Разработка программного обеспечения для оптимизации показателей надежности радиоэлектронных систем

  • Вид работы:
    Дипломная (ВКР)
  • Предмет:
    Информационное обеспечение, программирование
  • Язык:
    Русский
    ,
    Формат файла:
    MS Word
    1,00 Mb
  • Опубликовано:
    2008-12-09
Вы можете узнать стоимость помощи в написании студенческой работы.
Помощь в написании работы, которую точно примут!

Разработка программного обеспечения для оптимизации показателей надежности радиоэлектронных систем

1.   КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

 

1.1.   Анализ исходных данных

Целью дипломного проекта является разработка лабораторной работы, которая будет проводится на ПЭВМ в вычислительном центре или компьютерной лаборатории, для студентов специальности 20.08 кафедры «Персональная электроника» (ПР-7) Московской Государственной Академии Приборостроения и Информатики по курсам «Инженерные методы расчета надежности» и «Основы теории надежности» на тему «Оптимальное резервирование РЭС». Разработка лабораторной работы предусматривает:

· Разработку программного обеспечения для выполнения лабораторной работы по дисциплинам «Инженерные методы расчета надежности» и «Основы теории надежности» на тему «Оптимальное резервирование РЭС». Программа должна работать на IBM PC совместимых компьютерах, занимать минимум системных ресурсов, работать под управлением наиболее распространенных операционных систем, работать в интерактивном режиме, иметь понятный пользователю интерфейс, отвечать требованиям эргономики, обеспечивать проведение расчетов методами наискорейшего спуска (подъема) и динамического программирования, иметь защиту от неправильных действий пользователя, а также вывод результатов вычислений на дисплей и на печатающее устройство;

· Разработку методических указаний, в которых информация должна быть наиболее полной и понятной. Прочитав методические указания, студент должен получить информацию о правилах выполнения лабораторной работы, о целях и задачах лабораторной работы, получить теоретические сведения о методах расчета, узнать методику проведения расчетов и правилах работы с разработанным программным обеспечением. Также методические указания должны иметь контрольные вопросы для самоподготовки студентов перед проведением лабораторной работы.

1.2.   Теоретическое обоснование и алгоритм расчета

При резервировании приходится решать задачу не только обеспечения заданных количественных показателей надежности (КПН), но и одновременно решать задачу оптимизации других показателей качества РЭС (суммарных затрат на резервные элементы, массы, габаритов, потребляемой мощности и т.д.).

При решении задачи оптимизации выбирается критерий оптимальности или показатель качества РЭС [1]:

, (1.1)

где Ki – i = 1, m – единичные показатели качества РЭС (масса, габариты, стоимость, показатели безотказности и т.д.).

Часто или (и) Кi называют целевой функцией или функцией качества.

Каждый из единичных показателей Кi является функцией первичных параметров РЭС (параметров схемы, конструкции, параметров исходных материалов и т.п.).

Оптимизация РЭС, проводимая на основе вектора , называется векторной (многокритериальной) оптимизацией.

Скалярная оптимизация осуществляется по одному критерию качества Кi , при этом остальные критерии качества выводятся в разряд ограничений:

(1.2)

 

где Gj – область допустимых значений критерия качества Кi.

Выражение (2) показывает, что параметры РЭС могут изменяться лишь в определенных пределах. В этом случае задача оптимизации решается с помощью условного экстремума целевой функции при наличии ограничений, наложенных на ее переменные в виде условий ограничений (2).

В данной лабораторной работе для оптимизации структуры РЭС с ограничениями используется метод наискорейшего спуска (МНС), относящийся к градиентным методам оптимизации, или метод динамического программирования.

В методе наискорейшего спуска, как и во всех численных методах, осуществляется многократный переход от начальной точки к точке экстремума функции. Методы организации движения к точке экстремума можно разделить на две группы: регулярного и случайного поиска.

При регулярном поиске переход из одной точки движения к экстремуму Sj – 1 в другую Sj на j –ом шаге может быть выражена равенством:

(1.3)

 

где - параметр шага, скалярная величина, определяющая величину j шага;

l j - вектор, задающий направление движения.

 

При использовании градиентных методов оптимизации направление движения к точке экстремума определяется мгновенным направлением градиента функции.

Градиентом функции в точке j называется вектор , направленный по нормали к поверхности уровня , и указывающий направление наиболее быстрого роста функции (т.е. направление наибольшей производной по направлению). Антиградиент указывает направление наибольшего убывания функции.

МНС предусматривает на каждом шаге изменение не только направления движения (по градиенту или антиградиенту), но и изменение параметра шага, который находится из условия касания линии градиента очередного уровня функции. Число шагов при использовании МНС обычно меньше, чем в случае применения градиентных методов с постоянным или переменным параметром шага, т.е. метод является более эффективным.

Сущность МНС минимизации функции заключается в следующем [2]:

· Определяется градиент функции в начальной точке ;

· Осуществляется движение по градиенту (или антиградиенту), пока не достигнет максимума (или минимума) на уровне ;

· Определяется новое направление градиента (или антиградиента) и осуществляется движение по новому направлению до достижения max (или min) на новом уровне .

Такое движение продолжается до выполнения окончания поиска.

Данная программа позволяет оптимизировать структуру РЭС:

· При обеспечении максимально возможной вероятности безотказной работы Pmax(0, t) при заданных затратах на резервные элементы Сзад;

· При минимальных затратах на резервные элементы Сmin с обеспечением вероятности безотказной работы P(0, t) ³ Pзад.

Рассмотрим первую задачу. Требуется определить оптимальное число резервных элементов при постоянном нагруженном резервировании, обеспечивающем P(0, t) = max при условии С < Сзад.

Процесс создание оптимальной структуры РЭС является многошаговым. Исходной структурой является последовательная структура нерезервированного РЭС. Рассчитываются исходные характеристики: P0(0, t) и С0.

(1.4)

 

где N – число элементов нерезервированного РЭС:

Pi(0, t) – вероятность безотказной работы i – го элемента.

(1.5)

 

где Сi – стоимость i – го элемента.

На первом шаге определяется элемент, включение резервного к которому дает максимальный выигрыш по надежности на единицу стоимости. Для этого для каждого элемента вычисляется относительное приращение P(0, t) на единицу стоимости:

(1.6)

 

где P0(0, t) – вероятность безотказной работы исходной структуры

P0(0, t) – вероятность безотказной работы после добавления резервного элемента;

Сiстоимость резервного элемента.

 

За исходную структуру на втором шаге принимается оптимальная структура первого шага, для которой определяется P1(0, t) – вероятность безотказной работы РЭС на первом шаге. Рассчитывается стоимость такой структуры С1, которая сравнивается с заданной. Если С1 < Cзад, то процесс нахождения оптимальной структуры продолжается.

На втором шаге рассчитываются показатели:

(1.7)

где P(0, t) – вероятность безотказной работы РЭС на втором шаге после добавления резервного элемента.

Резервный элемент подключается к элементу, для которого gi = max. Рассчитываются P2(0, t) и С2. Если С1 < Cзад, то процесс поиска оптимальной структуры продолжается до тех пор, пока С будет меньше Сзад. Если С ³ Сзад, то процесс оптимизации завершается.

(1.8)

где N – количество элементов нерезервированного РЭС;

Сi – стоимость iго элемента;

ni – количество i – х элементов.

Аналогично происходит процесс оптимизации структуры РЭС при ограничениях на вероятность безотказной работы. В этом случае процесс заканчивается, когда P(0, t) ³ Pзад(0, t).

Применительно к задаче оптимального резервирования метод динамического программирования сводится к отысканию доминирующей последовательности решений, т.е. последовательности векторов состава системы, включающих все множество оптимальных решений [5].

Будем говорить, что один состав системы, представляющий собой некоторую комбинацию расположения резервных элементов, доминирует над другим, если для одного и того же уровня надежности обеспечение этого состава связано с наименьшими затратами.

Рассмотрим систему, состоящую из k последовательно соединенных подсистем. Система считается работоспособной тогда и только тогда, когда работоспособна каждая из ее подсистем. Предполагается, что i-я подсистема состоит из ni элементов i-го типа, включенных параллельно, и она считается работоспособной, если нормально функционирует хотя бы один из ее элементов. Предположим, что каждый элемент i-го типа характеризуется j типами различных затрат, т.е. величина сij есть затраты j-го типа на i-й элемент. Например, первым типом затрат может быть вес, вторым- объем, третьим- стоимость. Для каждого типа затрат определены линейные ограничения следующего вида

, j=1,2,...,r. (1.9)

Так, например, может требоваться, чтобы полный вес системы не превышал некоторой заданной величины С1, полный объем - величины С2, а полная стоимость в долларах - величины С3.

Каждый элемент i - го типа характеризуется вероятностью безотказной работы pi независимо от того, работают или не работают другие элементы системы. Таким образом, надежность системы P(n), где n = (n1,...,nk), определяется как

P(n) =, (1.10)

где qi = 1 - pi.

Наша задача состоит в нахождении такого вектора n, компонентами которого являются положительные числа, чтобы максимизировать функцию P(n) при выполнении условий (1.9) [6].








Доминирование

Пусть cj(n) =ni - суммарные затраты j - го типа на систему в целом, если резервируемая система характеризуется вектором n. Далее будем говорить, что n1 доминирует n2, если сj(n1) cj(n2), j=1,…,r, в то время как P(n1) ³ P(n2). Если при этом, по крайней мере, одно из неравенств является строгим, то будем говорить, что n1 строго доминирует n2. Последовательность S, состоящая из векторов nh, h = 1,2,..., удовлетворяющих условиям (1.9), будет называться доминирующей последовательностью, если ни один из векторов nh не доминируется строго никаким другим вектором.

Ясно, что для решения нашей задачи нам необходимо рассмотреть лишь члены доминирующей последовательности S.

Процесс построения доминирующей последовательности для системы,

из двух подсистем

Чтобы построить доминирующую последовательность для системы, состоящей только из двух подсистем 1 и 2, составим следующую таблицу с двумя входами: в клетке таблицы, стоящей на пересечении строки n1 и столбца n2 , содержится вектор

(1.11)

где

сj(n1, n2) = c1j n1 + c1jn2, j = 1,...r,

и

Q(n1, n2) = 1 - (1 - ) (1 - ).

Этот вектор содержит информацию о ненадежности и о затратах на систему, имеющих место в случае, если в системе использовано n1 элементов типа 1 и n2 элементов типа 2. В таблицу включаются лишь такие векторы, которые удовлетворяют условиям (9). Затем исключаем из таблицы все доминируемые векторы, т.е. такие векторы, для которых в таблице существует по крайней мере один доминирующий их вектор. Оставшиеся после указанной операции исключения векторы составляют доминирующую последовательность. Для уяснения этого процесса ниже будет приведен численный пример.

Далее покажем, что доминирующая последовательность для системы, состоящей из s подсистем, может быть построена на основании доминирующей последовательности для части той же системы, состоящей из s -1 подсистем. Тем самым по индукции доказывается существование доминирующей последовательности для системы, состоящей из произвольного количества подсистем. Процесс состоит в следующем: сначала строится доминирующая последовательность для подсистем 1 и 2 , затем, оперируя результирующей доминирующей последовательностью для этих подсистем и характеристиками подсистемы 3, строится доминирующая последовательность для части системы, состоящей из подсистем 1,2 и 3, и так далее до тех пор, пока не будет построена доминирующая последовательность для всей системы в целом.

Процесс для системы, состоящей из s подсистем

Построим таблицу, в которой строка ns соответствует ns элементам типа s, а h-й столбец соответствует вектору nh, который является h-м членом доминирующей последовательности для первых s - 1 подсистем. На пересечении столбца h и строки ns стоит вектор ,т.е. вектор ненадежности и затрат на систему, если последняя характеризуется вектором (nh ,ns). Заметим, что и в общем случае cj(nh ,ns) = cj(nh) + csjns, j = 1,..., r, и

Q(nh ,ns) = 1 - (1-). (1.12)

В таблицу включаются лишь векторы, удовлетворяющие ограничивающим условиям, причем исключаются все строго доминируемые векторы. Оставшиеся в таблице векторы образуют, как это мы докажем в теореме 1, доминирующую последовательность для подсистем 1, 2,..., s.

Теорема 1. Векторы, которые остаются строго недоминируемыми в описанной выше таблице, образуют доминирующую последовательность для системы из s подсистем.

Д о к а з а т е л ь с т в о. Нам нужно доказать два утверждения: 1) векторы, получаемые при помощи указанного процесса, включают в себя все строго недоминируемые векторы и 2) каждый из векторов, получаемых с использованием этого процесса, является строго недоминируемым.

Первое утверждение докажем по индукции. Вначале заметим, что для системы, состоящей из единственной подсистемы, все векторы являются строго недоминируемыми. Предположим теперь, что векторы, полученные при помощи нашего процесса для системы из j подсистем j = 1,2,..., s - 1, включают все строго недоминируемые векторы, удовлетворяющие условию (9). Рассмотрим произвольный вектор n = (n1,...,ns) , удовлетворяющий условию (9). Тогда по индукции вектор (n1,...,ns-1) доминируется некоторыми недоминируемыми векторами (n*1,...,n*s-1), полученными в результате того же процесса. Таким образом, по определению

Q (n1,...,ns-1)Q (n*1,...,n*s-1)

cj (n1,...,ns-1) cj (n*1,...,n*s-1) (1.13)

j = 1,...,r.

 

Отсюда следует, что


Q (n)= 1 - P(n1,...,ns-1) P(ns) 1 - P(n*1,...,n*s-1) P(n*s) = Q (n*), (1.14)

где

n*s= ns,

и что

cj (n)= cj (n1,...,ns-1) + cj (ns) cj(n*1,...,n*s-1) + cj (n*s) = cj(n*) , j = 1,..., r,

т.е., что вектор n доминируется вектором n*. С другой стороны, вектор n* , принадлежа указанной таблице, сам доминируется вектором, полученным при помощи нашего процесса. Итак, доказано, что всякий вектор, удовлетворяющий условию (9), доминируется некоторым вектором, полученным на основании описанного выше процесса. Следовательно, доказательство первого утверждения завершено.

Для доказательства второго утверждения предположим, что n0 есть некоторый вектор, полученный при помощи нашего процесса. Если n0 строго доминируется каким-либо вектором, удовлетворяющим условию (9), он должен в то же время строго доминироваться некоторыми недоминируемыми векторами, также удовлетворяющими условию (9). Но мы только что доказали, что все недоминируемые векторы , удовлетворяющие условию (9), получаются в процессе применения нашего процесса. Таким образом, вектор n0 строго доминируется, например, вектором n1, также получаемым нашим процессом. В результате получено противоречие, поскольку никакой вектор, получаемый при помощи описанного ранее процесса, не может доминировать какой-либо другой вектор, полученный этим же процессом. Тем самым доказано второе утверждение.

Приближения

При практических использованиях описанного процесса построения доминирующей последовательности можно обычно сделать следующее допущение. Вместо использования выражения

Q (n1, n2) = 1- (1-) ( 1- )= + -, (1.15)

можно, пренебрегая произведением в последнем равенстве, использовать выражение

Q (n1, n2) +. (1.16)

Аналогичным образом для системы, состоящей из s подсистем, можно приближенно записать

Q (n1, ns) Q (n) + qs, (1.17)

где n = (n1,...,ns-1).

Использование данного приближения для случая r = 1 приводит к ошибке в достигаемой надежности системы P, не превышающей величины Q2 (здесь Q =1 - P).

Во всех применениях описанной процедуры оптимального распределения резервных элементов будем в дальнейшем использовать приближенное выражение (1.17).

Еще одно приближение позволяет уменьшить длину доминирующей последовательности. При сравнении пары векторов в таблице можно ввести в рассмотрение допустимую погрешность j по стоимости j-го типа, а также допустимую погрешность q по ненадежности. Теперь, если какие-нибудь два вектора два вектора в таблице отличаются друг от друга по затратам j-го типа на величину j или менее, то по этому типу затрат они считаются идентичными. (То же относится и к векторам, отличающимся друг от друга по ненадежности на величину q или менее). В результате длина каждой доминирующей последовательности уменьшается. Некоторые задачи, которые практически не могут быть решены из-за огромных по своей длине доминирующих последовательностей, иногда удается приближенно решить, вводя допустимые погрешности по одному или более факторам. Сначала следует попытаться решить требуемую задачу точными методами. Затем, если доминирующие последовательности оказываются слишком длинными для того, чтобы получить решение без соответствующих затруднений вычислительного характера, вводится незначительная допустимая погрешность по ненадежности. Если и после этого доминирующая последовательность остается слишком длинной, можно либо увеличить допустимую погрешность q, либо ввести дополнительные погрешности j по некоторым типам затрат. Подобное увеличение допустимых погрешностей или увеличение их количества продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто искомое решение.

Начальные значения ni

Как будет показано ниже, размеры доминирующих последовательностей определяют масштабы задачи, которая может быть решена на вычислительной машине, а также время, необходимое для получения решения. Поэтому крайне важно стремиться сделать длины доминирующих последовательностей как можно более короткими. Одним из способов уменьшения длины доминирующих последовательностей является использование наибольших значений ni, какие только возможно подыскать.

Метод нахождения таких наибольших начальных значений заключается в следующем:

1. Будем прибавлять по одному элементу каждого типа до тех пор, пока, наконец, при прибавлении очередного элемента не произойдет нарушение хотя бы одного из ограничений.

2. Вычислим значение надежности P для построенной таким образом системы.

3. Из выражения

P1- (1.18)

определим n0i - минимальное количество элементов i-го типа, необходимых для достижения надежности, равной P или более. Ясно, что искомое решение задачи оптимального резервирования будет достигаться для величин ni , которые по крайней мере не меньше полученных величин n0i.

4. Таким образом, в качестве начальных значений n0i могут быть взяты величины n0i.

Выгодность использования начальных значений может быть видна из следующих примеров, для которых были приведены численные расчеты. Так, для системы, состоящей из 10 подсистем, при трех ограничениях использование описанного способа привело к уменьшению длины доминирующей последовательности от начала вычислений до момента нарушения одного из ограничений с 334 до 62 членов. Для системы из 20 подсистем при трех ограничениях длина доминирующей последовательности для этапа решения, охватывающего 10 подсистем, оказалась равной 559 членам в то время, как использование начальных значений позволило прийти к решению при результирующей длине доминирующей последовательности , равной всего 69 членам.

Другим методом нахождения начальных величин ni является использование допустимых погрешностей, как это описано в параграфе 2 для нахождения приближенного решения. После получения приближенного решения следует использовать приведенные выше пп. 2, 3.

Рассмотрим алгоритм расчета оптимальной резервированной системы методом динамического программирования. Пусть имеется система, состоящая из N подсистем. Она характеризуется следующими показателями:

·   ci1 – стоимость i – го подсистемы;

·   сi2 – вес i – го подсистемы;

·   qi – вероятность отказа подсистемы;

·   С – ограничение по стоимости, наложенное на систему;

·   М – ограничение по весу, наложенное на систему.\

 

Нам требуется выбрать такое количество резервных элементов n1, n2,…, nN таким образом, чтобы максимизировать надежность системы

(1.19)

 

при условии, что ограничения заданы в виде

,

(1.20)

Найдем начальные значения ni, следуя методу, описанному выше. Начав с n1 = 1, n2 = 1, … , nN = 1, будем добавлять в каждую подсистему по одному резервному элементу до тех пор, пока не нарушится хотя бы одно из ограничений. В результате получим систему, характеризуемую вектором (n1, n2, … , nN) и надежностью Р. Минимальные значения находим из условия

.

 

Затем строим описанным ранее образом доминирующую последовательность для подсистем 1 и 2 и записываем в таблицу. Заметим, что в этой таблице значения различных видов затрат и ненадежности для первой подсистемы записываем для различного количества резервных элементов, начиная со значения и далее, прибавляя последовательно по единице. Эти характеристики записываются над столбцами таблицы. Соответствующие характеристики для второй подсистемы, начиная со значения и далее, записаны соответственно слева от строк той же таблицы. Векторы внутри таблицы получаются следующим образом: на пересечении каждого столбца с каждой строкой записываются значения суммарных затрат каждого типа, равных сумме соответствующих величин, записанных в заголовках этих столбцов и строк, а также значения вероятности отказа, равное сумме соответствующих вероятностей, взятых из тех же заголовков столбцов и строк. В таблицу заносятся лишь те векторы, которые удовлетворяют заданным ограничениям. Затем, последовательно сравнивания пары векторов таблицы, исключаем из нее все строго доминируемые векторы. Далее строится новая таблица, где подсистемам 1 и 2 подключается следующая подсистема и также производится построение доминирующей последовательности. В заголовках столбцов этой таблицы записываются векторы доминирующей последовательности, полученной в предыдущей таблице для подсистем 1 и 2. В заголовках строк записываются векторы для подключаемой подсистемы, начиная с соответствующего этой подсистеме начального значения n0. В эту таблицу также заносятся лишь те векторы, которые удовлетворяют требуемым ограничениям. Опять производится последовательное попарное сравнивание векторов таблицы, в процессе которого исключаются доминируемые векторы. И снова строится таблица. И так до тех пор, пока не будет подключена последняя подсистема. Далее аналогичным способом получают доминирующую последовательность для всей системы в целом. Решением задачи является вектор таблицы, характеризующийся наименьшим значением вероятности отказа. Чтобы получить соответствующий состав системы нужно пройти все таблицы в обратном направлении. И в конце высчитывается вероятность безотказной работы полученной системы.

1.3. Разработка программного обеспечения

 

К разработанной программе в процессе разработки предъявлялись следующие требования: она должна работать на IBM PC совместимых компьютерах, занимать минимум системных ресурсов, работать под управлением наиболее распространенных операционных систем, работать в интерактивном режиме, иметь понятный пользователю интерфейс, отвечать требованиям эргономики, обеспечивать проведение расчетов методами наискорейшего спуска (подъема) и динамического программирования, иметь защиту от неправильных действий пользователя, а также вывод результатов вычислений на дисплей и на печатающее устройство. Что и было сделано.

В процессе разработки было выяснено, что программа будет использоваться в учебных целях и носитить чисто познавательный характер и предназначена для закрепления полученных на лекциях по курсам «Инженерные методы расчета надежности» и «Основы теории надежности» знаний, поэтому можно было сделать вывод о том, что эта программа не будет решать очень сложных задач, а, следовательно, не будет требовать больших системных и программных ресурсов. Поэтому писать программу, которая бы работала исключительно только под управлением операционной системы Windows 95, было бы не целесообразно. В связи с этим рабочей средой разработанной программы была выбрана среда DOS (а те, кто работают с OS Microsoft Windowsâ 95 могут запускать программу в ДОС-окне). Исходя из всего этого, было решено писать и компилировать программу в среде Microsoft QuickBasic ver. 4.5 [7], которая наиболее подходит для этих целей.

Современный парк компьютеров состоит из машин с процессорами поколения 80486 и более поздними процессорами. Поэтому разработанная программа была оптимизирована и настроена на эти типы процессоров (на машинах, в которых установлены процессоры младше 80486 программа работать не будет, о чем она сообщит пользователю при запуске).

Программа представлена на дискете, емкостью 1,44 Мб, в виде дистрибутива. На этой дискете находится ряд запакованных файлов (с расширениями (.OP!)), программа распаковщик (UNPUCK.EXE) и программа-инсталлятор (INSTALL.EXE), при запуске которой происходит установка программы «ОПТИМИЗАЦИЯ» на компьютер в каталог C:\OPTIM. Распакованная программа занимает около 400 Кб на жестком диске компьютера (что примерно в 10 раз меньше, если бы программа была написана для Windows 95).

Структура программы представлена на графическом листе «Структурная схема программы». Программа «оптимизация» состоит из 4-х основных модулей:

·   Запускающий модуль, в котором происходит проверка наличия необходимого установленного оборудования и загрузка информации о конфигурации программы.

·   Главный модуль, который является связующим модулем программы. Из меню этого модуля пользователь выбирает метод расчета (метод наискорейшего спуска (подъема) или метод динамического программирования). После выбора пользователем метода расчета этот модуль передает управление соответствующему модулю. Также главный модуль осуществляет выход их программы.

·   Модуль расчета методом наискорейшего спуска (подъема). В этом модуле производится расчет указанным методом. По окончании расчета происходит возврат в главный модуль.

·   Модуль расчета методом динамического программирования. В этом модуле производится расчет соответствующим методом. По окончании расчета происходит возврат в главный модуль.

В программу «ОПТИМИЗАЦИЯ» входят 7 основных файлов, которые ни в коем случае нельзя стирать. Это:

·   OPTIM.EXE – запускающий файл программы, в котором реализован алгоритм запускающего модуля.

·   MAIN.OPT – файл, в котором реализован алгоритм главного модуля.

·   MDB.OPT – файл, в котором реализован алгоритм расчета методом динамического программирования.

·   MNI.OPT – файл, в котором реализован алгоритм расчета методом наискорейшего спуска (подъема).

·   READ.EXE – файл, необходимый для предварительного просмотра результатов вычислений перед печатью (вызывается модулем MNI.OPT).

·   SETUP.CFG – файл конфигурации, в котором хранятся настройки программы, необходимые для корректной работы пользовательского интерфейса (информация считывается всеми основными модулями программы).

·   OPTIM.CFG – файл конфигурации, в котором хранятся настройки программы, необходимые для корректной работы только пользовательского интерфейса модуля MNI.OPT (это вызвано небольшими отличиями данного интерфейса от интерфейсов других модулей).

В процессе работы с программой будут образовываться и другие файлы, которые не несут в себе информации, необходимой для работы программы. Это:

·   файлы с сохраненными пользовательскими результатами вычислений. Имена этим файлам присваивает пользователь, а расширение этим файлам присваивается автоматически. Поэтому данный тип файлов будут иметь примерно следующий вид:

<NAME>.SAV

где NAME – имя, которое присвоил файлу пользователь.

·   файл OPTIM.DAT файл для записи и чтения промежуточных результатов расчета (создается модулем MDB.OPT).

Работа программы происходит следующим образом.

При запуске пользователем файла OPTIM.EXE в первую очередь происходит проверка соответствия процессора требованиям программы. Если процессор не соответствует требованиям, то программа выдает сообщение о несоответствии и происходит автоматический выход их программы, если соответствует, то происходит чтение информации о конфигурации из файла SETUP.CFG, а затем передается управление главному модулю программы (MAIN.OPT). Происходит повторное чтение информации из SETUP.CFG, которая необходима для реализации бегущей строки подсказки на данном компьютере. Так как производительность у всех компьютеров разная, то необходима настройка бегущей строки на каждом компьютере. Информация о настройках и сохраняется автоматически в файле SETUP.CFG. Для настройки скорости бегущей строки необходимо нажать клавишу «+» на цифровой или основной клавиатуре для увеличения скорости движения строки или клавишу «-» соответственно для уменьшения скорости. Далее программа запускает интерфейс и ожидает готовности пользователя к началу расчетов. Свою готовность пользователь подтверждает нажатием клавиши F9. Нажав Esc, программа автоматически выходит в среду, из которой она была запущена. После нажатия клавиши F9 открывается меню программы, где предлагается сделать выбор метода расчета, а также предлагается посмотреть информацию о программе или выйти из нее. Когда пользователь выберет метод расчета, автоматически записывается информация о конфигурации в файл SETUP.CFG и передается управление модулю, в котором реализован алгоритм выбранной методики расчета. Если будет выбран метод динамического программирования, то будет запущен модуль MDB.OPT и он,получив управление, считывает информацию из SETUP.CFG, запускает интерфейс и ждет подтверждения готовности пользователя, который должен нажать клавишу ENTER. Далее предлагается ввести имя файла, в котором сохранятся результаты вычислений по методу динамического программирования. Имя файла должно быть не более 8 символов и не содержать следующие знаки:

« » , . ! ‘ “ ~ ` ! @ # $ % ^ & * ( ) _ - / ? + = : ; < >

Алгоритм построен так, что при наличии в имени файла любого из этих символов, программа попросит ввести другое имя.

Затем пользователь вводит данные в соответствии с заданием на лабораторную работу. Необходимо иметь в виду, что в дробных числах необходимо вместо запятых писать точки. Это очень важно, иначе может произойти сбой программы.

После ввода данных необходимо будет подтвердить правильность ввода данных.

Затем программа приступает к вычислениям в соответствии с алгоритмом расчета и сохраняет все промежуточные результаты вычислений и значения необходимых переменных для дальнейших расчетов в файле OPTIM.DAT. В частности туда записываются значения для построения таблиц, при выборе доминирующей последовательности для дальнейшего построения оптимальной системы. Если просмотреть содержимое файла, то можно увидеть, что сначала записывается идентификатор начала таблицы, затем ее номер, потом количество столбцов, значения стоимости, весов, вероятностей отказа для каждой ячейки в верхнем заголовке таблицы. Затем записывается количество строк, значения стоимостей, весов, вероятностей отказов для каждой ячейки в заголовке слева. Далее записываются значения стоимостей, весов, вероятностей отказов каждой ячейки в теле таблицы построчно: слева на право и сверху вниз. На последнем шаге записываются значения стоимостей, весов, вероятностей отказов наилучшей ячейки (комбинации), которую выбирает пользователь и обозначается она идентификатором «best».

После выбора наилучшей комбинации, программа для определения оптимальной системы начинает считывать информацию из файла OPTIM.DAT в память о содержании таблиц, начиная с последней и заканчивая первой, тем самым последовательно определяется количество резервных элементов для последней подсистемы, затем для предпоследней подсистемы и так далее до первой подсистемы. В результате чего получается оптимальная система, о составе которой и сообщается пользователю. Затем результаты сохраняются в файле, имя которого ввел пользователь. Далее предлагается вывести на принтер, подключенный к порту LPT1, результаты вычислений. После этого программа снова сохраняет настройки в файле SETUP.CFG и возвращается в главный модуль MAIN.OPT.

Следует отметить, что модуль расчета методом динамического программирования был составлен для одного, двух и трех видов ограничений, для систем состоящих не менее, чем из 3-х подсистем и не более, чем из 6-и подсистем. Количество элементов в каждой подсистеме не ограничено. Длина любой из доминирующих последовательностей, образующихся в процессе вычислений, не должна превышать 70 членов.

Если пользователь выбирает расчет методом наискорейшего спуска (подъема). То главный модуль MAIN.OPT передает управление модулю MNI.OPT, который начинает работу со считывания информации о настройках программы из файлов SETUP.CFG и OPTIM.CFG. Далее запускается пользовательский интерфейс и программа переходит в режим ожидания готовности пользователя, который свою готовность подтверждает простым нажатием на любую клавишу.

Далее программа просит ввести данные для расчета с теми же ограничениями и требованиями, которые рассматривались в предыдущем случае. Введя данные программа приступает к вычислениям, о чем сообщает в бегущей строке. По окончанию расчетов программа сохраняет результаты расчета в файле пользователя и запускает программу (READ.EXE) для просмотра результатов вычислений. При нажатии клавиши Esc программа возвращается в исходное состояние и предлагает пользователю распечатать результаты расчета. После этого сохраняются настройки программы в файле OPTIM.CFG и программа возвращается в главный модуль MAIN.OPT.

Далее, если нажать клавишу Esc или выбрать из меню команду Выход, программа возвратит пользователя в среду, из которой она была запущена и автоматически выгрузится из оперативной памяти компьютера.

Это был изложен принцип построения и работы программы «ОПТИМИЗАЦИЯ».

Полный листинг программы «ОПТИМИЗАЦИЯ» приведен в приложении 1.































2.   БЕЗОПАСНОСТЬ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТИ

2.1.   Анализ опасных, вредных факторов и возможных чрезвычайных ситуаций, возникающих при работе на ПЭВМ

Анализ опасных, вредных факторов и возможных чрезвычайных ситуаций приведен в соответствии с [8 - 24].

Так как данный программный продукт разрабатывается для проведения лабораторных работ у студентов в вычислительном центре, то он будет установлен на несколько рабочих мест. В связи с эти возможно возникновение следующих опасных и вредных факторов:

1. повышенная запыленность рабочей зоны;

2. повышенная температура воздуха рабочей зоны;

3. повышенная или пониженная влажность воздуха;

4. повышенная или пониженная подвижность воздуха;

5. недостаточная освещенность рабочей зоны;

6. прямая и отраженная блесткость;

7. повышенный уровень шума на рабочем месте;

8. повышенный уровень статического электричества;

9. повышенный уровень электромагнитных излучений;

10. повышенный уровень ультрафиолетовых излучений;

11. повышенный уровень рентгеновского излучения;

12. повышенное значение напряжения в электрической цепи, замыкание которой может пройти через тело человека;

13. повышенная пожароопасность;

14. компьютерные вирусы.

Один из факторов воздействия внешней среды - микроклиматические условия.

Для помещений с ПЭВМ учитываются сезон года и тяжесть выполняемой работы (легкая, 1а). Для данного типа работ установлены оптимальные параметры, приведенные в таблице 2.1. [8]

Правильно спроектированное и выполненное освещение на предприятиях машиностроительной промышленности обеспечивает возможность нормальной производственной деятельности. При освещении производственных помещений используют естественное и искусственное освещение. Недостаток естественного света предусматривает применение системы смешанного освещения.

 


Таблица 2.1


Оптимальные нормы микроклимата для помещений с ПЭВМ

учебно-воспитательных учреждений

 

Период года

Температура воздуха, 0С

Относительная влажность, %

Скорость движения воздуха, м/с, не более

Теплый

22 - 24

40 - 60

0,2

Холодный

21 - 23

40 - 60

0,1

 

 

При работе за дисплеем освещенность определяется минимальным объектом различения - шириной линии рукописного или печатного текста, который читает программист с листа. Для данного вида работы нормируемая общая освещенность составляет 400 люкс.

Недостаточное освещение приводит к напряжению зрения, преждевременной усталости и ослабляет внимание. Чрезмерно яркое освещение вызывает ослепление, раздражение и резь в глазах. Неправильное направление света на рабочее место может создать резкие тени, блики и дезориентировать работающего. Это может привести к профессиональным заболеваниям.

Сохранность зрения человека, состояние его центральной нервной системы и безопасность на производстве в значительной мере зависят от условий освещения.

В помещениях ВЦ применяется, как правило, боковое естественное освещение с К е.о. = 1%.

Для общего освещения помещения ВЦ используются люминесцентные лампы.

Их достоинство:

- высокая световая отдача (до 75 лм/вт и более);

- продолжительный срок службы (до 10000 часов);

- малая яркость светящейся поверхности;

- спектральный состав излучаемого света.

Одним из недостатков таких ламп является высокая пульсация светового потока, вызывающая утомление зрения. По этому коэффициент пульсации освещенности регламентирован в пределах 10 - 20 % в зависимости от разряда зрительной работы.






Таблица 2.2

 

Нормы освещенности в помещениях с ПЭВМ для учебных заведений

Характеристика работы

Рабочая поверхность

Плоскость

Освещение, лк

Работа с экранами ПЭВМ

Экран

Вертикальная

200

Клавиатура

Горизонтальная

400

Стол

Горизонтальная

400

Классная доска

Вертикальная

500

 

Одним из наиболее распространенных факторов внешней среды, неблагоприятно воздействующих на организм человека, является шум.

Источником шума в машинном зале ВЦ являются механические устройства ЭВМ. Человек, работая при шуме, привыкает к нему, но продолжительное действие сильного шума вызывает общее утомление, может привести к ухудшению слуха, а иногда и к глухоте, нарушается процесс пищеварения, происходит изменение объема внутренних органов. Эти вредные последствия шума тем больше, чем сильнее шум и продолжительнее его действие. Таким образом, шум на рабочем месте не должен превышать допустимых уровней, значения которых приведены в ГОСТ 12.1.003-83. Во всех учебных помещениях с ВДТ и ПЭВМ фоновый уровень звука не должен превышать 40 дБА, (при работе систем воздушного отопления, вентиляции и кондиционирования - 35 дБА), а во время работы на ПЭВМ 50 дБА.

Также вредное влияние на зрение человека оказывает прямая и отраженная блесткость, которая приводит к перенапряжению и усталости. Согласно [8] яркость светящихся поверхностей (окна, светиль­ники и др.), находящиеся в поле зрения, должна быть не более 200 кд/м2, а при отраженной блесткости яркость бликов на экране ПЭВМ не должна превышать 40 кд/м2 и яркость потолка, при применении системы отраженного осве­щения, не должна превышать 200 кд/м2.

Для предотвращения образования и защиты студентов от статического электричества в помещениях - вычислительного центра необходимо использовать нейтрализаторы и увлажнители воздуха, а полы должны иметь антистатическое покрытие. Допустимый уровень напряженности электрического поля в помещениях УВЦ не должен превышать 20 кВ/м.

Источником наиболее вредных излучений, неблагоприятно влияющих на здоровье операторов, является монитор ПЭВМ с электронно-лучевой трубкой. Систематическое воздействие электромагнитных полей (ЭМП), превышающих допустимую величину может оказать неблагоприятное воздействие на человека, выражающееся в функциональных нарушениях нервной, эндокринной и сердечно-сосудистой системы. По результатам измерений ЭМП составляет 28-64 В/м в зависимости от модификации монитора. Эти значения снижаются до 0,3-2,4 В/м на расстоянии 30 см от экрана. Уровень электромагнитного поля в области частот 10 кГц-18кГц колеблется в пределах от 1 до 5 Вт/м2,что в 20 раз ниже допустимой величины (100 Вт/м2), а напряженность электрического поля составляет 0,01-1,8 кВ/м [13].

При исследованиях глазных заболеваний, связанных с изучением, выяснилось, что служащие, работающие за дисплеем по 7 и более часов в день, страдают воспалениями и другими заболеваниями глаз на 70% чаще тех, кто проводит за дисплеем меньше времени.

Технические характеристики дисплеев (разрешающая способность, яркость, контрастность, частота кадровой развертки) в том случае, если на них не обращают внимания при выборе устройства или неправильно устанавливают, могут крайне отрицательно сказаться на зрении.

Поэтому для мониторов существуют следующие нормы:

·   мощность экспозиционной дозы рентгеновского излучения в любой точке на расстоянии 0.05 м от экрана и корпуса мониторов при лю­бых положениях регулировочных устройств не должна 0.1 мбэр/час.

·   уровень ультрафиолетового излучения на рабочем месте поль­зователя в длинноволновой области (400-315 нм) должен быть не бо­лее 10 Вт/м, в средневолновой области (315-280 нм) не более 0,01 Вт/м2 и отсутствовать в коротковолновой области (280-200 нм);

·   напряженность электромагнитного поля на рабочем месте пользователя по электрической составляющей должна быть не более 50 В/м и по магнитной составляющей не более 5 А/м.

К опасным производственным факторам относятся: повышенное напряжение в электрической сети и повышенная пожароопасность.

Персональный компьютер питается от сети напряжением 220В с частотой 50 Гц. Здесь используется трехфазная цепь с изолированной нейтралью.

В вычислительном центре при использовании ПЭВМ помещение, где установлен ПК, относится ко второму классу – помещение с повышенной опасностью, из-за опасности прикосновения человека, не изолированного от земли, к корпусу ПК, оказавшемуся под напряжением.

Проходя через организм, электрический ток оказывает термическое, электролитическое и биологическое действие. В результате могут возникнуть различные нарушения и даже полное прекращение деятельности органов дыхания и кровообращения. Величина тока, протекающего через тело человека, является главным фактором, от которого зависит исход поражения: чем больше ток, тем опаснее его действие. Пороговый ощутимый ток - 0,6-1,5 мА (50 Гц). Пороговый неотпускающий ток - 10-15 мА (50 Гц) вызывает сильные и весьма болезненные судороги мышц грудной клетки, что приводит к затруднению или даже прекращению дыхания.

При 100 мА ток оказывает непосредственное влияние также и на мышцу сердца, что в конечном результате приводит к смерти. Наиболее опасным является переменный ток с частотой 20-100 Гц.

Исход воздействия тока зависит от ряда факторов, в том числе от значения и длительности протекания через тело человека тока, рода и частоты тока и индивидуальных свойств человека. Электрическое сопротивление тела человека и приложенное к нему напряжение также влияет на исход поражения, но лишь постольку, поскольку они определяют значение тока. Предельно допустимые уровни напряжений прикосновений и тока даются в ГОСТ 12.1.038-82.

Участок ПЭВМ по пожарной опасности относится к категории пожароопасных «В».

Пожар на производстве может возникнуть вследствие причин неэлектрического и электрического характера.

К причинам неэлектрического характера относятся:

·   неисправность производственного оборудования и нарушение технологического процесса;

·   халатное и неосторожное обращение с огнем (курение, оставление без присмотра нагревательных приборов);

·   неправильное устройство и неисправность вентиляционной системы;

·   самовоспламенение или самовозгорание веществ.

К причинам электрического характера относятся:

·   короткое замыкание;

·   перегрузка проводов;

·   большое переходное сопротивление;

·   искрение;

·   статическое электричество.

К чрезвычайным ситуациям можно отнести появление компьютерных вирусов. Они оказывают большое влияние на психологическую обстановку при работе с программными продуктами и средствами вычислительной техники. Все действия вируса могут выполняться достаточно быстро и без выдачи каких-либо сообщений, поэтому пользователю очень трудно заметить, что в компьютере происходит что-то необычное.

Компьютерный вирус – это специально написанная небольшая по размерам программа, которая может «приписывать» себя к другим программам (то есть «заражать их»), а также выполнять различные нежелательные действия на компьютере. Программа, внутри которой находится вирус, называется «зараженной». Когда такая программа начинает работу, то сначала управление получает вирус. Вирус находит и «заражает» другие программы, а также выполняет какие-нибудь вредные действия (например, портит файлы или таблицу размещения файлов на диске, «засоряет» оперативную память и т.д.).



2.2. Разработка мер безопасности

Разработка мер безопасности проведена согласно [10 - 24].

Для предотвращения повышенной запыленности рекомендуется устанавливать пылеуловители, вытяжные устройства, а также проводить влажную уборку помещения вычислительного центра, а перед началом и после каждого академического часа учебных занятий, до и после каждого занятия проветривать помещение, что обеспечит улучшение качественного состава воздуха.

В случае необходимости при повышенной температуре окружающего воздуха в теплое время года необходимо установить, а при пониженной температуре окружающего воздуха в холодное время года устанавить дополнительные обогревательные приборы с учетом всех мер противопожарной безопасности согласно [15, 19].

Для повышения влажности воздуха в помещениях с ПЭВМ рекомендуется применять увлажнители воздуха, которые будут заправляться ежеднев­но дистиллированной или прокипяченной питьевой водой.

Для уменьшения уровня шума в помещении вычислительного центра можно применять отделочные материалы с шумопоглощающим эффектом (шумопоглощающие потолки и т. п.).

При недостатке естественного освещения необходимо будет пользоваться искусственным. В качестве источников света при искусственном освещении рекомендуется применять преимущественно люминесцентные лампы типа ЛБ.

Общее освещение выполняется в виде сплошных или прерывистых линий светильников, расположенных сбоку от рабочих мест, преимущественно слева, параллельно линии зрения пользовате­лей. При периметральном расположении рабочих мест с ПЭВМ, светильники общего освещения расположим локализовано относительно рабочих мест.

Для освещения помещений вычислительного центра рекомендуется применять светильники серии ЛПО36 с зеркализованными решетками, укомплекто­ванные высокочастотными пускорегулирующими аппаратами (ВЧ ПРА). Так же допускается применять светильники серии ЛПО36 без ВЧ ПРА только в модификации "Кососвет", а также светильники прямого света- П, преимущественно прямого света - Н, преимущественно отраженного света -В. Применение светильников без рассеивате­лей и экранирующих решеток не допускается.

Для уменьшения прямой и отраженной блесткости следует ограничивать отраженную блескость на рабочих поверхностях (экран, стол, клавиатура и др.) за счет правильного выбора типов светильников и расположения рабочих мест по отноше­нию к источникам естественного и искусственного освещения.

Для предотвращения образования и защиты студентов от статического электричества в помещениях вычислительного центра будем использовать нейтрализаторы и увлажнители воздуха, а полы будут иметь антистатическое покрытие.

Очень вредное воздействие оказывают на операторов ПЭВМ мониторы. В настоящее время появились мониторы на основе жидкокристаллических дисплеев с активной матрицей. У них отсутствуют электромагнитные, рентгеновские и ультрафиолетовые излучения. Поэтому вместо обычных мониторов с электронно-лучевой трубкой желательно бы использовать эти жидкокристаллические мониторы, но сейчас они довольно дорого стоят. Поэтому о реальном применении таких мониторов можно будет говорить только через несколько лет, а на сегодняшний день приходится выбирать среди обычных мониторов. Они должны соответствовать самым современным требованиям и стандартам. Поэтому для решения проблемы облучения оператора ПЭВМ необходимо:

· использовать дисплеи с высокой разрешающей способностью (размер пиксела 0,28 (лучше 0,25)) и размером экрана не менее 14” (Hi-Resolution, Non-Interlaced, Low-Radiation);

· установить видеоадаптеры с высоким разрешением и частотой кадровой развертки не менее 70-72Гц;

· обязательно ставить на дисплеи экранные фильтры с антистатическим покрытием, в несколько раз снижающие утомляемость глаз и концентрацию пылевых частиц в близи экрана монитора;

· сидеть не ближе 70 см от дисплея;

· экран дисплея должен быть ориентирован таким образом, чтобы исключить блики от источников света;

· не следует располагать дисплей непосредственно под источником освещения или вплотную с ним;

· желательно, чтобы освещенность рабочего места оператора не превышала 2/3 нормальной освещенности помещения;

· стена позади дисплея должна быть освещена примерно так же, как его экран;

Электрооборудование ВЦ относится к установкам напряжением до 1000 В. В помещении машинного зала основными техническими средствами, обеспечивающими безопасность работ, являются:

- обеспечение недоступности токоведущих частей;

- заземление;

- отключение.

Обеспечение недоступности токоведущих частей достигается изолированием токоведущих кабелей и проводов.

Защитным заземлением называется намеренное соединение нетоковедущих частей, которые могут случайно оказаться под напряжением, с заземляющим устройством.

Заземлению подлежат корпуса ЭВМ, трансформаторов, металлические оболочки кабелей и проводов, металлические ограждения.

Для электроустановок с напряжением до 1000 В сопротивление заземляющего устройства должно быть не менее 4 Ом.

Защитное отключение - система защиты, автоматически отключающая электроустановку при возникновении опасности поражения электрическим током.

Для участка персональных компьютеров наиболее приемлемым вариантом является защитное заземление, т.к. корпуса компьютеров и периферии обычно выполнены не из токопроводящих материалов, а также имеются специальные клеммы для подключения заземления.

Далее приводятся рекомендации по организации рабочего места пользователя ПЭВМ:

1. Рабочие места с ПЭВМ должны размещаться в поме­щениях с естественным освещением при ориентации оконных проемов на север или северо-восток.

2. Оконные проемы в помещениях использования ПЭВМ должны быть оборудованы регулируемыми жалюзями или занавеся­ми, позволяющими полностью закрывать оконные проемы. Занавеси следует выбирать одноцветные, гармонирующие с цве­том стен, выполненные из плотной ткани и шириной в два раза боль­ше ширины оконного проема. Для дополнительного звукопоглощения, занавеси следует подвешивать в складку на расстоянии 15-20 см от стены с оконными проемами.

3. Шкафы, сейфы, стеллажи для хранения дисков, дискет, комплектующих деталей, запасных блоков ПЭВМ, инструментов, следует располагать в лаборантских.

4. При конструировании оборудования и организации рабо­чего места пользователя ПЭВМ следует обеспечить соответс­твие конструкции элементов рабочего стола и их взаимного располо­жения, конструкции стула (кресла) гигиеническим и эргономическим требованиям с учетом характера выполняемой деятельности, комп­лексности технических средств, форм организации труда и основного рабочего положения пользователя.

5. Конструкция рабочего стола должна обеспечивать опти­мальное размещение на рабочей поверхности используемого оборудо­вания с учетом его количества и конструктивных особенностей (раз­мер ПЭВМ, клавиатуры, и др.), характера выполняемой работы, а также возможность выполнения трудовых операций в преде­лах досягаемости моторного поля.

6. Поверхности рабочих столов для расположения ПЭВМ должны легко и плавно регулироваться по высоте с надежной фиксацией в заданном положении. Поверхность стола должна быть ровной, без углублений.

7. Конструкция рабочего стула (кресла) должна обеспечивать поддержание рациональной рабочей позы при работе на ПЭВМ, позволять изменять позу с целью снижения статического нап­ряжения мышц шейно-плечевой области и спины для предупреждения развития утомления. Тип рабочего стула (кресла) должен выбираться в зависимости от характера и продолжительности работы с ПЭВМ.

8. Поверхность сиденья, спинки и других элементов стула (кресла) должна быть полумягкой, с неэлектризуемым и воздухопро­ницаемым покрытием, обеспечивающим легкую очистку от загрязнений.

9. Экран видеомониторов должен находиться от глаз поль­зователя на оптимальном расстоянии 700 мм, но не ближе 500 мм.

10. Помещения для занятий с использованием ПЭВМ и в высших учебных заведениях должны быть оборудованы одно­местными столами, предназначенными для работы на ПЭВМ.

11. Рабочие места с ПЭВМ должны располагаться по периметру помещения, вдоль стен.

12. Для обеспечения нормируемых уровней освещенности ра­бота на ПЭВМ учащихся и студентов должна осуществляться при зашторенных окнах и искусственном освещении.

13. Конструкция одноместного стола для работы с ПЭВМ и ВДТ должна предусматривать:

- две раздельные поверхности: одна горизонтальная для разме­щения ПЭВМ с плавной регулировкой по высоте в пределах 520-760 мм и вторая - для клавиатуры с плавной регулировкой по высоте и углу наклона от 0 град. до 15 град. с надежной фиксацией в оптимальном рабочем положении (12 -15 град. ), что способствует поддержанию правильной рабочей позы учащимися и студентами, без резкого наклона головы вперед;

- ширину поверхностей для ПЭВМ, и клавиатуры не менее 750 мм (ширина обеих поверхностей должна быть одинаковой) и глу­бину не менее 550 мм;

- опору поверхностей для ПЭВМ и для клавиатуры на стояк, в котором должны находиться провода электропитания и ка­бель локальной сети. Основание стояка следует совмещать с подс­тавкой для ног ;

- отсутствие ящиков;

- увеличение ширины поверхностей до 1200 мм при оснащении рабочего места принтером;

14. Высота края стола, обращенного к работающему с ПЭВМ, и высота пространства для ног должна соответствовать росту учащихся или студентов в обуви.

15. При наличии высокого стола, несоответствующего росту учащихся или студентов, необходимо обязательно пользоваться регу­лируемой по высоте подставкой для ног. Рекомендуется подставка размерами 40х30х15 см с углом наклона 300, без перемещения по полу.

16. Рабочее место оборудуется пюпитром в оптимальной зо­не зрительного восприятия (30 град.) и располагается между эк­раном и клавиатурой.

17. Уровень глаз при вертикально расположенном экране монитора должен приходиться на центр или 2/3 высоты экрана. Линия взо­ра должна быть перпендикулярна центру экрана и оптимальное ее отклонение в вертикальной плоскости не должно превышать 5 град., допустимое 10 град. Угол рассматривания, ограниченный линией взора и поверхностью экрана, должен быть не менее 45 град.

18. Рабочий стул должен быть подъемно-поворотным и регу­лируемым по высоте и углам наклона сиденья и спинки, а также ­расстоянию спинки от переднего края сиденья.

Конструкция его должна обеспечивать:

- ширину и глубину поверхности сиденья не менее 400 мм;

- плоскую поверхность сиденья с закругленным передним краем;

- регулировку высоты поверхности сиденья в пределах 400-500 мм и углам наклона вперед до 15 град. и назад до 5 град.;

- высоту опорной поверхности спинки 30020 мм, ширину – не менее 380 мм и радиус кривизны горизонтальной плоскости - 400 мм;

- угол наклона спинки в вертикальной плоскости в пределах 030 град.;

- регулировку расстояния спинки от переднего края сиденья в пределах 260400 мм;

- стационарные или съемные подлокотники длиной не менее 250 мм и шириной - 50-70 мм;

- регулировку подлокотников по высоте над сиденьем в преде­лах 23030 мм и внутреннего расстояния между подлокотниками в пределах 350-500 мм.

Пожарная безопасность может быть обеспечена мерами пожарной профилактики и активной пожарной защитой. Понятие о пожарной профилактике включает комплекс мероприятий, необходимых для предупреждения возникновения пожара или уменьшения его последствий. Под активной пожарной защитой понимаются меры, обеспечивающие успешную борьбу с возникающими пожарами или взрывоопасными ситуациями.

Профилактические методы борьбы с пожарами на участке ПЭВМ предусматривают:

1. Организационные: правильное содержание помещений, противопожарный инструктаж служащих, издание приказов по вопросам усиления пожарной безопасности и т.д.

2. Технические: соблюдение противопожарных правил, норм при проектировании помещений, при устройстве электропроводов и оборудования, отопления, вентиляции, освещения.

4. Эксплуатационные: своевременные профилактические осмотры, ремонты оборудования.

При проектировании и строительстве зданий и также должны быть соблюдены противопожарные меры:

·   защита деревянных конструкций достигается пропиткой огнезащитными химическими препаратами (например, антипиренами),покрытием огнезащитными красками;

·   для ограничения распространения пожара устраивают противопожарные преграды: стены, перегородки, перекрытия, двери, ворота, люки, окна. Все это должно быть выполнено из несгораемых материалов;

Необходимо предусмотреть безопасную эвакуацию людей на случай возникновения пожара. При пожаре люди должны покинуть помещение в течение минимального времени. В соответствии с СНиП 11-2-80 число эвакуационных выходов из зданий, помещений должно составлять не менее двух.

Для тушения пожаров в машинном зале ВЦ необходимо применять углекислотные и порошковые огнетушители, которые обладают высокой скоростью тушения, большим временем действия, возможностью тушения электроустановок, высокой эффективностью борьбы с огнем.

Исходя из норм пожарной безопасности (см. "Справочник по ТБ" П.А.Долина), для машинного зала ВЦ площадью до 100 м2 (для нашего случая около 40 м2) требуются следующие первичные средства пожаротушения:

·   один углекислотный огнетушитель типа ОУ-5 или ОУ-8, с помощью которого можно тушить загорания различных материалов и установок напряжением до 1000 В;

·   один химпенный (ОХП-10) или воздушно-пенный огнетушитель (ОВП-5 или ОВП-10), с помощью которого можно тушить твердые материалы и горючие жидкости (кроме установок под напряжением);

·   войлок, кошму или асбест (1Х1; 2Х1,5; 2X2 м).

Вместо углекислотного допускается применение порошкового

огнетушителя (например, типа ОК-10).

Помещение машинного зала должно быть оборудовано пожарными извещателями, которые позволяют оповестить дежурный персонал о пожаре.

Пожарные извещатели преобразуют неэлектрические физические величины (излучение тепловой или световой энергии, движение частиц дыма) в электрические, которые в виде сигнала определенной формы направляются по проводам на приемную станцию.

В качестве пожарных извещателей в машинном зале устанавливаются дымовые фотоэлектрические извещатели типа ИДФ-1 или ДИП-1.

Исходя из высоты потолка (4 м) и площади помещения (30-40 м2) по нормам достаточно одного извещателя на машинный зал. Эти устройства характеризуются высокой скоростью и надежностью срабатывания и работают на принципе рассеяния частицами дыма теплового излучения.

Преимуществом извещателей является их безинерционность, большая контролируемая площадь. Недостатком является возможность ложного срабатывания и высокая стоимость.

Чрезвычайной ситуацией, возникающей при работе пользователя на персональной ЭВМ можно и необходимо считать случай «заражения» компьютерным вирусом [24]. Когда вирус только попадает в компьютер, он не заметен. Но через некоторое время, когда он «заразит» собой большое количество программ, он может себя проявить: некоторые программы перестают работать или работают некорректно, исчезают файлы, разрушается их структура, на экран могут выводиться непонятные сообщения, работа компьютера может сильно замедлиться и т.д.

Таким образом, если не предпринимать мер по защите от вируса, то последствия заражения компьютера могут быть очень серьезными. Для защиты от вирусов можно использовать:

- общие средства защиты информации. Которые полезны также и как страховка от физической порчи магнитных дисков, неправильно работающих программ или ошибочных действий пользователей (копирование информации, разграничения доступа);

- профилактические меры, позволяющие уменьшить вероятность заражения вирусом (резидентные программы-фильтры, программы-ревизоры, создание архивных копий, системных дискет и т.д.);

- специализированные программы для защиты от вирусов (программы-детекторы, программы вакцины, программы-доктора, программы-ревизоры, программы-фильтры и т.п.).

2.3.   Анализ факторов, оказывающих вредное воздействие на природу и разработка мер защиты

 

Анализ факторов, оказывающих вредное воздействие на природу и разработка мер защиты приведена согласно [23].

Использование компьютеров требует решения таких важных вопросов, как утилизация отходов (микросхемы с содержанием цветных металлов, платы, дискеты).

При утилизации старых компьютеров происходит их разработка на семь фракций: металлы, пластмассы, штекеры, провода, батареи, стекло. Ни одна деталь не идет для повторного использования, так как нельзя гарантировать их надежность, но в форме вторичного сырья они идут на изготовление новых компьютеров или других устройств.

Подробно рассмотрим несколько примеров переработки отходов вычислительной техники.

Гадолиниево-галлиевые гранаты (ГГГ) используются в производстве компонентов запоминающих устройств. В ходе обработки около 80% исходного материала превращается в отходы или отбраковывается. ГГГ имеют высокую стоимость и их выделение из отходов представляет интерес с экономической точки зрения.

При получении достаточно чистых продуктов возможно повторное их использование в качестве исходного материала. При этом значительно повышается экономичность производства заготовок из ГГГ. Под термином отходы подразумеваются кристаллические остатки (остатки среды для роста кристаллов, части кристаллов, образующиеся на разных стадиях производства), а также мелкий порошок, получающийся при резке, шлифовке, полировке кристаллов граната или подобных материалов.

Переработка этих отходов в течении ряда последних лет вызывает трудности и не решена до сих пор. Все предыдущие попытки были безуспешными из-за низкой растворимости этих сложных оксидов.

Усовершенствованный процесс, разработанный Е.Гуссетом (патент США №4-198231 от 15 апреля 1980 года, фирма «Свисс Алюминиум Лтд.», Швейцария), предназначен для выделения галлия и гадолиния из отходов, содержащих оба эти элемента в виде оксидов или соединений, переводимых в оксиды. Отходы мелко измельчаются и затем растворяются в сильных минеральных кислотах. Гадолиний осаждается из очищенных растворов в виде оксалата, галлий выделяется в металлическом виде электролитически. Электролитическое выделение галлия может проводиться до выделения гадолиния в виде оксалата из раствора.

Рассмотрим прим5ер проведения такого процесса. Отходы подвергаемые переработке, представляют собой остатки загрузки в устройства для роста кристаллов, расколотые части кристаллов со всех стадий переработки, мелкозернистые порошки и пудры после операции резки, шлифовки и полировки гранатов GdGaO. Мелкоизмельченный порошок после обработки кристаллов ГГГ высушивается при 1200С и затем нагревается при 6000С в течении нескольких часов для разложения летучих загрязнений.

Мелкозернистые отходы в количестве 1000 г размером меньше 40 мкм., содержащие 34% галлия и 46% гадолиния кипятятся с обратным холодильником в течении двух часов в 2100 мл 35%-ной соляной кислоты. Это соответствует 99% загрузки. После кипячения не растворившаяся часть отходов отфильтровывается и промывается. После высушивания остаток весит 20 г. Остатки такого типа объединяются и подвергаются повторной обработке кипячением. Фильтрат, включающий промывные воды, объемом 2300 мл, обрабатывается 4000 г металлического галлия при 500С в течении 45 минут. Металл должен быть максимально диспергирован.

В ходе этой операции более благородные элементы, присутствующие в растворе, выделяются и частично растворяются в галлии до его насыщения и далее охлаждаются в виде интерметаллических включений или в элементарной форме. Высаживания можно проводить с меньшим количеством галлия. Металл может переодически заменяться на новую порцию до достижения необходимой степени очистки. В результате процесса очистки получается раствор с содержанием галлия 140 г/л и гадолиния 190 г/л.

Устанавливается величина рН=1 путем добавления 900 мл 4%-ного раствора перекиси водорода для окисления примесей железа. Осаждение гадолиния проводится при 500С путем добавления 1500г кристаллической технической щавельной кислоты COH*2HO; суспензия аккуратно перемешивается12 часов для повторного осаждения в виде оксалата гадолиния.

Оксалат гадолиния Gd(CO)*10HO отделяется центрифугованием, промывается 20 мл разбавленной щавельной кислоты (6 г/л) и высушивается при 1300С; превращение в оксид гадолиния достигается прокаливанием при 8000С. Последующая очистка может проводиться растворением в кислоте и осаждением в виде окасалата гадолиния. К жидкости после центрифугования и промывки осадка (3300 мл) добавляют 2300 г КОН при интенсивном перемешивании до рН=12,6000 мл раствора с содержанием галлия 55 г/л и гадолиния 1 г/л подвергается электролизу при 600С с использованием катода из нержавеющей сталии и графитового анода при плотности тока около 0,1 А/кв.см. После 48 часов осаждается 325 г галлия и остается раствор с содержанием 0,4 г/л, не подвергаемый дальнейшей переработке. Осажденный металл имеет чистоту 99,99% и может быть непосредственно превращен в оксид.

При эксплуатации персонального компьютера расходуются следующие ресурсы:

- электроэнергия;

- бумага для принтера;

- картриджи с красящей лентой.

Для рационального использования электроэнергии не следует оставлять включенным компьютер и принтер, если они не нужны в настоящее время. Печатать можно с двух сторон. Расходы на бумагу вряд ли удастся сократить вдвое, однако экономия будет весьма существенной. Проблему с утилизацией бумажных отходов может решить вторичная переработка.

Для повторного использования картриджей с красящей лентой необходимо купить устройство для пропитки лент и тогда картриджи можно будет использовать 20-40 раз.

Современная технология изготовления элементов средств вычислительной техники (СВТ) позволяет достичь очень низкого уровня отказов элементов во время эксплуатации ( приблизительно 1000000 ч/отказ). В связи с этим отпадает необходимость проведения ремонтных работ на месте эксплуатации современных средств вычислительной техники и как следствие не образуются отходы (неисправные микросхемы), содержащие драгоценные и редкоземельные металлы. Естественно, в сервисных центрах, специализирующихся на ремонте и техническом обслуживании СВТ, должен быть организован сбор и учет материалов, содержащих ценные металлы, с последующей обработкой этих материалов на специализированных заводах с целью из извлечения. В связи с тем, что отечественное производство современных компонентов информационных технологий находится в сегодняшние дни только в зачаточном состоянии, СВТ состоят из парка импортных машин и оборудования. Из-за отсутствии информации о содержании драгоценных металлов в элементах оборудования, строгий учет не представляется возможным и должен быть возложен на специалистов экспортных фирм. При работе в условиях рыночной экономики предприятия должны быть сами заинтересованы во вторичной переработке, содержащих драгоценные металлы узлов и элементов при условии невозможности их использования.

Суммарная масса драгоценных металлов в компьютере типа IBM PC/XT, используемом в разработке данного дипломного проекта составляет: золото - 0,22968 г; серебро - 5, 091336 г.

Технологический процесс извлечения драгоценных металлов из печатных плат осуществляется по следующей схеме. Печатные платы сортируются по преобладанию в них количества драгоценных металлов, дробятся и измельчаются, обжигаются и плавятся. В процессе обжига перолитическому разложению подвергается пластмассовая основа, а основа драгоценных металлов в виде металлических остатков восстанавливается до оксидов. Металлический остаток измельчается, гранулируется , проходит магнитную сепарацию и происходит отделение магнитных от немагнитных частиц. Полученный таким образом порошок, разделенный по видам драгоценных металлов, в виде гранул расплавляется в индукционных плавильных печах с последующим разделением каждого металла в отдельности.









































3.Организационно-экономический раздел

 

Планирование разработки программного продукта и расчет технико-экономических показателей и эффективности проекта выполнен согласно [25].

3.1. Планирование разработки программного продукта

Затраты времени на разработку программных средств (ПС) вычислительной техники (ВТ) определяются следующим образом:

Определяется объем ПС ВТ (в тыс. условных команд) [9]. Он равен примерно 5. Рассчитывается общий объем разрабатываемого ПО ВТ (V0) по формуле:

V0 = å Vi (3.1)

 

где Vi - объем функций ПС ВТ;

N - общее количество функций ПС ВТ.

Определяется группа сложности разрабатываемого ПО. Так как разработанная программа имеет мощный интеллектуальный языковый интерфейс высокого уровня с пользователем и режим работы в реальном времени, то она относится к 1 группе сложности.

Определяется значение коэффициента, учитывающего уровень повышения сложности ПС ВТ (Ki). Он равен 0,12, так как у ПС ВТ имеется одновременно несколько характеристик.

Определяется дополнительный коэффициент сложности ПС ВТ (Kсл) по формуле:

Kсл = 1 + å Ki (3.2)

 

где n - количество дополнительно учитываемых характеристик ПС ВТ.

Kсл = 1 + 2 * 0,12 = 1,24.

Определяются затраты труда на разработку ПС ВТ (Tр). Для 1-ой группы сложности и объема в 5 тыс. команд они равны 1015 чел.-дней.

Рассчитывается общая трудоемкость (T0) разработки ПС ВТ по формуле:

Т0 = Kсл*Tp (3.3)

Т0 = 1258,6 чел.-дней.

Определяется удельный вес трудоемкости i-ой стадии разработки (Li):

ТЗ = 0,1

ЭП = 0,08

ТП = 0,09

РП = 0,58

ВН = 0,15

Определяется значение поправочного коэффициента (Kн) - он равен 0,7.

Определяется значение коэффициента (Kт) - он равен 0,7.

Рассчитывается трудоемкость каждой операции ( Т ) разработки ПС ВТ по формулам:

T1 = L1 Kн Т0 = 0,1*0,7*1258,6 = 88,102 чел.-дней.

T2 = L2 Kн Т0 = 0,08*0,7*1258,6 = 70,48 чел.-дней.

T3 = L3 Kн Т0 = 0,09*0,7*1258,6 = 79,29 чел.-дней.

T4 = L4 Kн Kт Т0 = 0,58*0,7*0,7*1258,6 = 357,69 чел.-дней.

T5 = L5 Kн Т0 = 0,1*0,15*1258,6 = 18,88 чел.-дней.

 

Определение трудоемкости на изготовление и сопровождение ПС ВТ.

При разработке ИАС, как правило, пользуются услугами сторонних организаций. Поэтому при планировании стадий разработки ИАС необходимо определить продолжительность следующих работ, выполняемых организациями-изготовителями ПС ВТ:

формирование и ведение фонда ПС ВТ (приемка и освоение опытного образца ПС ВТ (ОПС ВТ); ведение фонда программ, документации, методических материалов).

постановка ПС ВТ на производство (проверка и оценка ОПС ВТ; корректировка ПС ВТ; подготовка ПС ВТ к сопровождению; формирование эталона ПС ВТ; включение эталона ПС ВТ в фонд).

изготовление ПС ВТ (изготовление программ и контроль комплекта поставки программной части ПС ВТ; изготовление технической документации).

сопровождение ПС ВТ у пользователя.

оказание научно-технических услуг по ПС ВТ на контрольных задачах пользователей; ввод поставленных ПС ВТ в эксплуатацию на реальных задачах пользователя: настройка поставленных ПС ВТ на параметры задач пользователя без внесения изменений; генерация корректных вариантов ПС из дистрибутива под параметры системы обработки информации (СОИ) или ЭВМ; комплексирование ПС ВТ с другими, входящими в СОИ без внесения изменений в ПС ВТ; доработка ПС ВТ без создания дополнительных модулей и значительных изменений функциональных возможностей ПС ВТ; разработка дополнительных модулей к ПС ВТ; разработка новых тестов, позволяющих моделировать ситуации возникновения ошибок в условиях пользователя; тестирование поставленных ПС ВТ, устранение ошибок; сопровождение поставленных ПС ВТ в послегарантийный период; передача ПС ВТ в аренду.

оказание научно-технических услуг по объектам внедрения ПС ВТ (выбор ПС ВТ, позволяющих реализовать необходимые функции, определение возможностей применения ПС ВТ в конкретных условиях; разработка рекомендаций по доработке ПС ВТ и развитию СОИ; организационно-техническое проектирование технологических процессов обработки информации и процессов разработки сопровождения ПС ВТ ).

Определение нормы времени на приемку и освоение ОПС ВТ (Нвр.ос.). Объем документации составляет около 3 - 4 тыс. строк, поэтому она равна 38.

Определение коэффициента, учитывающего уровень повышения сложности (Ксл); он равен для 1 расширения - 0,18; для второго - 0,20.

Рассчитываем коэффициент, учитывающий сложность ПС ВТ по формуле:

Kсл = 1 + å Kслi (3.4)

 

где m - количество показателей повышения сложности для конкретного ПС ВТ.

Kсл = 1 + 0,18 + 0,20 = 1,28.

Определим поправочный коэффициент, учитывающий наличие в фонде аналогов ПС ВТ (Kан). Если есть, то он равен 1, иначе - 1,25. Kан=1.

Определим трудоемкость приемки и освоения ОПС ВТ (Тос) по формуле:

Тос = Kсл Kан Нвр.ос. (3.5)

Тос = 1,28*1*38 = 48,64 .

Определим норму времени на ведение фонда на одно ПС ВТ в год Нвр.вф. по формуле:

Нвр.вф. = 0,51 Нвр.ос. (3.6)

Нвр.вф. = 19,38.

Определим трудоемкость ведения фонда на одно ПС ВТ по формуле:

Твф = 0,8 Kсл Нвр.вф. (3.7)

 

где 0,8 - коэффициент, понижающий влияние сложности ПС ВТ на трудоемкость ведения фонда.

Твф = 19,84 чел.-дней.

Определим трудоемкость ведения фонда программы ПС ВТ на одно пакетовнедрение Твф по формуле:

Твф = Твф /n (3.8)

где n - среднее количество пакетовнедрений в год для одного ПС ВТ (среднее n = 4).

Твф = Твф /4 = 4,96 чел.-дней.

Определим норму времени на проверку и оценку ОПС ВТ Нвр.пр. по формуле:

Нвр.пр. = Нвр.ос. (3.9)

Нвр.пр. = 38

Трудоемкость включения эталона ПС в фонд Твк (аттестация ПС ВТ, принятие решения о поставке) можно принять равным 5 чел.-дням.

Трудоемкость изготовления и контроля комплекта поставки программной части ПС ВТ на магнитном носителе можно принять равным 1 чел.-день.

Определим норму времени на изготовление технической документации полиграфическим способом Нвр.ид.. Она равна 3,1. Трудоемкость изготовления технической документации Тид = Нвр.ид..

Определим норму времени на формирование эталона ПС ВТ Нвр.фэ. по формуле:

Нвр.фэ. = 0,5 Нвр.ос. (3.15)

Нвр.пс. = 19

Определим трудоемкость формирования эталона ОПС ВТ Тфэ по формуле:

Тфэ = Kсл Нвр.фэ. (3.16)

Тфэ = 1,28*19 = 24,32 чел.-дней.

Трудоемкость ввода поставленных ПС ВТ в эксплуатацию Твв на реальных задачах пользователя рассчитывается по формуле:

Твв = Кхв Ксл Нвр.вв. (3.22)

где Нвр.вв. - норма времени на ввод поставленных ПС ВТ в эксплуатацию на реальных задачах пользователя; Нвр.вв. = 42-67,2 в зависимости от изменения объема программы от 1 до 190 ТУМ.

Твв = 69,88 чел.-дней.

Трудоемкость комплексирования ПС ВТ (оценка соответствия функциональных характеристик ПС ВТ требованиям к обработке данных, рекомендации по созданию программных средств сопряжения) определяют по формуле:

Ткм = Кхв Нвр.км. (3.23)

где Нвр.км. - норма времени на комплексирование ПС ВТ с другими программными средствами; Нвр.км. = 45-72 в зависимости от изменения объема программы от 1 до 190 ТУМ.

Ткм = 58,5 чел.-дней.

Определяем норму времени на доработку программных средств без создания дополнительных модулей Нвр.др. . Она равна 20. Трудоемкость доработок определяем по формуле:

Тдр = Ксл Нвр.др. (3.24)

Тдр = 25,6 чел.-дней.

Трудоемкость изготовления технической документации на МН определяется по формуле:

 

Тдм = 2,17 Тид (3.17)

Тдм = 6,727 чел.-дней.

Трудоемкость изменения эталона ПС ВТ Тиэ определяется по формуле:

Тиэ = 0,4 Ксл Тфэ (3.18)

Тиэ = 0,4*1,28*24,32 = 12,45 чел.-дней.

Трудоемкость поставки ПС ВТ Топ можно принять в пределах от 2 до 10.

Трудоемкость проверки функционирования поставленных ПС ВТ на контрольных задачах пользователя Тпф рассчитывается по формуле:

Тпф = Кхв Нвр.пф. (3.19)

 

где Кхв - коэффициент, учитывающий характер внедрения ПС ВТ. Для комплекса взаимосвязанных ПС ВТ он равен 1,3.

Пвр.пф. - норма времени на проверку функционирования поставленных ПС ВТ на контрольных задачах пользователя. Пвр.пф. = 8 - 13 при изменении объема программы от 1 до 190 ТУМ.

Тпф = 10,4 чел.-дней.

Трудоемкость настройки поставленных ПС ВТ на параметры задач пользователя Тнп рассчитывается по формуле:

Тнп = Кхв Ксл Нвр.нп. (3.20)

где Нвр.нп. - норма времени на настройку поставленных ПС ВТ на параметры задач пользователя; Нвр.нп. = 25-40 в зависимости от изменения объема программы от 1 до 190 ТУМ.

Тнп = 1,3*1,28*25 = 41,6 чел.-дней.

Трудоемкость генерации конкретных вариантов ПС ВТ Тгв рассчитывается по формуле:

Тгв = Кхв Ксл Нвр.гв. (3.21)

где Нвр.гв. - норма времени на генерацию конкретных вариантов ПС ВТ; Нвр.гв. = 36,4-58,24 в зависимости от изменения объема программы от 1 до 190 ТУМ.

Тгв = 60,57 чел.-дней.

Нвр.пр = 0,16*Нвр.ос

Нвр.пр = 6,08


Определим трудоемкость проверки и оценки ОПС ВТ Тпр по формуле:

Тпр = Kсл Нвр.пр. (3.10)

Тпр = 7,78 чел.-дней.

Определим норму времени на анализ ОПС ВТ Нвр.ан. по формуле:

Нвр.ан. = 0,58 Нвр.ос. (3.11)

Нвр.пр. = 22,04

Определим трудоемкость анализа ОПС ВТ Тан по формуле:

Тан = Kсл Нвр.ан. (3.12)

Тан = 28,21 чел.-дней.

Определим норму времени на подготовку ПС ВТ Нвр.пс. к сопровождению по формуле:

Нвр.пс. = Kсл Kан Нвр.ос. (3.13)

Нвр.пс. = 1,28*1*38 = 48,64

Определим трудоемкость анализа ОПС ВТ Тос по формуле:

Тос = Нвр.ос. (3.14)

Трудоемкость разработки дополнительных модулей ПС ВТ рассчитывается по формуле:

Трд = Нвр.рд. (3.25)

где Нвр.рд. - норма времени на разработку дополнительных модулей; Нвр.рд. = 45.

Определяем коэффициент, учитывающий полноту тестирования Кте; он равен 1,0.

Определяем норму времени на разработку новых тестов для условий пользователя по формуле:

Нвр.тс.= Ксл Нвр.ан. (3.26)

Нвр.тс.= 1,28*22,04 = 28,21.

Рассчитаем трудоемкость разработки новых тестов для условий пользователя по формуле:

 

Ттс = Кхв Кте Нвр.тс. (3.27)

Ттс = 19,55 чел.-дней.

Трудоемкость сопровождения поставленных ПС ВТ в послегарантийный период Тпг рассчитывается по формуле:

Тпг = 0,2(Тан +Ткр)+ Тп +Тиэ (3.28)

Тпг = 22,137 чел.-дней.

Трудоемкость передачи ПС ВТ в аренду Тпа равняется Нвр.па. , которая рассчитывается по формуле:

Нвр.па. = 0,3 Кхв Нвр.пф. (3.29)

Нвр.па. = 3,12.

Трудоемкость выбора программных средств, позволяющих реализовать необходимые пользователю функции Тпв рассчитывается по формуле:

Твп = Кхв Нвр.вп. (3.30)

где Нвр.вп. - норма времени выбора программных средств, позволяющих реализовать необходимые пользователю функции; Нвр.вп. = 2 чел.-дня.

Твп = 2,6 чел.-дней.

Трудоемкость разработки рекомендаций по доработке ПС ВТ Трр равняется норме времени на разработку рекомендаций по доработке, которая рассчитывается по формуле:

Нвр.рр. = Ксл Нвр.ан. (3.31)

Нвр.рр. = 28,21.

Трудоемкость оргтехпроектирования технологических процессов (анализ характеристик и производственных условий разработки, изготовления и сопровождения ПС ВТ у пользователя; анализ уровня подготовки специалистов; оценка необходимости проведения обучения работе по утвержденной технологии) рассчитывают по формуле:

Тот = Кхт Нвр.от. (3.32)

где Кхт - коэффициент, учитывающий количество поставляемых техпроцессов; он равен 1.

Нвр.от. - норма времени на оргтехпроектирование технологических процессов; равна 60.

Тот = 60 чел.-дней.

Определение количества специалистов или сроков, необходимых для реализации стадий разработки ПС ВТ.

Исходя из трудоемкости стадий разработки ПС ВТ надо оценить количество специалистов или сроки, необходимые для реализации стадий разработки ПС ВТ. Данная оценка производиться в условиях одного из двух ограничений:

— задано (ограниченно) число разработчиков на каждой стадии ПС ВТ;

— заданы сроки реализации стадий разработки ПС ВТ.

(3.33)




где t - время, необходимое для реализации ПС ВТ, год;

Ni - количество разработчиков, принимающих участие в разработке ПС ВТ на i-ой стадии;

Ф - фонд времени одного разработчика в течении года, дней;

Ti - трудоемкость разработки i-ой стадии, чел.-дни.

суммарная трудоемкость составила 614,44 чел.-дней. Значит, срок разработки составляет 2,4 года, если фонд времени одного разработчика в течении года составит 255 дней.

Определение затрат на разработку ПС ВТ.

Затраты (в руб.) на непосредственную разработку ПС можно определить по формуле:

(3.34)




где З - среднедневная заработная плата, руб;

W - количество разработчиков, чел;

t - время, необходимое для разработки, дней.

Так как стипендия у студентов на сегодняшний день составляет примерно 140 руб. в месяц, то в день студент получает в среднем 6,3 руб. Тогда

С = 6,3 * 1* 2,4*255 = 3855,6 руб.


План-график

Рис. 3.1.



3.2. Расчет технико-экономических показателей и эффективности проекта

Проведение лабораторных работ может проходить и без разрабатываемого программного обеспечения, но с помощью данной программы можно сэкономить много времени в проведении лабораторных работ, а также заинтересовать студентов.

Затраты на проведение лабораторных работ без использования этого программного обеспечения можно оценить по следующим показателям:

— время проведения работы

— затраты на проведение работы за это время (зарплата преподавателя и лаборанта).

Средняя заработная плата преподавателя составляет примерно 700 руб., а лаборанта - 400 руб. Соответственно, почасовая оплата составляет для преподавателя 4,3 руб., для лаборанта – 2,35 руб. Лабораторная работа по времени занимает 4 часа, соответственно суммарная заработная плата составит 27,2 руб.

При использовании программы снижается время проведения работы до 2,5 часов, за счет того, что ЭВМ считает формулы во много раз быстрее, чем человек, соответственно суммарная заработная плата составит 17 руб.

Эффективность проекта можно подсчитать по следующей формуле:

Э = ( С1 - С2 )*N - 0,3*Cр (3.35)

где С1, С2 - себестоимость проведения лабораторных работ по обоим вариантам, руб;

N - количество лабораторных работ;

Cр - затраты на разработку ПО, руб.

Э = ( 27.2 – 17) * 120 - 0,3 * 3855,6 = 68 руб.

Таблица 3.1

Сводная таблица

Затраты по базовому варианту, руб

27,2

Затраты по проектному варианту, руб

17

Экономический эффект, руб

68

Себестоимость разработки, руб

3855,6

















4. НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ РАЗДЕЛ

 

При разработке методических указаний учитывались следующие требования:

·   информация, содержащаяся в методических указаниях, должна быть наиболее полной и понятной;

·   прочитав методические указания, студент должен получить информацию о правилах выполнения лабораторной работы, о целях и задачах лабораторной работы, получить теоретические сведения о методах расчета, узнать методику проведения расчетов и правилах работы с разработанным программным обеспечением;

·   методические указания должны иметь контрольные вопросы для самоподготовки студентов перед проведением лабораторной работы.

 

Теоретические сведения приведены согласно [1 – 6].

Учитывая выше изложенные требования, методические указания были разбиты на два основных раздела:

·   теоретический раздел, где были изложены правила выполнения, цели, задачи проводимой лабораторной работы, теоретические сведения о методах динамического программирования и наискорейшего спуска и о алгоритме проведения расчетов по этим методам.

·   руководство пользователя программой «ОПТИМИЗАЦИЯ» версии 2.0, где изложена подробная пошаговая инструкция работы с программой.

В результате методические указания приняли изложенный ниже вид.

4.1. Общие сведения

Описываемая ниже лабораторная работа входит в первую часть лабораторного практикума по дисциплинам «Основы теории надежности» и «Инженерные методы расчета надежности».

Лабораторная работа выполняется в дисплейном классе с использованием ПЭВМ.

4.2. Правила выполнения лабораторной работы

 

1. При подготовке к выполнению лабораторной работы студентам следует:

·   Изучить теоретические вопросы, изложенные в методических указаниях;

·   Ознакомиться с техникой безопасности при работе в дисплейном классе;

·   Получить у преподавателя задание на выполнение лабораторной работы, которое выдается после проверки теоретической подготовки студента.

2. Лабораторные работы выполняются в соответствии с описанием и инструкцией пользователя.

3. Результаты расчетов утверждается преподавателем.

4. Категорически запрещается использование клавиш ПЭВМ, нажатие которых не предусмотрено в инструкции пользователя.

 

 

4.3. Цели лабораторной работы

 

Проводимая лабораторная работа предусматривает следующие цели:

·   Закрепление полученных теоретических знаний по методам оптимизации структуры РЭС.

·   Выработка навыков оптимизации структуры РЭС по критериям надежности и стоимости с помощью системы автоматизированного проектирования.

4.4. Задача лабораторной работы

 

С помощью подсистемы автоматизированного проектирования оптимизировать структуру РЭС методом наискорейшего спуска (подъема) по критерию надежности при заданных ограничениях стоимости РЭС или по критерию стоимости при заданном ограничении на вероятность безотказной работы РЭС на фиксированном интервале времени (0, t) или методом динамического программирования по критерию вероятности отказа при заданном ограничении на стоимость и вес системы. Исходные данные получить у преподавателя.

4.5. Теоретические сведения

 

При резервировании приходится решать задачу не только обеспечения заданных КПН, но и одновременно решать задачу оптимизации других показателей качества РЭС (суммарных затрат на резервные элементы, массы, габаритов, потребляемой мощности и т.д.).

Пр решении задачи оптимизации выбирается критерий оптимальности или показатель качества РЭС:

(4.1)

где Ki – i = 1, m – единичные показатели качества РЭС (масса, габариты, стоимость, показатели безотказности и т.д.).

Часто или (и) Кi называют целевой функцией или функцией качества.

Каждый из единичных показателей Кi является функцией первичных параметров РЭС (параметров схемы, конструкции, параметров исходных материалов и т.п.).

Оптимизация РЭС, проводимая на основе вектора , называется векторной (многокритериальной) оптимизацией.

Скалярная оптимизация осуществляется по одному критерию качества Кi , при этом остальные критерии качества выводятся в разряд ограничений:

(4.2)

 

где Gj – область допустимых значений критерия качества Кi.

Выражение (4.2) показывает, что параметры РЭС могут изменяться лишь в определенных пределах. В этом случае задача оптимизации решается с помощью условного экстремума целевой функции при наличии ограничений, наложенных на ее переменные в виде условий ограничений (4.2).

В данной лабораторной работе для оптимизации структуры РЭС с ограничениями используется метод наискорейшего спуска (МНС), относящийся к градиентным методам оптимизации, или метод динамического программирования.

В методе наискорейшего спуска, как и во всех численных методах, осуществляется многократный переход от начальной точки к точке экстремума функции. Методы организации движения к точке экстремума можно разделить на две группы: регулярного и случайного поиска.

При регулярном поиске переход из одной точки движения к экстремуму Sj – 1 в другую Sj на j –ом шаге может быть выражена равенством:

(4.3)

 

где - параметр шага, скалярная величина, определяющая величину j шага;

l j - вектор, задающий направление движения.

 

При использовании градиентных методов оптимизации направление движения к точке экстремума определяется мгновенным направлением градиента функции.

Градиентом функции в точке j называется вектор , направленный по нормали к поверхности уровня , и указывающий направление наиболее быстрого роста функции (т.е. направление наибольшей производной по направлению). Антиградиент указывает направление наибольшего убывания функции.

МНС предусматривает на каждом шаге изменение не только направления движения (по градиенту или антиградиенту), но и изменение параметра шага, который находится из условия касания линии градиента очередного уровня функции. Число шагов при использовании МНС обычно меньше, чем в случае применения градиентных методов с постоянным или переменным параметром шага, т.е. метод является более эффективным.

Сущность МНС минимизации функции заключается в следующем:

·   Определяется градиент функции в начальной точке ;

·   Осуществляется движение по градиенту (или антиградиенту), пока не достигнет максимума (или минимума) на уровне ;

·   Определяется новое направление градиента (или антиградиента) и осуществляется движение по новому направлению до достижения max (или min) на новом уровне .

Такое движение продолжается до выполнения окончания поиска.

Данная программа позволяет оптимизировать структуру РЭС:

·   При обеспечении максимально возможной вероятности безотказной работы Pmax(0, t) при заданных затратах на резервные элементы Сзад;

·   При минимальных затратах на резервные элементы Сmin с обеспечением вероятности безотказной работы P(0, t) ³ Pзад.

Рассмотрим первую задачу. Требуется определить оптимальное число резервных элементов при постоянном нагруженном резервировании, обеспечивающем P(0, t) = max при условии С < Сзад.

Процесс создание оптимальной структуры РЭС является многошаговым. Исходной структурой является последовательная структура нерезервированного РЭС. Рассчитываются исходные характеристики: P0(0, t) и С0.

(4.4)

 

где N – число элементов нерезервированного РЭС:

Pi(0, t) – вероятность безотказной работы i – го элемента.

(4.5)

 

где Сi – стоимость i – го элемента.

На первом шаге определяется элемент, включение резервного к которому дает максимальный выигрыш по надежности на единицу стоимости. Для этого для каждого элемента вычисляется относительное приращение P(0, t) на единицу стоимости:

(4.6)

 

где P0(0, t) – вероятность безотказной работы исходной структуры;

P0(0, t) – вероятность безотказной работы после добавления резервного элемента;

Сiстоимость резервного элемента.

 

За исходную структуру на втором шаге принимается оптимальная структура первого шага, для которой определяется P1(0, t) – вероятность безотказной работы РЭС на первом шаге. Рассчитывается стоимость такой структуры С1, которая сравнивается с заданной. Если С1 < Cзад, то процесс нахождения оптимальной структуры продолжается.

На втором шаге рассчитываются показатели:

(4.7)

где P(0, t) – вероятность безотказной работы РЭС на втором шаге после добавления резервного элемента.

Резервный элемент подключается к элементу, для которого gi = max. Рассчитываются P2(0, t) и С2. Если С1 < Cзад, то процесс поиска оптимальной структуры продолжается до тех пор, пока С будет меньше Сзад. Если С ³ Сзад, то процесс оптимизации завершается.

(4.8)

где N – количество элементов нерезервированного РЭС;

Сi – стоимость iго элемента;

ni – количество i – х элементов.

Аналогично происходит процесс оптимизации структуры РЭС при ограничениях на вероятность безотказной работы. В этом случае процесс заканчивается, когда P(0, t) ³ Pзад(0, t).

Применительно к задаче оптимального резервирования метод динамического программирования сводится к отысканию доминирующей последовательности решений, т.е. последовательности векторов состава системы, включающих все множество оптимальных решений.

Будем говорить, что один состав системы, представляющий собой некоторую комбинацию расположения резервных элементов, доминирует над другим, если для одного и того же уровня надежности обеспечение этого состава связано с наименьшими затратами.


, j=1,2,...,r. (4.9)

Так, например, может требоваться, чтобы полный вес системы не превышал некоторой заданной величины С1, полный объем - величины С2, а полная стоимость в долларах - величины С3.

Каждый элемент i - го типа характеризуется вероятностью безотказной работы pi независимо от того, работают или не работают другие элементы системы. Таким образом, надежность системы P(n), где n = (n1,...,nk), определяется как

P(n) =, (4.10)

где qi = 1 - pi.

Наша задача состоит в нахождении такого вектора n, компонентами которого являются положительные числа, чтобы максимизировать функцию P(n) при выполнении условий (4.9).

 
Доминирование

Пусть cj(n) =ni - суммарные затраты j - го типа на систему в целом, если резервируемая система характеризуется вектором n. Далее будем говорить, что n1 доминирует n2, если сj(n1) cj(n2), j=1,…,r, в то время как P(n1) ³ P(n2). Если при этом, по крайней мере, одно из неравенств является строгим, то будем говорить, что n1 строго доминирует n2. Последовательность S, состоящая из векторов nh, h = 1,2,..., удовлетворяющих условиям (9), будет называться доминирующей последовательностью, если ни один из векторов nh не доминируется строго никаким другим вектором.

Ясно, что для решения нашей задачи нам необходимо рассмотреть лишь члены доминирующей последовательности S.

Процесс построения доминирующей последовательности для системы, из двух подсистем

Чтобы построить доминирующую последовательность для системы, состоящей только из двух подсистем 1 и 2, составим следующую таблицу с двумя входами: в клетке таблицы, стоящей на пересечении строки n1 и столбца n2 , содержится вектор


где

сj(n1, n2) = c1j n1 + c1jn2, j = 1,...r,

и

Q(n1, n2) = 1 - (1 - ) (1 - ).

Этот вектор содержит информацию о ненадежности и о затратах на систему, имеющих место в случае, если в системе использовано n1 элементов типа 1 и n2 элементов типа 2. В таблицу включаются лишь такие векторы, которые удовлетворяют условиям (4.9). Затем исключаем из таблицы все доминируемые векторы, т.е. такие векторы, для которых в таблице существует по крайней мере один доминирующий их вектор. Оставшиеся после указанной операции исключения векторы составляют доминирующую последовательность. Для уяснения этого процесса ниже будет приведен численный пример.

Далее покажем, что доминирующая последовательность для системы, состоящей из s подсистем, может быть построена на основании доминирующей последовательности для части той же системы, состоящей из s -1 подсистем. Тем самым по индукции доказывается существование доминирующей последовательности для системы, состоящей из произвольного количества подсистем. Процесс состоит в следующем: сначала строится доминирующая последовательность для подсистем 1 и 2 , затем, оперируя результирующей доминирующей последовательностью для этих подсистем и характеристиками подсистемы 3, строится доминирующая последовательность для части системы, состоящей из подсистем 1,2 и 3, и так далее до тех пор, пока не будет построена доминирующая последовательность для всей системы в целом.

Процесс для системы, состоящей из s подсистем

Построим таблицу, в которой строка ns соответствует ns элементам типа s, а h-й столбец соответствует вектору nh, который является h-м членом доминирующей последовательности для первых s - 1 подсистем. На пересечении столбца h и строки ns стоит вектор ,т.е. вектор ненадежности и затрат на систему, если последняя характеризуется вектором (nh ,ns). Заметим, что и в общем случае cj(nh ,ns) = cj(nh) + csjns, j = 1,..., r, и

Q(nh ,ns) = 1 - (1-).

В таблицу включаются лишь векторы, удовлетворяющие ограничивающим условиям, причем исключаются все строго доминируемые векторы. Оставшиеся в таблице векторы образуют , как это мы докажем в теореме 1, доминирующую последовательность для подсистем 1,2,...,s.

Теорема 1. Векторы, которые остаются строго недоминируемыми в описанной выше таблице, образуют доминирующую последовательность для системы из s подсистем.

Д о к а з а т е л ь с т в о. Нам нужно доказать два утверждения: 1) векторы, получаемые при помощи указанного процесса, включают в себя все строго недоминируемые векторы и 2) каждый из векторов, получаемых с использованием этого процесса, является строго недоминируемым.

Первое утверждение докажем по индукции. Вначале заметим, что для системы, состоящей из единственной подсистемы, все векторы являются строго недоминируемыми. Предположим теперь, что векторы, полученные при помощи нашего процесса для системы из j подсистем j = 1,2,..., s - 1, включают все строго недоминируемые векторы, удовлетворяющие условию (9). Рассмотрим произвольный вектор n = (n1,...,ns) , удовлетворяющий условию (9). Тогда по индукции вектор (n1,...,ns-1) доминируется некоторыми недоминируемыми векторами (n*1,...,n*s-1), полученными в результате того же процесса. Таким образом, по определению

Q (n1,...,ns-1)Q (n*1,...,n*s-1)

cj (n1,...,ns-1) cj (n*1,...,n*s-1)

j = 1,...,r.

 

Отсюда следует, что


Q (n)= 1 - P(n1,...,ns-1) P(ns) 1 - P(n*1,...,n*s-1) P(n*s) = Q (n*),

где

n*s= ns,

и что

cj (n)= cj (n1,...,ns-1) + cj (ns) cj(n*1,...,n*s-1) + cj (n*s) = cj(n*) , j = 1,..., r,

т.е., что вектор n доминируется вектором n*. С другой стороны, вектор n* , принадлежа указанной таблице, сам доминируется вектором, полученным при помощи нашего процесса. Итак, доказано, что всякий вектор, удовлетворяющий условию (9), доминируется некоторым вектором, полученным на основании описанного выше процесса. Следовательно, доказательство первого утверждения завершено.

Для доказательства второго утверждения предположим , что n0 есть некоторый вектор, полученный при помощи нашего процесса. Если n0 строго доминируется каким-либо вектором, удовлетворяющим условию (9), он должен в то же время строго доминироваться некоторыми недоминируемыми векторами, также удовлетворяющими условию (9). Но мы только что доказали, что все недоминируемые векторы , удовлетворяющие условию (9), получаются в процессе применения нашего процесса. Таким образом, вектор n0 строго доминируется, например, вектором n1 , также получаемым нашим процессом. В результате получено противоречие, поскольку никакой вектор, получаемый при помощи описанного ранее процесса, не может доминировать какой-либо другой вектор, полученный этим же процессом. Тем самым доказано второе утверждение.

 
Приближения

При практических использованиях описанного процесса построения доминирующей последовательности можно обычно сделать следующее допущение. Вместо использования выражения

Q (n1, n2) = 1- (1-) ( 1- )= + -,

можно, пренебрегая произведением в последнем равенстве, использовать выражение

Q (n1, n2) +.

Аналогичным образом для системы, состоящей из s подсистем, можно приближенно записать

Q (n1, ns) Q (n) + qs, (4.11)

где n = (n1,...,ns-1).

Использование данного приближения для случая r = 1 приводит к ошибке в достигаемой надежности системы P, не превышающей величины Q2 (здесь Q = 1 - P).

Во всех применениях описанной процедуры оптимального распределения резервных элементов будем в дальнейшем использовать приближенное выражение (4.11).

Еще одно приближение позволяет уменьшить длину доминирующей последовательности. При сравнении пары векторов в таблице можно ввести в рассмотрение допустимую погрешность j по стоимости j-го типа, а также допустимую погрешность q по ненадежности. Теперь, если какие-нибудь два вектора два вектора в таблице отличаются друг от друга по затратам j-го типа на величину j или менее, то по этому типу затрат они считаются идентичными. (То же относится и к векторам, отличающимся друг от друга по ненадежности на величину q или менее). В результате длина каждой доминирующей последовательности уменьшается. Некоторые задачи, которые практически не могут быть решены из-за огромных по своей длине доминирующих последовательностей, иногда удается приближенно решить, вводя допустимые погрешности по одному или более факторам. Сначала следует попытаться решить требуемую задачу точными методами. Затем, если доминирующие последовательности оказываются слишком длинными для того, чтобы получить решение без соответствующих затруднений вычислительного характера, вводится незначительная допустимая погрешность по ненадежности. Если и после этого доминирующая последовательность остается слишком длинной, можно либо увеличить допустимую погрешность q, либо ввести дополнительные погрешности j по некоторым типам затрат. Подобное увеличение допустимых погрешностей или увеличение их количества продолжается до тех пор, пока не будет достигнуто искомое решение.

Начальные значения ni

Как будет показано ниже, размеры доминирующих последовательностей определяют масштабы задачи, которая может быть решена на вычислительной машине, а также время, необходимое для получения решения. Поэтому крайне важно стремиться сделать длины доминирующих последовательностей как можно более короткими. Одним из способов уменьшения длины доминирующих последовательностей является использование наибольших значений ni , какие только возможно подыскать.

Метод нахождения таких наибольших начальных значений заключатся в следующем:

1) Будем прибавлять по одному элементу каждого типа до тех пор, пока, наконец, при прибавлении очередного элемента не произойдет нарушение хотя бы одного из ограничений.

2) Вычислим значение надежности P для построенной таким образом системы.

3) Из выражения

P1- (4.12)

определим n0i - минимальное количество элементов i-го типа, необходимых для достижения надежности, равной P или более. Ясно, что искомое решение задачи оптимального резервирования будет достигаться для величин ni , которые по крайней мере не меньше полученных величин n0i.

4) Таким образом, в качестве начальных значений n0i могут быть взяты величины n0i.

Выгодность использования начальных значений может быть видна из следующих примеров, для которых были приведены численные расчеты. Так, для системы, состоящей из 10 подсистем, при трех ограничениях использование описанного способа привело к уменьшению длины доминирующей последовательности от начала вычислений до момента нарушения одного из ограничений с 334 до 62 членов. Для системы из 20 подсистем при трех ограничениях длина доминирующей последовательности для этапа решения, охватывающего 10 подсистем, оказалась равной 559 членам в то время, как использование начальных значений позволило прийти к решению при результирующей длине доминирующей последовательности , равной всего 69 членам.

Другим методом нахождения начальных величин ni является использование допустимых погрешностей, как это описано в параграфе 2 для нахождения приближенного решения. После получения приближенного решения следует использовать приведенные выше пп. 2, 3.

4.6. ПРОГРАММА «ОПТИМИЗАЦИЯ». Руководство пользователя

 

4.6.1. Что необходимо для запуска программы «ОПТИМИЗАЦИЯ»

 

«ОПТИМИЗАЦИЯ» версии 2.0 работает на большинстве типов компьютеров, поступающих сегодня в продажу.

Ниже приведены минимальные и рекомендуемые требования, предъявляемые к конфигурации Вашей системы (оборудование и программное обеспечение), выполнение которых необходимо для нормальной работы программы «ОПТИМИЗАЦИЯ».

«ОПТИМИЗАЦИЯ» требует:

·   Microsoft MS-DOSÒ или IBM PC-DOSÒ версии 3.3 или выше. (Узнать номер имеющейся у Вас версии можно, набрав ver в командном режиме MS-DOS.)

·   Компьютер совместимый с процессором INTEL 80486 или выше. (Желательно иметь процессор INTEL PENTIUMÒ, так как интерфейс программы оптимизирован именно под процессоры этого класса). 2 Мбайт (или больше) памяти (640 Кбайт обычной памяти и 1024 Кбайт дополнительной). 1 Мбайт свободного пространства на жестком диске и не менее одного дисковода.

·   Адаптер дисплея, поддерживающий режим VGA.

·   Принтер, подключенный к параллельному порту LPT1, если Вы собираетесь выводить результаты работы с программой «ОПТИМИЗАЦИЯ» на печать.

4.6.2. Установка программы «ОПТИМИЗАЦИЯ»

 

Вставьте дискету с дистрибутивом программы «ОПТИМИЗАЦИЯ» в дисковод.

Замечание. Программа поставляется на дискете емкостью 1,44 Мбайт.

В командной строке DOS наберите:

A:\INSTALL.EXE

а затем нажмите клавишу ENTER.

Внимание. Программа «ОПТИМИЗАЦИЯ» может быть установлена ТОЛЬКО с дисковода A:.

На экране дисплея появится окно, показанное на рис. 4.1

 

После нажатия любой клавиши на клавиатуре программа «ОПТИМИЗАЦИЯ» будет установлена на диск C: в каталог C:\OPTIM.

Внимание! Программа «ОПТИМИЗАЦИЯ» жестко привязана к каталогу C:\OPTIM и корректно работать может только в этом каталоге, поэтому переносить полностью программу или частично какие-либо файлы в другое место не рекомендуется.

Окно программы-инсталлятора



Рис. 4.1.

 

После установки программы «ОПТИМИЗАЦИЯ» компьютер автоматически выйдет из программы-инсталлятора в командный режим DOS.

 


4.6.3. Работа с программой «ОПТИМИЗАЦИЯ»

 

Теперь программа «ОПТИМИЗАЦИЯ» установлена на Ваш компьютер. Чтобы начать с ней работать необходимо:

·   Перейти на диск С:. Если этого не сделано, то в командной строке DOS необходимо набрать: С:

·   Войти в каталог C:\OPTIM, набрав в командной строке DOS команду:

cd C:\OPTIM

 

·   Набрать в командной строке DOS команду:

C:\OPTIM\OPTIM.EXE

 

Если Вы работаете в операционной системе Microsoft WindowsÒ 95, то для запуска программы «ОПТИМИЗАЦИЯ» необходимо:

открыть папку Мой Компьютер Þ выбрать диск С: Þ найти папку OPTIM и открыть ее Þ запустить файл OPTIM.EXE.

Для удобства запуска программы «ОПТИМИЗАЦИЯ» под управлением Microsoft WindowsÒ 95, можно сделать следующее:

Щелкните правой кнопкой мыши по Рабочему Столу Windows 95 Þ в появившемся меню выберите Создать Þ Ярлык Þ в появившемся окне в Командной строке набираем: C:\OPTIM\OPTIM.EXE и нажимаем кнопку Далее Þ в следующем окне назовем наш ярлык Оптимизация и нажимаем кнопку Далее Þ выберите иконку и нажмите кнопку Готово. Теперь у Вас на рабочем столе находится иконка программы «ОПТИМИЗАЦИЯ». Далее Вам необходимо щелкнуть правой кнопкой мыши по этой иконке и из появившегося меню выбрать Свойства Þ выберите закладку Программа и установите флажок напротив надписи Закрывать окно по завершении сеанса работы Þ выберите закладку Экран и установите полноэкранный режим работы Þ нажмите кнопку ОК.

Теперь дважды щелкая по созданной иконке Вы запустите программу «ОПТИМИЗАЦИЯ».

Запустив программу «ОПТИМИЗАЦИЯ» на экране появится окно, показанное на рис. 4.2.

 

Главное окно программы “ОПТИМИЗАЦИЯ”


 

Рис. 4.2.

Главное окно программы «ОПТИМИЗАЦИЯ» состоит из следующих элементов:

·   В верхней части экрана находится меню, состоящее из двух пунктов:

Оптимизация – здесь выбирается метод проведения расчетов.

Помощь – здесь можно узнать некоторую информацию о программе «ОПТИМИЗАЦИЯ»

·   Вверху справа находятся часы.

·   Внизу экрана находится бегущая строка, которая выдает подсказки пользователю и помогает ему работать с программой «ОПТИМИЗАЦИЯ». Эта строка будет появляться и при проведении расчетов по методу динамического программирования и при проведении расчетов методом наискорейшего спуска (подъема) (только в этом случае она будет находиться не внизу, как показано на рис.2, а вверху экрана).

Замечание: Скорость бегущей строки можно регулировать клавишами «+» и «-» на основной или цифровой клавиатуре. Данные о настройках автоматически сохраняются в файлах конфигурации, тем самым отпадает необходимость вторичного регулирования скорости бегущей строки.

·   В центре экрана находится окно, в котором изображена информация о проводимой лабораторной работе.

 

Окно «О программе»



Рис. 4.3

Нажмите клавишу F9 и в меню появится курсор, с помощью которого Вы сможете выбрать необходимый пункт. Управляется курсор клавишами ¬, ® и клавишей ¿Enter.

Выбрав пункт меню «Помощь» откроется окно, показанное на рис. 4.3. Здесь Вы сможете узнать о версии программы «ОПТИМИЗАЦИЯ», о ее составителе и о ее принадлежности.

Выйти из этого из этого окна можно, нажав клавишу ESC. Программа вернется в исходное состояние.


Выбор метода проведения расчетов

 

Рис. 4.4.

Для начала выполнения лабораторной работы Вам необходимо выбрать метод расчета: или это будет метод наискорейшего спуска, или это будет метод динамического программирования. Для этого снова нажмите F9 и выберите пункт меню Оптимизация. Появится новое меню, состоящее из трех пунктов (рис. 4.4):

·   МНС – расчет оптимальной резервированной системы по методу наискорейшего спуска (подъема).

·   МДП – расчет оптимальной резервированной системы по методу динамического программирования.

·   Выход – Выход из программы.

Теперь для начала выполнения лабораторной работы Вам только необходимо выбрать нужный метод расчетов.

Метод наискорейшего спуска (подъема)

 

Выбрав метод наискорейшего спуска (подъема), на экране появится окно, показанное на рис.4.5.

Как уже говорилось выше, в верхней части экрана находится бегущая строка, которая будет подсказывать пользователю, что делать в следующий момент. Нажмите любую клавишу и приступайте к расчету.

Сначала программа попросит ввести имя файла, в котором сохранятся результаты Ваших вычислений (рис.4.6). Имя файла должно быть не более 8 символов без расширения (расширение Вашему файлу присваивается автоматически .SAV) и не должно содержать точек, запятых, тире, дефисов, опострофов, кавычек и подчеркиваний.

В результате чего имя файла примет примерно следующий вид:

<NAME>.SAV

 

 

Главное окно при проведении расчетов методом наискорейшего спуска


 

Рис. 4.5.

Ввод имени файла для сохранения результатов вычисления


 

Рис. 4.6.

 

В программе предусмотрена возможность решения двух задач:

·   При минимальных затратах удовлетворить требования к показателям надежности

·   При затратах, не превышающих заданной величины, максимизировать показатели надежности

·   В зависимости от того какую задачу Вы выберите и будут заданы соответствующие критерии и ограничения при расчете (рис.4.7).

Затем необходимо ввести количество элементов, из которых состоит система, и после этого программа попросит выбрать что вводить: или вероятность безотказной работы элементов, или вероятность отказов элементов.

Замечание: Необходимо помнить и знать, что вероятность безотказной работы и вероятность отказа не может быть меньше нуля и больше единицы.

После этого в зависимости от того, что Вы выбрали, будет предложено ввести соответственно вероятность безотказной работы каждого элемента или вероятность отказа каждого элемента (перед вводом вероятности отказа элементов, программа попросит ввести наработку на отказ в часах).

 

Выбор задачи для проведения расчетов



Рис. 4.7.

 

Внимание! В числе, которое Вы собираетесь вводить, вместо запятой необходимо писать точку!

Затем будет необходимо ввести стоимость каждого элемента системы в условных единицах (у.е.).

После этого, в зависимости от того, какую задачу Вы решаете, будет предложено ввести или вероятность безотказной работы системы, которую необходимо достичь (для первой задачи), или максимально возможную стоимость системы (для второй задачи).

Затем будет необходимо подтвердить правильность ввода всех значений.

На этом ввод данных заканчивается, и программа приступает к вычислениям, а затем сохраняет результаты вычислений в файле.

После этого на экране открывается окно (рис. 4.8), в котором можно просмотреть результаты, которые получились в результате проведенных вычислений.

Это окно имеет следующие управляющие клавиши:

· ¬­®¯ - просмотр страницы влево, вверх, влево, вниз.

· Номе – перейти на начало страницы

· End – перейти на конец страницы

· PgUp – листинг вверх

· PgDn – листинг вниз

· F3 – масштаб

· Тab – поиск нужной строки

· Esc – выход


Просмотр результатов вычислений

Рис. 4.8.

 

После просмотра результатов нажмите на клавиатуре Esc, это окно закроется и Вам будет предложено распечатать результаты вычислений на принтере, который подключен к порту LPT1.

На этом расчет оптимальной резервированной системы по методу наискорейшего спуска (подъема) окончен. Нажмите Esc, и программа снова вернется в главное окно.

Метод динамического программирования

Нажмите F9 и из меню Оптимизация выберите метод динамического программирования (рис. 4.4).

Появится окно, мало отличающееся от окна, которое появляется при расчете методом наискорейшего спуска (подъема). Только бегущая строка с подсказками находится внизу экрана.

Для начала работы нажмите клавишу Enter. Будет предложено ввести имя файла, в котором сохранятся Ваши данные. Как и при расчете методом наискорейшего спуска (подъема) имя файла должно быть не более 8 символов без расширения (расширение Вашему файлу присваивается автоматически .SAV) и не должно содержать точек, запятых, тире, дефисов, опострофов, кавычек и подчеркиваний.

В результате чего имя файла примет примерно следующий вид:

<NAME>.SAV

Затем будет необходимо выбрать ограничения, которые наложены на систему (рис. 4.9). Это могут быть:

·   Стоимость системы

·   Вес системы

·   Стоимость и вес системы

 

Выбор ограничений, наложенных на систему



Рис. 4.9.

 

Далее необходимо указать количество подсистем, из которых состоит система.

Внимание! Подсистем может быть 3, 4, 5 или 6

Затем вводятся стоимости каждой подсистемы в условных единицах (у.е.) и веса каждой подсистемы в выбранных Вами единицах. После этого программа попросит ввести вероятность отказа каждой подсистемы.

Замечание: Необходимо помнить и знать, что вероятность отказа не может быть меньше нуля и больше единицы.

Внимание! В числе, которое Вы собираетесь вводить, вместо запятой необходимо писать точку!

Следующим шагом, в зависимости от выбранных ограничений, необходимо будет ввести максимально возможную стоимость системы или максимально возможный вес системы, или то и другое.

После этого программа попросит подтвердить правильность ввода данных и приступит к расчету.

На экране появится таблица (рис. 4.10), в верхнем заголовке которой отображены значения стоимостей, весов и вероятностей отказа для первой подсистемы, причем значения в каждой следующей клеточке (если смотреть слева направо) получаются в результате прибавления к данной подсистеме одного резервного элемента. Точно также записываются значения для второй подсистемы в заголовок в левой части таблицы. В тело таблицы записываются суммы стоимостей, весов и вероятностей отказов.

Внимание! В самом левом верхнем углу таблицы имеется надпись, обозначающая вероятность отказа подсистемы:

q*E-n

Это равнозначно: . Поэтому особое внимание следует обратить на число n, которое может изменяться в зависимости от порядка числа.

 


Выбор доминирующей последовательности

Рис. 4.10.

 

В таблице находится курсор, который управляется клавишами ¬­®¯. Теперь необходимо с помощью этого курсора выделить доминирующую последовательность. Для этого подведите курсор к нужному элементу и нажмите Ins. Значения внутри клеточки выделятся ярко белым цветом, затем подведите курсор к другому элементу и выделите его. Если Вы ошиблись, то снять выделение можно, нажав еще раз клавишу Ins.

По окончании выделения доминирующей последовательности нажмите Enter.

Тем самым Вы объединили две подсистемы в одну.

Затем программа подключает следующую подсистему и выводится следующая таблица, в верхнем заголовке которой находятся объединенные первые две подсистемы, а в заголовке слева находится следующая подсистема.

Далее необходимо провести те же операции, что и с первой таблицей, в результате чего будут объединены уже три системы и так далее, до тех пор, пока не будет подключена последняя подсистема (рис. 4.11).


Выбор наилучшего элемента

 

Рис. 4.11.

 

В появившейся таблице необходимо выбрать уже не доминирующую последовательность, а один наиболее лучший элемент, удовлетворяющий заданным требованиям. После выбора нажмите Enter.

Насколько правильно Вы выберите доминирующие последовательности и наиболее лучший элемент, настолько верные результаты Вы получите.

После выбора лучшего элемента программа произведет некоторые расчеты и выдаст информацию о том, сколько резервных элементов необходимо для каждой подсистемы. Эта информация сохранится в файле под Вашим именем.

Затем будет предложено распечатать результаты расчетов на принтере, который подключен к порту LPT1.

После этого программа автоматически возвращается в главное окно.

Далее Вы можете повторить свои расчеты, произвести новые расчеты этим или другим методом или выйти из программы, выбрав из меню Оптимизация подменю Выход, или просто нажав клавишу Esc.

4.7. Содержание отчета по лабораторной работе

Отчет по лабораторной работе должен содержать рассчитанные КПН, оптимальную структуру РЭС и заключение о соответствии КПН заданным значениям.

4.8. Вопросы для самопроверки

1. Что понимается под процессом оптимизации?

2. Дайте определение критерию оптимизации. Приведите примеры.

3. Какие методы оптимизации Вы знаете?

4. Как учитываются ограничения при решении задач оптимизации?

5. Поясните сущность метода наискорейшего спуска.

6. Поясните сущность метода динамического программирования.

7. По какому принципу выбирается доминирующая последовательность?

4.9. Контрольный пример

Проведем контрольный пример расчета методом динамического программирования с помощью программы «ОПТИМИЗАЦИЯ».

Рассмотрим систему из четырех подсистем, характеризующуюся следующими показателями:

Таблица 4.1.

Исходные данные

 

Номер подсистемы i

1

2

3

4

Ограничения

Стоимость сi1

1,2

2,3

3,4

4,5

47

Вес сi2

1

1

1

1

20

Вер. отказа qi

0,2

0,3

0,25

0,15

 

Требуется выбрать n1, n2, n3, n4 таким образом, чтобы максимизировать надежность системы, согласно (1.19), при условии, что ограничения заданы в виде (1.20).

Далее программа находит начальные значения для каждой подсистемы, о чем сообщается на экране дисплея во время нахождения текущей доминирующей последовательности.

Итак, после ввода данных, проведя некоторые расчеты программа предложит нам выбрать доминирующую последовательность для подсистем №1 и 2. (рис. 4.12).

 

Выбор доминирующей последовательности для подсистем №1 и 2.


Рис. 4.12.

 

В этой таблице значения различных видов затрат и ненадежности для первой подсистемы записываются для различного количества резервных элементов, начиная со значения = 3 и далее, прибавляя последовательно по единице. Эти характеристики записываются над столбцами таблицы. Соответствующие характеристики для второй подсистемы, начиная со значения = 4 и далее, записаны соответственно слева от строк той же таблицы. Векторы внутри таблицы получаются следующим образом: на пересечении каждого столбца с каждой строкой записываются значения суммарных затрат каждого типа, равных сумме соответствующих величин, записанных в заголовках этих столбцов и строк, а также значение вероятности отказа, равное сумме соответствующих вероятностей отказов, взятых из тех же заголовков столбцов и строк.

Далее необходимо, последовательно сравнивая пары векторов таблицы, исключить из нее все строго доминируемые векторы (см п. 4.5). Так, вектор, стоящий на пересечении 1-й строки и 4-го столбца, исключается, поскольку он доминируется вектором, стоящим на пересечении 2-й строки и 2-го столбца. В таблице все не строго доминируемые векторы необходимо выделить клавишей INS. Выделенная последовательность и является доминирующей. Далее нажимаем ENTER и программа подключает следующую подсистему (рис. 4.13)


Подключение 3-ей подсистемы

Рис. 4.13

Выбор лучшего элемента


Рис. 4.14

В заголовках столбцов записаны векторы доминирующей последовательности, полученной в предыдущей таблице для подсистем №1 и 2. В заголовках строк записаны векторы для 3-ей подсистемы, начиная с начального значения = 4 и далее для больших значений чисел резервных элементов 3-го типа.

Опять производится последовательное попарное сравнение векторов таблицы, в процессе которого исключаются доминируемые векторы, описанным выше способом. Оставшиеся после такого исключения векторы составляют доминирующую последовательность.

После этого программа подключает последнюю 4-ую подсистему (рис.4.14).

Аналогичным образом получаем доминирующую последовательность для всей системы в целом. Решением нашей задачи является вектор таблицы, характеризующийся наименьшим значением вероятности отказа, а именно: вектор со стоимостями с1 = 46,9, с2 = 18 и вероятностью отказа 0,008349.

Далее, исходя из этого, программа находит оптимальное количество резервных элементов для каждой подсистемы и подсчитает получившуюся при этом надежность (рис. 4.15).

Вывод результатов

 


Рис. 4.15.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

 

Результатом дипломного проектирования является полностью разработанная лабораторная работа для студентов специальности 20.08 кафедры «Персональная электроника» (ПР-7) Московской Государственной Академии Приборостроения и Информатики по курсам «Инженерные методы расчета надежности» и «Основы теории надежности» на тему «Оптимальное резервирование РЭС», который включает в себя разработанную программу «ОПТИМИЗАЦИЯ» для IBM PC совместимых компьютеров, необходимую для расчета оптимальной резервированной системы по методам наискорейшего спуска (подъема) и динамического программирования, а так же готовые к использованию методические указания по выполнению данной лабораторной работы, включающие в себя подробное руководство пользователя программой «ОПТИМИЗАЦИЯ».

Также в ходе дипломного проектирования были выявлены особенности написания программы, разработана структурная схема программы и принцип ее работы. Были проанализированы методы расчета оптимальной резервированной системы и разработаны соответствующие алгоритмы.

В разделе «Безопасность жизнедеятельности» дипломного проекта проведен анализ опасных, вредных факторов и возможных чрезвычайных ситуаций, возникающих при использовании программного продукта. Наиболее опасными факторами являются: пожароопасность и электроопасность, а наиболее вредными факторами являются: повышенное электромагнитное, рентгеновское и ультрафиолетовое излучения, прямая и отраженная блесткость.

Разработаны меры по пожаробезопасности, электробезопасности, защите от электромагнитного, рентгеновского, ультрафиолетового излучения и защите от компьютерных вирусов.

Рассмотрена проблема утилизации компьютеров.

В организационно-экономическом разделе были спланирована разработка программного продукта и проведен расчет технико-экономических показателей и эффективности проекта.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1. Каниовская И.М. «Инженерные методы расчета надежности». Методические указания по выполнению лабораторного практикума и расчетов надежности при курсовом и дипломном проектировании для студентов специальности 20.08 (часть 1)., М.: МГАПИ, 1998 г. – 25 с.

2. Яншин А.А. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности ЭВА. Учебное пособие для вузов. М.: Радио и связь, 1983 г. – 312 с., ил.

3. Надежность технических систем. Справочник / Ю.К. Беляев, В.А. Богатырев, В.В. Болотин и др. под ред. И.А. Ушакова. М.: Радио и связь, 1985 г. – 608 с., ил.

4. Коданов Ю.И. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности радиоэлектронных средств. Учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1991 г. – 360 с., ил.

5. Дружинин Г.В., Степанов С.В. и др. «Теория надежности радиоэлектронных систем в примерах и задачах». М.: Энергия, 1976 г. – 448 с., ил.

6. ав

7. Зельднер Г. «Программируем на языке QuickBASIC 4.5» (2-е издание, исправленное и дополненное). М.: ABF, 1996 г. – 432 с., ил.

8. СанПин 2.2.2.542.-96. Санитарные правила и нормы, гигиенические требования к видеодисплейным терминалам и ПЭВМ и организация работы с ними.

9. Охрана труда в вычислительных центрах. Ю.Г. Сибаров, Н,Н, Сколотнев, В.К. Васин и др. – Машиностроение, 1990 – 192 с.

10. ГОСТ 12.1.001-89. ССБТ. Шум. Общие требования безопасности.

11. ГОСТ 10.1.004-85. ССБТ. Пожарная безопасность. Общие требования.

12. ГОСТ 12.1.005-88. ССБТ. Общие санитарно-гигиенические правила к воздуху рабочей зоны.

13. ГОСТ 12.1.006-84. ССБТ. Электромагнитные поля радиочастот. Допустимые уровни на рабочих местах и требования к проведению контроля.

14. ГОСТ 12.1.009-76. ССБТ. Электробезопасность. Требования и определения.

15. ГОСТ 12.1.018-86. ССБТ. Пожарная безопасность. Электростатическая искробезопасность. Общие требования.

16. ГОСТ 12.1.019-79. Электробезопасность. Общие требования и номенклатура видов защиты.

17. ГОСТ 12.1.029-80. ССБТ. Средства защиты от шума. Классификация.

18. ГОСТ 12.1.030-81. ССБТ. Электробезопасность. Защитное заземление, зануление.

19. ГОСТ 12.2.032-78. ССБТ. Рабочее место при выполнении работ сидя. Общие эргономические требования.

20. СНиП 23-05-95. Естественное и искусственное освещение. Нормы проектирования. – М.:Стройиздат, 1980 г.

21. СниП 2.04.05.-86. Отопление, вентиляция и кондиционирование. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987 г.

22. Методические указания по профилактике переутомления студентов ВУЗов при работе с видеотерминалами. – М.:1988 г.

23. Белов С.В. «Охрана окружающей среды» Учебник для техн. Спец. Вузов. 2-ое издание, испр. И доп. (М.: Машиностроение, 1983 г.)

24. Фигурнов В.Э. «IBM для пользователя» - М.: Финансы и статистика, 1992 г.

25. Шалимов Б.С. «Методические указания по выполнению организационно-экономической части дипломных проектов для студентов всех специальностей, разрабатывающих интегрированные производственные системы». М.: МИП, 1989 г., 81 с.

Похожие работы на - Разработка программного обеспечения для оптимизации показателей надежности радиоэлектронных систем

 

Не нашел материал для своей работы?
Поможем написать качественную работу
Без плагиата!