Software & Systems

При разработке программного обеспечения информационно-управляющих систем (ИУС) промышленных объектов часто используют готовые инструментальные средства, предназначенные для создания систем автоматизации и управления технологическими процессами, например SCADA-системы.

Другим возможным подходом к созданию программного обеспечения ИУС являются проектирование и разработка с использованием инструментальных средств на основе CASE-техноло­гий. Данный подход, в частности, применяется при создании наукоемких информационных систем, в которых при проектировании математического и алгоритмического обеспечения широко используются методы искусственного интеллекта и теория оптимального управления.

В статье рассмотрены вопросы проектирования программного обеспечения ИУС динамическими режимами энергоемких объектов на примере многосекционной сушильной установки [1].

Разрабатываемая система включает четыре модуля, БД, БЗ и подсистему пользовательского интерфейса.

Модуль анализа оптимального управления (ОУ) обеспечивает получение условий существования решения задачи ОУ, определение всех возможных видов функций ОУ, нахождение границ областей видов функций, получение соотношений для расчета параметров функций ОУ.

Модуль имитационного моделирования осуществляет имитирование влияния внешних возмущающих воздействий и смены состояния функционирования объекта, планирование эксперимента и получение статистических данных по заданному количеству опытов.

Модуль идентификации состояния функционирования позволяет идентифицировать текущее состояние функционирования сушильной установки.

Модуль синтеза ОУ реализует процедуры оперативного синтеза управляющих воздействий в зависимости от текущего состояния функционирования сушильной установки.

БД предназначена для хранения исходных данных и результатов работы ИУС. В качестве модели представления данных в системе выбрана реляционная модель. Функции системы управления БД реализованы в модулях ИУС с помощью компонентов доступа к данным библиотеки VCL.

При проектировании объектно-ориентирован­ных программных систем часто используют языки визуального моделирования. В качестве стандарта визуального моделирования программного обеспечения в настоящее время принят язык визуального моделирования UML (Unified Modeling Language) [2], который используется для визуализации, спецификации, конструирования и документирования программного обеспечения информационных систем, построенных с использованием технологий объектно-ориентированного и визуального программирования.

При моделировании объектно-ориентирован­ных систем наиболее часто в качестве представления статической структуры системы применяют диаграмму классов, показывающую набор классов, интерфейсов и их отношений.

Ядром программного обеспечения ИУС является фреймовая БЗ, в которой хранятся процедурные знания в виде фреймов, реализующих алгоритмическое обеспечение ИУС. Программно БЗ представляет собой набор классов, созданных в среде визуального программирования Borland Developer Studio 2006 на языке Object Pascal. Статическая модель БЗ (диаграмма классов) приведена на рисунке.

Фреймы, представленные в виде классов, используются для обеспечения функциональности модулей ИУС. Модуль расширенного анализа использует фрейм анализа ОУ (frAnalysisOC), включающий (агрегирующий) фреймы получения условий существования решения задачи ОУ (frSolveExists), определения видов функций ОУ (frFunctionOC), границ областей видов функций ОУ (frAreaLimits) и расчета параметров функций ОУ (frParamsOC).

Модуль имитационного моделирования использует фрейм frImitationModelling.

Модуль синтеза ОУ использует фрейм frSynthesisOC, включающий фреймы:

– математических моделей динамики: сушильной установки в целом (frObjectModel), ее отдельных секций (frSectionModel) и стадий динамических режимов применительно к одной секции (frStageModel);

– алгоритмов оптимального управления: базового (frCustomAlg), от которого наследуются фреймы, реализующие различные алгоритмы ОУ;

– множества состояний функционирования сушильной установки (frMSF).

Фрейм массивов реквизитов (frMasReqv) агрегируется во фреймы моделей стадий (frStage­Model) и связан отношением зависимости с фреймом расчета синтезирующих переменных frSynthVar.

Фрейм синтеза ОУ включает продукционные правила, по которым определяется оптимальный алгоритм ОУ в зависимости от текущего состояния функционирования сушильной установки.

Подсистема пользовательского интерфейса реализована при помощи компонентов VCL с использованием технологии MDI.

Программное обеспечение ИУС разрабатывалось в рамках спиральной модели жизненного цикла информационных систем. Одним из возможных подходов к разработке программного обеспечения при использовании спиральной модели жизненного цикла является получившая в последнее время широкое распространение методология быстрой разработки приложений RAD (Rapid Application Development). При проектировании и разработке программного обеспечения ИУС использовались CASE-средства Erwin 4.0 и BPwin 4.0, а также RAD-система Borland Developer Studio 2006.

Литература

1. Артемова С.В., Грибков А.Н. Задача ресурсосберегающего управления динамическими режимами многосекционных сушильных установок // Информационные системы и процессы: сб. науч. тр.; под ред. проф. В.М. Тютюнника. Тамбов–М.–СПб–Баку–Вена: Изд-во «Нобелистика», 2005. Вып. 3. С. 142–145.

2. Нейбург Э.Д., Максимчук Р.А. Проектирование баз данных с помощью UML.  М.: Диалектика, 2002. 288 с.