doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-1-44-53


УДК 681.5

Метод оптимизации структуры в иерархических распределенных системах управления

Онуфрей А.Ю., Разумов А.В., Какаев В.В.


Читать статью полностью 
Язык статьи - русский

Ссылка для цитирования:
Онуфрей А.Ю., Разумов А.В., Какаев В.В. Метод оптимизации структуры в иерархических распределенных системах управления // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2023. Т. 23, № 1. С. 44–53. doi: 10.17586/2226-1494-2023-23-1-44-53


Аннотация
Предмет исследования. Предложено описание системы управления в виде ориентированного графа и способ формализации задачи выбора варианта структуры системы управления. Представлены результаты исследования иерархических распределенных систем управления на основе аналитических и статистических моделей оценивания показателей эффективности и оптимизации их структуры. Разработаны модель и метод оптимизации систем управления с иерархической структурой, позволяющих на основе синтеза опорного варианта однородной иерархической структуры провести оптимизацию системы управления с произвольной структурой. По сравнению с известными методами, допущение об однородности структуры системы управления дает возможность использовать аналитическое решение при выборе опорного плана в соответствии с предложенным критерием в векторном пространстве «оперативность-стоимость». Метод. Предложенный метод оптимизации базируется на доказательстве возможности исследования однородных иерархических распределенных систем управления аналитическими методами и получения зависимости стоимости и времени решения задач в системе управления от параметров ее структуры. Метод оптимизации структуры состоит из двух основных этапов. На первом этапе, в рамках аналитической модели, решаются прямая задача оптимизации по минимуму времени обработки при ограничении на стоимость и обратная задача оптимизации по минимуму стоимости при ограничении на время обработки. Результатом является выбор лучшего опорного плана однородной структуры системы управления. На втором этапе, на основе имитационного моделирования, решается задача определения «критических» участков (пунктов управления), ограничивающих эффективность функционирования системы управления. Найденные «критические» участки подлежат улучшению за счет изменения их структуры и введения новых технических решений, обеспечивающих заданные показатели эффективности всей системы управления. Основные результаты. Создана модель иерархической структуры системы управления. Показана процедура выбора опорного варианта и алгоритм модификации структуры системы управления. Приведен пример оптимизации структуры системы управления по критерию требуемой пропускной способности. Пример показал, что применение предложенного метода позволяет выбрать вариант структуры, удовлетворяющий выбранному критерию и заданным ограничениям. Практическая значимость. Представленный метод может быть применен на ранних этапах проектирования распределенных информационных систем управления при выборе вариантов их построения и обосновании требований к техническим характеристикам элементов структуры.

Ключевые слова: иерархическая распределенная система управления, аналитическая модель, имитационная модель, структура, синтез, выбор варианта, разрез в графе, критический участок, пропускная способность, оптимизация, критерий выбора

Список литературы
  1. Иванов Д.А., Иванова М.А., Соколов Б.В. Анализ тенденций изменения принципов управления предприятиями в условиях развития технологий Индустрии 4.0 // Труды СПИИРАН. 2018. № 5(60). С. 97–127. https://doi.org/10.15622/sp.60.4
  2. Цветков В.Я., Алпатов А.Н.Проблемы распределенных систем // Перспективы науки и образования. 2014. № 6(12). С. 31–36.
  3. Шведенко В.Н., Мозохин А.Е. Концепция управления сетевой структурой интеллектуальных устройств в условиях цифровой трансформации энергетической отрасли // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2021. Т. 21. № 5. С. 748–754. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2021-21-5-748-754
  4. Tang B., Chen Z., Hefferman G., Wei T., He H., Yang Q. A hierarchical distributed fog computing architecture for big data analysis in smart cities // Proc. of the ASE BigData & SocialInformatics. 2015. P. 28. https://doi.org/10.1145/2818869.2818898
  5. Oesterreich T.D., Teuteberg F. Understanding the implications of digitisation and automation in the context of Industry 4.0: A triangulation approach and elements of research agenda for the construction industry // Computers in Industry. 2016. V. 83. P. 121–139. https://doi.org/10.1016/j.compind.2016.09.006
  6. Чуканов С.Н. Моделирование структуры сложной системы на основе оценивания меры взаимодействия подсистем // Компьютерные исследования и моделирование. 2020. Т. 12. № 4. С. 707–719. https://doi.org/10.20537/2076-7633-2020-12-4-707-719
  7. Доронина Ю.В., Скатков А.В. Каскадно-иерархическое моделирование в задачах анализа динамики ресурсных характеристик сложных систем // Информационно-управляющие системы. 2020. № 3(106). С. 48–58. https://doi.org/10.31799/1684-8853-2020-3-48-58
  8. Новиков Д.А. Аналитическая сложность и погрешность решения задач управления организационно-техническими системами // Автоматика и телемеханика. 2018. № 5. С. 107–118.
  9. Буков В.Н., Бронников А.М., Агеев А.М., Гамаюнов И.Ф. Аналитический подход к формированию конфигураций технических систем // Автоматика и телемеханика. 2017. № 9. С. 67–83.
  10. Трегубов Р.Б., Алексиков Ю.Г., Саитов С.И. Представление иерархических многоуровневых маршрутизируемых систем в теоретико-множественном базисе // Труды СПИИРАН. 2016. № 3(46). С. 139–168. https://doi.org/10.15622/SP.46.15
  11. Ашимов А.А., Гейда А.С., Лысенко И.В., Юсупов Р.М. Эффективность функционирования и другие операционные свойства систем: задачи и метод оценивания // Труды СПИИРАН. 2018. № 5(60). С. 241–270. https://doi.org/10.15622/sp.60.9
  12. Нетес В.А. Двусторонние оценки коэффициента сохранения эффективности систем с выходным эффектом, зависящим от числа исполнительных элементов // Автоматика и телемеханика. 2018. № 11. С. 99–105. https://doi.org/10.31857/S000523100002746-4
  13. Доронина Ю.В., Рябовая В.О., Чесноков Д.И. Применение модельно-ориентированного проектирования для решения задачи структурного синтеза // Труды СПИИРАН. 2016. № 6(49). С. 122–143. https://doi.org/10.15622/sp.49.7
  14. Багрецов С.А., Везиров В.Н., Львов В.М. и др. Технология синтеза организационных структур сложных систем управления. M. ГУП «ВНИИ межотраслевой информации – федеральный информационно-аналитический центр оборонной промышленности», Академия оборонных отраслей промышленности, ГУП «Межотраслевой центр эргономических исследований и разработок в военной технике «Эргоцентр»,1998. 224 с.
  15. Каляев И.А., Гайдук А.Р., Капустян С.Г. Модели и алгоритмы коллективного управления в группах роботов. М.: Физматлит, 2009. 280 с.
  16. Раппопорт Э.Я., Плешивцева Ю.Э. Метод многокритериальной оптимизации управляемых систем с распределенными параметрами // Труды СПИИРАН. 2018. № 5(60). С. 64–96. https://doi.org/10.15622/sp.60.3
  17. Губко М.В.Модели и методы оптимизации структуры иерархических систем обработки информации: диссертация на соискание ученой степени докторафизико-математических наук: 05.13.01/Институт проблем управленияим. В.А. Трапезникова РАН. М.,2014. 372 с.
  18. Кандырин Ю.В., Шкурина Г.Л. Формирование частичных порядков вариантов для выбора оптимальных альтернатив в однородных множествах // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 3. С. 476–482. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2015-15-3-476-482
  19. Тимофеева Г.А. Вероятностные решения задач условной оптимизации // Труды института математики и механики УРО РАН. 2020. Т. 26. № 1. С. 198–211. https://doi.org/10.21538/0134-4889-2020-26-1-198-211
  20. ФордА., ФалкерсонД. Потоки в сетях. М.: Мир, 1966. 276 с.
  21. Вентцель Е.С. Исследование операций. М.: Советскоерадио, 1972. 407 с.


Creative Commons License

This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License
Информация 2001-2024 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика