АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЧЕЛОВЕКО-МАШИННЫХ СИСТЕМ

АННОТАЦИЯ

В данной работе представлен способ автоматизации формирования процессов функционирования человеко-машинных систем. Демонстрируется прототип разрабатываемого модуля генерации функциональных сетей с применением последовательно-параллельного выполнения операций и функционального контроля результатов их выполнения.

Ключевые слова: человеко-машинная система; автоматизация проектирования; генерация типовых формальных единиц.

ВВЕДЕНИЕ

На данный момент существует большое количество направлений в области информационных технологий, которые затрагивают многие сферы деятельности человека. Особую роль играют информационные системы, создаваемые для формализации и оценки процессов функционирования (ПФ) человеко-машинных систем (ЧМС). В процессе создания ЧМС возникает необходимость нахождения решения оптимизационных задач по набору критериев, обладающих разной природой происхождения. Анализируется большой объем информации, включающий экспертные оценки специалистов, множества возможных вариантов реализации отдельных участков исследуемых процессов и их прогнозируемое поведение. Для улучшения показателей эффективности применяемых моделей появляется необходимость учитывать большое количество различных факторов, что приводит к сложностям с выбором оптимальных вариантов реализации ПФ ЧМС. Вследствие чего происходит развитие информационных систем, давая возможность качественного проектирования ЧМС с большим количеством альтернатив функционирования разных подсистем всего процесса. Актуальные модели ПФ ЧМС, которые применяются для решения таких задач, описаны в работах [1-3].

Цель данной работы — реализация программного модуля для генерации ПФ ЧМС исходя из минимального набора входных данных. В качестве основы для дальнейшей разработки была взята гибридная экспертная система (ГЭС) ИНТЕЛЛЕКТ-3, осуществляющая поиск оптимального решения, используя алгоритм направленного перебора и обобщенный принцип последовательного анализа с пошаговым моделированием частичных решений [2].  

БАЗОВЫЕ ПРИНЦЫПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПФ ЧМС

Под процессом функционирования человеко-машинной системы подразумевается набор операций и действий, объединенный в единую целенаправленную последовательность, ведущую к достижению поставленной цели функционирования [1].

Подготовка моделей ПФ ЧМС для последующей оценки показателей эффективности, качества и надежности (ЭКН) функционирования ЧМС начинается с построения функциональной сети, которая состоит из типичных формальных единиц (ТФЕ), представленных на рисунке 1.

Для каждой ТФЕ пользователь задает состав показателей ЭКН, которые определяются следующими показателями: вероятность получения бездефектного продукта труда, среднее время, затрачиваемое на получение продукта труда, дисперсия времени выполнения процесса функционирования и средние затраты (доход) на ПФ.

Рисунок 1. Типовые функциональные структуры

Основными функционерами являются рабочие операции, направленные на достижение некоторого конкретного результата.

Логические операции заключаются в проверке соблюдения некоторого условия и выборе дальнейшего пути реализации функции. К дополнительным функционерам относится контроль правильности выполнения предыдущих операций. Соединитель “И” является вспомогательным композиционером, имеющим несколько входа и один выход, то есть последующая операция может начинаться только после завершения всех предыдущих операций [4].

Предположим, имеется цель написать статью, в упрощенном виде для её достижения необходимо пройти следующие этапы: составить примерный план статьи (1), подготовить иллюстрации (4), набрать текст (5), провести контроль и исправить ошибки (3), опубликовать (6). Пример функциональной сети для описанного примера представлен на рисунке 2.

Рисунок 2. Функциональная сеть в системе ИНТЕЛЕКТ-3

Каждый этап определяет одну обособленную типовую формальную единицу, которую пользователь вручную размешает на рабочей области, соблюдая нужную последовательность функционирования ЧМС. Далее для каждой ТФЕ задается набор параметрических альтернатив, после чего программа выполняет поиск оптимального решения – набора альтернатив, который необходим для достижения поставленной цели.

ГЕНЕРАЦИИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНО-ПАРАЛЛЕЛЬНОГО ПФ ЧМС

Основная идея разрабатываемого модуля заключается в том, что функциональная сеть ЧМС может быть сформирована в автоматическом режиме. Для этого необходимо знать: набор этапов функционирования, какой этап имеет зависимости от других и какие этапы необходимо подвергать функциональному контролю.

Для описания алгоритма генерации введем нужные определения:

•  – множество этапов, n – общее кол-во этапов.
• R – задает отношение последовательности (Rозначает, что за операцией  следует операция ).

Генерация начинается с разделения множество  на  непересекающихся подмножеств  таких, что каждый элемент из   принадлежит только одному из этих подмножеств: . Если пользователь задал выполнение функционального контроля для конкретного этапа или для группы этапов, то происходит выделение набора, подлежащего контролю, в отдельное подмножество.

Важным фактором является – все операции из M должны быть учтены, при этом должна существовать операция, которая не следует ни за какой другой – начальная.

Условие параллельности можно определить следующим образом: для любых двух пар операций, принадлежащих разным подмножествам, не должно существовать отношений следований друг за другом.

Теперь определим условие последовательности этапов: операция  следует за операцией , только в том случае, если не существует отношения «следования за» – .

Основной задачей процесса генерации является максимальное распараллеливание процесса функционирования человеко-машинной системы.

ОПИСАНИЕ РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ СИСТЕМЫ

Продемонстрируем работу реализованного программного модуля используя пример с набором текста, который описан выше. В дополнительном окне пользователь указывает все необходимые этапы, их зависимости и необходимый контроль, как это показано на рисунке 3.

Рисунок 3. Взаимодействие с модулем генерации

Результатом работы программного модуля является автоматически сгенерированная функциональная сеть, которая представлена на рисунке 4.

Рисунок 4. Результат работы модуля

Как можно увидеть из результатов работы программы, модуль генерирует функциональную сеть, учитывает все указанные условия последовательности выполнения и необходимого контроля этапов функционирования человеко-машинной системы.

Список литературы:

1. Зайков А.В., Кочетов С.А., Гриф М.Г. Методы и средства оптимального проектирования процессов функционирования человеко-машинных систем на основе функционально-структурной теории // «Научный вестник НГТУ». – 2008 No. 3(32). - Новосибирск: Изд-во НГТУ. - С. 95–110.
2. Гриф М.Г., Кочетов С.А., Цой Е.Б. Стратегии проектирования множества альтернатив в задачах оптимизации на основе функционально-структурной теории // Доклады Академии наук высшей школы Российской Федерации. – 2015 No. 4 (29). - С. 44-51.
3. Гениатулина Е.В. Методы проектирования и моделирования в задачах оптимизации процессов функционирования человеко-машинных систем / Е. В. Гениатулина, М. Г. Гриф // Труды СПИИРАН. – 2014 No. 5 (36). - С.151-167.
4. Гриф М.Г., Цой Е.Б. Автоматизация проектирования процессов функционирования человеко-машинных систем методами последовательной оптимизации. -Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2005 – 264 с.