Содержательное описание объекта и характеристика проблемной ситуации

Построение концептуальной (содержательной) модели конкретного объекта (системы) является первым этапом моделирования. Основным содержанием этого этапа является переход от словесного описания к его математической модели. Наиболее ответственными моментами является упрощение описания системы, т.е. отделение собственно системы S от внешней среды E и отбрасывание всех второстепенных (с точки зрения целей моделирования) деталей.

Содержательное описание объекта должно строиться с учетом направленности, создаваемой модели, т.е. контекста, точки зрения идостигаемой цели.. Оно должно включать в себя краткое описание объекта и его основных функций, достигнутого качества управления (для существующих объектов), сложившейся проблемной ситуации, входных и выходных переменных и способов их контроля, режимов функционирования объекта и характеристику внешней среды.

Контекст определяет объект моделирования как часть целого. Он очерчивает границы модели посредством описания внешних интерфейсов.

Точка зрения учитывает интересы лица, для которого решается задача. Например,. технолога, ответственного за эффективность ведения процесса; механика, эксплуатирующего оборудование; экономиста, анализирующего, сколько этот процесс " стоит"; эколога, стремящегося к уменьшению негативного влияния технологии на окружающую среду. Элементом, связывающим все эти частные модели, являются законы сохранения, в частном случае, уравнения материального и энергетического балансов.

Цельследует из анализа проблемной ситуации и определяет назначение модели. Различают стратегические и тактические цели. Первые ставятся, например, на этапах проектирования и реконструкции предприятия. Вторые- для решения оперативных задач.

В частности, стратегическая цель может быть сформулирована следующим образом: обеспечить наиболее полное использование потенциальных возможностей месторождения и устойчивость функционирования предприятия в предвидимых реальных условиях работы.

Проблемная ситуация, на разрешение которой направлено внедрение АИС, может заключаться, например, в несоответствии качества товарной продукции техническим условиям; в больших простоях оборудования по организационным причинам; в возникновении аварийных ситуаций, которые можно было бы предотвратить и т.д.

В частности, отсутствие мониторинга промышленных отходов приводит к значительному экологическому ущербу и неэффективному использованию отходов как техногенного сырья.

В качестве примера на рис.4.1 показана структуризация проблемы,

связанной с мониторингом загрязнения атмосферного воздуха.

 

 

ИЗ- источники загрязнения; ПДВ – предельно допустимый выброс; ПДК – предельно допустимая концентрация

Рис.2.1- Пример семантической модели предметной области загрязнения атмосферного воздуха

Граф проблемной ситуации может быть преобразован в задачный граф, определяющий цели и задачи управления, решаемые на каждом иерархическом уровне, а также внешние интерфейсы этих задач.

Кроме специфических для каждого конкретного объекта проблем, существуют для всех проектируемых АИС проблемы, заключающиеся в том, как обеспечить достоверность информации о функционировании объекта, как получить релевантную (имеющую отношение к запросу пользователя) информацию в документальной БД и т.д.

Внедрение АИС направлено на улучшение качества управления процессом, которое характеризуется, как правило, стабильностью технологических показателей.

Отметим, что для различных видов сырья требования к стабильности его качественных характеристик существенно различны.

Так, например, если на медном руднике 1т пустой породы смешались бы со 100т руды с содержанием меди 0.5%, то в результате среднее содержание меди в партии руды снизилось бы с 0.5%, до 0.495% и осталось бы незамеченным. Если же 1т тремолитового известняка смешались бы со 100 т карбоната кальция, предназначенного для производства бумаги, то этот продукт был бы отвергнут потребителем.

После того, как проблема, подлежащая разрешению, названа, необходимо указать: на каких иерархических уровнях решается поставленная задача, какие объективные и субъективные факторы влияют на проблемную ситуацию; какими показателями характеризуется состояние процесса на нижнем и верхнем иерархическом уровнях и какие закономерности изменения контролируемых технологических показателей мы наблюдаем.

При описании объекта моделирования должны быть выделены основные элементы, определяющие целевое назначение процесса, и принято решение о степени подробности их представления.

Международные стандарты семейства ISO 9000 рассматривают любую работу как процесс, который добавляет стоимость, используя определенного вида ресурсы (входные переменные). Выходом операции является материальная и нематериальная продукция. Следует определить, какие факторы и параметры регистрируются в каждом из выделенных процессов и обосновать систему входных и выходных переменных, которые должны быть связаны математической моделью.

Так, предприятие можно условно разделить на материально-производственную и информационно- управляющие системы. Качественно различные категории работников, средств производства и перерабатываемых продуктов называют ингредиентами. Список наименований ингредиентов и их номеров называют классификатором.

Процесс производства описывается в терминах отношений между ингредиентами, называемых технологическими операциями. Каждая операция характеризуется отношениями следующих групп ингредиентов: исполнителей, технических средств. входных ингредиентов, выходных ингредиентов. Ингредиенты, затрачиваемые или выпускаемые хотя бы в одной операции, называют продуктами. Для каждого конечного продукта может быть указана одна или несколько технологических схем его получения из исходных, входных продуктов.

Технологическая схема представляет собой логически упорядоченный набор операций, в ходе каждой из которых получают либо конечный, либо промежуточные продукты. Объединение технологических схем получения всех конечных продуктов называют технологией производства.

Своеобразие технологических процессов больше всего проявляется в моделях операций.

Модели технологических операций удобно представить в виде многоуровневой морфологической схемы. Например, на верхнем уровне схемы описывается способ обогащения, на более низком – схема обогащения, на следующем – способы реализации отдельных операций.

Содержательное описание производственной системы включает в себя характеристику желательных и нежелательных состояний объекта управления и характеристику мероприятий, обеспечивающих максимальную сопротивляемость производственной системы негативным внешним воздействиям.

Все переменные, входящие в модель операции, можно подразделить на три основные группы: эндогенные (фазовые) переменные, характеризующие состояние операции на данный момент времени и

подлежащие определению из самой модели; экзогенные (параметры), являющимися внешними по отношению к модели, и управления, формируемые технологическим персоналом или системой управления.

Если эндогенные переменные известны на некотором интервале времени, то считается, что состояние процесса на этом интервале времени полностью определено...Экзогенные переменные делятся на две группы: параметры, определяемые при решении другой задачи, например, задачи проектирования, и параметры, не зависящие от нашей воли, например, погодные условия.

Можно рекомендовать следующие правила выбора взаимозависимой системы показателей и параметров процесса.

1. Выбранные показатели должны наиболее полно характеризовать требования, предъявляемые к данному процессу.

2. Показатели и параметры процесса должны быть связаны между собой наиболее простыми соотношениями, чтобы не усложнять модель.

3 Показатели и параметры процесса должны наиболее полно т точно описывать его отдельные элементы и фазы.

Например, при управлении горно-транспортным комплексом фазовыми переменными являются: состояния экскаваторов, транспортных коммуникаций, приемных пунктов, текущие положения транспортных сосудов и т.д.

Параметрами являются число транспортных сосудов, их грузоподъемность, транспортная схема и т.д.

Имея значения фазовых переменных, можно рассчитать значения технико-экономических показателей (ТЭП), характеризующих эффективность управления процессом. Например, производительность горно-транспортного комплекса, коэффициенты использования оборудования и т.д.

Перечень выходных переменных следует из характера проблемы, для разрешения которой создается модель.

Так, например, если создаваемая модель предназначена для решения задачи оперативного управления горно-транспортным комплексом в режиме усреднения свойств руды, доставляемой на фабрику, то в число ТЭП войдет средневзвешенное содержание компонентов в рудной шихте.

Каждый параметр и переменная описываются в следующей форме: определение и краткая характеристика; символ обозначения и единицы измерения; диапазон изменения (для переменных); место применения в модели.

При анализе решаемой задачи необходимо, в общем случае, ответить, как минимум, на 6 вопросов: что, как, где, кто, когда, и почему?. Например, в задаче мониторинга состояния шлакоотвала с позиций прогнозирования содержащихся в нем минерально-сырьевых ресурсов (МСР) вопросы конкретизируются следующим образом:

-«Что (какая оценка) лежит в основе управления МСР шлакоотвала? »;

-«Где расположен шлакоотвал? »

- «Как формируется шлакоотвал? »;

-«Почему мы решаем эту задачу (в чем заключается проблемная ситуация, на разрешение которой направлена проектируемая АИС)? ».

-Когда (за какой период и по какому графику) производится опробование отвала? »

-«Кто осуществляет опробование шлакоотвала и производит оценку МСР? »

Состояние шлакоотвала с позиций оценки МСР характеризуется величиной запаса сырья и массы компонента в запасе. Ключевыми словами являются: шлакоотвал, геолого-экономическая оценка, запасы МСР, кондиции, разведка месторождения, управление фондом недр.

При изменении точки зрения на тот же самый объект конкретное содержание вопросов меняется и соответственно меняется набор ключевых слов, характеризующих данный объект.. Например, при описании шлакоотвала с позиций его влияния на окружающую среду акцент делается на процессы загрязнения воды и атмосферы.. Так, в отвале, вследствие физико-химических процессов, формируются техногенные воды, которые могут оказать негативное воздействие на поверхностные воды.

После постановки задачи моделирования необходимо сформулировать требования к исходной информации об объекте и в случае необходимости организовать получение недостающей информации. Исходная информация о характере методических и приборных погрешностей может быть получена из литературных источников и информационно- справочных систем.

Построение концептуальной модели завершается ее описанием в абстрактных терминах и понятиях с использованием типовых математических схем, т.е. реализуется переход к математической модели системы, окончательно принимаются гипотезы и обосновывается выбор процедур аппроксимации реальных процессов при построении модели. Только после тщательной проверки концептуальной модели можно переходить к этапу ее машинной реализации.

В последующих разделах данной главы конкретизируются описания морфологической и функциональной структур проектируемой системы, а также информационно- логической модели системы.

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: