Отзыв ведущей организации (Методы и программные средства моделирования сложных динамических систем на основе темпоральной модификации раскрашенных сетей Петри)

УТВЕРЖДАЮ: Заместитель директора по научной работе Федерального государственного учреждения «Федеррпййь|Й.;..,исследовательский центр «Инф6у~матика: и '."~правление» Российской академии,даук»; д.ф;"-;.м.н., профессор ОТЗЫВ ВЕДУЩЕЙ ОРГАНИЗАЦИИ на диссертацию Королева Юрия Ильича «Методы и программные средства моделирования сложных динамических систем на основе темпоральной модификации раскрашенных сетей Петри», представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.11 — Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей (технические науки). Актуальность темы.

В диссертационной работе исследуются методы и программные средства моделирования сложных динамических систем, для управления которыми применяются интеллектуальные системы поддержки принятия решений (ИСППР), в том числе и ИСППР реального времени (ИСППР РВ). В настоящее время в связи с развитием и широким распространением ИСППР РВ для управления сложными техническими (в частности, электроэнергетическими) объектами, существует острая необходимость в разработке новых методов и подходов к моделированию процессов, протекающих в таких объектах. Одним из основных блоков ИСППР РВ является подсистема, предназначенная для анализа последствий принимаемых решений и прогнозирования развития процессов в объектах управления. К числу важных задач при этом относятся представление и моделирование темпоральных (временных) зависимостей между отдельными компонентами сложных систем, а также разработка программных средств, позволяющих осуществлять моделирование объектов управления.

В некоторых современных коммерческих комплексах для создания сложных ДС и их моделей (напр., беп аут б2) есть средства работы с темпоральными зависимостями, однако эти инструменты функционально ограничены и не соответствуют возможностям представления времени в современных ИСППР РВ.

Таким образом, в настоящее время отсутствуют средства моделирования сложных технических (электроэнергетических) объектов, обеспечивающие быструю и простую интеграцию с интеллектуальными системами мониторинга и управления (ИСППР, ИСППР РВ), что определяет актуальность темы настоящего исследования. 1 Структура и содержание диссертации.

На отзыв представлена диссертационная работа (150 страниц) и автореферат (20 страниц). Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы (101 наименование) и приложения. Во введении обоснована актуальность темы, определены предмет и объект исследования, сформулированы цель и задачи исследования, научная новизна, теоретическая и практическая значимость полученных результатов, приводится краткий обзор содержания диссертационной работы.

В иервой главе рассмотрены основные понятия и типы исследуемых в работе динамических систем. Подробно проанализированы сложные динамические системы, приведены характерные особенности таких систем, дан анализ подходов к их моделированию. На основании проведенного анализа сделан вывод о том, что наиболее эффективным подходом к моделированию сложных динамических систем является подход на основе имитационного моделирования, при этом в основу модели должен быть положен достаточно строгий математический формализм, обладающий определенными свойствами. Одним из основных свойств является возможность учета тем поральных зависимостей между отдельными компонентами моделируемых систем. Во второй части главы проведен анализ подходов к представлению и оперированию темпоральными зависимостями.

Сделан вывод о том, что подходы, базирующиеся на использовании темпоральных логик, обладают ббльшими выразительными возможностями, нежели подходы на основе моделирования изменений системы во времени. Подробно рассмотрена одна из темпоральных логик: интервальная логика Дж. Аллена, активно применяемая в современных интеллектуальных системах. В третьей части главы в качестве базовых формализмов для моделирования и применения в ИСППР РВ предложено использовать графоориентированные модели: различные виды автоматов, сетей автоматов и сети Петри. Сделан вывод о том, что для решения поставленной задачи перспективными являются сети временных автоматов и модификации сетей Петри. Обоснован выбор раскрашенных сетей Петри в качестве основного объекта исследований.

Вторая глава содержит описание основных теоретических результатов. Приведено формальное описание сложной динамической системы как системы взаимодействующих компонентов. Дано описание раскрашенных сетей Петри реального времени (РСП РВ) - формализма, позволяющего оперировать с количественными темпоральными зависимостями. Предложен оригинальный подход, который позволяет разработчику в качестве защитных функций переходов сети Петри использовать формулы темпоральной логики Аллена, оперирующей временными интервалами. На каждом таком интервале отдельный компонент системы, отождествляемый с местом сети, обладает определенными свойствами, задаваемыми расположением фишек.

В работе предложено называть такие сети раскрашенными сетями Петри с поддержкой темпоральной логики Аллена (РСП РВ ТЛА). Приведены разработанные алгоритмы и принципы функционирования имитационных моделей, 2 построенных на основе такого формализма, Преимущества предложенного подхода проиллюстрированы на примере модели транспортной системы.

Во второй части главы рассматриваются вопросы анализа моделей, построенных на основе предложенного формализма, Дано формальное определение безопасных РСП РВ ТЛА. В качестве основного подхода используется анализ на основе графов изменения состояний сети. Введено отношение эквивалентности состояний, с помощью которого определен граф покрытия сети, конечный для безопасных РСП РВ ТЛА.

Предложен алгоритм верификации моделей, разработанных с помощью РСП РВ ТЛА, на основе алгоритма Мойе1 СЬесЫпд (проверка модели). Третья глава содержит описание практических результатов исследования. В ходе работы был создан прототип программного инструментария для моделирования динамических систем на основе формализма РСП РВ ТЛА в среде конструирования экспертных систем реального времени 02 Оепзут (США). Отмечается, что данная среда разработки существенно ограничивает возможности использования созданного инструментария, как по причине довольно высокой стоимости 02 Оепзут, так и из-за сложности использования в подсистемах моделирования уже существующих ИСППР РВ.

Приведено описание программного комплекса «Инструментарий для разработки моделей систем на основе темпоральных сетей Петри с поддержкой логики Аллена» (получено Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ), разработанного в среде М1сгозой Ч1зиа1 Яийо и ориентированного на использование в перспективных ИСППР, включая ИСППР РВ. Приведены основные количественные и структурные характеристики созданного программного обеспечения.

В рамках комплекса реализованы предложенные в работе оригинальные алгоритмы функционирования имитационных моделей на основе РСП РВ ТЛА: смены состояний сети, определения допустимости перехода, разрешения конфликта переходов, проверки защитной функции и т.д. Приведены оценки сложности разработанных алгоритмов. Показано, что при введении некоторых (несущественных для разработки моделей) ограничений сложность алгоритмов не превышает полиномиальной оценки, что позволяет их практическое применение в ИСППР РВ. В четвертой главе приводятся результаты тестирования разработанного инструментария и описание применения предлагаемого подхода в задаче моделирования объектов электроэнергетической сети.

Показано, что имитационные модели на основе РСП РВ ТЛА могут эффективно применяться при проведении научных исследований в области электроэнергетических систем, приведено описание разработанной модели гидроагрегата. Предложена архитектура приложения для моделирования, позволяющая включить имитационную модель в контур управления объектом.