Министерство угольной промышленности СССР

Планово—экономическое управление

Всесоюзный научно-исследовательский институт управления угольной промышленности

ВНИИУуголь

МЕТОДИКА расчета параметров эффективности функционирования АСУ угольными пр едприятиями

часть 1

Москва

Министерство угольной промышленности СССР

Всесоюзный научно-исследовательский институт управления угольной промышле мости БНИИУуголь

Руководящие методические материалы по со&дчяж» АСУ МЕТОДИКА

расчета параметров эффектявности функционирования АСУ угольными предприятиями

Часть I

Моема - 1973

10 -

случае отказа источника и включение - в случае его восстановления) части элементов из числа предшествующих источнику либо следующих за ним по иерархической лестнице, характеризующей структуру системы. В перерыве между двумя соседними возмущениями состояния всех элементов систем остаются неизменными.

Рассмотрим подробнее, как изменяется в момент возмущения состояние элемента системы в зависимости от его положения относительно источника и характера возмущения. Для этого введем некоторые вспомогательные понятия.

Бели имеется последовательность элементов, в которой каждый предыдущий непосредственно подчинен последующему» то первый элемент этой цепочки называется подчиненным последнему» а последний -управляющим по отношению к первому*

Назовем два элемента, из которых один подчинен другому (не обязательно непосредственно), связанными, если исправны все элементы, расположенные между ними на иерархической лестнице. Элемент, не имеющий подчиненных, назовем оконечным элементом системы.

Будем говорить, что элемент имеет связь с вершиной иерархической лестницы, если он связан с управляющим элементом еноте мы, причем последний также исправен, и что элемент имеет связь о основанием лестницы, если он связан хотя бы с одним исправным оконечным элементом системы. Всякий элемент, находящийся в рабочем состоянии, имеет связь как с вершиной, так и с основанием.

- II -

Отметим, что в момент возмущения может измениться состояние лиЖь такого элемента системы, который связан с источником в смысле данного только что определения.

I. Отказ.

1)    Источник переходит в неисправное состояние.

2)    Включенные элементы, подчиненные источнику, теряют связь с вершиной и поэтому выключаются. Состояние выключенных и неисправных элементов не изменяется.

3)    Из элементов, управляющих по отношению к источнику, выключаются те, для которых всякая связь с основанием осуществлялась через источник. Остальные остаются включенными.

П. Восстановление. Источник связан с вершиной.

1)    Источник переходит в рабочее состояние.

2)    Подчиненные источнику исправные элементы, имеющие связь с источником и с основанием иерархической лестницы; переходят

в рабочее состояние. Состояние остальных элементов не изменяется.

3)    Управляющие по отношению к источнику выключенные эле -менты переходят в рабочее состояние. Состояние остальных элементов не меняется.

Ш. Восстановление. Источник не вмеет связи с вершиной.

1)    Источник переходит в состояние вынужденного простоя.

2)    Остальные элементы системы не меняют своих состояний.

Таким образом, зная источник возмущения, происшедшего в

момент 'itc и, характер этого возмущения, можно определить состояние всех элементов системы на отрезке ( _ш    /).

- 12 -

Для каждого элемента системы в момент его восстановления в соответствии с законом распределения Ж*)    (    i    - номер

элемента) определяется время жизни    » которое расходуется

при работе этого элемента и остается неизменным в течение периода вынужденного простоя. Для отказавшего элемента согласно закону распределения Gt (О определяется время восстановления и,в связи с этим,момент перехода в исправное состояние.

Для того» чтобы найти момент    очередного    возмущежя,

необходимо выбрать из числа включенных в момент £*+ О элементов тот» который обладает наименьшим "остаточным временем жизни^ а из числа неисправных - тот» для которого минимально расстояние от    до момента окончания восстановления. В зависимости от

того» какая из этих двух величин меньше» определяется момент возникновения» источник и характер очередного возмущения.

Алгоритм» моделирующий процесс функционирования рассматриваемой системы» сводится к рекуррентному определению моментов    и состояний элементов системы на каждом из отрезков

(    ^к+4) з соответствии с вышеизложенным. Укрупненная

блок-схема алгоритма представлена нц рис.2.

Рассмотрим работу отдельных операторов алгоритма.

Оператор I задает начальные состояния всех элементов системы (в момент включения системы все элементы исправны) и формирует для них значение наработки на отказ.

Оператор 2. Засылка I в счетчик числа возмущений.

Оператор 3. Определение момента * » источника и характера (восстановление или отказ) очередного возмущения.

- 14 -

Оператор 4. Проверка - является пи возмущение отказом.

В спучае отказа - уход по стрепке I.

В спучае отказа источника происходит формирование значения времени его восстановления в соответствии с законом распределения (z^) (i - номер источника).

В спучае восстановления источника происходит формирование значения времени его наработки до следующего отказа в соответствии с законом распределения ± ).

Оператор 7. Проверка - имеет ли отказавший источник связь с вершиной. В спучае отсутствия связи - уход по стрелке 0 (случай Ш)

Операторы 8 и 9. Формирование содержания блоков 12, 13, 16,

17 в зависимости от характера возмущения (см. описание этих блоков).

Операторы 10-13 реализуют распространение возмущения на элементы, управляющие по отношению к источнику.

Операторы 14-18 реализуют распространение возмущения на элементы, подчиненные источнику.

Оператор 10 проверяет, является ли очередной рассматриваемый элемент из числа управляющих по отношению к источнику управляющим элементом системы. Выполнение условия означает, что перебор элементов этого вида эакончен, и управление передается оператору 15.

Оператор II осуществляет переход от рассматриваемого элемента к непосредственно нм управляющему.

Оператор 12 проверяет, подлежит ли изменению состояние рассматриваемого элемента из числа управляющих по отношению к источнику. Условие, проверяемое этим оператором, зависит от

- 15 -

характера возмущения и формируется одним из операторов 8 или 9. В случае отказа оператор проверяет, сохранилась ли у рассматриваемого элемента связь с основанием (случай ИЗ), а в случае восстановления - является ли он выключенным.

Оператор 13 изменяет состояние рассматриваемого элемента* В случае восстановления оператор переводит элемент в рабочее состояние, а в случае отказа - выключает его*

Оператор 14 проверяет, является ли источник возмущения конечным элементом системы*

Оператор 15* Выбор очередного элемента из числа подчиненных источнику. Перебор всех элементов этого вида осуществляется с использованием лексикографического метода обхода [2-J .

Оператор 16. Оператор, зависящий от характера возмущения. В случае восстановления проверяет выполнение условия, состоящего в том, что рассматриваемый элемент исправен, связан с источником и с основанием иерархической лестницы. В случае отказа проверяет, находится ли рассматриваемый элемент в рабочем состоянии.

Оператор 17. - выключение рассматриваемого элемента в случае отказа источника и включение - в случае восстановления. Оператор 18 выясняет, все ли подчиненные источнику элементы были уже рассмотрены.

Оператор 19. Проверка на конец реализации ( ЛУ - число возмущений, задающих длину реализации).

Оператор 20. - увеличение на единицу содержимого счетчика числа возмущений.

- 16 -

Оператор 21 - формирование я выдача результатов моделирования, характеризуших эффективность функционирования автоматизированной системы управления.

Разработанная на основе рассмотренного алгоритма программа позволяет с применением ЭВМ "Минск-22" и "Мннск-32" определять основные параметры, характеризующие эффективность функционирования автоматизированных систем управления угольньмж предприятиями.

- 17 -

§ 2. Описание исдтпшт пмпшт

Ввод исходной информации в программе осуществляется при помощи CO-31 ECU АКИ-400. Операторы ввода имеют вид:

Qi6 про 31 (ТЕЛ, В4Д.1/, S6, S4,*

ТЕП, ВЗД.1/, S6, S4,-INT,u, SJ,Sl,« i.nt,.n, $i ,si QM5 цро 31 (ТЕП,В2/3,1/, S>2, S3,»

STR/1,1 /, Sit,

QMS про 31 (IJ*T, II , St , SI,»

I-NT,JU , SI , SI,»

1*Т,до, 51,51^

Вся информация вводится с перфоленты тремя зонами ввода. Каждая зона содержит информацию, описанную одним оператором ввода. Перфорация исходных данных осуществляется в коде М-2 в соответствии с правилами оформления данных для ввода при помощи СП-31.

Первая зона ввода содержит:

текстовый массив В4 (8    2.4)    -    в    24-х    позициях строки

записывается наименование комбината, затем перфорируются символы " // X

текстовый массив ВЗ (8    2.4)    -    в    24-х    позициях строки

записывается наименование предприятия; затем перфорируются символы " // X

целое число U - номер АСУ, значение перфорируется без знака, затш перфорируются символы "./X^м;

целое число N - количество элементов в системе ( Л1 ^ 30), значение перфорируется с символами " . / X ^м ;

- 18 -

перфорация зоны заканчивается символами    -    5    про

белов.

Вторая зона содержит:

текстовый массив В2 (186    62,3), состоящий из 62 строк

по 3 машинных слова в каждом; в массиве, начиная со второй строки, описываются Н наименований элементов системы; каждое наименование имеет не более 18-ти символов и перфорируется с символами ” / / "; первая строка массива програшно заполняется текстом "В целом по системе", использующемся при печати выходной таблицы, вторая строка заполняется пробелами; вслед эа последним наименованием массива В2 перфорируется символ " X

массив STR (60 30,2) целочисленной информации, характеризующей структуру системы. Массив состоит из Ы строк и двух столбцов.

Пусть ( й._и    строка    массива    STR;    при этом

а_и - номер 1-го элемента в системе, а_и- номер непосредственно следующего за ним элемента в направлении движения потока продукции, информации и т.д.Св зависимости от типа системы). Элементы системы мохут нумероваться любыми целыми положительными двухзначными числами в произвольном порядке, фи этом порядку перечисления номеров элементов системы в первом столбце массива STR соответствует порядок перечисления наименований этих элементов в массиве В2. Перфорация каждой строки следующая:

. Cl _u . / ; за последним символом " / " перфорируются символы " X WJUU uu"l

Последняя зона исходных данных характеризует режим работы программы:

- 19 -

Zl - число, принимающее одно из трех значений: 1,2,3; при ZI*I происходит предварительная реализация процесса и выдаются гистограммы некоторых выходных величин; при ZI=2 гистограммы не выдаются, но предварительная реализация производится; при ZI-3 происходит реализация процесса заданной длины без предварительной реализации и без гистограммы; N1 - длина ооновной реализации N0 - длина предварительной реализации.

Значения перфорируются по правилу:

Zl./i Л1Г./Х Д0./1

Затем перфорируются 5 пробелов.

Перфорация каждой зоны начинается и заканчивается символами "латынь” - граница ввода.

Рассмотрим пример подготовки исходных данных.

Для АСУ, изображенных яа рис.1 (исходные данные приведены в табл.5, вариант I и Д) и яа рис.З (исходные данные приведены в табл.8, вариант I) оформление исходных данных приведено соответственно в таблЛ и 1е „

В "Методике" рассматриваются вопросы оценки эффективности функционирования АСУ угольными предприятиями с произвольной структурой и различными законами распределения показателей надежности входящих в них элементов.

"Методика" предназначена для использования Информационно-вычислительными центрами угольных комбинатов, научно-исследовательскими и проектно-конструкторскими организациями при расчете параметров эффективности функционирования и выборе наиболее целесообразной АСУ и входящих в нее элементов, оценке и выборе вариантов совершенствования АСУ, а также решении целого ряда вопросов, связанных с их разработкой и техническим обслуживанием.

5 соответствии с разработанной методикой расчет параметров эффективности функционирования АСУ угольными предприятиями должен выполняться на ЭШ "Минск-22" и "Минск-32".

'Методика" разработана к.т.н.А.М.Горлиным,

- 3 -

СОДгРЖАНИЕ

стр.

Введение .............. 5

§ I*    Математическая постановка задачи...... у

§ 2. Описание исходных данных.......,    .    jy

§ 3. Описание каталога и перфорация исходных

данных........... 24

§ 4. Порядок работы с программой на ЭШ

”Мннск-22”.............33

§ 5. Порядок работы с программой на ЭЭ1

"Минск-32”............39

§ 6. Форма представления результатов моделирования на ЭШ...........43

§ 7.    Оценка и анализ параметров эффективности

функционирования АСУ.........44

Литература......... 7j

Приложение I.

Программа расчета параметров эффективности функционирования АСУ угольными предприятиями .......... УЗ

- 5 -

ВВЕДЕНИЕ

При решении вопросов, связанных с разработкой и эксплуатацией АСУ угольными предприятиями и объединениями, возникает необходимость в оценке параметров эффективности их функционирования.

Сложность определения параметров эффективности функционирования АСУ угольными предприятиями и объединениями обусловливается теми обстоятельствами, что они характеризуется территориальной разбросанностью, иерархической структурой, большим количеством входящих в них элементов и произвольными законами распределения показателей их надежности, а также зависимостью параметров эффектхвнпсти функционирования не только от значений собственных параметров, но и от эффективности функционирования остальных элементов, входящих в систему.

Имеющиеся в настоящее время методы не позволяют решать в полной мере вопросы, связанные с оценкой эффективности функционирования АСУ угольными предприятиями и объединениями.

В результате проведенных исследований разработан метод [3] , позволяющий црожзводить расчет параметров эффективности функционирования АСУ угольными предприятиями с применением ЭВМ кинск-22 h’Whck-32?

В настоящей "Методике" рассматриваются вопросы оценки эффективности функционирования АСУ угольными предприятиями

- 7 -

§ I. Математическая постановка задачи

Рассматривается система управления с произвольной структурой, в которую входит п> элементов. Один из возможных вариантов структуры системы изображен на рис Л.

Управляющему элементу системы - (элементу нулевой ступени иерархии) непосредственно подчинено некоторое число элементов, называемых элементами первой ступени иерархии. Элементы системы, непосредственно подчиненные элементам первой ступениназываются элементами второй ступени и вообще элемент, непосредственно подчиненный некоторому элементу К-й ступени, называется элементом (К+1)-Й ступени.

Элементы системы являются ненадежными устройствами. В любой момент времени каждый из них может находиться в исправном или неисправном состоянии. Каждый исправный элемент может, в свою очередь, быть включенным (рабочее состояние) или выключенным (состояние вынужденного простоя). Отказать (перейти из исправного состояния в неисправное) может только включенный элемент*

Все элементы системы предполагаются перенумерованными от I до п . Функционирование системы подчиняется следующим правилам:

а)    если все элементы системы исправны, то все они включены;

б)    элемент выключен тогда и только тогда, когда выключен или неисправен непосредственно управляющий им элемент, либо выключены или неисправны все непосредственно подчиненные ему элементы;

- 8 -

Рис. {. Структура абтоматизироБанной системы управления

- 9 -

а) l - наработка на отказ и ^ с - время восстановления 6-го элемента системы ( с = 1,2,..., п,) является случайными величинами с заданными законами распределения C'i) и Gi (t) .

Основными показателями эффективности функционирования рассматриваемой системы являются следующие: распределение длительности непрерывной работы, длительности вынужденного простоя и длительности пребывания в исправном состоянии каждого элемента системы, математическое ожидание числа отказов и числа вынужденных остановок в единицу времени, вероятности пребывания каждого элемента системы в рабочем состоянии, в неисправном состоянии и в состоянии вынужденного простоя. Задача состоит в определении оценок названных и ряда других показателей, характеризующих эффективность функционирования системы.

Поставленная задача решается методом статистических испытаний, состоящем в моделировании на достаточно большом интервале времени реализации случайного процесса функционирования изучаемой системы и определении оценок искомых вероятностных характеристик этого процесса как средних значений по данным этой реализации.

Случайный процесс функционирования системы характеризуется последовательностью    ,    . . ,    .    .    •

моментов времени, в которые в системе возникают возмущения.

Под возмущением понимается отказ или восстановление какого-нибудь элемента системы, который назовем источником возмущения. Каждое возмущение в соответствии с правилами функционирования системы вызывает изменение состояния (выключение в