Разработка инструментариев проектирования автоматизированных систем дистанционного мониторинга и управления тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Белов, Дмитрий Алексеевич

• Белов, Дмитрий Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат технических наук Белов, Дмитрий Алексеевич

Введение.

Глава 1 Аспекты развития средств автоматизации проектирования, обзор современных инструментариев, постановка задачи исследования. д

1.1 Тенденции развития различных видов систем автоматизации.

1.2 Аспекты развития мультимедиа.

1.3 Обзор инструментариев построения информационного обеспечения СДМУ.

1.4 Постановка проблемы исследования.

Глава 2 Инструментарии проектирования программного обеспечения СДМУ.

2.1 Расширение фрейма М.Минского.

2.2 Базовая архитектура СДМУ.

2.3 Этапы и инструментарии построения ПО СДМУ.

2.4 Инструментарий описания сценариев работы СДМУ.

2.5 Система шаблонов проектирования.

2.6 Средства интеллектуализации подсистемы сбора информации СДМУ.

2.6.1 Описание подсистемы сбора информации и классификации событий.

2.6.2 Модель решения задачи классификации при помощи сети Кохонена и слоя Гроссберга.

2.6.3 Решение задачи классификации в пакете ST Neural Networks.

Глава 3 Поддержка ЖЦ СДМУ с использованием инструментариев автоматизированного проектирования информационного обеспечения. Шаблоны проектирования.

3.1 Комплекс обеспечений АС.

3.2 Модели жизненного цикла.

3.3 Современные технологии разработки программного обеспечения.

3.4 Шаблоны проектирования.

3.4.1 Шаблоны автоматизации подготовки проекта к реализации сценариев работы с БД SQL SERVER при помощи ADO.NET.

3.4.2 Шаблоны построения событий сценариев работы с БД SQL SERVER при использовании технологии ADO.NET.

3.5 Типовые сценарии работы с БД при помощи технологии ADO.NET.

3.6 Шаблоны проектирования процедур обработки информации в DataSet.

3.7 Связь шаблонов проектирования с сетью мультимедийных фреймов.

Глава 4 Применение разработанных инструментальных средств для автоматизации построения СДМУ.

4.1 Специфика и рекомендации по использованию средств подвижной связи при построении СДМУ.

4.2 СДМУ базовыми станциями.

4.2.1 Подсистема классификации состояний базовой станции.

4.2.2 Подсистема картографического инструментария

4.2.3 Описание сценариев работы СДМУ.

4.3 СДМУ движением железнодорожного состава.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка инструментариев проектирования автоматизированных систем дистанционного мониторинга и управления»

Актуальность.

Активное развитие автоматизированных систем (АС) характеризуется их экспансией в предметные области, которые сегодня являются сравнительно новыми. Это центры ситуационного управления, PDM [Product Data Management] - системы управления данными об изделии, PLM [Product Lifecycle Management] - системы управления жизненным циклом изделия, ERP [Enterprise Resource Planning] - системы управления ресурсами предприятия, SCM [Supply Chain Management] - системы управления поставками, центры дистанционной диагностики изделий и другие.

Новые предметные области использования АС определили перечень потребительских качеств современных программно-аппаратных комплексов, которые делают их востребованными пользователями - это оснащение АС средствами эмоциональной окраски ситуации, повышенный уровень надежности, мобильность и другие. Потребность в этих качествах привела к необходимости развития методологий их создания и сопровождения.

Следует отметить, что до экспансии советского (а позднее российского) рынка зарубежными средствами вычислительной техники и сетевыми технологиями, отечественные ученые активно и успешно развивали оригинальные подходы к комплексу вопросов проектирования АС в различных проблемных областях (управление организациями, САПР, АСНИ).

Революционные изменения в программно-аппаратных платформах привели к временному переносу внимания с разработки оригинальных технологий на изучение достижений зарубежных компаний и адаптации их технологий и методологий к реалиям российской жизни.

Следует отметить, что практики давно ощутили несовершенство, казалось бы, универсальных подходов к проектированию автоматизированных систем (IDFO, UML- диаграмм и проч.). В пользу этого тезиса приведем быструю смену зарубежных концепций и стандартов в области средств разработки и поддержки автоматизированных систем.

Выше изложенное привело к потребности пересмотра достижений советских и российских ученых, в которых воплотился накопленный опыт построения АС высокого уровня сложности при помощи средств и инструментариев с техническими характеристиками в десятки раз слабее современных аналогов.

Развитие достижений отечественных ученых должно учитывать активное применение в современных АС мультимедийных технологий, сетевых технологий, средств подвижной связи и других достижений 21 века.

В свете вышеизложенного, данная работа посвящена проблеме развития инструментариев построения АС, в частности систем дистанционного мониторинга и управления (СДМУ), с учетом специфики реализации и поддержки СДМУ на базе систем подвижной связи.

Целью работы является усовершенствование и повышение эффективности процесса проектирования программного обеспечения (ПО) СДМУ и, как следствие, уменьшение ошибок взаимодействия модулей ПО, а также повышение скорости доставки лицу, принимающему решения, наглядной и оперативной информации о состоянии объекта управления для принятия интерактивного решения.

Для достижения поставленной цели решались задачи:

• анализа существующих методов разработки ПО СДМУ;

• моделирования СДМУ при помощи сети мультимедийных фреймов;

• описания сценариев работы СДМУ при помощи правил продукций;

• получения ПО СДМУ посредством шаблонов проектирования.

Объектом исследования является математическое, информационное и программное обеспечения СДМУ и инструментарии их построения.

Предмет исследования: методы, модели и алгоритмы построения инструментариев для автоматизированного проектирования ПО СДМУ.

Методы исследования.

При решении поставленных задач использовались: теория сетей фреймов, теория нейронных сетей, методы продукционного моделирования, концепции баз данных и баз знаний, методы структурного и объектно-ориентированного программирования.

Научная новизна работы.

• предложено расширение теории фреймов М.Минского в части введения в состав фрейма мультимедийных компонентов и понятия мультимедийного фрейма;

• предложен метод описания архитектуры СДМУ при помощи сети мультимедийных фреймов и правил продукций отличающийся от известных возможностью программной реализации при помощи шаблонов проектирования;

• разработана новая технология построения СДМУ, основанная на реализации сети мультимедийных фреймов и правил продукций при помощи шаблонов проектирования, отличающаяся наглядностью и оперативным отображением состояний объектов, подлежащих дистанционному мониторингу.

Практическая значимость работы состоит в разработке инструментального комплекса создания и поддержки СДМУ, который апробирован при построении СДМУ состоянием сети базовых станций оператора мобильной связи и СДМУ движением подвижного состава. Апробация результатов работы.

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:

- на IX и X Международных научно-практических конференциях "Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики", 2006, 2007 г.г., Сочи;

- на Всероссийской научно-технической конференции "Информационные технологии в науке, образовании и производстве", 2007 г., Казань;

-на VI и VII Международных молодежных научно-технических конференциях "Будущее технической науки", 2007, 2008г.г., Н.Новгород;

- на ХТТТ - XVI Международных научно-технических конференциях "Информационные системы и технологии" (ИСТ 2007-2010), 2007-2010 г.г., Н.Новгород;

- на Восьмом международном симпозиуме "Интеллектуальные системы" (INTELS'2008), 2008 г., Н.Новгород;

- на XIII Международной открытой научной конференции "Современные проблемы информатизации в экономике и обеспечении безопасности", 2008 г., Воронеж;

- на конференции "Технологии Microsoft в теории и практике программирования", 2009 г., Н.Новгород.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 18 -печатных работах. Из них 2 статьи в изданиях, которые ВАК рекомендует для публикации результатов диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из четырёх глав, заключения и списка использованной литературы. Список литературы включает 84 наименований. Объем работы без учета приложений составляет 110 страниц машинописного текста.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Белов, Дмитрий Алексеевич

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. В результате проведенных исследований предложено расширение фрейма М.Минского путём введения в его структуру мультимедийных компонентов. Введено понятие мультимедийного фрейма и расширена классификация видов фреймов. Типовые задачи аппарата фреймов модернизированы с учётом появления мультимедийного фрейма.

2. Разработан метод проектирования архитектуры СДМУ при помощи сети мультимедийных фреймов и правил-продукций.

3. Предложен способ создания программного обеспечения для СДМУ при помощи шаблонов проектирования.

4. Разработан алгоритм формирования множества шаблонов проектирования и реализации сценариев в программный код через шаблоны проектирования.

5. С использованием разработанных шаблонов проектирования реализовано ПО для СДМУ состоянием сети базовых станций оператора мобильной связи и СДМУ движением подвижного состава, что подтверждает предполагаемую гибкость и относительную универсальность разработанного инструментария.

6. Теоретические исследования, научные и прикладные результаты работы доведены до инженерных решений в виде технологии разработки программных продуктов и алгоритмов, пригодных для практического использования при создании программного обеспечения СДМУ различного назначения, базирующихся на сетях мобильной связи. Результаты диссертационной работы внедрены:

• в ОАО «Мобильные ТелеСистемы» при создании стационарных и мобильных систем управления технологическими процессами, разработке программного и программного обеспечений СДМУ состоянием сети базовых станций оператора мобильной связи;

• в ООО ТЕКОМ при разработке программного обеспечения для проектов в области цифровой связи и мобильных систем;

• в учебном процессе в Институте радиоэлектроники и информационных технологий Нижегородского государственного технического университета при чтении лекций и проведении практических занятий по дисциплинам учебного плана направлений 210200 "Проектирование и технология электронных средств" и 230200 "Информационные системы" а также при выполнении курсовых и дипломных проектов.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Белов, Дмитрий Алексеевич, 2010 год

1. Громов, Г.Р. Национальные информационные ресурсы: проблемы промышленной эксплуатации / Г.Р. Громов.-М.: Наука, 1984.- 237 с.

2. Хранилов, В.П. Хронологический анализ эволюционного развития комплекса обеспечений автоматизированных систем// Информационные технологии в учебном процессе: материалы всеросс. науч.-методич. конф. / НГТУ. Н.Новгород, 2007. С.220-223.

3. Громов, Г.Р. Очерки информационной технологии / Г.Р. Громов.-М.: ИнфоАрт, 1993. 336 с.

4. Баталов, Б.В. Многоуровневая модель подсистемы конструкторского проектирования САПР / Б.В.Баталов и др. // Техника средств связи. Сер. Микроэлектронная аппаратура. 1980. Вып.1. С.7-12.

5. Вязгин, В. А. Математические методы автоматизированного проектирования / В.А. Вязгин, В.В. Федоров.-М.: Высшая школа, 1989184 с.

6. Норенков, И.П. Основы теории и проектирования САПР / И.П. Норенков, В.Б. Маничев.-М.: Высшая школа, 1990.- 335 с.

7. Громов, Г.Р От гиперкниги к гипермозгу: информационные технологии эпохи Интернета / Г.Р. Громов.-М.: Радио и связь, 2004 208 с.

8. Сюваткин, B.C. WiMAX технология беспроводной связи: теоретические основы, стандарты, применение. / под. ред. В.В. Крылова.- СПб.: БХВ-Петербург, 2005.-368 с.

9. Ингенблек, В. Все о мультимедиа. / В. Ингенблек.-Киев: БХВ, 1996.- 350 с.

10. Кирмайер, М. Мультимедиа. / пер. с нем., СПб.: БХВ, 1994 192 с.

11. Воинов, Б.С. Информационные технологи и системы: монография. В 2 кн./ Б.С. Воинов.-Н.Новгород, ННГУ, 2001.

12. Норенков, И.П. Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-гехнологии / И.П. Норенков, П.К Кузьмик.-М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. 320 с.

13. Хранилов, В.П. Эволюция комплекса обеспечений автоматизированных систем // Информационные технологии в учебном процессе: материалы всеросс. науч.-методич. конф. /НГТУ. И.Новгород, 2002. С.114-118.

14. Хранилов, В.П. Математическая модель развития комплекса обеспечений автоматизированных систем // Информационные технологии в учебном процессе: материалы всеросс. науч.-методич. конф. / НГТУ. Н.Новгород, 2007. С.214-220.

15. Мисевич, П.В. Сценарно-ситуационный подход к проектированию средств интеллектуальной поддержки процесса функционирования автоматизированных систем // Системы управления и информационные технологии.2007. N2.1(28). С. 166-171.

16. Рисеви, П. Развитие служб передачи данных беспроводных WAP сетей // Сети и системы связи. 2005. № 1(121). С.69 75.

17. Мекид, С. Повышение структурного интеллекта кластеров датчиков в промышленном производстве // Датчики и системы. 2007. № 4. С.50 - 63.

18. Сольницев, Р.И. Автоматизация проектирования систем автоматического управления / Р.И. Сольницев М., Высшая школа, 1991. - 335с.

19. Минский, М. Фреймы для представления знаний / М. Минский. М: Энергия, 1979. - 151 с.

20. Коннолли, Томас. Базы данных: проектирование, реализация и сопровождение / Томас Коннолли, Каролин Бегг, Анна Страчан. М.: Вильяме, 2001.- 1120 с.

21. Джордан, Дэвид. Обработка объектных баз данных в С++. Программирование по стандарту ODMG / Дэвид Джордан. М.: Вильяме, 2001.-384 с.

22. Риккарди, Грег. Системы баз данных. Теория и практика использования в Internet и среде Java.M / Грег Риккарди. М: Вильяме, 2001. - 480 с.

23. Спирли, Эрик. Корпоративные хранилища данных. Планирование, разработка и реализация. Т.1 / Эрик Спирли. М.: Вильяме, 2001. - 400 с.

24. Норенков, И.П. Основы автоматизированного проектирования / И.П.Норенков.-М.:Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2009.

25. Поспелов, Д.А. Ситуационное управление: теория и практика / Д.А. Поспелов. М.: Наука, 1986. - 288с.

26. Белов, Д.А. Применение мультимедийных фреймов для отображения эмоциональной окраски ситуаций / Д.А. Белов, П.В. Мисевич // Будущее технической науки: тез. докл. VI Междунар. молодежная науч.-тех. конф./ Нижегор. гос. техн. ун-т.-Н.Новгород, 2007. С.45.

27. Белов, Д.А. Мультимедийный фрейм, как основа построения систем мониторинга / Д.А. Белов, П.В. Мисевич // Технологии Microsoft в теории и практике программирования: материалы конф./ Нижегор. гос. ун-т.-Н.Новгород, 2009. С.56-57

28. Мисевич, П.В. Структура диалоговой системы автоматизированного проектирования регуляторов // Науч. конф. молодых ученых и специалистов Волго-Вятского региона: тез. докл. Н.Новгород, 1989. -С.25.

29. Полянский, Ю.А. Дорожный центр ситуационного управления: проблемы создания и функционирования / Ю.А. Полянский, П.В. Куренков // Экономика железных дорог. 2003. №1. С.51 65

30. Воронин, B.C. Информационное обеспечение перевозок // Железнодорожный транспорт. 2001. № 6. С.65 66.

31. Лисица, К.В. Центр ситуационного управления // Железнодорожный транспорт. 2001. № 4. С.34 36.

32. Лисица, К.В. Центр ситуационного управления МПС России: основные элементы / К.В.Лисица, Е.А. Третьяков // Экономика железных дорог. 2000. № 12. С.7 17.

33. Усков, A.A. Интеллектуальные технологии управления. Искусственные нейронные сети и нечеткая логика / A.A. Усков, A.B. Кузьмин.-М.: Горячая линия-Телеком, 2004.-143 с.

34. Семенов, В.В. Принципы формирования и фрагменты базы знаний теории управления. Общее математическое обеспечение систем автоматизированного проектирования /В.В. Семенов.-М.: МАИ, 1981.41. http://www.statsoft.ru ST Neural Networks

35. Басалин, П.Д. Построение САПР на базе фреймово продукционной модели / П.Д. Басалин, П.В. Мисевич // Системы обработки информации и управления: межвуз. сб. научн. тр./ Н. Новгород: изд - во НГТУ, 1995.- С. 106-112.

36. Каллан, Р. Основные концепции нейронных сетей/ Р. Каллан.- М.:Вильямс, 2001,-291с.

37. Круглов, В.В. Искусственные нейронные сети. Теория и практика / В.В. Круглов, В.В. Борисов.-М.: Горячая линия-Телеком, 1992.-118 с.

38. Уоссермен Ф. Нейрокомпьютерная техника: теория и практика / Пер. с английского Ю.А.Зуев. М.: Мир, 1992.-184с.

39. Стариков А. Применение нейронных сетей для задач классификации и кластеризации. http://www.basegroup.ru/

40. Осовский С. Нейронные сети для обработки информации / Пер. с польского И.Д. Рудинского. М.: Финансы и статистика, 2002. - 344 с.

41. Мекид, С. Повышение структурного интеллекта кластеров датчиков в промышленном производстве // С.Мескид. Датчики и системы. 2007. № 4. -С.50-63.

42. Мисевич, П.В. Система мониторинга на базе мобильных интеллектуальных датчиков // П.В. Мисевич. Датчики и системы. 2008. № 5.

43. Азгальдов, Г.Г. О квалиметрии / Г.Г. Азгальдов, Э.П. Райхман.-М.: Изд-во стандартов, 1972.

44. Бешелев, С.Д. Математико-статистические методы экспертных оценок / С.Д. Бешелев, Ф.Г. Гурвич.-М.: Статистика, 1980.

45. Справочник по САПР / А.П. Будя и др.".; под ред. В.И. Скурихина.-Киев: Техника, 1988.-375 с.

46. Курейчик, В.М. Математическое обеспечение конструкторского и технологического проектирования с применением САПР / В.М. Курейчик.-М.: Радио и связь, 1990,-352 с.

47. Автоматизированное проектирование узлов и блоков РЭС средствами современных САПР / под ред. проф. Мироненко И.Г.-М.: Высшая школа, 2002.-391 с.

48. Мисевич П.В. Сценарно-ситуационный подход к проектированию средств интеллектуальной поддержки процесса функционирования автоматизированных систем // Системы управления и информационные технологии. 2007. № 2.1 (28).

49. Белов, Д.А. Аппарат мультимедийных фреймов как основа для построения систем дистанционного мониторинга и управления // Будущее технической науки: тез. докл. VII Междунар. молодежная науч.-тех. конф./ НГТУ -Н.Новгород, 2008. С.29-30.

50. Мисевич, П.В. Прогнозы развития центров ситуационного управления и научно-практические вопросы построения мобильной интеллектуальной среды управления организацией / П.В. Мисевич, Д.А. Белов // Управление персоналом. 2008. №22. С.46-50.

51. Белов, Д.А. Проблемно-ориентированная автоматизированная система мониторинга движения железнодорожного состава / Д.А. Белов, П.В. Мисевич, В.П. Хранилов // Автоматизация в промышленности. 2009. №2. С.49-51.

52. Мисевич, П.В. Практическое применение интеллектуальных датчиков / П.В. Мисевич, Д.А. Белов, В.П. Хранилов // Информационные системы и технологии (ИСТ-2009): материалы междунар. науч.-тех. конф./ Нижегор. гос. техн. ун-т.-Н.Новгород, 2009. С.206-207.

53. Хранилов, В.П. Алгоритм свертывания векторного критерия качества в задаче размещения элементов радиоаппаратуры // Автоматизация проектирования РЭА и ЭВА: тез.докл. 11-й науч.-техн. конф./ ПДНТП. -Пенза, 1984. С.74-75.

54. Великанов, Н.И. Векторная модель вычислительной системы / Н.И. Великанов, В.П. Хранилов // Информационные системы и технологии (ИСТ-2003):тез. докл. всеросс. науч.-техн. конф./ Нижегор. гос. техн. ун-т.-Н.Новгород, 2003. С. 137.

55. Компьютерные технологии сопровождения и поддержки наукоемкой продукции на всех этапах жизненного цикла: сб. докл. IV Междунар. науч.-практ. конф. / НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика». М., 2001.

56. Компьютерные технологии сопровождения и поддержки наукоемкой продукции на всех этапах жизненного цикла: материалы III Междунар. науч.-практ. конф. / НИЦ CALS-технологий «Прикладная логистика». -М., 2001.

57. Ковшов, А.Н. Информационная поддержка жизненного цикла изделий машиностроения: принципы, системы и технологии CALS/ИПИ / А.Н. Ковшов, А. Д. Никифоров, Ю.Ф. Назаров, И.М. Ибрагимов. М.:Академия, 2007. - 304с.

58. Гольдин, В.В Информационная поддержка жизненного цикла электронных средств: монография / В.В. Гольдин, В.Г. Журавский, А.В. Сарафанов, Ю.Н. Кофанов.- М.: Радио и связь, 2002.- 379 с.

59. Колчин, А.Ф. Управление жизненным циклом продукции / А.Ф. Колчин и др.. М.: Анахарсис, 2002.-180 с.77. http://www.intuit.ru/department/se/verify/l/2.html

60. Microsoft Solutions Framework. Методология создания программных решений http://www.microsoft.com/Rus/Msdn/msf/Default.mspx

61. Rational Unified Process. Методология и технология. http://www.interface.ru/home.asp?artld=779

62. Бек, К. Экстремальное программирование С-Пб.:Питер, 2002, 224 с

63. А.Гаврилов Технологии разработки программного обеспечения

64. Мисевич, П.В. Система мониторинга на базе мобильных интеллектуальных датчиков// Датчики и системы, 2008, 5. С.24-26.

65. Мишарин, А. С. Информационные технологии главное условие совершенствования управления перевозками // Железнодорожный транспорт. 2001. № 6. С. 12 - 19.

66. Мишарин, А.С. Оптимальное управление транспортными связями // Железнодорожный транспорт. 2000. № 11. С.З 6.