Software & Systems

Одной из характерных особенностей современного развития автоматизированных систем управления (АСУ) является усложнение структуры различных подсистем, что в первую очередь обусловлено ростом размеров и сложности процессов обработки и передачи информации, а также процессов управления самими подсистемами. Это выдвигает ряд проблем, связанных с научно-обоснованным построением структуры таких систем, эффективным формированием состава подсистем передачи и обработки информации. Актуальными являются вопросы постановки и формализации задач синтеза структур, разработки оптимизационных и имитационных моделей, а также построения на их основе процедур синтеза структуры систем, позволяющих учитывать динамику функционирования элементов системы.

В связи со сложностью постановки и решения задач синтеза структуры сложных систем наибольший эффект от их использования может быть достигнут при создании крупномасштабных и типовых систем, в частности АСУ. Существенное влияние на структуру систем управления ока­зывает развитие средств вычислительной техники: появление мно­гопроцессорных и многомашинных вычислительных комплексов и сетей ЭВМ, а также усложнение процессов обработки и обмена информацией – все это увеличивает число анализируемых вариантов построения системы, повышает требования к эффективности и качеству принимаемых проектных решений по выбору и дальнейшему развитию структуры системы.

Базируясь на оптимизационно-имитационном подходе применительно к синтезу структур сложных АСУ, можно обеспечить совместное использование в процессе синтеза оптимизационных и имитационных моделей их рациональное взаимодействие в оптимизационно-имитационных процедурах, описывающих как состав и взаимосвязи структурных элементов системы, так и динамические и стохастические аспекты их функционирования. С учетом проблем анализа и синтеза структур сложных АСУ, предлагается использовать агрегативно-декомпозиционный подход к формализации и синтезу структур систем на различных уровнях их детализации.

При исследовании структур существующих, а также проектируемых АСУ широко применяются принципы и методы имитационного моделирования и инструментальные средства имитационного моделирования.

Проблема синтеза структуры систем управления включает выбор числа уровней и подсистем управления (иерархии управле­ния); согласование целей подсистем различных уровней; создание контуров принятия решений; оптимальное распределение выполняемых функций (задач, информационных массивов и процедур) по уровням и узлам системы; выбор структуры технических средств передачи и обработки информации.

Задачи синтеза структуры рассматриваемых систем включают: определение оптимального числа, расположения и вариантов построения элементов системы; распределение функций управления по элементам системы и выбор варианта реализации задач управления; выбор мероприятий по обеспечению требуемой живучести систем; распределение функций и задач между техническими средствами; выбор и распределение технических средств по элементам системы и т.д.

Формирование структуры АСУ и управление ее развитием является задачей оптимизации, которая, как правило, оказывается многокритериальной, поскольку приходится учитывать ряд технико-экономических требований на уровне функциональных задач управления и на уровне элементов организационной структуры системы (узлов управления).

Таким образом, задача синтеза структуры с использованием оптимизационно-имитационного подхода состоит в поиске оптимального отображения множества взаимосвязанных функций (задач) и вариантов их выполнения на множество взаимосвязанных узлов системы.

С учетом основных аспектов оптимизационно-имитационного подхода была реализована система программной поддержки, предназначенная для формирования и управления развитием структур АСУ. Применение данного похода обеспечивает высокую надежность обработки информации и обоснованность выбора рациональных вариантов развития структуры системы на многоэтапном периоде функционирования системы.

Система программной поддержки формирования структур АСУ и управления их развитием была применена для развития космического комплекса связи «Гонец-М».

Структура комплекса связи определялась, исходя из следующих основных положений, справедливых для любых структурно-сложных систем связи. Система существует и развивается многие годы, поэтому она должна быть рассчитана на последовательную постепенную модернизацию аппаратуры и программных средств в процессе эксплуатации. Уровень автоматизации, алгоритмы и программы работ системы должны обеспечивать требуемое качество работы при условии непрерывного ввода в эксплуатацию новых средств. Стандарты системы на протоколы связи между элементами системы со смежными системами, а также стандарты на аппаратные средства системы и на программное обеспечение должны обеспечивать независимость этих функций и максимальную гибкость в развитии.

При моделировании функционирования структуры АСУ космическим комплексом связи «Гонец-М» предлагаемая программная система позволила проектировщикам прогнозировать поведение системы при ее проектировании и исследовании конкретных структур системы управления космическим комплексом связи. Удобный пользовательский интерфейс делает работу с программой более комфортной.

Результатом работы программной системы является построенная структура АСУ космическим комплексом связи «Гонец-М» при многоэтапном развитии системы (6 стадий) и развертывании орбитальной группировки из 12 космических аппаратов.

Таким образом, результаты работы программной системы показывают, что оптимизационно-имитационный подход может успешно применяться при формировании АСУ и управлении их развитием в процессе эксплуатации.