А(Х) = С0U0 v С1U1 v … v СiUi v … v СкUк,
де Сi - оператор ідентифікації i-го стану, що виконується при Ui = 1; Ui = ХΘ1 … ХΘj …ХΘn; ХΘj = Xj при Rij = 1 і ХΘj = -Xj при Rij = 0.
Оскільки всі кон’юнкції Ui мають однаковий ранг, що дорівнює n, то зазначене подання відповідає ДДНФА. Особливістю ДДНФА діагностичних моделей є те, що вони є операторно - безповторними. Дійсно, всі оператори відповідають ідентифікації певного стану об'єкта, стани повинні розрізнятися, а це можливо тільки в тому випадку, якщо їм будуть відповідати різні кон’юнкції умов.
При побудові мінімального контрольного чи діагностичного тесту проводиться пошук підмножини умов (перевірок), що мають певні властивості. Умови (перевірки), що не ввійшли в тест, виключаються з розгляду, при цьому АПД для умов, що ввійшли в тест, формується таким чином.
Нехай Х - множина умов, |X| = n, Т1 – множина умов, що ввійшли в тест, Т2 – множина умов, що не ввійшли в тест, |Т2| = L.
Тоді А(Х1) = А(Н1) v … v Ai(Hi) v … v Aw(Hw), де w = 2L, Н1…Hw - усі можливі варіанти настройки несуттєвих умовних змінних.
За допомогою АПД зручно оцінювати ефективність діагностичних алгоритмів і вибирати такі, що задовольняють заданим вимогам. Для цього необхідно розглянути можливі варіанти настройок і оцінити кількість ідентифікованих станів об'єкта.
Специфіка діагностичних алгоритмів полягає в тому, що після ідентифікації стану об'єкта діагностування виконання алгоритму закінчується. Діагностичні алгоритми мають вид дерева, складеного з умов, на кінцевих гілках якого розміщено оператори ідентифікації стану об'єкта. Другою особливістю діагностичних алгоритмів є відсутність між умовними операторами лінійних операторів і в схемі алгоритму – наявність тільки одного вузла, що відповідає кінцевій вершині алгоритму.
Розглянуто властивості поліноміальних форм діагностичних алгоритмів. Для ідентифікації технічного стану об'єкта діагностичні алгоритми повинні мати властивості виявлення і розрізнення. Отже, структура діагностичного алгоритму мусить мати кількість вихідних гілок умовної частини алгоритму, яка дорівнює кількості станів об'єкта. Доведено що сума коефіцієнтів D-полінома, що відповідає діагностичному алгоритму, дорівнює кількості станів об'єкта.
Аналіз поліноміальних форм діагностичних алгоритмів показує, що в загальному випадку існує множина варіантів структур, що мають однакову суму коефіцієнтів. Степінь полінома вказує на максимальну довжину маршруту, тому при розробці діагностичного алгоритму необхідно з множини варіантів вибрати структуру з найменшою глибиною.
Основні результати розділу опубліковано у працях [17, 22].
У шостому розділі розглянуто програмно-апаратні засоби автоматизації аналізу і розробки алгоритмічних структур.
Проведений аналіз методів розробки алгоритмічних структур показує, що розглянута задача належить до класу комбінаторних і відрізняється високою трудомісткістю, у зв'язку з чим необхідна автоматизація цього процесу. Відомі методи розглядають окремі етапи проектування і малоефективні при розробці складних алгоритмічних структур.
Програмні засоби автоматизації проектування алгоритмічних структур призначені для розв′язання таких задач:
- аналіз алгоритмів і формування таблиці значень послідовності виконання операторів залежно від значень умовних змінних, аналізу виду цих послідовностей і частоти їхнього виконання;
- визначення ефективності алгоритмів визначення частинних алгоритмів, що реалізуються при різних настройках алгоритму.
Програмне забезпечення побудоване за модульним принципом і допускає гнучку адаптацію до розв′язання більш широкого класу задач.
Одним з перспективних напрямків у розв′язанні складних задач є створення апаратно-реалізованих алгоритмів. Для автоматизованого проектування алгоритмів і програм розроблено апаратні засоби інструментальної підтримки, які можуть бути використані як спеціальні математичні співпроцесори для реалізації відповідних макрокоманд. Пристрої, орієнтовані на вирішення певного класу задач, дозволяють значно зменшити час обчислень і звільнити процесор для інших більш важливих задач. Розроблений аналізатор алгоритмічних перетворювачів призначений для визначення підфункцій, що реалізуються під час настройок алгоритмів, відрізняється новизною і визнаний винаходом.
Основні результати розділу опубліковано у працях [6, 7, 10, 12, 13, 16, 20].
ВИСНОВКИ
1. Вирішено задачу розв′язання функціональних задач управління і переробки інформації в бортових приладових комплексах за рахунок удосконалювання математичних моделей і методів, проблемно-орієнтованих на створення апаратно-програмних засобів.
2. Розроблено модифіковану алгебру регулярних схем алгоритмів з комутативними умовами, що має розширений набір операцій і орієнтована на більш широкий клас алгоритмів, як повністю визначених, так і частково визначених. Введено операції настройки алгоритму і функціональної декомпозиції. Для мінімізації алгоритмічних структур з комутативними умовами опрацьовано метод, що базується на алгебричному підході.
3. Розроблена поліноміальна модель безповторної алгоритмічної структури, визначено види безповторності алгоритмічних структур та їх еквівалентність. Опрацьовано метод побудови поліноміальних моделей безповторних алгоритмічних структур.
4. Розроблено метод визначення типових представників безповторних алгоритмічних структур. Складені каталоги типових представників.
5. Розроблено метод синтезу узагальнених алгоритмічних перетворювачів і алгоритми розв’язання поетапних задач. Розглянуто особливості методу при реалізації УАП, що реалізують задану множину типових частинних алгоритмів.
Опрацьовано метод оцінки логічної ефективності алгоритму при заданій множині настройок. Запропонований підхід до розробки уніфікованих алгоритмічних, програмних і апаратних засобів, універсальних у заданому класі має високу ефективність і дозволяє створювати патентоспроможні технічні рішення.
6. Опрацьовано метод аналізу діагностичних алгоритмів з використанням АПД для подання діагностичних моделей. Визначено правила побудови АПД і відповідні операції. Застосування АПД дозволяє оцінювати ефективність діагностичних алгоритмів і вибирати алгоритми, що задовольняють задані вимоги. Досліджено специфіку поліноміальних форм діагностичних алгоритмів, показано зв'язок між коефіцієнтами полінома і кількістю станів об'єкта діагностування.
7. Для автоматизації процесу аналізу і синтезу алгоритмічних структур розроблено програмний комплекс, що вирішує такі задачі: аналіз алгоритмів і формування таблиці значень послідовності виконання операторів залежно від значень умовних змінних, аналізу виду цих послідовностей і частоти їхнього виконання, визначення частинних алгоритмів, що одержуються у результаті настройки й оцінки їхньої ефективності. В основі АЗ програмного комплексу лежать розглянуті раніше методи. Застосування розробленого програмного комплексу дозволить автоматизувати процес розробки ПЗ, скоротити терміни розробки, підвищити вірогідність і якість одержуваних результатів.
8. Для автоматизованого проектування алгоритмів і програм розроблено апаратні засоби інструментальної підтримки, що можуть бути використані як спеціальні математичні співпроцесори для реалізації відповідних макрокоманд. Розроблено аналізатор алгоритмічних перетворювачів, призначений для визначення підфункцій, що реалізуються під час настройок алгоритмів. Аналізатор алгоритмічних перетворювачів визнано винаходом.
9. Результати використання комплексу методів синтезу алгоритмічних перетворювачів дозволили: автоматизувати процес розробки і верифікації алгоритмічних і програмних засобів, скоротити час їхньої розробки і підвищити вірогідність одержуваних результатів за рахунок виключення суб'єктивних факторів у в/ч А-2374, м. Богодухів; скоротити терміни на розробку алгоритмічного забезпечення бортового приладового комплексу, підвищити швидкодія програмного забезпечення й удосконалити процес супроводу програмної документації у ВАТ “Авіаконтроль”, м. Харків; підвищити ефективність навчального процесу за фахом 8.091301 “Інформаційно-вимірювальні системи” у Національному аерокосмічного університету ім. Н.Е. Жуковського “Харківський авіаційний інститут” та у Харківському військовому університеті.
Усі розроблені в дисертації як приклади технічні рішення по методах синтезу алгоритмічних перетворювачів відрізняються новизною і визнані винаходами.
Розроблені комп'ютерні програми (“Програма аналізу алгоритмів”, “Програма визначення ефективності алгоритмів”) пройшли Державну реєстрацію у Державному департаменті інтелектуальної власності.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ АВТОРОМ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ
ДИСЕРТАЦІЇ
1. Пашнев А.А., Косенко В.В. Методика оценки информационных потоков // Информатика: Cб. науч. тр. Ин-т проблем моделирования в энергетике НАН Украины.- К.: Наукова думка.- 1998.- Вып. 5.- С. 179-182.
2. Чумаченко И.В., Косенко В.В. Унификация и типизация алгоритмических средств при проектировании автоматизированных систем обработки информации и управления // Авіаційно-коcмічна техніка і технологія: Зб. наук. праць.- Харків: Нац. аерокосміч. ун-т “Харк. авіац. ін-т”.- 2002.- Вип. 27.- С. 204-207.
3. Косенко В.В., Чумаченко И.В. Оптимизация алгоритмического обеспечения в задачах преобразования информации // Системи обробки інформаціï: Зб. наук. пр.- Харків: НАНУ, ПАНМ, ХВУ.- 2002.- Вип.1(17).- С. 248-252.
4. Чумаченко И.В., Косенко В.В., Доценко Н.В. Бесповторные алгоритмические структуры // Системи обробки інформаціï: Зб. наук. пр.- Харків: НАНУ, ПАНМ, ХВУ.- 2002.- Вип. 3 (19).- С. 220-223.
5. Чумаченко И.В., Косенко В.В., Доценко Н.В. Универсальные алгоритмические преобразователи // Системи обробки інформаціï: Зб. наук. пр.- Харків: НАНУ, ПАНМ, ХВУ.- 2002.- Вип. 4 (20).- С.243-246.
6. Косенко В.В. Исследование алгоритмических структур при помощи программного комплекс “Алгоритм-2.5” // Системи обробки інформаціï: Зб. наук. пр.- Харків: НАНУ, ПАНМ, ХВУ.- 2002.- Вип. 5 (21).- С. 243-245.
7. Чумаченко И.В., Косенко В.В. Средства инструментальной поддержки для автоматизированного проектирования алгоритмов и программ // Авіаційно-коcмічна техніка і технологія: Зб. наук. праць.- Харків: Нац. аерокосміч. ун-т “Харк. авіац. ін-т”.- 2002.- Вип. 29.- С. 105-108.
8. Устройство задания программы обучения: А.с. № 1681320 СССР, МКИ G09B9/00 / Балабай В.И., Севастьянов С.И., Косенко В.В., Гученко Н.А., (СССР).- № 1681320; Заявлено 02.10.89; Опубл. 30.09.91, Бюл. № 36.- 8 с.
9. Устройство управления тренажером операторов: А.с. № 1714645 СССР, МКИ G09B9/00 / Балабай В.И., Косенко В.В., Викторов И.П., Севастьянов С.И., Кривой Ю.Ф., (СССР).- № 1714645; Заявлено 09.11.89; Опубл. 23.02.92, Бюл. № 7.- 10 с.
10. Патент України № 52394 А, G06F17/00. Аналізатор алгоритмічних перетворювачів / Чумаченко I.В., Косенко В.В. - № 2002043568; Заявл. 29.04.2002; Опубл. 16.12.2002, Бюл. № 12.
11. Патент України № 53336 А, G06F17/00. Універсальний алгоритмічний перетворювач / Чумаченко I.В., Косенко В.В. - № 2002043569; Заявл. 29.04.2002; Опубл. 15.01.2003, Бюл. № 1.
12. Чумаченко I.В., Косенко В.В. Комп’ютерна програма “Програма визначення ефективності алгоритмів”: Свід. про реєстр. автор. права на твір № 5965.– Зареєстр. в Держ. департ. інтелектуальної власності Мін. освіти і науки України; Реєстр. 05.06.2002; Вид. 23.07.2002.
13. Чумаченко I.В., Косенко В.В. Комп’ютерна програма “Програма аналізу алгоритмів”: Свід. про реєстр. автор. права на твір № 5966.– Зареєстр. в Держ. департ. інтелектуальної власності Мін. освіти і науки України; Реєстр. 05.06.2002; Вид. 23.07.2002.
14. Губка С.А., Лещенко А.Б., Косенко В.В. Информационная система каталогизации, хранения и поиска подобных деталей // Труды Десятой международной конференции “Новые технологии в машиностроении”.- Харків: Нац. аерокосмічний ун-т “Харк. авіац. ін-т”, 2001.- С. 25.
15. Гіневський М.І., Пашнев А.А., Косенко В.В. Аналіз властивостей стратегій розподілення логічних фрагментів баз даних // Матеріали науково-технічної конференції. Харків. МОУ, ВПОУ, ХВУ,1999.- Вип. 3.- С. 15.
16. Косенко В.В. Программный комплекс “Алгоритм-2.5” // Проблеми інформатики і моделювання. Матеріали другої міжнародної науково-технічної конференції.- Харків: НТУ “ХПІ”, 2002.- С. 6.
17. Косенко В.В., Доценко Н.В., Чумаченко И.В. Анализ диагностических моделей и разработка диагностических алгоритмов с помощью алгебраического подхода // “Сучасні проблеми гуманізації та гармонізації управління”: Матеріали 3-ї міжнародної міждисциплінарної науково-практичної конференції.– Харків: ХНУ.- 2002.– С. 269-270.
18. Косенко В.В., Чумаченко И.В. Методы повышения эффективности бортовых приборных комплексов // Міжнародна науково-технічна конференція “Інформаційні комп’ютерні технології в машинобудуванні” – ІКТМ’2002”: Тези доповідей.- Харків: Нац. аерокосмічний ун-т “Харк. авіац. ін-т”, 2002.- С. 194.
19. Автоматизированная система выбора микроконтроллера для систем управления, сбора и переработки информации: Отчëт о НИР (заключит.) / Нац. аерокосміч. ун-т “Харк. авіац. ін-т”.- 303-11/2001; № ДР 0102U002307; Інв. № 0202U000938.- Харків, 2002.- 48 с.
20. Разработка системного обеспечения автоматизированной компьютерной информационно-управляющей системы воинской части Украины: Отчëт о НИР (заключит.) / Нац. аерокосміч. ун-т “Харк. авіац. ін-т”.- 303-11/2001; № ДР 0100U005402; Інв. № 0202U006605.- Харків, 2002.- 79 с.
21. Исследование и разработка методов проектирования и модернизации средств микроэлектронной техники: Отчëт о НИР (заключит.) / Нац. аерокосміч. ун-т “Харк. авіац. ін-т”.- 303-11/2001; № ДР 012U001772; Інв. № 0202U004383.- Харків, 2002.- 65 с.
22. Модели и методы алгоритмизации функциональных задач управления и переработки информации в бортовых приборных комплексах: Отчëт о НИР (промежут.) / Нац. аерокосміч. ун-т “Харк. авіац. ін-т”.- 602-8/2002; № ДР 0102U005986; Інв. № 0302U005487.- Харків, 2002.- 125 с.
АНОТАЦІЯ
Косенко В.В. Моделі і методи алгоритмізації функціональних задач управління і переробки інформації в бортових приладових комплексах. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - автоматизовані системи управління і прогресивні інформаційні технології. - Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, Харків, 2003.
Дисертація присвячена науковій задачі алгебричного подання формальних алгоритмічних систем при створенні апаратно-програмних засобів бортових приладових комплексів.
Розроблено модифіковану алгебру регулярних схем алгоритмів з комутативними умовами. Для зображення алгоритмічних стуктур використовуються алгоритмічні позиційні діаграми. Опрацьовано метод мінімізації алгоритмічних структур.
Розроблено методи побудови поліноміальних моделей безповторних алгоритмічних структур та переліку типових варіантів.
Розроблено метод синтезу узагальнених алгоритмічних перетворювачів. Запропоновані програмні та апаратні засоби реалізації узагальнених алгоритмічних перетворювачів.
Результати роботи дозволили удосконалити процес розробки алгоритмічного забезпечення при теоретичних та експериментальних дослідженнях.
Ключові слова: алгебра, алгоритм, автоматизована система, перетворювач, позиційна діаграма, синтез, схема.
АННОТАЦИЯ
Косенко В.В. Модели и методы алгоритмизации функциональных задач управления и переработки информации в бортовых приборных комплексах. - Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. - Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского “Харьковский авиационный институт”, Харьков, 2003.
Диссертация посвящена решению научной задачи алгебраического представления формальных алгоритмических структур в методах создания аппаратно-программных средств бортовых приборных комплексов (БПК).
Проведено исследование функциональных задач управления и переработки информации и анализ моделей, методов и информационных технологий проектирования аппаратно-программных средств БПК. Разработаны методы синтеза алгоритмических преобразователей на основе методов и положений системного анализа, теории графов, системы алгоритмических алгебр, оптимизации алгоритмов, математического моделирования, современных информационных технологий.
Разработана модифицированная алгебра регулярных схем алгоритмов с коммутативными условиями (МАРС АКУ). Особенностью рассматриваемого математического аппарата является то, что на множестве условий определено все множество функций. , которая имеет более широкий набор операций и ориентирована на более широкий класс алгоритмов, как полностью определенных, так и частично определенных. Введены операции настройки алгоритма и функциональной декомпозиции. Разработаны равносильные преобразования схем алгоритмов и правила их проведения. Для графического представления СДНФА используются алгоритмические позиционные диаграммы.
Предложен метод минимизации алгоритмических структур по глубине, в основе которого лежит последовательная функциональная декомпозиция алгоритма с заданной глубиной. Приведены примеры, подтверждающие эффективность разработанного метода даже для бесконвейерных структур.
Исследования показали, что большинство алгоритмов описывают функции упорядоченного типа и при проектировании технических средств используется довольно узкий класс формул, для которых бесповторность формул является характерным свойством. Исследованы виды бесповторности алгоритмических структур (БАС) и виды их преобразований. Разработан методы построения полиномиальной модели БАС и множества типовых представителей БАС. Составлены каталоги типовых решений.
Предложенный алгебраический подход был использован при исследовании структур диагностических алгоритмов. Предложено использовать АПД для представления диагностических моделей. Определены правила построения АПД и соответствующие операции. Применение АПД позволяет оценивать эффективность диагностических алгоритмов и выбирать алгоритмы, удовлетворяющие заданным требованиям. Исследована специфика полиномиальных форм диагностических алгоритмов, показана связь между коэффициентами полинома и количеством состояний объекта диагностирования.
Метод типовых алгоритмических структур лежит в основе работы разработанных устройств для задания программ обучения и устройства управления тренажером операторов систем управления. Особенностью устройств является то, что в качестве исходных алгоритмов используются типовые алгоритмы, что позволяет выделять наиболее характерные ситуации и их применение повысит качество подготовки операторов систем управления по выполнению алгоритмов сложной логической структуры.
Одним из направлений унификации алгоритмических, программных и аппаратных средств является создание универсальных в заданном классе средств, реализующих при соответственном преобразовании заданное множество типовых решений. Такие средства называются обобщенными алгоритмическими преобразователями (ОАП). Предложены программная и аппаратная реализация ОАП. Разработаны методы оценки логической эффективности ОАП и метод синтеза ОАП.
Анализ и разработка алгоритмических структур является комбинаторной задачей и отличается высокой трудоемкостью.
Для автоматизации процесса анализа и синтеза алгоритмических структур разработан программно-аппаратный комплекс, в основе которого лежат разработанные методы и включающий в себя программный комплекс и аппаратные средства инструментальной поддержки. Применение разработанного комплекса позволит автоматизировать процесс разработки алгоритмического обеспечения, сократить сроки разработки, повысить достоверность и качество получаемых результатов.
Основные результаты работы позволили усовершенствовать процессы проектирования средств приборостроения и сопровождения программной документации, провести теоретические и экспериментальные исследования перспективных направлений развития БПК.
Ключевые слова: алгебра, алгоритм, автоматизированная система, преобразователь, позиционная диаграмма, синтез, схема.
ABSTRACT
Kosenko V.V. Algorithmization models and methods of information management and processing functional tasks in onboard instrument complexes. - Manuscript.
Thesis for a candidate’s degree by speciality 05.13.06 - automated control systems and progressive information technologies. - National Aerospace University “Kharkiv aviation institute ”, Kharkiv, 2003.
The dissertation is devoted to a scientific task of formal algorithmic systems algebraic representation in onboard instrument complexes hardware-software means creation.
The developed extended algebra of the algorithm regular circuits with commutative conditions. For effective formation of algorithms structure item diagrams are used. The methods of algorithmic structure minimization are advanced.
The methods of unrepeated algorithm structure multinomial models formation and typical variants transfer are offered.
The method of adjusted algorithmic converters synthesis is developed. The program and hardware realization of adjusted algorithmic converters is proposed.
The results of work have allowed to improve processes of designing means instrument making, to lead theoretical and experimental researches.
Key words: algebra, algorithm, automated system, converter, item diagram, synthesis, circuit.
| 
