обработка Печать Сервис Помощь П
Найти Заменить Фильтр Список
Отметить
Вырезать
Скопировать
Вставить
Очистить Удалить
Печать
Параметры
Просмотр
Принтер
Аппроксимация График
Ж
Использование Оглавление
Введение Клавиши
Цвета экрана Режим экрана Калькулятор
Рис.1. Обобщенная структура линии действий подсистемы проектирования баз
создании баз и при проведении различных работ пользователем системы;
- возможность редактирования информации;
- быстрый поиск информации по различным ключевым полям;
- в случае необходимости обеспечить связь между различными базами для передачи данных;
- различного вида копирование данных (в самой базе, между различными базами, создание новых баз на основе копирования);
- возможность селекции и сортировки данных по различным ключевым полям;
- различные виды графической интерпретации данных базы.
Рассмотрим описание технологии работы программных средств подсистемы построения тематических баз данных на примере технологии создания баз библиографической информации.
Полная линия действий программных средств подсистемы построения баз библиографической информации показана на рис. 1. Данный рисунок наглядно, в форме меню, показывает все режимы работы программных средств проектирования и служит основой их дальнейшего описания.
Исходный пункт работы с программными средствами построения баз начинается с пункта создания базы.
На данном шаге программа создания должна запросить список названий ключевых полей и их типов.
Необходимо отметить, что ключевые поля пользователь создает самостоятельно и от того, какое количество ключевых полей будет задано, зависит степень дифференциации содержимого базы.
Сводный файл содержит полную информацию по каждой записи в базу, характеризующей отдельный литературный источник, а также информацию о вспомогательных файлах. Вспомогательные файлы позволяют расшифровать содержимое отдельных полей сводного файла.
Для рассматриваемой подсистемы проектирования баз библиографической возможно выделение следующих типов полей в записи:
- название каталога или подкаталога;
- ФИО, либо название книги, либо название статьи в соответствующем журнале, либо название журнала или книге, либо некоторый другой источник информации, (например авторское свидетельство), либо место издания, либо название издательства;
- год издания, либо номер издания, либо количество страниц, либо номера страниц (для журнальных статей);
- поля комментариев;
- поля экспериментальной информации (если она необходима).
Такое разделение на типы связано с различием в содержании служебной информации, которая формируется при создании баз и их наполнении.
Рассмотрим процесс формирования вспомогательных файлов для различных типов полей базы.
Поля, которые содержат название каталогов или подкаталогов, для их полной идентификации в различных режимах работы с базой, должны сопровождаться следующей информацией:
- имя каталога должно иметь оригинальный идентификатор. В общем случае под идентификатором обычно понимается некоторый символ или совокупность символов, которая определяет конкретный объект. Оговоримся сразу, что в данной базе идентификатором будет являться порядковый номер следования какого-либо имени конкретного типа. Например: для каталогов идентификатором может быть номер каталога, который ему присваивается в соответствии с порядком следования каталогов при создании базы;
- так как база может иметь иерархическую структуру, необходимо указать для данного каталога имя его прародителя, на основе использования идентификаторов;
- длина данного поля символов для соответствующей записи.
Зная идентификатор каталога и длину записи, легко определить связь с другими каталогами и полный путь каталогов к данному каталогу, а также его связь с другими каталогами нижних уровней, где он выступает в качестве прародителя. Кроме того, по его идентификатору легко отыскать исходное имя каталога и наоборот.
Таким образом, служебные файлы должны иметь в отдельной записи следующие поля:
- имя каталога;
- идентификатор каталога;
- запись, определяющую связь данного каталога с каталогом прародителя, например 5.3 - эта запись показывает, что каталог с идентификатором 5 связан с каталогом 3, который находится на более высоком уровне иерархии;
- количество символов в названии каталога.
В файл сводной информации вносится идентификатор каталога и каталога-родителя, если таковой существует. Информация на этапе наполнения базы сортируется в порядке следования каталогов и подкаталогов. В каталогах и подкаталогах информация сортируется в соответствии с полем ФИО в алфавитном порядке.
Для полей ФИО, либо названия книги, либо названия статьи в соответствующем журнале или сборнике статей, либо для названия журнала или сборника статей, либо некоторого другого источника информации, например, авторского свидетельства, необходимо иметь следующую информацию:
- идентификатор ФИО;
- идентификатор названия статьи в соответствующем журнале или книге;
- идентификатор для названия журнала или сборника статей;
- идентификатор некоторого другого источника информации;
- идентификатор места издания;
- идентификатор названия издательства;
- длина данного поля символов для соответствующей записи.
Если поля год издания, либо номер издания, либо количество страниц, либо номера страниц (для журнальных статей или сборника статей), либо место издания или некоторые из них выделены в ключевые поля, их можно сразу записывать в файл сводной информации, зарезервировав для этого предварительно соответствующие поля, так как они обычно содержат небольшое количество символов
Для каждой базы резервируется одновременно с ее созданием файл для записи комментариев для различных литературных источников.
В этом случае, для идентификации наличия комментариев, в сводном файле предусмотрено наличие двух полей. Первое поле характеризует длину записи в файле, второе поле характеризует положение записи в нем.
Если комментарии отсутствуют, в данных полях хранится символ отсутствия комментариев.
В сводном файле предусмотрено наличие полей для работы с базами экспериментальных данных, которые могут формироваться, в случае необходимости, для каждого первоисточника.
Имена баз экспериментальных данных по конкретным литературным источникам хранятся в одном файле - файл баз экспериментов. В сводном файле для отдельного литературного источника предусмотрена возможность организовать ссылку к соответствующему месту файла баз данных эксперимента, где хранится информация о именах баз экспериментальных данных, относящихся к нему.
Для организации таких баз, на этапе наполнения библиографической базы осуществляется запрос на подтверждение необходимости их создания, либо пользователь самостоятельно указывает на выполнение работ по их созданию.
При создании подобных баз выполняется стандартный перечень работ в результате которых, задаются имена полей, их длина и тип.
Таким образом, при наличие этих баз в сводный файл библиографии заносится начальный адрес имен баз, соответствующих определенным литературным источникам, в файле баз эксперимента.
В принципе, длину конкретной записи можно и не использовать, выделяя при этом отдельную запись специальными символами. Внутри отдельной записи для разделения имен, также можно применять какие-либо разделители для опознавания имен баз.
Необходимо отметить, что это замечание относится ко всем атрибутам баз, для которых указывается их длина, так как выделять поля можно какими-либо маркерами с соответствующим контекстом. В этом случае поля файлов, характеризующие длины имен, можно опускать из структуры соответствующих файлов и определять положение нужной информации не по количеству байт, а по количеству записей ограниченных маркерами.
Данное замечание не носит принципиального характера и использование маркеров или поля длины определяется, как правило, техникой программирования.
Таким образом, файл сводной информации содержит все поля фиксированной длины. Приведем возможный список типов файлов, которые открываются при создании базы.
Файл первого типа - сводный файл. Файл формируется всегда. Поля фиксированной длины. Сортирован по полям каталогов и подкаталогов. Внутри каталогов и подкаталогов сортируется по начальной букве фамилий при наполнении базы.
Файлы второго типа - файлы каталогов. Файлы каталогов - формируются, если пользователь создает каталоги и подкаталоги в библиографической базе.
Файлы третьего типа - файлы атрибутов литературного источника.
Файлы атрибутов литературного источника -их количество и названия зависят от ключевых полей указанного пользователем при создании базы и может быть произвольным.
Файлы четвертого типа - файл для записи комментариев. Файл произвольной структуры, где каждый блок информации, соответствующий определенному литературному источнику, отделяется от другого специальными символами - маркерами.
Файл пятого типа - файл наименований баз экспериментов. Файл, где каждый блок информации, соответствующий определенному литературному источнику, отделяется от другого специальными символами.
Файлы шестого типа - файлы баз экспериментальных данных. Отвечают стандартам ББР-файлов.
Рассматриваемые средства проектирования могут создавать базы быть трех типов: базы содержащие библиографическую информацию и связанные с ней экспериментальные данные; базы содержащие только библиографию; базы содержащие некоторые наборы данных или экспериментальный материал.
Процесс создания баз первых двух типов описан выше. При создании баз третьего типа просто создается стандартный ББР-файл, который помещается пользователем в отведенный им для него директорий. Этот файл не связывается с какой-
либо библиографической базой, т.е. для него не создается сводный файл, и он применяется пользователем по своему усмотрению в различных разделах работы.
Последующая работа с базой иллюстрируется линией действий приведенных на рис.1.
Предлагаемая база данных и библиографической информации является достаточно универсальной и позволяет обеспечить быстрый доступ к данным, исключает их ненужное дублирование.
Построение модели ХТС.
Построение модели химико-технологических процессов начинается с построения математических моделей на основе обыкновенных дифференциальных уравнений и уравнений в частных производных. Математические модели процессов могут включать формулы для расчета физико-химических величин, различные системы линейных и нелинейных алгебраических уравнений.
Процесс решения в большинстве случаев строится по следующей схеме:
- проводится расчет физико-химических величин для заданных условий прохождения процесса;
- решается система линейных, либо нелинейных алгебраических уравнений (возникновение таких систем уравнений чаще всего связано с наличием каких либо явлений сопровождающих технологический процесс или участвующих в нем, временные характеристики которых резко отличаются между собой, кроме того, такие системы возникают при решении дифференциальных уравнений методом сеток);
- выполняются расчет производных и осуществляется вычисления новых значений переменных для данного шага (при решении дифференциальных уравнений в частных производных методом сеток данный шаг отсутствует);
- анализ окончания решения.
Моделирующая программа такого класса
должна включать в себя следующие составляющие:
- диалоговая система подготовки исходного модуля программы моделирования ХТС;
- диалоговая система подготовки экспериментальной информации для расчетов физико-химических констант;
- база данных для хранения экспериментальных результатов с возможностью предварительной обработки и выборки данных для передачи их в другие модули на дальнейшую обработку;
- система для построения графиков и выдачи на печать различных таблиц с результатами;
- библиотека подпрограмм реализации стандартных методов расчета алгебраических и дифференциальных уравнений;
- система предоставления подсказок по всем видам возможных работ, осуществляемых в подсистеме моделирования.
Начальный шаг работы по разработке модели завершается получением файла программы, написанного на удобном для пользователя языке программирования (например, Фортране, Паскале или С++) и созданием баз исходных данных, необходимых для выполнения исследования режимов работы технологического процесса.
Основой моделей технологических последовательностей аппаратов, являются математические модели отдельных аппаратов. Данная программа моделирования ориентирована на исследование технологических режимов работы как отдельных аппаратов, так и их технологических цепей. Результаты расчетов, в дальнейшем, используются при построении дискретной модели технологического процесса.
Последовательность действий при построении исходного модуля программы для моделирования отдельного технологического процесса представлена далее:
1. Задание типов (переменных, массивов);
2. Задание подпрограмм (подпрограммы пользователя для расчетов физико-химических переменных);
3. Ввод исходной информации;
4. Задание расчетных формул модели вне цикла;
5. Задание меток перехода (при наличии циклов);
6. Задание расчетных формул модели внутри вычислительных циклов;
7. Выбор стандартных подпрограмм из библиотеки программ для решения систем линейных или нелинейных алгебраических уравнений;
8. Подключение подпрограмм из стандартной библиотеки программ для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений. При наличии дифференциальных уравнений в частных производных данный пункт может быть опущен;
9. Вывод результирующей информации;
10. Анализ окончания решения.
Данная последовательность действий может быть расширена таким образом, что можно моделировать и технологические последовательности аппаратов, которые могут включать и рециклы.
Пр и создании модуля может быть исполь зована диалоговая система, ко-
Ж-
База
Обработка
Моделирование
Аппроксимация График
Создать
Открыть
Редактирование
Сохранить
Сохранить Как
Закрыть
Эксперимент
Создать
Открыть
Типы
Подпрограммы
Модули
Ввод
Формулы Метки
Номер процесса Вызов модуля Уравнения связи Вывод
Условия окончания решения
Помощь П
Наполнить Решение
Рис.2. Обобщенная структура линии действий подсистемы моделирования
торая после выполнения каждого пункта диалога записывает в файл исходной программы информацию, полученную от пользователя в виде каких-либо идентификаторов некоторых типов переменных, либо в виде формул, либо в виде обращений к стандартным подпрограммам. Такие записи в файл исходного модуля программы могут производиться пользователем в произвольном порядке. В общем случае запись в такого типа файлы следующая:
1. Задание типов (переменных, массивов);
2. Задание подпрограмм пользователя для расчетов физико-химических переменных;
3. Задание подпрограмм для расчета модулей моделирования отдельных технологических процессов. В данном случае при задании подпрограмм может возникнуть необходимость в выборе стандартных подпрограмм из библиотеки программ для решения систем линейных или нелинейных алгебраических уравнений и в подключение подпрограмм из стандартной библиотеки программ для решения систем обыкновенных дифференциальных уравнений. Процесс построения данных подпрограмм аналогичен рассмотренному выше.
4. Ввод исходной информации;
5. Задание расчетных формул модели вне цикла;
6. Задание меток перехода (при наличии вычислительных циклов);
7. Задание номера процесса в соответствии порядком расчета технологической схемы;
8. Обращение к подпрограмме расчета отдельного модуля моделирования данного технологического процесса;
9. Задание уравнений связи данного технологического процесса по его выходным данным с другими процессами (9);
10. Пункты 7,8,9 повторяются до тех пор, пока технологические процессы не исчерпаются.
11. Вывод результирующей информации;
12. Анализ окончания решения.
При реализации данной последовательности ввода информации, в файле запишется программа моделирования нескольких аппаратов, входящих в технологическую цепь с учетом наличия возможных рециклов в технологической схеме.
Обобщенная структура линий действий подсистемы моделирование приведена на рис.2.
Проектирование программных средств подсистемы сбора информации и построения базы данных дискретной модели.
Известно, что химическое производство представляет сложную многоуровневую иерархически соподчиненную систему, в рамках которой функционирует множество технологических процессов и их систем, образующих в соответствии с функционально-целевым назначением цеховые отделе-
ния, входящие в начальный уровень иерархии и относящиеся к технолого-организационным подразделениям производства.
От того насколько эффективно работает информационная система начального уровня иерархии в большой степени зависит качество принимаемых решений других уровней сложной системы химико-технологического производства.
Информационная технология химического производства включает в свой состав комплекс технических средств выполняющих операции сбора преобразования и представления информации; функциональное обеспечение, которое определяет основные информационные потоки системы и, кроме того, разделяет комплекс технических средств на ряд подсистем по соответствующим целевым назначениям; математическое и программное обеспечение с помощью которого реализуются основные функции информационной системы.
Технология работы пользовательской системы построения дискретной модели ХТС включает следующие этапы:
- создание базы текущих значений параметров работы ХТС;
- создание программных модулей для расчета коэффициентов дискретной модели системы;
- создание базы коэффициентов дискретной модели;
- формирование элементов алфавита входа и текущих состояний технологической системы;
- создание базы текущих состояний.
Основной задачей данной подсистемы является проектирование программных средств преобразования информации с целью построения дискретной модели.
Данные программные средства должны обеспечивать решение следующих задач:
- сбор информации;
- преобразование информации;
- наполнение базы данных параметров технологического процесса;
- преобразование данных и наполнение базы данных дискретной модели;
- анализ состояний, который включает определение элемента алфавита входа и элемента алфавита состояния как для каждого аппарата, так и для последовательностей аппаратов.
Фактически создается часть функционального преобразователя, которая осуществляет приведение параметров рабочих режимов ХТС к системе алфавита автомата управления.
Рассмотрим технологию работы системы управления по сбору и преобразованию информации.
Датчики системы управления через УСО поставляют необходимую информацию в ЭВМ. Информация поступающая с объекта имеет разно-
родный характер. Трудно предусмотреть все варианты сбора исходной информации с объекта управления, поэтому наиболее целесообразным подходом к решению рассматриваемой проблемы является разделение работ по сбору текущей информации, проводимых непосредственно на технологическом объекте, и работ проводимых проектировщиком системы.
В связи с этим, для стыковки существующей системы управления и проектируемой на основе дискретных моделей, необходимо, на этапе внедрения новой системы, выполнить работы по созданию соответствующих программ, которые выполняли передачу данных в базу разработанную при проектировании новой системы управления - в базу для хранения данных, поступающих с технологической системы как непосредственно с контрольно-измерительных приборов, так и результатов физико-химических анализов, обычно проводимых в заводских лабораториях. Отличительная особенность этой базы заключается в том, что данные в ней хранятся в преобразованном виде, в соответствии с размерностью измеряемых величин.
База, разработанная проектировщиком, содержит исходный материал для принятия решений системой управления. Средства построения баз описаны выше.
Следующий шаг работ по созданию системы управления - это создание базы данных дискретной модели ХТС. Создание данной базы начинается с создания базы списка состояний. Каждому имени состояния ставится в соответствие определенный идентификатор и, кроме того, в базу вносится информация, которая описывает свойства ХТС характерные для данного состояния.
Далее автоматически создается база текущих состояний, которая включает поле идентификатора состояний и поле индикатора состояния, которое сигнализирует о достижении данного состояния.
Процесс создание базы состояний имеет некоторые отличительные особенности и поэтому вынесен в отдельный пункт меню.
Затем осуществляется формирование базы данных для хранения коэффициентов дискретной модели.
Далее выполняются следующие работы:
- создание программных средств преобразования исходных данных в коэффициенты дискретной модели;
- создание программных средств формирования элементов алфавитов входа и состояний отдельных аппаратов и их последовательностей;
- наполнение базы данных для хранения элементов алфавита входа и состояний отдельных аппаратов.
Создание программных средств описывалось выше. Отличие заключается в том, что здесь используются формулы преобразования параметров процесса в коэффициенты дискретной модели и в основном выполняется линейный пересчет данных.
Кроме того, основными выходными данными дискретной модели являются списки элементов алфавитов входа и состояния аппаратов и их последовательностей.
Поэтому, для проверки правильности работы дискретной модели необходимо предусмотреть вычислительный эксперимент, основное назначение которого - проверка работоспособности дискретной модели. При этом надо наполнить базу данных наборами различной исходной информации и отследить возникающие последовательности элементов алфавита входа и состояний.
Структура линий действий подсистемы построения дискретной модели приведена на рис.3.
Описание состояний и соответствующих им линий действий строится аналогично приведенным выше описаниям.
Программные средства проектирования ИУС на основе диагностики состояний.
Цель данного этапа - проектирования информационно-управляющей системы ХТП на основе дискретных моделей.
Основными элементами данной системы проектирования являются программные средства создания информационных баз и работы с ними, программные средств построения механизмов выбора различных наборов организационно-технологических мероприятий и управляющих воздействий, которые наиболее эффективно могут влиять на технологическую систему и, наконец, программные средства создания интерфейса пользователя.
Работа пользовательской системы основана на нескольких типах информационных баз.
Первый тип баз содержит информацию, которая поступает с системы управления. Данная база формируется на этапе создания дискретной модели и содержит сведения о состоянии технологической системы, состоянии оборудования и состоянии системы управления в данный момент времени, а так же ее предысторию. Данная база описана выше в предыдущем параграфе.
Второй тип баз содержит инструктивно-справочный материал, который систематизирован в соответствие с конкретными состояниям технологической системы. Это базы для хранения организационно-технологических мероприятий, которые выступают как какие-либо рекомендации по ведению технологического процесса в зависимости от тех или иных событий происходящих в технологической системе.
Третий тип баз предназначен для хранения сообщений системы о состоянии технологических
процессов, конкретных единиц оборудования и систем управления - базы событий.
Четвертый тип баз содержит организационно-технологические рекомендации, которые система формирует на основе сообщений о состоянии технологических процессов, оборудования и систем управления - база рекомендаций.
Пятый тип баз - это базы в которых хранятся наборы заданий для регуляторов реализующих определенные режимы работы технологических систем, которые являются результатом проведения вычислительного эксперимента на модели ХТС -база вычислительного эксперимента.
Таким образом, программные средства проектирования на данном этапе должны предусматривать возможность создания баз второго, третьего,
четвертого и пятого типов, где должна храниться информация, предназначенная для формирования управляющих воздействий и реализации управления непосредственно на технологической системе.
Назначение механизмов выбора заключается в выборе различных наборов организационно-технологических мероприятиях и управляющих воздействий, которые ставятся в соответствие символам алфавита состояний. Результатом ее работы является информация, которая должна использоваться в управлении технологическими процессами.
В данной системе, одним из основных требований к программным средствам, создающим программную реализацию механизмов выбора, является следующее требование: - механизмы выбора должны предусматривать возможность проведения вычислительного эксперимента с целью определения рациональных или оптимальных вариантов настроек регуляторов и последовательностей действий персонала управления ХТС.
Работа пользовательской системы строится следующим образом:
- осуществляется опрос состояний технологической системы из базы данных;
- выполняется анализ состояний технологической системы с целью выявления набора событий произошедших в системе к определенному моменту времени;
- данные анализа о наборе событий в технологической системе, обусловленных состоянием технологических процессов, конкретных единиц оборудования и систем управления, за определенный интервал времени передаются в базу событий;
- в соответствии с набором событий технологической системы осуществляется выбор организационно-технологических мероприятий, которые помещаются в базу рекомендаций;
- осуществляется запрос о необходимости проведения вычислительного эксперимента для какого-либо события, результаты которого заносятся в базу вычислительного эксперимента;
- осуществляется запрос о дальнейшем режиме работы ХТС для принятия решений по управлению ХТП с выдачей рекомендаций по ведению технологического процесса и результатов вычислительного эксперимента.
Система проектирования ИУС должна обеспечивать создание следующих функциональных блоков:
- блок построения баз данных и базы информационно-справочного материала;
- блок формирования набора событий;
- блок выбор рекомендаций по управлению ХТП;
- блок проведения вычислительного эксперимента.
Проектирование данной ИУС начинается с проектирования баз. База первого типа является продуктом создания дискретной модели. Несколько отличный характер имеет процесс построения базы информационно-справочного материала. Все остальные базы создаются в соответствии с технологией описанной ранее.
Процесс создания базы информационно-справочного материала начинается на этапе построения дискретной модели с формирования системы событий возникающих в ХТС.
На первом этапе проектировщик разрабатывает систему событий, на втором этапе, используя программные средства системы проектирования, осуществляется формирование базы системы событий, которая в общем случае носит иерархический характер и в соответствие каждому событию заносит в базу инструктивно-справочный материал.
Синтез системы событий производится разработчиком системы в соответствии с общими правилами формирования регулярных событий и может отражать как подходы построенные на регулярной логике, так и вероятностной или нечеткой логике.
Технология формирования базы информационно-справочного материала аналогична технологии создания базы библиографической информации.
Создание данной базы начинается с создания списка событий. На этом этапе система проектирования запрашивает следующую информацию:
- имя события;
- имена событий и состояний, связанные логическим связками «OR», «NOT» или «AND», которые для него являются исходными;
- информацию, характеризующую производственно-технологические мероприятия, которые необходимо выполнить при появлении данного события;
- имя программы модели, которую используют при проведении вычислительного эксперимента, необходимость в котором возникает при появлении данного события (модели и базы данных для работы с ними для различных событий разрабатываются в разделе построения моделей или могут быть созданы в какой-либо конкретной среде программирования).
На данном шаге создается несколько файлов баз данных, часть которых при работе пользовательской системы поставляет исходную информацию, используемую при принятии решения по управлению технологией для данного оперативного интервала времени.
Другая часть файлов баз данных хранит текущую результирующую информацию, содержащую организационно-технологические мероприятия и результаты выполненных вычислений по математическим моделям.
Перечислим файлы баз исходной информации:
- сводный файл, записи которого содержат поля фиксированной длины, где хранится для каждого идентификатора событий идентификатор связей событий и состояний, а также идентификатор модели;
- файл, в котором для каждого идентификатора связи некоторого события указаны идентификаторы состояний и событий, которые являются первопричиной данного события;
- файл, в котором для каждого идентификатора события, содержится описание организационно-технологических мероприятий по управлению технологией в сложившейся производственной ситуации;
- файл, в котором для каждого идентификатора модели, указывается имя базы исходных данных и имя базы выходных данных.
Система проектирования автоматически создает следующие базы для хранения результирующей информации:
- база текущих событий, которая включает поле идентификатора событий и поле индикатора событий, которое сигнализирует о достижении данного события;
- база текущих организационно-технологических мероприятий, которая включает поле идентификатора состоявшегося события и поле рекомен-
даций по управлению технологическим процессом.
База результатов расчетов параметров технологических процессов, их режимов работы, которая может быть непосредственно через систему управления связана с промышленной технологией, создается проектировщиком системы на основе анализа выходных результатов решений выдаваемых различными моделями, используемых для различных событий происходящих в технологической системе и содержит поля названий параметров и поля значений величины этих параметров.
После создания всех необходимых для работы пользовательской системы баз данных выполняется построение следующих программных средств:
- программы формирования набора текущих событий;
- программы механизма выбора организационно-технологических мероприятий и организации, в случае необходимости, выполнения прогностических технологических расчетов.
Выполнение данной работы опирается на стандартный программный модуль, который осуществляет построение выше перечисленных программ.
Для построения программы формирования набора текущих событий система проектирования запрашивает имена следующих баз:
- базы текущих состояний;
- базы информационно-справочного материа-
ла;
- базы текущих событий;
- имя программного модуля.
Информационная Вспомогательные Программы Проект Эксперимент Помощь F1
база событий базы
V
Создать Открыть
Имя события Информация о событии Связь событий и состояний Имя модели
Редактирование Сохранить Сохранить Как
Базы
результирующей информации
Закрыть
Рис. 4. Линия действий системы создания проекта
По информации содержащейся в базах осуществляется построение программного модуля формирования набора текущих событий.
Аналогично проводится работа по созданию модуля программы реализующей поиск и выбор организационно-технологических мероприятий для некоторого набора событий состоявшегося на заданном интервале времени, а также организации технологических расчетов.
Для этого система проектирования запрашивает следующие имена баз:
- базы текущих событий;
- базы информационно-справочного материала;
- базы текущих организационно-технологических рекомендаций;
- базы текущих рекомендаций по технологическим параметрам и заданиям для регуляторов систем управления ХТП;
- имя программного модуля.
И далее, формируется модуль программы, который осуществляет взаимодействие баз текущих событий и информационно-справочного материала, выдает информацию в базу текущих организационно-технологических мероприятий и, кроме того, осуществляет организацию запроса на выполнение прогностических технологических расчетов.
Дальнейший шаг разработки программных средств ИУС ХТП состоит в выполнении программной компоновки, в целом, проектируемой системы.
Для выполнения данной работы система проектирования осуществляет запрос следующей информации:
- имени базы текущих значений параметров;
- имени файла программы расчета коэффициентов дискретной модели системы;
- имени базы коэффициентов дискретной модели;
- имени программы формирования алфавита входа и текущих состояний технологической системы;
- имени базы текущих состояний;
- имени программы формирования набора текущих событий;
- имени базы текущих событий;
- имени базы информационно-справочного материала;
- имени файла программы выбора организационно-технологических рекомендаций;
- имени базы организационно-технологических рекомендаций;
- имени базы текущих рекомендаций по технологическим параметрам и заданиям для регуляторов систем управления ХТП.
Таким образом формируется программный проект системы проектирования. Линия действий системы создания проекта приведена на рис.4.
На заключительном этапе формируется основной продукт системы проектирования, включаю-
щий в себя комплекс программных средств, реализующих основное функционально-целевое назначение системы, и соответствующая сопроводительная информация (описания программ и различного рода инструкции).
Заключение.
Перечислим состав программных объектов входящих в программный комплекс: система управления проектированием; база данных и библиографической информации; моделирующая программа; система построения базы данных для работы с реальным объектом; система получения информации с ХТС; система преобразования данных с ХТС; система анализа данных и приведения ее к форме, необходимой для работы дискретной модели; система принятия решений; система вычислительного эксперимента, для проверки работоспособности всего программного комплекса; система составления результирующих документов для сопровождения всего программного комплекса; пользовательский интерфейс; трансляторы и системное программное обеспечение; общие библиотеки классов.
В соответствии с выше изложенным, распределение программных объектов по доменам системы проектирования следующее.
Прикладные домены:
- моделирующая программа;
- база данных и библиографической информации;
- система преобразования данных поступающих с ХТС;
- система анализа данных и приведения ее к форме, необходимой для работы дискретной модели;
- система принятия решений;
- система вычислительного эксперимента, для проверки работоспособности всего программного комплекса.
Сервисные домены:
- система построения моделирующих программ;
- система построения базы данных;
- система получения информации с ХТС;
- система проектирования модуля принятия решений;
- система составления результирующих документов для сопровождения всего программного комплекса;
- пользовательский интерфейс.
Архитектурные домены:
- система управления проектированием.
Домены реализации:
- трансляторы и системное программное обеспечение;
- общие библиотеки классов.
Список литератураы
1. Богатиков В.Н., А.В. Вершков, Б.В. Палюх. Программные средства проектирования системы управления непрерывными технологическими процессами построенной на основе конечных автоматов. Программные продукты и системы. 2,1995. С 29-34.
2. Шлеер С., Меллор С. Объектно - ориентированный анализ: моделирование мира в состояниях. Киев, Диалектика, 1993.- 240 с.
3. Буч Г. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения. Киев, Диалектика, 1992.- 520 с.
РАЗРАБОТКА И ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ МЕТОДОВ ТЕСТИРОВАНИЯ НАУЧНОЙ И ТВОРЧЕСКОЙ
КВАЛИФИКАЦИИ
С.А. Пиявский, Д.Е. Кадочкин
С.А.Пиявским ([1]-[3]) предложена новая образовательная технология управляемого развития научных способностей. Ядром технологии и ее основным отличием от других является блок моделирования. Этот блок основывается на математической модели развития одаренности, разделяющей научные способности на 36 отдельных элементов по функциям и уровням исследовательской деятельности. Разделение по функциям примерно соответствует последовательности решения любой научной задачи. Таких функций девять: поиск тематики (1), постановка задачи (2), формирование идеи и плана решения (3), выбор и освоение обеспечения (4), реализация отдельных элементов плана решения задачи (5), синтез результатов (6), оформление результатов (7), защита (8), внутренняя критика (9). Разделение по уровням характеризует сложность научной задачи. Уровней исследовательской деятельности четыре - фрагментов (1), задач (2), проблем (3) и направлений (4). Таким образом, уровень научных способностей в целом характеризуется совокупностью значений, задающих степень выраженности у личности каждого из 36 элементов научной квалификации
В [2] описывается создание программного обеспечения этой технологии, состоящего из четырех взаимосвязанных частей (блоков): тестирования, мониторинга, моделирования и управления. Ядром технологии является подробно описанный в [2] блок моделирования. В настоящей статье рассматривается другой важнейший блок технологии - блок тестирования. Его основное назначение состоит в определении исходных данных для блока моделирования. Соответственно, главная его особенность состоит в том, что он должен измерять уровень научной квалификации личности по 36 составляющим элементам.
Блок тестирования организован следующим образом. Его центральной частью является банк
тестовых вопросов. Вопросы разделяются на три группы:
• вопросы тестируемому, правильность ответа на которые оценивается автоматически. Это вопросы, ответ на которые может быть представлен как выбор из вариантов или как число.
• вопросы тестируемому, правильность ответа на которые оценивается экспертом. Это вопросы, ответ на которые может быть представлен только в виде текста и, соответственно, не может быть оценен компьютером.
• вопросы эксперту. Это вопросы о тестируемом, задаваемые эксперту и предназначенные для контроля. Например, сюда могут входить вопросы такие, как: "Оцените знания студента по строительной механике".
Используются вопросы следующих типов:
1. Вопрос с единичным выбором вариантов, среди которых только один - правильный.
2. Вопрос с единичным выбором вариантов, расположенных в виде качественной шкалы.
3. Вопрос с количественным ответом для сверки с правильным. Аналогичен типу 1.
4. Вопрос с количественным ответом, оцениваемым по линейной шкале.
5. Вопрос с количественным ответом, оцениваемым по логарифмической шкале.
6. Вопрос с множественным выбором вариантов, проверяемый на правильность набора.
7. Вопрос с множественным выбором вариантов, оцениваемый по сумме выбранных.
8. Вопрос, предусматривающий текстовый ответ. Оценивается экспертом. Оценка качественная.
Алгоритм тестирования
