Лабораторные работы

Дата: 2025-06-14; Просмотры: 1

Оценка:

0.00 из 5.00 — оценок

Скачиваний: 0

Скачать

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

s

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

(МАИ)

О.Т.Романов

М.Н.Машкин

Лабораторные работы

Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления

Утверждено

на заседании редсовета

23 октября 2008 г.

Москва

Издательство МАИ-ПРИНТ

2009

УДК 371.388:681.3:658.5/2.011.56:004.414.2

Романов О.Т.

Машкин М.Н.

Лабораторные работы «Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления». — М.: Изд–во МАИ–ПРИНТ, 2009. —72 с.

Лабораторные работы содержат методические указания по изучению системы IDEF технологий, а также исследованию методов, моделей и алгоритмов, применяемых в процессе проектирования АСОИУ.

Предназначены для студентов старших курсов МАИ, обучающихся по специальности "Автоматизированные системы обработки информации и управления"

Выполнение работ ориентировано на применение ЭВМ и требует навыков программирования.

Рецензенты:

Кафедра экономики и управления (зав. кафедры д–р эконом. наук

проф. В.Д.Секерин;

канд. экон. наук, доц. И.А. Меркулина

ISBN 5– – – © Московский авиационный институт

(государственный технический университет),

2009

Предисловие

Лабораторный практикум по курсу «Проектирование АСОИУ» содержит четыре лабораторные работы:

1. Проектирование организационной структуры разрабатываемой АСОИУ.

2. Построение и исследование функциональной модели объекта автоматизации средствами методологии IDEF0.

3. Исследование метода и алгоритма определения объективной количественной оценки эффективности выполнения предстоящей разработки.

4. Разработка и исследование модели и алгоритма формирования плана работы проектной организации.

Все четыре работы соответствуют лекционному курсу и обеспечивают практическое закрепление теоретического материала.

Основной подход при выполнении лабораторных работ базируется на распределении ресурсов и их управлении за счёт применения функционального моделирования (см. приложение).

РАБОТА 1. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ОРГАНИЗАЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ АСОИУ

Цель работы — изучить формализованный метод проектирования организационной структуры создаваемой АСОИУ на основе математического аппарата теории графов и матричной алгебры.

1.2. Порядок выполнения работы

1. Ознакомиться с постановкой задачи проектирования структуры создаваемой АСОИУ.

2. Сформировать исходные данные в виде матрицы «задачи - задачи» размерности 15х15. Согласовать эти данные с преподавателем.

3. Изучить метод и алгоритм решения поставленной задачи.

4. Используя данный алгоритм, решить задачу проектирования организационной структуры создаваемой АСОИУ для составленных исходных данных.

5. Реализовать данный алгоритм в виде программы на одном из алгоритмических языков. Отладить программу, используя имеющиеся исходные данные.

6. Воспользовавшись формулами для расчета структурно-топологических числовых характеристик полученной структуры создаваемой АСОИУ, определить, к какой типовой структуре принадлежит полученная структура.

7. Составить отчет, который должен содержать:

- постановку задачи проектирования организационной структуры АСОИУ;

- составленные исходные данные в виде матриц и с их содержа­тельным описанием;

- схему алгоритма и программу для ЭВМ;

- результаты ручного и машинного расчета;

- содержательную интерпретацию полученных результатов;

- выводы о проделанной работе.

8. Ответить устно на контрольные вопросы.

1.3. Методические указания

Пусть в результате предпроектного обследования было установлено, что объект автоматизации имеет подразделений, за которыми закреплены функциональных задач.

Так как каждая задача управления решается только в одном из подразделений, то распределение задач по подразделениям можно задать отношением вида . Этому отношению соответствует матрица с числом столбцов и числом строк . Элемент этой матрицы равен 1, если задача управления реализуется (решается) в подразделении и равен 0, если это не имеет места. Очевидно, что каждая строка этой матрицы содержит только одну единицу.

Каждая задача характеризуется целевой функцией, периодом решения и функцией агрегирования, зависящей от детальности декомпозиции процесса управления, очередностью выполнения и связью с другими задачами. Это можно формально записать отношением вида .

Отношению соответствует квадратная матрица , для которой элемент равен 1, если результат решения задачи является входными данными для решения задачи и равен 0, если задачи и между собой не связаны.

Путем формальных преобразований можно получить граф организационной структуры объекта автоматизации. Для этого вначале оценим использование результатов реализации задач управления, т.е. найдем связи между задачами и подразделениями – потребителями.

Запишем соотношение вида , которому соответствует матрица с числом столбцов и числом строк . Элемент этой матрицы равен 1, если задача управления воздействует (т.е. используется) на подразделение и равен 0 в противном случае. Матрица может быть получена следующей формальной операцией: , где знак означает логическое умножение матриц.

Организационная структура объекта автоматизации может быть теперь описана на формальном уровне в виде матрицы размерности , где - транспонированная матрица . Для матрицы ее эле­мент равен 1, если подразделение связано через задачи с подразделением и равен 0, если такой связи нет.

На основе матрицы можно построить граф с числом вершин _, которые соответствуют подразделениям объекта автоматизации, а дуги отображают наличие или отсутствие связей между ними. Этот граф является формальным представлением исходной организационной структуры объекта автоматизации.

Рассмотрим следующий пример. Пусть в результате обследования объекта автоматизации было выяснено, что в нем есть четыре подразделения, за которыми закреплены шесть взаимосвязанных функциональных задач. На основе этих данных были получены следующие матрицы и :

,

Матрица может быть отображена графом, показывающим, как связаны между собой решаемые подразделениями задачи (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Граф задач

Найдем матрицу :

=

Теперь можно найти матрицу, определяющую исходную организационную структуру исследуемого объекта автоматизации, т.е. матрицу :

Матрице соответствует граф исходной организационной структуры объекта автоматизации (рис. 1.2).

Рис.1. 2. Граф исходной организационной структуры объекта автоматизации

Синтез организационной структуры АСОИУ можно выполнить как оптимизацию существующей организационной структуры на основе критерия максимальной связности задач управления, реализуемых в подразделениях, т.е. те задачи, которые тесно связаны между собой, следует автоматизировать, например, средствами автоматизированных рабочих мест (АРМ), разместив их в каком-либо одном подразделении.

Выделение классов таких задач можно осуществить, используя данные, которые заложены в матрице . Для этого воспользуемся формальной процедурой возведения матрицы в степень и най­дем матрицу цепочек соединений . Элемент этой матрицы равен 1, если в графе есть путь из вершины в вершину , включая промежуточные вершины, число которых не должно превышать .

Пользуясь операцией пересечения множеств, можно перейти к матрице циклических соединений (циклов) . В результате выявляют обратные связи, т.е. элемент матрицы равен 1, если суще­ствует путь в графе из вершины в вершину и обратно, и равен 0, если такого пути нет.

Бинарные отношения, связанные с матрицей , задают отношения эквивалентности, т.е. формально выделяют классы тесно связанных задач. Столбец этой мат­рицы определяет класс эквивалентности, в состав которого входят задачи управления, отображаемые единичными элементами этого столбца. После исключения повторяющихся классов получают группы тесно связанных вершин (задач), отображающие группы (комплексы) задач управления, которые можно было бы решать в том или ином подразделении объекта управления. В результате получают новую матрицу .

Таким образом, для локализации деятельности каждого подразделения объекта автоматизации на базе АРМ целесообразно в подразделении сосредоточить реализа­цию задач управления одного класса эквивалентности. В простейшем случае, фик­сируя за подразделением задачи определенного класса, получают скорректирован­ную матрицу организационной структуры объекта управления в условиях АСОИУ, т.е. скорректированную исходную матрицу - матрицу , которая получается в результате выполнения следующих операций умножения матриц:

.

Этой матрице соответствует новый, спроектированный граф организационной структуры создаваемой АСОИУ.

Рассмотрим следующий пример. Пусть необходимо построить граф организационной структуры создаваемой АСОИУ по исходным данным предыдущего примера.

Воспользовавшись матрицей взаимосвязи задач управления , найдем матрицу цепочек соединений задач:

= .

Соответствующая этой матрице матрица циклических соединений (циклов) имеет следующий вид:

.

Проанализируем столбцы этой матрицы, фиксируя единичные элементы. Получаем следующие группы связанных вершин (задач): (1, 4, 6), (2, 3), (4, 6, 1), (5), (6, 1, 4). Исключая повторяющиеся группы столбцов в матрице , получаем следующие три класса эквивалентности: (1, 4, 6), (2, 3), (5), которые следует распределить по подразделениям объекта автоматизации. Это можно записать в виде следующей матрицы :

.

Отсюда матрица отношений между подразделениями в условиях автоматизированного управления имеет следующий вид:

.

Матрице соответствует граф спроектированной структуры создаваемой АСОИУ (рис. 1.3).

Рис.1.3. Граф спроектированной структуры создаваемой АСОИУ

Таким образом, упорядочение функциональных задач управления по критерию их максимальной связности позволило осуществить совершенствование организационной структуры при внедрении автоматизированного управления, так как одно подразделение системы управления было сокращено.

При проведении анализа систем целесообразно оценить качество структуры системы и ее элементов с позиций общесистемного подхода. Для этого выделим основные виды структур с точки зрения топологии внутренних связей и определим их основные структурно - топологические характеристики.

Виды топологических структур рассмотрим на примере структуры из пяти элементов (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Виды топологических структур

Для каждой топологической структуры можно определить ее числовую характеристику. Таких числовых характеристик четыре.

1. Связность структуры. Эта характеристика позволяет выделить наличие обрывов, висячих вершин и т.п. Для неориентированных графов связность всех элементов в структуре соответствует выполнению условия:

(1.1)

В соотношении (1.1) a _ij - элемент матрицы смежности. Правая часть в этом соотношении определяет необходимое минимальное число связей в структуре неориентированного графа, содержащего вершин. Коэффициент 0,5 берется в силу того, что одна и та же связь между элементами и учитывается дважды. Соотношение (1.1) можно переписать в виде , т.е. это не что иное, как число ребер в неориентированном графе.

Определим как функцию от числа вершин для основных типовых структур.