Процесс-ориентированная технология программирования: модели, языки и инструментальные средства для спецификации алгоритмов управления сложными техническими системами

• Автор: Зюбин, Владимир Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.13.17
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 299 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Глава 1. Существующие подходы к реализации программного

обеспечения систем управления

1.1. Роль алгоритма управления при проектировании современных

систем промышленной автоматизации

1.2. Классификационные признаки задач управления

1.3. Психологические аспекты описания управляющих алгоритмов

1.3. Языки МЭК6

1.4. Возможные альтернативы МЭК 6

Выводы главы

Глава 2. Гиперпроцесс: математическая модель алгоритма управления
2.1. Исторические предпосылки создания модели конечного автомата
2.2. Математическая модель абстрактного автомата
2.3. Модернизированная модель конечного автомата
2.4. Автоматы Мили и Мура
2.5. Способы задания автоматов Мили и Мура
2.6. Анализ исторических условий использования конечных автоматов
в начале компьютерной эпохи
2.7. Достоинства и ограничения модели конечного автомата
2.8. Варианты расширения модели конечного автомата
2.9. Процесс и событийный полиморфизм
2.10. Функция-состояние. События и реакция на событие
2.11. Математическая модель гиперпроцесса
2.12. Редуцированная модель гиперпроцесса для алгоритмов управления
2.13. Операциональная демонстрация свойств гиперпроцесса
Выводы главы
Глава 3. Программная реализация гиперпроцесса
3.1. Логический параллелизм
3.2. Программная реализация на процедурных языках. Язык Си
3.3. Программная реализация на языках потоков данных. Язык G пакета
Lab VIEW
3.4. Программная реализация модели гиперпроцесса на языках МЭК
6
3.5. Устранение условий идеального синхронизма. CLIPS
3.6. Способы статической балансировки вычислительной нагрузки
при многопоточной реализации гиперпроцесса
Выводы главы
Глава 4. Специализированные языки процесс-ориентированного
программирования
4.1. Язык Рефлекс
4.2. eST - процесс-ориентированное расширения языка ST из состава
МЭК6
4.3. Hyper-Process Diagram: графическая спецификация алгоритма
управления в процесс-ориентиро ванном стиле
Глава 5. Генерация исполняемого кода
5.1. Трансляторы языка Рефлекс (R2C, R2CNF, R2Py)
5.2. Системная интеграции генерируемого кода
Выводы главы
Глава 6. Использование средств процесс-ориентированного
программирования в задачах промышленной автоматизации
6.1. Примеры решения типовых задач средствами процесс-
ориентированного программирования
6.2. Пример практической задачи. Система управления выращиванием
монокристаллов кремния (метод Чохральского)
6.3. Разработка программ в процесс-ориентированном стиле
с использованием виртуальных объектов управления
6.4. Виртуальные лабораторные стенды: обучение студентов
программированию задач промышленной автоматизации
6.5. Примеры использования виртуальных объектов управления на
практике
ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ
Список сокращений
Список литературы
Приложение 1. Синтаксис языка Рефлекс
Приложение 2. Таблица соответствия русскоязычного и англоязычного
варианта синтаксиса языка Рефлекс
Приложение 3. Информация о внедрении результатов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы и степень ее разработанности. В настоящее время задачи обработки информации и управления технологическими процессами и производствами решаются исключительно с использованием цифровых систем. Базовый элемент промышленной автоматизации -специализированный вычислитель - программируемый логический контроллер (ПЛК), функционирующий в соответствии с заданным алгоритмом управления, который реализуется в виде компьютерной программы.
Рост масштабов работ по интенсификации и компьютеризации технологического производства, комплексная автоматизация производства, разработка новых многомерных технических объектов управления и функциональное развитие уже созданных программно-аппаратных комплексов предполагают постоянное усложнение алгоритмов управления.
Как следствие, в современных системах управления бюджет, отводимый на создание программно-алгоритмического обеспечения, сопоставим со стоимостью аппаратной части, а в некоторых случаях даже превышает ее.
Проблема создания алгоритмов управления особенно остро стоит в случае систем управления сложными техническими объектами на предприятиях металлургической и химической промышленности, атомных электростанциях, предприятиях космической индустрии и военно-промышленного комплекса при отработке новых технологий, при эксплуатации объекта в граничных областях или в условиях, исключающих непосредственное присутствие оператора.
Такие объекты управления изначально предполагают: серьезные
последствия выхода технологического процесса из-под контроля; высокую вероятность возникновения нештатных ситуаций (например, при отказе оборудования или из-за отсутствия теоретической модели объекта управления); высокую функциональную наполненность алгоритма управления и его неоднородность (например, алгоритм может одновременно обеспечивать логическое управление и регулирование); предсказуемость алгоритма управления и жесткие требования по времени реакции на внешнее событие.
Ошибка в программном обеспечении (ПО) системы управления сложным техническим объектом может обернуться не только серьезными

воспринимаемость текста и повысить эксплуатационные свойства языкового средства?
Среди неоспоримых плюсов графики (табл. 1.2) можно выделить обилие признаков, таких как: цвет (оттенок, насыщенность), размер, форма, текстура, позиция, ориентация и масштабирование [33]. С точки зрения кратковременной памяти («проще знать немного о многом») это, несомненно, позволяет создавать сущности большей информативности. Даже с учетом того, что существуют ограничения на использование этих признаков: например, текстура вызывает утомление, некоторые признаки слабо подходят для отображения количественных значений, другие - качественных [33].
Таблица 1.2. Специфика графических признаков
Наименование «Специализация» Примечание
Признака
Цвет качество
оттенок, насыщенность количество
Размер количество
Форма качество
Текстура качество Вызывает утомление
Позиция количество/качество
ориентация количество/качество
Графика (Табл. 1.3) позволяет использовать метафору - представлять новые или необычные для пользователя явления через другие явления, хорошо ему известные из повседневной жизни [24]. Механизм работы метафоры с точки зрения психологии заключается в использовании уже существующих у пользователя знаний - долговременной памяти. Что чрезвычайно упрощает освоение нового продукта для новичков в программировании. Классический пример такого подхода при создании языкового средства - язык релейных схем