СПОСОБ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМИ СИСТЕМАМИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2008 года по МПК G06F17/18 G06N1/00 

Изобретения относятся к области автоматики и вычислительной техники и могут быть использованы для оценки эффективности автоматизированного управления техническими системами (ТС) широкого класса вне зависимости от их назначения, целей, решаемых задач и сложности.

Из уровня техники известен способ определения работоспособности объектов (см. Мозгалевский А.В., Гаскаров Д.В. Техническая диагностика. - М.: Высшая школа, 1975, с.38-46), включающий измерение параметров и их сопоставление с соответствующими нормами (эталонами).

Недостатком известного способа является его узкая специализация - диагностика относительно несложных систем, что не позволяет осуществлять оценку эффективности управления сложными большими техническими системами.

Известен также способ (см. "Автоматическая аппаратура контроля радиоэлектронного оборудования"./Под ред. Н.Н. Пономарева - М.: Сов. радио, 1975, с.5-10 и с.293-318), включающий выбор с помощью коммутатора параметров, измерение параметров, преобразование параметров в цифровые данные, удобные для обработки на ЭВМ, регистрацию этих данных и их анализ, а также отображение и документирование результатов анализа.

Недостатком данного известного способа является также узкая специализация, ограниченная возможностями контроля, диагностики и прогнозированием технического состояния радиоэлектронного оборудования, что является недостаточным для оценки эффективности управления сложными большими техническими системами, требующей более высокого уровня компьютерного обеспечения с базами данных и знаний, чего нет в аналоге.

Известен также унифицированный способ Чернякова/Петрушина для оценки эффективности больших систем (Россия, патент №2210112, G07С 3/08, G06F 17/00, опубл. 10.08.2003 г.), включающий в себя процедуру оценки в реальном масштабе времени, в которой записывают в запоминающее устройство (ЗУ) структурных элементов накопителя базы данных представление конкретной сложной большой технической системы в виде иерархии ее структурных элементов, в ЗУ параметров того же накопителя - частные показатели эффективности, поставленные в соответствие каждому элементу структуры ТС, в ЗУ нормативов того же накопителя - нормативные значения, соответствующие каждому частному показателю эффективности, а в ЗУ весовых коэффициентов того же накопителя - весовые коэффициенты важности, соответствующие каждому частному показателю эффективности, а также в ЗУ терминального сервера записывают программу оценки эффективности и, наконец, в ЗУ рабочей станции инженера по знаниям загружают сведения, полученные в процессе опроса экспертов данной области знаний, далее с помощью рабочей станции старшего инженера по оценке эффективности осуществляют выбор стратегии оценки, затем с помощью рабочей станции ввода данных, управляя коммутатором, автоматически считывают информацию с датчиков через преобразователи и записывают ее через ЗУ преобразованной считанной информации в терминальном сервере в ЗУ считанной информации в терминальном сервере, в котором преобразуют эту информацию к виду, удобному для текущей оценки, и записывают ее в ЗУ сервера базы данных, а затем оценивают ее по программе оценки эффективности с помощью терминального сервера, при этом результатом оценки является оценка по обобщенному показателю эффективности, представляющему собой свертку частных показателей эффективности, соответствующих результатам анализа измеряемых параметров.

Указанный способ является наиболее близким по технической сущности к заявляемому. Недостатком данного известного способа оценки эффективности также является его специализация, ограниченная оценкой в реальном масштабе времени только тех параметров ТС, которые можно измерить физически, что является недостаточным для оценки эффективности управления, осуществляемого автоматизированными системами управления (АСУ) техническими системами, когда некоторую часть параметров АСУ ТС (или все параметры) измерить невозможно, а можно только смоделировать их значения (например, на стадии их разработки).

Из уровня техники известно устройство для оценки эффективности алгоритмического обеспечения (Россия, патент №2207621, G07С 3/08, G06F 17/00, опубл. 27.06.2003 г.), которое содержит блок элементов памяти решений, блок элементов памяти ситуаций, блок элементов памяти опроса, блоки компараторов, блок умножителей, блок элементов ИЛИ, блоки сумматоров с накоплением, элементы памяти, сумматоры с накоплением, делители, генератор тактовых импульсов, распределители импульсов, коммутатор, блок элементов памяти итогов работы, блок делителей, умножитель, блок индикаторов и блок индикации.

Недостатком известного устройства является его узкая специализация - оценка эффективности алгоритмического обеспечения, что не позволяет осуществлять оценку эффективности управления сложными большими техническими системами.

Известно также устройство, реализующее унифицированный способ Чернякова/Петрушина для оценки эффективности больших систем (Россия, патент №2210112, G07С 3/08, G06F 17/00, опубл. 10.08.2003 г.), содержащее группу датчиков параметров, входы которых являются входами устройства, группу преобразователей параметров информации, входы которых соединены с выходами датчиков параметров, коммутатор, информационные входы 1, 2,..., n которого соединены с соответствующими выходами преобразователей параметров информации, рабочую станцию ввода данных, вход которой соединен с выходом коммутатора, а выход - с управляющим входом того же коммутатора, терминальный сервер с запоминающим устройством программы оценки эффективности, ЗУ считанной информации и ЗУ преобразованной считанной информации, соединенный с рабочей станцией ввода данных, сервер базы данных с ЗУ преобразованной информации, рабочую станцию инженера по знаниям с ЗУ сведений опроса экспертов, рабочую станцию старшего инженера по оценке эффективности, соединенные с терминальным сервером, накопитель базы данных с ЗУ структурных элементов, ЗУ параметров, ЗУ нормативов и ЗУ весовых коэффициентов, выход которого соединен с входом терминального сервера, и принтер, вход которого соединен с выходом терминального сервера.

Указанное устройство является наиболее близким по технической сущности к заявляемому. Недостатком данного известного устройства также является его специализация, ограниченная оценкой в реальном масштабе времени только тех параметров ТС, которые можно измерить физически, что является недостаточным для оценки эффективности управления, осуществляемого автоматизированными системами управления техническими системами, когда некоторую часть параметров АСУ ТС (или все параметры) измерить невозможно, а можно только смоделировать их значения (например, на стадии их разработки).

Задачей, на решение которой направлены предлагаемые изобретения, является расширение функциональных возможностей способа и устройства оценки эффективности управления техническими системами путем обеспечения моделирования значений части параметров АСУ ТС (или всех параметров), которые невозможно измерить физически для оценки эффективности управления ТС.

Поставленная задача решается за счет того, что в известном способе оценки эффективности управления, включающем в себя процедуру оценки в реальном масштабе времени, в которой записывают в ЗУ структурных элементов накопителя базы данных представление конкретной АСУ технической системой в виде иерархии ее структурных элементов, в ЗУ параметров того же накопителя - частные показатели эффективности управления, поставленные в соответствие каждому элементу структуры АСУ ТС, в ЗУ нормативов того же накопителя - нормативные значения, соответствующие каждому частному показателю эффективности управления, а в ЗУ весовых коэффициентов того же накопителя - весовые коэффициенты важности, соответствующие каждому частному показателю эффективности управления, а также в ЗУ терминального сервера записывают программу оценки эффективности управления и, наконец, в ЗУ рабочей станции по знаниям загружают сведения, полученные в процессе опроса экспертов данной области знаний, далее с помощью рабочей станции по оценке эффективности управления осуществляют выбор стратегии оценки эффективности управления, затем с помощью рабочей станции ввода данных, управляя коммутатором, автоматически считывают информацию с датчиков через преобразователи и записывают ее через ЗУ преобразованной считанной информации в терминальном сервере в ЗУ считанной информации в терминальном сервере, в котором преобразуют эту информацию к виду, удобному для текущей оценки, и записывают ее в ЗУ сервера базы данных, а затем оценивают ее по программе оценки эффективности управления с помощью терминального сервера, при этом результатом оценки является оценка по обобщенному показателю эффективности управления, представляющему собой свертку частных показателей эффективности управления, соответствующих результатам анализа измеряемых параметров, анализируют, отображают и документируют результаты оценки соответственно на видеомониторе и принтере, новым является то, что после выбора стратегии оценки эффективности управления и непосредственно перед автоматическим считыванием информации с датчиков последовательно моделируют процессы управления техническими системами с помощью устройства моделирования, подсчитывают статистические характеристики этих процессов управления с помощью различных специальных счетчиков, преобразуют информацию о характеристиках процессов управления с помощью преобразователей к виду, удобному для оценки, записывают ее в ЗУ модельной информации, а также то, что при считывании информации с датчиков через преобразователи с помощью рабочей станции ввода данных, управляя коммутатором, автоматически считывают информацию и из ЗУ модельной информации.

Поставленная задача решается также за счет того, что в известном устройстве для оценки эффективности управления техническими системами, содержащем группу датчиков параметров АСУ ТС, входы которых являются входами устройства, группу преобразователей параметров информации, входы которых соединены с выходами датчиков параметров АСУ ТС, коммутатор, информационные входы 1, 2,..., n которого соединены с соответствующими выходами преобразователей параметров информации, рабочую станцию ввода данных, вход которой соединен с выходом коммутатора, а первый выход - с управляющим входом того же коммутатора, терминальный сервер с запоминающим устройством программы оценки эффективности управления, ЗУ считанной информации и ЗУ преобразованной считанной информации, соединенный с рабочей станцией ввода данных, сервер базы данных с ЗУ преобразованной информации, рабочую станцию по знаниям с ЗУ сведений опроса экспертов, рабочую станцию по оценке эффективности управления, соединенные с терминальным сервером, накопитель базы данных с ЗУ структурных элементов АСУ ТС, ЗУ параметров, ЗУ нормативов и ЗУ весовых коэффициентов, выход которого соединен с входом терминального сервера, и принтер, вход которого соединен с выходом терминального сервера, новым является то, что в него введены последовательно соединенные по 1, 2,..., k выходам и входам устройство моделирования АСУ ТС, группа счетчиков параметров модели АСУ ТС, группа преобразователей параметров модельной информации АСУ ТС и ЗУ модельной информации, при этом вход устройства моделирования АСУ ТС соединен со вторым выходом рабочей станции ввода данных, а выходы 1, 2,..., k ЗУ модельной информации соединены соответственно с n+1, n+2,..., n+k входами коммутатора.

Более просто сущность предлагаемых способа и устройства состоит в том, что процесс управления технической системой осуществляется соответствующей автоматизированной системой управления, а для любой по сложности АСУ ТС, которую всегда можно представить иерархической декомпозицией ее структурных элементов и выполняемых ими функций управления, ставят во взаимно однозначное соответствие структуру показателей эффективности управления аналогичной топологии. При этом достаточной мерой оценки эффективности управления, осуществляемого АСУ ТС, является, как минимум, соответствие ее частных показателей требованиям соответствующей проектной документации или действующим стандартам (нормам). Тогда уровень эффективности управления ТС при выполнении всех без исключения норм принимается за достаточный уровень эффективности. Очевидно, что для оценки эффективности управления сложными большими техническими системами необходимы соответствующей мощности вычислительные ресурсы, включающие базу данных, базу знаний, основанную на экспертной системе, организованных в виде локальной вычислительной сети на базе персональных компьютеров, хранящих в своей памяти, с одной стороны, данные о топологии АСУ ТС и ее показателях (параметрах), а с другой стороны, соответствующие им нормы (технические задания, ГОСТ, требования проектной документации и т.п.). Тогда предлагаемый способ оценки эффективности управления ТС сводится к подготовке данных перед процедурой оценки эффективности управления, включая моделирование процессов управления, осуществляемых автоматизированной системой управления, и определение статистических характеристик этих процессов, а затем к самой процедуре, в процессе которой обеспечивается свертка частных показателей эффективности управления, соответствующих составляющим элементам АСУ ТС. В результате получается обобщенный показатель эффективности управления. Аналогичная свертка может выполняться для каждой части автоматизированной системы управления ТС (подсистем и блоков).

Перечисленные отличительные признаки заявляемых изобретений позволяют расширить функциональные возможности способа и устройства оценки эффективности управления ТС за счет обеспечения моделирования значений части параметров АСУ ТС (или всех параметров), которые невозможно измерить физически для оценки эффективности управления ТС.

Предлагаемые технические решения являются новыми, поскольку из общедоступных сведений не известны предлагаемые способ и устройство оценки эффективности управления техническими системами.

Предлагаемые технические решения имеют изобретательский уровень, поскольку из опубликованных научных данных и известных технических решений явным образом не следует, что заявленная последовательность операций способа и построение устройства приводят к расширению функциональных возможностей способа и устройства оценки эффективности управления техническими системами.

Предлагаемые технические решения промышленно применимы, так как основаны на компьютерной технике и средствах моделирования, широко применяющихся при моделировании процессов управления в автоматизированных системах управления.

Заявляемые изобретения поясняются конкретным примером реализации, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной совокупностью признаков требуемого технического результата.

На чертеже представлена структурная схема устройства для осуществления заявляемого способа, на которой цифрами обозначены:

1 - группа датчиков параметров АСУ ТС,

2 - группа преобразователей параметров информации,

3 - устройство моделирования АСУ ТС,

4 - группа счетчиков параметров модели АСУ ТС,

5 - группа преобразователей модельной информации АСУ ТС,

6 - ЗУ модельной информации,

7 - коммутатор,

8 - рабочая станция ввода данных,

9 - рабочая станция по знаниям,

10 - ЗУ сведений опроса экспертов,

11 - накопитель базы данных,

12 - ЗУ структурных элементов АСУ ТС,

13 - ЗУ параметров,

14 - ЗУ нормативов,

15 - ЗУ весовых коэффициентов,

16 - терминальный сервер,

17 - ЗУ программы оценки эффективности управления,

18 - ЗУ считанной информации,

19 - ЗУ преобразованной считанной информации,

20 - принтер,

21 - сервер базы данных,

22 - ЗУ преобразованной информации,

23 - рабочая станция по оценке эффективности управления,

24 - вход устройства.

Устройство для оценки эффективности управления ТС содержит группу датчиков 1.1, 1.2,..., 1.n параметров АСУ ТС 1, входы которых являются входами 24 устройства, группу преобразователей 2.1, 2.2,..., 2.n параметров информации 2, входы которых соединены с выходами датчиков параметров АСУ ТС 1, последовательно соединенные по 1, 2,...,k выходам и входам устройство моделирования АСУ ТС 3, группу счетчиков 4.1, 4.2,..., 4.k параметров модели АСУ ТС 4, группу преобразователей 5.1, 5.2,..., 5.k параметров модельной информации АСУ ТС 5 и ЗУ модельной информации 6, коммутатор 7, информационные входы 1, 2,..., n которого соединены с соответствующими выходами преобразователей параметров информации 2, а информационные входы n+1, n+2,..., n+k - соответственно с выходами 1, 2,...,k ЗУ модельной информации 6, рабочую станцию ввода данных 8, вход которой соединен с выходом коммутатора 7, а первый выход - с управляющим входом того же коммутатора 7, при этом второй выход рабочей станции ввода данных 8 соединен с входом устройства моделирования АСУ ТС 3, терминальный сервер 16 с запоминающим устройством программы оценки эффективности управления 17, ЗУ считанной информации 18 и ЗУ преобразованной считанной информации 19, соединенный с рабочей станцией ввода данных 8, сервер базы данных 21 - с ЗУ преобразованной информации 22, рабочую станцию по знаниям 9 с ЗУ сведений опроса экспертов 10, рабочую станцию по оценке эффективности управления 23, соединенные с терминальным сервером 16, накопитель базы данных 11 с ЗУ структурных элементов АСУ ТС 12, ЗУ параметров 13, ЗУ нормативов 14 и ЗУ весовых коэффициентов 15, выход которого соединен с входом терминального сервера 16, и принтер 20, вход которого соединен с выходом терминального сервера 16.

Способ оценки эффективности управления ТС с помощью устройства оценки эффективности осуществляется следующим образом.

В ЗУ структурных элементов АСУ ТС 12 накопителя базы данных 11 записывают представление конкретной автоматизированной системы управления ТС в виде иерархии ее структурных элементов, в ЗУ параметров 13 того же накопителя - частные показатели эффективности управления, поставленные в соответствие каждому элементу структуры АСУ ТС, в ЗУ нормативов 14 того же накопителя - нормативные значения, соответствующие каждому частному показателю эффективности управления, а в ЗУ весовых коэффициентов 15 того же накопителя - весовые коэффициенты важности, соответствующие каждому частному показателю эффективности управления, а также в ЗУ 17 терминального сервера 16 записывают программу оценки эффективности управления и, наконец, в ЗУ 10 рабочей станции по знаниям 9 загружают сведения, полученные в процессе опроса экспертов данной области знаний. Далее с помощью рабочей станции по оценке эффективности управления 23 осуществляют выбор стратегии оценки эффективности управления. Затем с помощью рабочей станции ввода данных 8 запускают на моделирование устройство моделирования АСУ ТС 3, моделируют процессы управления техническими системами с помощью устройства моделирования 3, подсчитывают статистические характеристики этих процессов управления с помощью различных специальных счетчиков 4, преобразуют информацию о характеристиках процессов управления с помощью преобразователей 5 к виду, удобному для оценки, и записывают ее в ЗУ модельной информации 6. После этого с помощью рабочей станции ввода данных 8, управляя коммутатором 7, автоматически считывают информацию из ЗУ модельной информации 6 на входы n+1, n+2,..., n+k коммутатора 7 и с датчиков 1.1, 1.2,..., 1.n через преобразователи 2.1, 2.1,..., 2.n на входы 1, 2,..., n того же коммутатора 7, записывают ее в ЗУ считанной информации 18 в терминальном сервере 16, в котором преобразуют эту информацию к виду, удобному для текущей оценки, и записывают ее через ЗУ преобразованной считанной информации 19 в терминальном сервере 16 в ЗУ преобразованной информации 22 сервера базы данных 21. Затем оценивают ее по программе оценки эффективности управления с помощью терминального сервера 16, при этом результатом оценки является оценка по обобщенному показателю эффективности управления, представляющему собой свертку частных показателей эффективности управления, соответствующих результатам анализа измеряемых и моделируемых параметров. Анализируют, отображают и документируют результаты оценки соответственно на видеомониторе и принтере 20.

Таким образом, как следует из описания реализации способа и построения устройства, достигается решение поставленной задачи.

Изобретения относятся к области автоматики и вычислительной техники и могут быть использованы для оценки эффективности автоматизированного управления техническими системами широкого класса вне зависимости от их назначения, целей, решаемых задач и сложности. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей способа и устройства путем обеспечения моделирования значений параметров автоматизированных систем управления (АСУ) техническими системами (ТС), которые невозможно измерить физически для оценки эффективности управления. Устройство содержит группу датчиков параметров АСУ ТС, группу преобразователей параметров информации, устройство моделирования АСУ ТС, группу счетчиков параметров модели АСУ ТС, группу преобразователей параметров модельной информации АСУ ТС, запоминающее устройство (ЗУ) модельной информации, коммутатор, рабочую станцию ввода данных, терминальный сервер с ЗУ программы оценки эффективности управления, считанной информации и преобразованной считанной информации, сервер базы данных с ЗУ преобразованной информации, рабочую станцию по знаниям с ЗУ сведений опроса экспертов, рабочую станцию по оценке эффективности управления, накопитель базы данных с ЗУ структурных элементов АСУ ТС, параметров, нормативов и весовых коэффициентов, принтер. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ оценки эффективности управления техническими системами, включающий в себя процедуру оценки в реальном масштабе времени, в которой записывают в запоминающее устройство (ЗУ) структурных элементов накопителя базы данных представление конкретной автоматизированной системы управления (АСУ) технической системой (ТС) в виде иерархии ее структурных элементов, в ЗУ параметров того же накопителя частные показатели эффективности управления, поставленные в соответствие каждому элементу структуры АСУ ТС, в ЗУ нормативов того же накопителя нормативные значения, соответствующие каждому частному показателю эффективности управления, а в ЗУ весовых коэффициентов того же накопителя весовые коэффициенты важности, соответствующие каждому частному показателю эффективности управления, а также в ЗУ терминального сервера записывают программу оценки эффективности управления и, наконец, в ЗУ рабочей станции по знаниям загружают сведения, полученные в процессе опроса экспертов данной области знаний, далее с помощью рабочей станции по оценке эффективности управления осуществляют выбор стратегии оценки эффективности управления и затем с помощью рабочей станции ввода данных, управляя коммутатором, автоматически считывают информацию с датчиков через преобразователи и записывают ее в ЗУ считанной информации терминального сервера, в котором преобразуют эту информацию к виду, удобному для текущей оценки, и записывают ее через ЗУ преобразованной считанной информации терминального сервера в ЗУ сервера базы данных, а затем оценивают ее по программе оценки эффективности управления с помощью терминального сервера, при этом результатом оценки является оценка по обобщенному показателю эффективности управления, представляющему собой свертку частных показателей эффективности управления, соответствующих результатам анализа измеряемых параметров, анализируют, отображают и документируют результаты оценки соответственно на видеомониторе и принтере, отличающийся тем, что после выбора стратегии оценки эффективности управления и непосредственно перед автоматическим считыванием информации с датчиков последовательно моделируют процессы управления техническими системами с помощью устройства моделирования, подсчитывают статистические характеристики этих процессов управления с помощью различных специальных счетчиков, преобразуют информацию о статистических характеристиках процессов управления с помощью преобразователей к виду, удобному для оценки, и записывают ее в ЗУ модельной информации, а также тем, что при считывании информации с датчиков через преобразователи с помощью рабочей станции ввода данных, управляя коммутатором, автоматически считывают информацию и из ЗУ модельной информации.2. Устройство для оценки эффективности управления техническими системами (ТС), содержащее группу датчиков параметров автоматизированной системы управления (АСУ) ТС, входы которых являются входами устройства, группу преобразователей параметров информации, входы которых соединены с выходами датчиков параметров АСУ ТС, коммутатор, информационные входы 1, 2,..., n которого соединены с соответствующими выходами преобразователей параметров информации, рабочую станцию ввода данных, вход которой соединен с выходом коммутатора, а первый выход - с управляющим входом того же коммутатора, терминальный сервер с запоминающим устройством (ЗУ) программы оценки эффективности управления, ЗУ считанной информации и ЗУ преобразованной считанной информации, соединенный с рабочей станцией ввода данных, сервер базы данных с ЗУ преобразованной информации, рабочую станцию по знаниям с ЗУ сведений опроса экспертов, рабочую станцию по оценке эффективности управления, соединенные с терминальным сервером, накопитель базы данных с ЗУ структурных элементов АСУ ТС, ЗУ параметров, ЗУ нормативов и ЗУ весовых коэффициентов, выход которого соединен с входом терминального сервера, и принтер, вход которого соединен с выходом терминального сервера, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные по 1, 2,..., k выходам и входам устройство моделирования АСУ ТС, группа счетчиков параметров модели АСУ ТС, группа преобразователей параметров модельной информации АСУ ТС и ЗУ модельной информации, при этом вход устройства моделирования АСУ ТС соединен со вторым выходом рабочей станции ввода данных, а выходы 1, 2,..., k ЗУ модельной информации соединены соответственно с n+1, n+2,..., n+k входами коммутатора.