книги / Типовые задачи оперативного управления непрерывным производством

ционный поиск и реорганизацию данных. Программное обеспечение для работы с терминалами или другими ЭВМ может выполняться совместно с программным обеспечением банков данных. Описание банков данных выходит за пределы тематики данной главы и здесь не приводится.

Отметим, что наряду со сложным программным обеспечением банков данных или даже совместно с ним используются простые системы обслуживания данных, применяемые в различных пакетах программ. Примера­ ми могут служить процедуры обслуживания данных

впакетах программ линейного программирования, в па­ кетах программ для различных инженерных расчетов и

вдругих случаях, когда приходится оперировать с чис­ ловыми данными относительно небольшого объема.

Вразличных функциональных задачах АСУ часто применяются одни и те же элементы программного обеспечения’ (ПО), например программы математиче­ ского программирования, программы статистики, печати таблиц и, кроме того, имеются специальные программы, выполняющие некоторые функции только в этой задаче или организующие обмен данными между задачами.

Возможная взаимосвязь функциональных подсистем АСУ и программного обеспечения показана в табл. 8-1.

Эта таблица служит только для иллюстрации при­ меняемости различного ПО в функциональных задачах АСУ и не претендует на полноту. Например, здесь нет таких задач, как планирование ремонтов, материальнотехнического снабжения и других, которые могут быть

определяющими для некоторых систем. Отметим, что в табл. 8-1 приведено как ПО общего назначения, при­ меняемое для различных целей, в том числе в системах управления, так ПО, специально разработанное для АСУ, например пакет программ контроля и управле­ ния, специальные программы для решения отдельных функциональных задач.

В этой главе рассмотрим вопросы построения ПО для тех задач табл. 8-1, которые связаны со спецификой моделей непрерывных производственных процессов и рассмотрены в гл. 1—6.

Что касается специальных программ для технико-эко­ номического, календарного планирования и оперативно­ го управления, то ограничимся лишь кратким определе­ нием функций этих программ. При составлении табл. 8-1

Различные функциональные задачи АСУ (текущего и календарного планирования, оперативного управле­ ния) могут быть написаны для достаточно широкого круга предприятий или для конкретных условий одного предприятия. Первое представляется предпочтительным, в частности, потому, что условия работы предприятия могут изменяться. Для того чтобы удовлетворить тре­ бованиям ряда предприятий с непрерывными техноло­ гическими процессами, должна быть предусмотрена возможность использования различных моделей агрега­ тов и реализация различных вариантов постановок за­ дач.

В связи с этим безусловно перспективна разработ­ ка программ функциональных задач АСУ на основе ти­ повых моделей. Необходимо также обеспечить возмож­ ность расширения таких программ за счет введения но­ вых типов моделей.

При разработке программ всех функциональных за­ дач АСУ важно определить надлежащие условия и фор­ му обмена данными между различными задачами. Эти условия связаны со стандартизацией массивов информа­ ции, проводимой для достаточно гибкой системы. Стан­ дартизация должна обеспечить возможность разработки задач различными исполнителями. Требования к функ­ циональным задачам АСУ сложные и зачастую противо­ речивые. Они определяются:

а) требованиями к диалогу человек — ЭВМ (упро­ щение данных, вводимых человеком, диагностика и кор­ рекция ошибок, удобство формы представления резуль­ татов, получение результатов в требуемое время и т. п.); б) возможностью решения различного набора функ­

циональных задач на каждом предприятии.

Типовая система программ должна удовлетворять этим требованиям, в частности допускать возможность приспособления к потребностям конкретного предприя­ тия путем изменения состава функциональных задач и их параметров.

Часто на предприятиях предъявляются различные требования к формам представления результатов. Ко­ нечно, нужно многое сделать для стандартизации этих форм, что значительно облегчит внедрение АСУ. Однако определенные отличия форм представления информации отражают различное содержание функций управления на предприятиях. Поэтому в АСУ необходимо преду­

сматривать достаточно легкое изменение выходных форм, получаемых на ЭВМ. Обычно для этого попользуются различные генераторы отчетов, которые входят в паке­ ты программ или представляют собой отдельные эле­ менты ПО.

8-2. Пакеты программ математического программирования

Для решения задач линейного и нелинейного про­ граммирования разработаны пакеты программ и отдель­ ные стандартные программы. Например, известны сле­ дующие пакеты: LPS/360, MPS для ЭВМ серии IBM/360; LP-400 для ЭВМ ICL4-70; FMPS для ЭВМ Sigma-5 фирмы Rank Xerox и др. Пакет программ LPS/360 работает на ЕС ЭВМ с дисковой операционной системой [122].

Пакеты программ разрабатываются в связи с тем, что для решения задач линейного программирования большой размерности обычно используются достаточно сложные алгоритмы с повторным вычислением матри­ цы, при этом в оперативной памяти размещается лишь часть столбцов матрицы. Кроме того, в пакетах про­ грамм осуществляется удобный ввод, проверка, коррек­ тировка данных, печать результатов, а также анализ устойчивости решения.

В этом параграфе на примерах рассмотрим только функции и принципы построения пакетов программ ма­ тематического программирования. Современные вычи­ слительные методы решения задач линейного програм­ мирования большой размерности описаны в [33].

Различные пакеты программ линейного программи­ рования с точки зрения методов решения отличаются в основном алгоритмами повторного вычисления обрат­ ной матрицы. Матрица задачи представлена мультипли­ кативно. Повторное вычисление обратной матрицы осу­ ществляется через некоторое число итераций мульти­ пликативного алгоритма симплекс-метода (примерно 50 при 103 переменных и длине слова в 8 байт). При повторном вычислении сокращается количество нену­ левых элементов матрицы, возросшее при предыдущих итерациях и, кроме того, устраняются накопленные по­ грешности округления. Алгоритмы повторения позволя­ ют существенно уменьшить число ненулевых элементов

матрицы [123, 124]. За счет этого значительно сокращается время решения. Для экономии оперативной па­ мяти в ней размещается не вся матрица, а только груп­ па столбцов и преобразования осуществляются для дан­ ной группы. Затем вводится с диска и обрабатывается следующая группа столбцов.

Разработай ряд стандартных программ решения за­ дач линейного программирования. В [125] приведена программа мультипликативного алгоритма с повторе­ нием в Альфа-языке (вариант АЛГОЛА) для БЭСМ-4. В [118] описан пакет программ, в котором реализован мультипликативный алгоритм с повторением для ма­ шины БЭСМ-6.

Набор программ на ФОРТРАНе для решения задач линейного программирования, описанный в [120], вклю­ чает следующие программы для различных задач:

1) модифицированный алгоритм симплекс-метода для сильно заполненной матрицы;

2)модифицированный алгоритм симплекс-метода для слабо заполненной матрицы;

3)симплексный метод с мультипликативным пред­ ставлением обратной матрицы.

Достаточно эффективной является программа [126], основанная на минимизации модифицированной функции Лагранжа [127].

Рассмотрим один из наиболее употребимых пакетов программ линейного программирования LPS-360 (Line­ ar Programming System IBM/360), работающих с ди­ сковой операционной системой (ДОС). Система линей­ ного программирования позволяет решать задачи с 200 строками при объеме оперативной памяти 32 Кбайт и с 1500 строками в варианте 64 Кбайт.

Система включает процедуры, необходимые для ре­ шения и анализа устойчивости полученного решения. Процедуры вызываются операторами управления, кото­ рые определяют последовательность выполнения про­ цедур. Программы написаны на языке ФОРТРАН IV и на Ассемблере.

Задача формулируется в удобной форме. Всем пере­ менным задачи даются наименования. Левая часть каж­ дого ограничения получает наименование и рассматри­ вается как переменная, имеющая верхний и нижний пре­ делы. Исходные данные вводятся с перфокарт и запи­ сываются на диск. На диске могут одновременно хра-

ннться Данные различных задач, каждая из которых может решаться многократно. Имеются обширные воз­ можности обслуживания данных: контроль вводимых данных, добавление, изменение или исключение коэф­ фициентов матрицы, правых частей и целевой функции. Возможно также исключение некоторых ограничений и задание нескольких целевых функций, из которых для каждого варианта решения выбирается определенная целевая функция. Существует процедура объединения различных задач в одну, где каждая задача является

блоком.

Можно существенно сократить время решения зада­ чи, сохранив решение предыдущего варианта данной за­ дачи и использовав его как начальное приближение. Это время указано в четвертом столбце табл. 8-2 и зависит от памяти (64 или 32 Кбайт). Время указано для моде­ ли 30 системы IBM/360 (где К=Ю24).

Пользователи для варианта LPS на 64К должны иметь 50 Кбайт памяти для программы и данных; поль­ зователей варианта 32 Кбайт должны иметь память

26Кбайт.

Каждая процедура LPS выполняет определенную

функцию, которая указана в табл. 8-3.

Данные вводятся после соответствующих процедур и заканчиваются перфокартой END АТА.

Коэффициенты матрицы ограничений вводятся или изменяются в формате, показанном в табл. 8-4.

В аналогичной форме вводятся другие коэффициен­ ты задачи. В конкретной задаче обычно используется только часть процедур, например для ввода данных, ре­ шения и печати результатов нужны процедуры: INPUT, MOVE, OPTIMIZE, LPSOLUTION, END.

Последовательность операторов и данных для этих процедур следующая:

I N P U T

NAME Имя файла в позиция* 15 —22

Данные (коэффициенты целевой функции, элементы

. матрицы ограничений)

END АТА

MOVE

Программа MÀRVËL позволяет производить опера­ ции с массивами, в том числе с элементами матрицы ограничений, описывать массивы и выполнять операции ввода-вывода. Ряд предложений MARVEL аналогичен принятым в ФОРТРАНе. С помощью этой программы удобно выполнять операции ввода-вывода и преобразо­ вания с массивами коэффициентов.

Наряду с применением для задач планирования и оперативного управления универсальных пакетов про­ грамм математического программирования разрабатыва­ лись специальные пакеты, например система [119].

Эта система программ разработана для оптимиза­ ции планов производства в нефтеперерабатывающей промышленности. Информация вводится в форме, удоб­ ной для технологов и экономистов. Специальные пакеты программ разрабатывались и для других вычислитель­ ных систем. На машинах IBM/370 для планирования работы нефтеперерабатывающего завода с учетом раз­ личных вариантов использования резервуаров существу­ ет пакет программы CPPS (Continuous Process Plant Scheduling). В этом пакете с помощью программ ли­ нейного программирования решаются только задачи оптимального смешения нефтепродуктов.

Разработка специализированных пакетов, по-видимо­ му, весьма перспективна, если она будет основана на

8-3. Программное обеспечение для контроля и управления в реальном времени и организация связи с задачами оптимизации

Существует ряд функциональных задач контроля и управления, которые решаются в реальном масштабе времени: сбор данных от аналоговых и дискретных датчиков, первичная обработка (мас­ штабирование, линеаризация), контроль предельных значений, реги­ страция, непосредственное цифровое управление и др. На отдельных технологических процессах для решения перечисленных задач обычно используются средние или мини-ЭВМ, которые могут быть связаны с более мощной машиной или между собой.

Информационные связи между задачами контроля и управле­ ния, с одной стороны, и задачами оптимизации, с другой, рассмат­ ривались в гл. 1, а здесь будут рассмотрены способы организации связей между этими задачами и в связи с этим способы реализа­ ции программного обеспечения (ПО).

В результате сбора и обработки данных измерений определя­ ются величины, которые должны быть доступны для ряда про­