Т.О. Толстых

ПОСТРОЕНИЕ СЕТЕВОЙ МОДЕЛИ

ИНФОРМАЦИОННОГО МОДУЛЯ В ВИДЕ Е-СЕТИ.

Технология создания информационных систем (ИС) предъявляет особые требования к методикам реализации и программным инструментаментальным средствам, а именно,:

- реализацию проектов по созданию ИС принято разбивать на стадии анализа, проектирования, непосредственного кодирования, тестирования и сопровождения;

- жизненный цикл создания сложной ИС сопоставим с ожидаемым временем ее эксплуатации. Следовательно, для создания ИС необходим инструмент, значительно уменьшающий время разработки ИС;

- вследствие значительного жизненного цикла может оказаться, что в процессе создания системы внешние условия изменились. Поэтому для успешной реализации крупного проекта необходимо, чтобы инструментальные средства, на которых он реализуется, были достаточно гибкими к изменяющимся требованиям.

Одним из эффективных средств анализа и моделирования информационных систем является имитационное моделирование, которое позволяет исследовать ИС, как на стадии проектирования, так и на стадии функционирования.

Введём понятие системы, под которым будем понимать набор значений переменных системы в некоторый момент времени. В данном примере системой является единица информационной технологии - информационный модуль (ИМ)– некоторая совокупность программных и аппаратных средств. Тогда работу такого модуля (ИМ) можно условно разбить на следующие основные стадии:

1. Стадия наладки. Подготовка аппаратного и программного интерфейсов и определение параметров системы.

2. Стадия ввода данных.

3. Стадия реализации ИМ.

4. Стадия контроля качества и вывода данных.

Состав переменных, характеризующих состояние ИМ и соответствующих основным стадиям работы ИМ, а также их значения приведены в таблице 1.

Таблица 1

	Переменные	Значения переменных
1	X 1	ИМ исправлен  не исправлен 
2	X 2	ИМ не готов к вводу данных  готов 
3	X 3	ИМ работает не работает
4	X 4	Реализуется стадия контроля и выдачи данных не реализуется

Формально структура модели ИМ описывается набором:

N = ( Q, S, F, M₀ ),

Q = {q ₁ , q ₂ , ... , q ₁₂ } – набор переходов;

S = {s ₁ , s ₂ , ... , s ₂₁ } – набор позиций;

F - связи между элементами q_i и S_j, отображаемые стрелками; M ₀ – начальная маркировка, сопоставляющая каждой позиции наличие или отсутствие объекта.

Графически позиции на рис.1 изображены кружками, переходы – чёрточками, наличие маркера – точкой внутри кружка. Все переходы, соответствующие состояниям ИМ, обозначены символом q_i Переходы, играющие вспомогательную роль, помечены символом _i. Перечень условий, ассоциированных с позициями сетевой модели ИМ, приведён в таблице 3. Изменение состояния сети означает изменение числа маркеров в её позициях. Чтобы объект (поток данных) мог перемещаться из входной позиции в выходную необходимо, чтобы соответствующий переход стал активным. Для построенной сети активизация переходов q_2, q₃, q₅, q₆ осуществляется в соответствии с логическими функциями S._1. S ₂ S ₃ , (S ₁₂  S ₈)  (S ₄  S ₅),

S ₁₂  S ₁₁ ,( S ₁₀  S ₁₁) S₆ соответственно. Для построенной сети активизация переходов возможна лишь в том случае, когда в каждой из входных позиций имеется хотя бы один объект. Наличие в сети разрешающих позиций S ₄ , S ₇ , S _{11 ,}S _{12 ,}S _{21 ,} которые играют управляющую роль для тех переходов, с которыми они связаны, позволяют организовывать в модели условные ветвления.

Таблица 2

	СОСТОЯНИЕ МОДУЛЯ	ПЕРЕХОД
1	Простой модуля	X
2	Готовность к началу работы	q 1
3	Ввод данных	q 2
4	Установка параметров модуля	q 3
5	Подготовка ИМ к работе	q 4
6	Готовность ИМ к интеграции с другими ИМ	q 5
7	Функционирование модуля	q 6
8	Нормальное завершение работы ИМ	q 7
9	Аварийное завершение работы ИМ	q 8
10	Плановая реструктуризация модуля	q 9, q13
11	Коррекция модуля в процессе наладки	q 10
12	Коррекция модуля в процессе интеграции с другими ИМ	q 11
13	Реструктуризация ИМ в процессе интеграции с другими ИМ	q 12

В начальный момент времени t₀ T , до запуска модели, в позициях S₂ , S₃ , S₅ , S_{6 ,} S₈ , S₉ , S₁₀ , S₁₄ , S₁₅ , помещаются маркеры, обеспечивающие при поступлении объекта, условия активизации для соответствующих переходов. При возбуждении генератора внешним источником в позиции S₁ формируется маркер и запускается переход q₂ . Эта маркировка ассоциативна выдаче блоку управления сообщения о вводе данных в ИМ. По истечении времени, соответствующего времени ввода данных, переход q₂ активизируется и маркер переходит из позиции S₁ в позицию S₄. Разрешающая позиция S₄ характеризуется двумя состояниями: q₁ и q₃ Реализация конкретного состояния осуществляется через разрешающую процедуру с двумя возможными исходами:

Таблица 3

	ПОзиция	СОДЕРЖАНИЕ УСЛОВИЯ
1	S 1	Имеются данные на обработку
2	S 2	Модуль готов к функционированию
3	S 3	Модуль функционирует исправно
4	S 4	А – интерфейсная часть ИМ не функционирует В – интерфейсная часть ИМ функционирует
5	S 5 ,S 6	Интерфейсная часть ИМ функционирует
6	S 7	А – модуль не исправлен В – модуль готов к функционированию
7	S 8 ,S9 ,S 10	Модуль функционирует исправно
8	S 11	А – модуль не исправлен В – модуль исправлен С- интерфейсная часть ИМ не функционирует
9	S 12	А – интерфейсная часть ИМ не функционирует В – ошибки в вводе данных С- данные обработаны Д – требуется аппаратная модификация Е – требуется программная реструктуризация
10	S 16	Требуется программная реструктуризация
11	S 14 ,S 15	Модуль функционирует исправно
12	S 17 ,S 18 ,S 19	Модуль готов к функционированию
13	S 20	Модуль готов к функционированию
14	S 21	А – модуль функционирует исправно В – требуется плановая реструктуризация модуля

Исход А: запускается переход q₁ , полученная маркировка соответствует сообщению блока управления об неисправности интерфейса, обеспечивающего связь с другим ИМ и необходимости его наладки. По истечение времени задержки, переход q₁ активизируется и маркер переходит из позиции S₄ в позицию S₅ . Наличие двух маркеров в позиции означает установку параметров.

Исход В: в этом случае сразу запускается переход q₃ , то есть выдается сообщение о необходимости установки всех параметров ИМ. По заверешеню процесса переход q₃ активизируется и маркер переходит в разрешающую позицию S₇

Аналогичные рассуждения проводятся и для других позиций. Остановимся подробнее на реализации позиции S₁₂ . Здесь возможны пять исходов:

Исход А: в этом случае запускается переход q₅ , а полученная маркировка соответствует сообщению Блока управления о переходе ИМ в состояние готовности к интеграции с другими ИМ. По истечении времени задержки переход q₅ активизируется и маркер переходит в позицию S₆ . Такая маркировка означает начало работы модуля.

Исход В: в этом случае запускается переход q₁₂ , а полученная маркировка соответствует собщению блока управления о необходимости реструктуризации ИМ в процессе интеграции с другими модулями. По завершению реструктуризации переход q₁₂ активизируется и маркер переходит в позицию S_10. Наличие двух маркеров в S₁₀ ассоциирует начало интеграции модуля.

Исход С: в этом случае запускается переход q₇ , а полученная маркировка соответствует сообщению о нормальном завершении работы модуля.Далее, переход q₇ активизируется и маркер переходит из позиции S₁₂ в позиции S₂₀ и S_21. Выход Y₂ имитирует передачу данных в буферную память. Позиция S₂₁ характеризуется двуми возможными исходами. В случае исхода А маркер через переход ₁ мгновенно передаётся в позицию S₂ и выдаётся сообщение о простое модуля и готовности его к функционированию. В случае исхода В запускается переход q₁₃ и выдаётся сообщение о начале плановой реструктуризации модуля. По истечении времени реструктуризации пеерход q₁₃ активизируется и маркер поступает в позицию S₁₅ , а через мгновенно срабатывающий переход ₃ в позицию S₃ , что соответствует исходному состоянию.

Исход Д: в этом случае запускается переход q₅ и выдаётся сообщение о готовности модуля к интеграции с другими ИМ. Далее, переход q₅ активизируется и маркер поступает в позицию S₆ .

Исход Е: запускается переход q₈ и блок управления выдаёт сообщение об аварийном завершении работы модуля, после чего маркер переходит в позиции S₁₆ и S₁₇ . Запускается переход q₉ и выдаётся сообщение о реструктуризации модуля. По истечение времени реструктуризации маркер переходит из S₁₆ в S₁₄ и через переход ₃ поступает в S₃ , что соответствует переходу модуля в состояние межтехнологического простоя. Из позиции S₁₇ маркер черех мговенный переход ₂ поступает в S₁₉ и S_18. Выход ₂ имитирует передачу необработанных данных в некоторую область памяти для временного хранения данных. Из позиции S₁₉ маркер переходит в S₂ через ₁ и выдаётся сообщение о переходе модуля в исходное состояние.

При возбужднии генератора  внешним источником маркер формируется в позиции S₁ и процесс имитации повторяется снова. Закон изменения состояния ИМ в описанной сетевой модели можно записать в следующем виде:

Z _i(t) = (_k + t _{z i} ) – t  0 ,

г де _{k –} момент времени перехода модуля из состояния j в i; t _{z i} - ожидаемое время пребывания ИМ в i – ом состоянии; t – текущее время.

В момент времени t*, при котором Z_i(t*)  0, произойдёт “мгновенный“ скачок и ИМ перейдёт из состояния i в одно из разрешённых состояний i + 1.

Рис.1. Сетевая модель ИМ

ВЫВОД: Использование сетевого моделирования позволяет отобразить фактическое состояние информационного модуля, информационной системы или информационной технологии в целом в оперативной памяти и, следовательно, оценить полученные на ранних стадиях работы проектные решения и организовать своевременную и эффективную корректировку проектов.

Воронежский механический завод

УДК 674.04:681.51

А. А. Шаповалов

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПРОЦЕССА СУШКИ ИЗМЕЛЬЧЕННОЙ

ДРЕВЕСИНЫ В БАРАБАННОЙ СУШИЛКЕ «ПРОГРЕСС»

Для построения эффективной системы энергосберегающего управления процессом сушки измельченной древесины, обладающей высокой точностью и быстродействием необходимо исследовать временные характеристики барабанной сушилки как объекта управления, а также динамические характеристики объектов регулирования входных потоков вещества и энергии. Для решения поставленной задачи на АОЗТ «Электрогорскмебель» была проведена серия экспериментов по снятию кривых разгона /1/. На вход объекта (барабанной сушилки) подавалось ступенчатое воздействие по следующим входным параметрам:

• подача газа в топку, м³/час;

• подача воздуха на горение, 0 – 1, отн. ед.;

• подача воздуха на смешивание, 0 – 1, отн. ед.;

• подача стружки, кг/час.

На выходе фиксировалась реакция объекта на поданные воздействия. Измерения проводились по двум параметрам: температуре топочного газа в топке, ⁰С и температуре агента сушки на выходе из барабана, ⁰С.

Фиксация значений выходной переменной проводилась через промежутки времени, равные 1 мин, до достижения выходной переменной установившегося значения. В таблице 1 приведены значения входных и выходных параметров процесса сушки.

Таблица 1

Значения входных и выходных параметров процесса сушки

измельченной древесины

Наименование параметра	Значение параметра
1	2
Подача воздуха на горение, отн. ед.	0,5
Подача стружки, кг/час	1600
Подача газа, м3/час	250
Подача воздуха на смешивание, отн. ед.	0,5
Установившееся значение температуры топочного газа в топке, 0С	800
Установившееся значение температуры агента сушки на выходе из барабана, 0С	125

По характеру изменения графиков экспериментальных кривых разгона было сделано предположение о том, что динамические свойства объекта можно описать передаточной функцией инерционного звена первого порядка:

. ( 1 )

Общее и частное решение этого уравнения имеет вид:

, ( 2 )

в котором неизвестными внутренними параметрами являются коэффициенты усиления k и постоянные времени T.

Вычисление неизвестных параметров модели проводилось на ЭВМ IBM PC/AT с помощью модуля «Нелинейная регрессия» пакета стандартных программ «STATISTICA». Независимым параметром являлось время наблюдения, а зависимыми параметрами были температура топочного газа в топке и температура агента сушки на выходе из барабана. Результаты вычисления представлены в таблице 2.

Таблица 2

Итоговые значения параметров динамики барабанной сушилки

Входные	Выходные параметры процесса
параметры процесса	Температура топочного газа в топке		Температура агента сушки на выходе из барабана
	Т	k	Т	K
Подача газа	180 сек	3,2 0С*час/м3	180 сек	0,5 0С*час/м3
Подача стружки	-	-	130 сек	0,07812 0С*час/кг
Подача воздуха на горение	180 сек	1600 0С/отн.ед.	-	-
Подача воздуха на смешивание	-	-	130 сек	250 0С/отн.ед.

Рассчитанные параметры динамики и статики барабанной сушилки позволяет провести синтез системы управления процессом сушки, с целью снижения удельных затрат топлива и энергии на 1т получаемой стружки, а также повысить качественные параметры процесса, т.е. снизить отклонение фактической влажности стружки от заданного значения и снизить температуру агента сушки на выходе из барабана.

Литература

1. Бояринов А.И., Кафаров В.В. Методы оптимизации в химической технологии. М.: Химия, 1973.-575 с.

Воронежская государственная

лесотехническая академия

УДК 674:330.115.001.57