Иерархическая многоматричная формализация имитационной модели электронного документооборота технической документации Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

52

Электронное моделирование

УДК 656.25

Иерархическая многоматричная формализация имитационной модели электронного документооборота

технической документации

П. Е. Булавский, Д. С. Марков

Петербургский государственный университет путей сообщения Кафедра «Автоматика и телемеханика на железных дорогах»

[email protected]

Аннотация. Приведена иерархическая обобщенная формализованная схема (ОФС) электронного документооборота технической документации (ЭДТД) на устройства СЦБ. Даны примеры ОФС иерархии процессов ЭДТД. Предложены иерархическая структура матриц и логическая схема моделирующего алгоритма многоматричной модели ЭДТД как сложной системы массового обслуживания.

Ключевые слова: электронный документооборот технической документации; технический документ; обобщенная формализованная схема; параллельные логические схемы алгоритмов; матричные схемы алгоритмов; имитационное моделирование. 1

1 Введение

Транспортные процессы с точки зрения анализа функционирования автоматизированных технологических комплексов (АТК), включая системы железнодорожной автоматики и телемеханики (СЖАТ), естественно формализуются с применением схем массового обслуживания. Электронный документооборот (ЭДТД) обеспечивает автоматизацию и повышение эффективности процессов функционирования АТК и автоматизированных систем управления технической документацией. В связи с этим актуальны задачи по формализации процессов ЭДТД с целью определения методов и инструментальных средств синтеза и оценки эффективности системотехнических и организационных решений на всех этапах жизненного цикла системы электронного документооборота.

2 Обобщенная формализованная схема ЭДТД

В [1] предложена обобщенная формализованная схема (ОФС) электронного документооборота как сложной системы массового обслуживания (ССМО), послужившая методологической базой для разработки иерархической структуры процессов.

Основой ОФС является описание алгоритмов выполнения процессов участниками ЭДТД на языке параллельных логических алгоритмов [2]. Процессы ЭДТД с использованием языка ПЛСА описываются следующим образом:

dj е D, j = 1, J,

где d j - технический документ (ТД) j-го

типа; набор J ТД образует множество D всех документов, участвующих в ЭДТД.

Совокупность выполняемых в определенной последовательности операций и проверок логических условий над ТД j-го типа является алгоритмом процесса ЭДТД Aj .

Операцией V является элементарное

действие над ТД из множества D на данном уровне иерархии представления процессов ЭДТД. Все выполняемые над ТД

операции образуют множество V = {Vi},

i = фГ.

Основными элементами описания A j являются операции Vi , логические усло-

Электронное моделирование

53

вия ак, к = 1, K, отмеченные стрелками

ак tр, р = 1, P, где p - индекс стрелки. Переход ТД при ложном значении ак осуществляется к элементу ПЛСА, отмеченному стрелкой с тем же индексом Xр.

Для учета качества ТД [3], участвующих в ЭДТД, дополнительно введены следующие виды операций: х - операции, длительность которых зависит от качества ТД; K - операции, определяющие качество ТД с заданной вероятностью; Ц -операции, повышающие качество ТД; а -вероятностные логические условия, зависящие от качества ТД.

Граф-схема ЭДТД высшего уровня приведена на рис. 1. Для синтеза соответствующей параллельной логистической схемы алгоритмов (ПЛСА) обозначим алгоритмы, входящие в ОФС, как операции V на данном уровне иерархии. На следующем уровне каждая из операций может быть представлена как алгоритм в своем алфавите операций и логических условий. Состав алгоритмов, входящих в граф рис. 1, и их соответствие операциям Vi , приведены в табл. 1.

Множество А = {ак }, к = 1,5 включает вероятностные логические условия вида:

Г1 - техническая документация передана;

ак = С

[0 - не передана.

В результате анализа процессов, входящих в ЭДТД на данном иерархическом уровне, получена ПЛСА вида:

АЭДТД =X1 V1 K3а 1 Т1 X2 V1 K1Ц 1а 2 t2 X3 V2J х х K2х2Ц2а3 t3X4 V4x4а4 t4X5 V,1 х5а5 t5, где а1, а 2 - логические условия, вероятность выполнения которых определяется исходным качеством ТД;

а 3, а4, а 5 - логические условия,

вероятность выполнения которых зависит от текущего значения показателя качества

ТД.

На втором уровне иерархии операции V11- V51 раскрываются алгоритмами в своем алфавите. Рассмотрим операцию V4 -алгоритм А04 изготовления, строительства и проведения пусконаладочных работ (ИСП) СЖАТ, т. к. эти процессы оказывают наибольшее влияние как на время выполнения работ, так и на эффективность системы ЭДТД в целом. Граф-схема технологической цепочки ИСП приведена на рис. 2. Список алгоритмов, входящих в граф-схему ИСП, и их соответствие операциям Vj2 приведены в табл. 2.

Аппарат главного инженера

Служба технической политики

Проектная

организация

Функциональный заказчик

Дистанция СЦБ

Рис. 1 Граф технологической цепочки алгоритмов ЭДТД

54____________________________________________________________Электронное моделирование

ТАБЛИЦА 1 Список алгоритмов, входящих в граф ЭДТД

А03 - V31 - выдача ТЗ и ТУ по запросам. А01 - V11 - согласование и утверждение утверждаемой части ПСД; А04 - V1 - изготовление, строительство и проведение пусконаладочных работ.

А011 - V11 - проектирование утверждаемой части ПСД; А021 - V21 - проектирование ПСД; А02 - V21 - отправка и экспертиза ПСД. А05 - V1 - ведение и архивирование ТД.

ТАБЛИЦА 2 Список алгоритмов, входящих в граф

А416 - V6 - создание приемочной комиссии; А414 - Vj4 - формирование рабочей комиссии.

А44 - V42 - передача ПСД поставщикам, подрядчикам; А411 - Vj1 - корректировка технической документации проектной организацией; А412 - V12 - передача технической документации функциональному заказчику. А41 - Vj2 - передача заказных спецификаций в Дирекцию по комплексной реконструкции и строительству (ДКРС); А413 - Vj3 - передача технической документации дистанции СЦБ.

А42 - V22 - распределение заказов по поставщикам и подрядчикам; А43 - V32 - заключение договоров с поставщиками и подрядчиками. А45 - V52 - изготовление приборов и оборудования.

А46 - V62 - строительство системы; А47 - V72 - проведение монтажных работ; А48 - V82 - испытания законченной строительством системы на макете; А49 - V92 - корректировка технической документации; А410 - V40 - передача технической документации проектной организации. А415 - Vj5 - приемка законченной системы рабочей комиссией.

А417 - V427- испытания законченной строительством системы при движении поездов; А418 - Vj8 приемка законченной строительством системы приемочной комиссией.

Множество А = (aк }, к = 1,9 включает следующие вероятностные логические условия:

1 - заказные спецификации а1 = < переданы;

0 - в противном случае;

а2

а,

1 - заказы распределены;

0 - в противном случае;

1 - договоры заключены; 0 - в противном случае;

Электронное моделирование

55

а 4

а 5

а

6

1 - проектно-сметная

< документация передана;

0 - в противном случае;

1 - приборы и оборудование

< изготовлены;

0 - в противном случае;

1 - строительство системы

< закончено;

0 - в противном случае;

а 7

а

а 9

1 - при испытаниях ошибок

< не обнаружено;

0 - в противном случае;

1 - система принята комиссией

< в эксплуатацию;

0 - в противном случае;

1 - необходимо внести изменения

< в напольное оборудование;

0 - в противном случае.

Аппарат главного инженера

Служба технической политики

Рис. 2 Граф технологической цепочки изготовления, строительства и проведения

пусконаладочных работ СЖАТ

56

Электронное моделирование

В результате анализа процессов ЭДТД на втором уровне иерархии получен ПЛСА вида:

АИСП V12a1t1 ^2 V22a2t2 V32a3t3 x

x V42a4t4 V52a5t5 V62x1a6t6 x

xV72тг2V82т3Ц1a7t7 V^rat8 ^7 V92t4 x

x^VVfot7 ®t9-И V12x6 x x^a,17 V1V7x,^a,17 Vl

Аналогичным образом в виде алгоритмов второго уровня раскрываются

операции V^ — V31, V2. Операции алгоритмов второго уровня раскрываются в виде ПЛСА третьего уровня. Количество уровней иерархии алгоритмов, достаточное для пооперационного анализа технологических цепочек, определяется задачами разработки ЭДТД [1].

Пооперационный анализ полученного алгоритмического описания ЭДТД в виде иерархии ПЛСА позволил разработать концептуальную модель ЭДТД, методику оценки эффективности ЭДТД, методику оценки эффективности программного обеспечения и качества ТД, методы оптимизации и мониторинга процессов ЭДТД [4].

Так, например, семантический анализ графов (рис. 1, 2), аналогичных графов и ПЛСА для других уровней иерархии позволил решить задачу определения состава и положения контрольных точек к1-кп, обеспечивающих возможность мониторинга времени выполнения процессов ЭДТД и качества технической документации на каждом иерархическом уровне.

3 Матричная формализация моделей ССМО

В [2] показано, что количественную оценку эффективности принимаемых решений по организации ЭДТД целесообразно проводить предложенным методом синтеза имитационных моделей. Полученное формализованное описание процессов ЭДТД в виде множества вложенных иерархических ПЛСА обеспечивает

естественный переход к синтезу имитационной многоматричной модели ЭДТД как сложной системы массового обслуживания (ММССМО). В [2] предложен матричный метод формализации имитационных моделей, основанный на преобразовании ПЛСА Aj в матричную схему алгоритмов (МСА). Построение моделирующего алгоритма (МА) с использованием матричного представления A j требует

модификации МСА. С учетом выбора для реализации МА инструментального средства GPSS WORLD [6] модифицированной матрице присвоим имя MX$AOZ.

Структура MX$AOZ определена следующим образом: первая строка содержит коды операций V — 1 * I и код фиктивной

операции конца алгоритма 3999; вторая строка содержит коды обслуживающих устройств Ub — 1 * B, выполняющих операции V, коды которых находятся в первой строке того же столбца; первый столбец содержит код фиктивной операции начала алгоритма 999 и коды операций

V — 1 * I.

Выполнение операций алгоритмов Af

осуществляется следующими структурными подразделениями и организациями, которые рассматриваются как обслуживающие устройства: U1 - проектные организации; U2 - аппарат главного инженера; U3 - служба технической политики; U 4 (U41 — U4п) - причастные к ЭДТД службы и дирекции дороги; U5 - функциональный заказчик.

Элементами матрицы MX$AOZ являются: «О» - если нет перехода; «1» - если переход безусловный; >1 (код булевой функции) - если элементом является логическая функция. Элементы матриц 2 и 3 являются кодами булевых функций:

2 BVARIABLE P1 «Е» 1;

3 BVARIABLE P1 «Е» О,

содержащих только одно вероятностное логическое условие at где в параметр P1

Электронное моделирование

57

записывается 0 или 1 в соответствии с заданной вероятностью переходов в ПЛСА.

В табл. 3 представлена кодированная матрица MXSAOZ1 ПЛСА первого уровня иерархии ЭДТД.

Кодированная матрица MXSAOZ2 второго уровня иерархии ПЛСА - ИСП -приведена в табл. 4.

Следует отметить, что в первой строке матрицы MXSAOZ1 в столбце с кодом 4 операции V4 записан код матрицы второго уровня MXSAOZ2, что обеспечивает взаимосвязь матриц при иерархическом моделировании процессов ЭДТД.

4 Многоматричная имитационная модель ЭДТД

В [5] предложен МА в виде алгоритма динамического анализа матриц MX$AOZ Umod, основанный на использовании в качестве счетчиков и элементов памяти параметров транзактов, значения которых

сохраняются только на время существования транзакта в модели. Такой подход к построению МА совместно с матричным представлением ПЛСА позволил обеспечить его независимость от структуры и состава операций, моделируемых Aj.

Внесение изменений в Aj и остальные параметры, модифицирующие систему в процессе проведения экспериментов,

осуществляются на уровне исходных данных. По логической схеме алгоритма (ЛСА) Umod разработана GPSS-модель -матричная модель ССМО (МССМО). Однако МА U mod предназначен для обработки только одной MX$AOZ.

Моделирование ЭДТД предполагает многоматричную формализацию ММССМО на основе иерархической структуры MX$AOZ (рис. 3).

ТАБЛИЦА 3 Кодированная матрица алгоритма ЭДТД MX$AOZ1

1 2 3 MXSAOZ2 5 3999

1 2 2 5 4

999 1

1 3 2

2 3 2

3 2 3

4 3 2

5 3 2

ТАБЛИЦА 4 Кодированная матрица изготовления, строительства и проведения пусконаладочных работ MX$АOZ2

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 3999

1 2 2 3 3 4 4 4 5 5 2 2 2 3 3 9 10 10

999 1

1 3 2

2 3 2

3 3 2

4 3 2

5 3 2

6 3 2

7 3 2

8

9 1

10 1

11 1

12 1

13 3 2

14 1

15 3 2

16 1

17 3 2

18 1

58

Электронное моделирование

Для разработки ММССМО целесообразно использовать алгоритм Umod и GPSS-модель МССМО. Концепция синтеза моделирующего алгоритма Umod ММССМО формулируется следующим образом:

- МА ММССМО формализуется в виде логической схемы алгоритма Umod;

- моделирующий алгоритм Umod представляется как оператор МА ММССМО;

- каждой матрице MX$AOZ, участвующей в конкретном исследовании, сопоставляется свой оператор U mod ;

- алфавит ПЛСА дополняется логическим условием вида qy x 1у+1,z, где у - текущий уровень иерархии; x - номер матрицы на уровне у; z - номер вызываемой матрицы на уровне у + 1.

В соответствии с предложенной концепцией разработан моделирующий алгоритм ЭДТД как ММССМО, ПЛСА которого имеет следующий вид:

Umod =Р U1m1od(Mu)qu 12,r X S

x 4 -2r^1 U2mod(M2,1)q2,1 t3i ml ‘2r ...x

x 4 2'rL! UJ”d(M2 S )q2R t3 m m ТL x

x -1 U3mod(M3,1)q31t4'" m 1 '3l ...x

x ^ lL U3yd(M3,l )qu t« m 13,l =L

где My x - обозначение матриц

MX$AOZ; у -1 ^ Y , Y - количество уровней иерархии, x - количество матриц на каждом уровне иерархии; r, l, m, к - текущий номер матрицы M x на соответствующем уровне иерархии.

MXSAOZ

т т mod U1,1

Рис. 3 Иерархическая структура матриц MX$AOZ

59

Электронное моделирование____________

5 Заключение

Предложенная многоматричная формализация и ПЛСА Umod позволяют на следующем шаге выполнить разработку GPSS-модели ЭДТД как ССМО, т. е. решить задачу синтеза ММССМО.

ММССМО дает возможность проведения операционных исследований ЭДТД в системах автоматики и телемеханики на железнодорожном транспорте [7]. Матричная структура позволяет удобно представлять системы с множеством взаимосвязанных подсистем, выполняющих разные алгоритмы обслуживания заявок и проводить имитационные эксперименты с отдельными подсистемами ЭДТД без изменения остальных.

Библиографический список

1. Булавский П. Е. Концептуальная модель электронного документооборота технической документации / П. Е. Булавский. // Транспорт Российской Федерации. - 2011. -№ 1.- С. 60-63.

2. Лазарев В. Г. Синтез управляющих автоматов / В. Г. Лазарев, Е. И. Пийль. - М. : Энергия, 1978. - 408 с.

3. Булавский П. Е. Оценка качества технической документации на системы ЖАТ / П. Е. Булавский // Автоматика, связь, информатика, 2011. - № 8. - С. 37-39.

4. Василенко М. Н. Мониторинг и управление проектированием и строительством систем СЦБ / М. Н. Василенко, П. Е. Булавский, Б. П. Денисов // Автоматика, связь, информатика, 2009. - № 12. - С. 5-7.

5. Булавский П. Е. Матричный метод формализации имитационных моделей сложных систем массового обслуживания / П. Е. Булавский, Д. С. Марков // Известия Петербургского университета путей сообщения. - 2010. - № 4. - С. 186-195.

6. Кудрявцев Е.М. GPSS WORLD. Основы имитационного моделирования различных систем. - М. : ДМК Пресс, 2004. - 317 с.

7. Булавский П. Е. Электронный документооборот технической документации / П. Е. Булавский, Д. С. Марков // Автоматика, связь, информатика. - 2012. - № 2. - С. 2-5.

Q

'X 100-я кандидатская диссертация сотрудников кафедры «Автоматика и телемеханика на железных дорогах» была защищена в 1997 году в Потсдаме (Германия) на тему «Entwurf von selbstprufunden digitalen Schaltungen mit monoton unabhangigen Ausgangen» (автор A. A. Морозов). j

vJ