Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

№146.11.Барщевский

.pdf
Скачиваний:
95
Добавлен:
15.02.2015
Размер:
7 Мб
Скачать
☆

271

И в имитационной модели возникает вопрос точности расчетов при дискретизации процесса по времени. В связи с этим определим влияние величины минимального интервала времени [t] на точность расчетов при заданной величине постоянной времени a2 = 3. Для этого проанализируем поведение функции exp(-t/3) при [t] = 0,1; 0,01. Результаты приведены в табл. 13.2.

Таблица 13.2

Точность при дискретизации по времени

t

t=0,1

exp

t=0,01

0

1000

1000

1000

0,1

966,67

967,2161

967,16

0,2

934,44

935,507

935,40

0,3

903,30

904,8374

904,69

0,4

873,19

875,1733

874,98

0,5

844,08

846,4817

846,25

0,6

815,94

818,7308

818,46

0,7

788,75

791,8896

791,58

0,8

762,45

765,9283

765,59

0,9

737,04

740,8182

740,45

1

712,47

716,5313

716,13

1,1

688,72

693,0406

692,62

1,2

665,76

670,32

669,87

1,3

643,57

648,3443

647,88

1,4

622,12

627,0891

626,60

1,5

601,38

606,5307

606,02

1,6

581,34

586,6462

586,12

1,7

561,96

567,4137

566,88

1,8

543,23

548,8116

548,26

1,9

525,12

530,8195

530,26

2

507,62

513,4171

512,85

2,1

490,69

496,5853

496,01

2,2

474,34

480,3053

479,72

2,3

458,53

464,559

463,96

2,4

443,24

449,329

448,73

2,5

428,47

434,5982

433,99

2,6

414,19

420,3504

419,74

2,7

400,38

406,5697

405,96

2,8

387,03

393,2407

392,63

2,9

374,13

380,3488

379,74

3

361,66

367,8794

367,27

Из него видно, что при [t] = 0,1 точность определяется третьим знаком, а при [t] = 0,01 – четвертым знаком за счет большого количества промежуточных значений, не несущих необходимой информации. Величина [t] = 0,1 и соотно-

272

шение [t]/a2 = 0,1/3 являются достаточными и все дальнейшие расчеты будем проводить именно с этими отношениями.

При реализации задач ДЛП возможны, таким образом, два варианта реализации дифференциальных уравнений – c помощью имитационногомоделирования и с использованием метода Рунге-Кутта.

В первом варианте, как отмечалось, необходимо выполнить определенное соотношение и вводить значительное количество промежуточных точек расчета.

Рассмотрим точность второго варианта для уравнения

.

K(t) = –2aK(t) + r –1*K(t)2 – q,

K(T) = f,

которое легко решается аналитически. Запишем его в виде

.

K(t) = F(t, K(t)),

где F – функция, определяемая правой частью выражения.

Разделим интервал [T] на отрезки [ti] = [(ti) – (ti – 1)], i = 1, I, где в квадратных и круглых скобках указаны интервалы и моменты времени. Считаем [ti] = [t] = const.

Тогда

K(ti + 1) = K((ti) + (k1 + 2k2 + 2k3 + k4)/6,

где kr, r = 1, 4 – некоторые численные функции, вычисляемые следующим образом:

k1 = [t]* F(ti), K(ti)),

k2 = [t]* (F(ti +[t]/2); K(ti) + k1/2), k3 = [t]* (F(ti +[t]/2); K(ti) + k2/2), k4 = [t]* (F(ti +[t]); K(ti) + k3),

По оценкам ошибка вычисления при m = 4 составляет [t]m + 1. Вычисления ведутся итеративно. В каждой итерации сначала последова-

тельно вычисляются выражения ki при заданном значении K(ti), а затем счита-

ется K(ti + 1).

Для величин f = 0, T = 1, a = – 1, q = 1, и единичного скачка плана p(t) переходный процесс при аналитическом и численном расчетах отражен в табл. 13.3.

Заметим, что численный расчет дает более высокую точность результата. Таким образом, предпочтительнее использовать метод Рунге-Кутта. Кажущаяся сложность алгоритма Рунге-Кутта может быть преодолена построени-

ем отдельного стандартного блока для решения уравнения

273

a2 dy/dt + y(t) = kx(t).

На выходе блока получаются исходные данные для новой итерации в решении задачи линейного программирования, например, в рамках приложения

LINDO.

Таблица 13.3

Переходный процесс

Время

K(t) –

K(t) –

 

анал.

числ.

0

0,231194

0,231188

0,1

0,230754

0,230743

0,2

0,229902

0,229884

0,3

0,228253

0,228225

0,4

0,225076

0,225033

0,5

0,218996

0,218935

0,6

0,207507

0,207431

0,7

0,186325

0,186246

0,8

0,148972

0,148911

0,9

0,087997

0,087971

1

0

0

13.3. Реализация процессов планирования и управления

После обсуждения частных решений перейдем к реализации процессов планирования и управления. В процессе планирования рассмотрим реализацию алгоритмов перехода на выпуск новой продукции, многокритериальной оптимизации.

В процессе управления обсудим алгоритмы имитационного моделирования и замены ресурсов.

Процесс планирования. Для этого процесса используем схему ЛП (рис. 13.4). Решение разных задач возможно при «своих» схемах связей баз данных. При переходе на выпуск новой продукции схема связей базы данных имеет вид, показанный на рис. 13.10, а при многокритериальной оценке – на рис. 13.11.

Процесс управления. Процесс управления проектируется в два этапа: построение имитационной модели; переход к оптимизационной модели.

 

 

 

274

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нормы

 

 

 

 

 

 

 

m

 

Время

 

 

План

 

 

 

 

 

 

 

Шифр_р

 

m

 

Шифр_в

1

m

Шифр_в

 

 

 

 

 

Шифр_п

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Название_в

 

Шифр_п

 

 

 

 

 

 

Норма

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Величина_в

 

 

План_п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Спрос_п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициент_п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продукция

Ресурсы

 

1

 

 

 

 

 

 

Шифр_р

 

1

Шифр_п

 

 

 

 

Название_п

 

 

 

 

 

Название_р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ед_изм_п

Ед_изм_р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Цена_п

Цена_р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 13.10. Схема связей БД для процесса перехода на выпуск новой продукции

Нормы

 

 

 

 

 

 

Критерий

 

 

 

 

 

 

 

m

1

 

 

План

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шифр_р

 

 

 

m

 

Шифр_к

 

 

 

Дата

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шифр_п

 

Название_к

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шифр_п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Норма

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

План_п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Спрос_п

 

 

 

 

 

 

 

Коэффициенты

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шифр_к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шифр_п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Величина_к

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Продукция

Ресурсы

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шифр_р

 

 

 

 

 

 

 

1

Шифр_п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Название_п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Название_р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ед_изм_п

Ед_изм_р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Цена_п

Цена_р

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 13.11. Схема связей БД при решении задачи векторной оптимизации

275

Особенности реализации имитационной модели описаны в [2]. Одной из специфических особенностей является необходимость использования конечных данных текущего интервала времени в качестве начальных данных следующего интервала времени. В базе данных это означает перенос данных из одной группы записей таблицы в другую группу записей.

На рис. 13.12 представлен переходный процесс в имитационной модели на скачкообразное двадцатипроцентное изменение плана.

Рис. 13.12. Реакция имитационной модели на двадцатипроцентный скачок плана для двух видов продукции

Исследуем влияние параметров имитационной модели. Для этого будем изменять значения параметра a3 в модели

z(t) = z(t – 1) + [t](x[t] – y[t])

y[t] = = z(t – 1)/a2,

ε[t] = p[t] – y[t],

ε(t) = ε(t -1) + 0,1{ p[t] – y[t]}/a3,

u[t] = x0 + ε(t – 1)/[t],

z(0) = 3000, y(0) = 1000, x0 = 1000, a2 = 3, a3 = var, p[0]- = 1000, p[0]+ = 1200.

276

Эксперимент, проведенный на Excel, показывает, что при a3 ≥ 6 имеет место неколебательный переходный процесс, при 2 ≤ a3 < 6 колебательный переходный процесс, при a3 < 2 – расходящийся процесс.

Реализация описания процесса управления с использованием ДЛП с разомкнутой структурой мало отличается от описания процесса перехода на выпуск новой продукции. В связи с этим рассмотрим лишь частный случай – замену ресурсов при наличии возмущения по ресурсам.

Схема связей базы данных для процесса управления показана на рис. 13.13.

1

Ресурсы

 

Конструкция

1

 

Продукция

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Шифр_р

 

Шифр_к

 

1

Шифр_п

 

 

 

 

 

 

 

 

Название_р

 

Название_к

Название_п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Ед_изм_р

 

Цена_к

 

 

Ед_изм_п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Цена_р

 

 

 

 

Цена_п

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Нормы

 

 

 

m

 

m

Замены

 

 

 

 

 

Шифр_р

 

 

Шифр_п

 

 

 

 

 

m

 

Шифр_к

 

 

Шифр_к

 

 

 

 

 

m

 

 

 

 

Норма

 

 

 

 

 

Количество_з

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис. 13.13. Схема связей БД при реализации процесса замен ресурсов

Из него видно, что схема связей процесса замен похожа на схему связей процесса сборки, когда производство идет по схеме «материал – деталь – изделие». Роль детали в процессе замены играет конструкция.

Таким образом, показана возможность построения адаптивных автоматизированных систем с использованием аппарата ДЛП.

Следует однако заметить, что реализация ДЛП по схеме рис. 13.4 прямым методом имеет один существенный недостаток: можно не «выйти» на конечное ограничение задачи. В связи с этим необходимо продолжить исследования методов Габасова Р. и Егорова А.

Для оптимального планирования в производстве с серийным типом при совмествном использовании материальных и финансовых потоков (рис. 10.1, 10.2) необходимо создание базы данных.

Входная информация для нее черпается из табл. 10.1–10.5. Заметим, что при наличии ан производстве собственной базы данных или при использовании

277

базы данных для расчета оптимального плана в названных таблицах нет необходимости.

Выходная информация представляется в виде системы таблиц (глава 10). Обязательными полями в этих таблицах являются тип КХО (Kf, Kp), код аналитического учета, время (начало процесса, окончание, интервал времени), код счета (субсчета). Наличие этих полей позволяет сравнивать бюджеты.

Рис. 13.14. Фрагмент схемы связей базы данных

Напомним, что выходные таблицы – суть перекрестные запросы. Они получены на основе запросов на выборку, в которых и проводятся все вычисления по выражениям (10.1)–(10.16)

Перечень бюджетов может пополняться. К тому же имеется необходимость рассматривать не только статические бюджеты, но и при необходимости – достаточно просто их модифицировать. В связи с этим в базе данных целесообразно использовать многомерную модель данных типа ROLAP («звезда» ,или «снежинка»). Использование многомерной модели позволяет не только легко расширить перечень бюджетов, но и организовать или передавать данные в хранилище данных

Для оперативной проверки работоспособности база данных она была построена на основе СУБД Access со схемой данных рис. 13.14.

Особенностью реализации многомерной модели в данном конкретном случае является тот факт, что ряд таблиц, например, со значениями СКТ i, i = 1, 3, относятся как к дебету, так и к кредиту.

278

В связи с этим возможно два варианта реализации:

1.От одного ключевого поля, например, главной (справочной) таблицы устанавливается связь с двумя полями подчиненной (фактографической) таблицы. При этом Access автоматически формирует копию справочной таблицы.

Вто же время для получения в запросе числовых значений из фактографической таблицы возможно использовать лишь одну связь, определяемую характером запроса. Для Access легко устранить одну из связей в процессе подготовки запроса. Для InterBase такая процедура проблематична. Возможно, правда, устанавливать связи между таблицами лишь в процессе выполнения запроса, а не при его формировании, однако это чревато потерей ссылочной целостности, восстановить которую при большом объеме данных практически не представляется возможным

2.В этом варианте для дебета и кредита составляются «свои» отдельные таблицы-копии. В этом случае нет ограничений на получение числовых данных в запросе, однако возникает необходимость слежения за идентичностью данных в таблицах-копиях. Это возможно сделать программным путем, например, заполнением данных через буфер с последующей их записью в обе таблицы.

Используемые выходные таблицы являются перекрестными запросами. Интерфейс пользователя базы данных приведен на рис. 13.15.

Реализация на СУБД Access имеет следующие недостатки:

1.Для многомерной модели требуется большое количество выходных

таблиц.

2.При реализации многопользовательского варианта с числом пользователей более четырех при значительных объемах данных возникают серьезные сложности.

3.Организация – при необходимости – хранилища данных так же связана

сзатруднениями.

Рис. 13.15. Интерфейс пользователя базы данных на основе Access

279

В связи с этим в окончательном варианте реализации база данных была построена на основе СУБД InterBase в среде Delphi в режиме клиент-сервер. Возможность оперативного проведения многомерного анализа путем перестроения таблиц обеспечена применением компонент закладки Decision Cube.

Использованы крмпоненты DecisionQuery, DecisionCube, DecisionSource, DecisionGrid, DecisionPivot, что дает возможность оперативно менять поля «по горизонтали» и «по вертикали» таблиц – перекрестных запросов. Результаты представлены на рис. 13.16.

Рис. 13.16. Полученные результаты перекрестных запросов

13.4. Реализация работы ПВС

При использовании предложенной технологии предикатно-временных сетей (ПВС) возникают два момента:

1)описание примера применения (глава 14);

2)рассмотрение особенностей реализации.

Известные программные продукты использовали преимущественно описание данных в виде массивов. Такое положение годилось, пока описывались процессы со стабильной структурой.

Динамичность внешней среды привело к необходимости формирования базы данных, обладающей большей гибкостью и позволяют легко модифицировать структуру без существенного изменения алгоритмов обработки данных.

Такая возможность получила название открытой архитектуры. Она заключается в формировании системы таблиц базы данных.

В силу универсальности и широкого спектра применения ПВС целесообразно представить его в виде стенда.

Его состав может быть следующим:

280

•Информационная база (в формате ACCESS, SQL Server, InterBase;

•Редактор подготовки (корректировки) данных схем ПВС;

•Интерпретатор выполнения вычислений схем ПВС;

•Генератор отчетов.

В зависимости от объемов работ и возможностей предприятия возможны следующие варианты организации технологического стенда:

−отдельная задача на ПЭВМ разработчика,

−отдельный инструментальный компьютер,

−сетевой вариант, с выделением серверной и клиентской части

Вариант “Отдельная задача на ПЭВМ разработчика” является самым простым и находит применение на этапах жизненного цикла с небольшими потребностями в разработки моделей и алгоритмов бизнес-процессов.

Вариант “Отдельная инструментальный компьютер” обеспечивает замкнутый технологический цикл разработки и сопровождения моделей ПВС, включая разработку новых пользовательских элементов и расширений языка ПВС. В комплектацию такого стенда полезно дополнительно включить

универсальную среду разработки Delphi и библиотеки прототипов (шаблонов) элементов.

Сетевой вариант стенда ориентирован на организации, профессионально занимающихся разработкой и модернизацией систем управления промышленных производств. Информационная база стенда реализована на SQL SERVER, сетевой вариант. Наличие высокопроизводительных компьютеров позволяет выполнять схемы ПВС в режиме реального времени, что дает возможность провести отладку алгоритмов управления бизнес-процессов и решать вопросы интеграции программного обеспечения сторонних производителей в создаваемую автоматизированную систему управления промышленным предприятием.

Схема стенда показана на рис. 13.17.

Среда Delphi

БАЗА ДАННЫХ

Редактор ПВС(ввод данных, корректировка)

Интерпретатор (алго-

ритм приложения)

Отчеты (выход)

Рис. 13.17. Схема стенда разработки и отладки ПВС