В широком смысле информацией является отражение одного объекта другим. Поэтому для существования информации необходимо наличие объекта, состояние которого отражается, отражающего объекта и условий, обеспечивающих прохождение процесса отражения. Если отражающему объекту предоставлена возможность целенаправленно воздействовать на состояние отражаемого объекта, то имеет место управление.

В самом общем виде система, в которой реализуется управление (система управления), включает (рис. 1.1): внешнюю среду, объекты управления, управляющие объекты и информацию! состояния.

Процесс управления состоит в следующем: окружающая среда, воздействуя на объекты управления, изменяет их состояние. В результате управляющие объекты получают информацию о состоянии объекта управления, анализируют ее и вырабатывают управляющее воздействие, которое переводит объекты управления в новое состояние. Так как управляющее воздействие состоит в отражении объектами управления состояния управляющих объектов, то оно также ассоциируется с информацией. В дальнейшем будем различать информацию состояния и информацию управления.

Процесс управления является непрерывным циклическим. Один замкнутый цикл включает следующие этапы: сбор от объектов управления информации состояния; преобразование информации состояния в информацию управления (формирование решений) и процесс передачи информации управления. В результате выполнения распоряжений объекты изменяют свое состояние, что вызывает новый цикл процесса управления.

Таким образом, процесс управления является процессом сбора, преобразования и передачи информации, в результате чего происходит изменение состояний объектов управления. В соответствии с этим важнейшим условием для осуществления управления

является обеспечение обмена информацией между объектами системы управления, которые, как правило, находятся на значительном удалении друг от друга.

Количество информации и неопределенность объекта управления

Количество информации, содержащейся в сведениях о том, что некоторый объект управления находится в состоянии,

где - вероятность нахождения объекта в состоянии.

Данная формула имеет наглядный физический смысл: чем меньше априорная (до поступления сведений) вероятность состояния, т. е. чем оно неожиданнее, тем больше информации содержится в сведениях о том, что оно наступило.

Математическое ожидание количества информации на одно состояние называется энтропией:

Энтропия является мерой неопределенности объекта управления. В идеальном случае, когда, во-первых, сведения от объектов управления содержат полную информацию о его состоянии и, во-вторых, информация не теряется в процессе передачи, при получении сведений управляющий объект определяет некоторое состояние объекта управления с апостериорной вероятностью Так как то Отсюда т. е. неопределенность объекта управления устраняется.

В реальных условиях сведения от объектов управления могут не полностью описывать его состояние, а часть сведений может быть потеряна в процессе передачи, т. е. Таким образом, передача сведений в практических случаях не полностью устраняет неопределенность объекта управления.

Количественно остаточная мера неопределенности объекта управления после получения от него сведений характеризуется условной энтропией, которая определяется вероятностью того, что управляющий объект получит сведения о нахождении объекта управления в состоянии в то время как он находится в состоянии

Усредненная по всем возможным состояниям объекта управления условная энтропия (назовем ее остаточной энтропией)

Таким образом, остаточная энтропия характеризует потери информации в процессе составления сведений об объекте управления и их передачи.

Требования системы управления к процессу передачи информации

Информация от объектов управления на управляющие объекты поступает не непрерывно, а в некоторые, в общем случайные, моменты времени в виде законченных массивов - сообщений. Поэтому неопределенность объектов управления изменяется во времени. Выработка на управляющих объектах корректной информации управления, которая обеспечивает успешное функционирование системы управления, возможна только до некоторого уровня неопределенности. При превышении этого уровня может произойти срыв процесса управления, так как управляющая информация перестает соответствовать состоянию объекта управления.

Рассмотрим диаграмму (рис. 1.2), иллюстрирующую изменение во времени энтропии объекта управления, т. е. неопределенность его состояния для управляющего объекта системы управления. На диаграмме: - максимальная энтропия, соответствующая случаю, когда вероятности всех возможных состояний объекта управления равны (максимальная неопределенность); - максимально допустимое значение энтропии, соответствующее максимально допустимой неопределенности, при которой еще возможна выработка обоснованной информации управления; - моменты обновления информации состояния объектов; - остаточная энтропия в момент окончания процесса обновления информации состояния объектов - промежуток времени, в течение которого отсутствует управление (интервал срыва управления)

Из диаграммы видно, что условием существования процесса управления является выполнение неравенства Величина определяется соотношением где - функция, характеризующая процесс изменения энтропии в промежутках между моментами обновления информации.

Таким образом, условием существования процесса управления для произвольного момента будет

Из приведенного неравенства вытекают два основных требования к обмену информацией в системе управления:

требования к надежности и верности передачи, определяющие остаточную неопределенность после приема информации ;

требования к допустимой задержке сообщений, определяющие допустимые интервалы обновления информации о состоянии объектов управления

Вообще говоря, между этими требованиями существует взаимосвязь. Действительно, из диаграммы видно, что при увеличении

Н ост, т. е. при снижении верности и надежности, процесс управления можно сохранить, если уменьшить сроки доставки информации.

Для обеспечения процесса передачи информации создается система передачи информации или система связи, в которой должны выполняться все требования, предъявляемые к процессу передачи.

Информация, передаваемая в системе управления, неоднородна по своему содержанию и может быть разбита по категориям, каждая из которых характеризуется некоторым уровнем требований к процессу передачи. Категории могут различаться по важности информации и срочности. В первом случае они называются категориями важности. К процессу передачи информации этих категорий предъявляются различные требования по надежности доставки. Во втором случае различают категории срочности, требования к которым отличаются по допустимой задержке.

Задание конкретных количественных требований по передаче различных категорий информации при строгой постановке задачи является чрезвычайно сложным, что объясняется необходимостью построения обобщенного критерия эффективности системы управления, учитывающего влияние потерь и искажений сообщений различных категорий в процессе передачи. На практике в каждом конкретном случае требования задаются на основе анализа характера взаимодействия источников и потребителей информации (пользователей), в процессе которого производится обмен. При этом необходимо учитывать, что завышение требований к системе приводит к значительным дополнительным затратам.

Рассмотрим основные предпосылки, которые могут быть использованы при задании требований к процессу передачи сообщений различных категорий.

Сообщения оповещения и телеметрическая информация. Эти категории могут быть объединены в силу общего алгоритма взаимодействия объектов системы управления, который состоит в следующем.

Датчики информации объектов управления, осуществляя контроль некоторых параметров системы, оповещают управляющий объект о возможном изменении ее состояния (в системах оповещения о возможной «катастрофе»). Управляющий объект на основе этой информации принимает решение и оповещает исполнительные объекты. Между моментом срабатывания датчика и моментом возможного изменения состояния системы, как правило, имеется некоторый интервал времени Тогда задержка информации оповещения в процессе передачи не должна превышать

где - время, необходимое соответственно для принятия решения и исполнения команды.

В настоящее время для систем оповещения, в которых объем передаваемой информации достигает нескольких десятков бит, время Тдоп выбирается от 0,1 до 10 с .

Ошибки в сообщении оповещения приводят к его невосприятию и, следовательно, к возможной «катастрофе». Исходя из этого допустимая вероятность ошибки в процессе передачи должна выбираться таким образом, чтобы не оказывать существенного влияния на общую вероятность возникновения «катастрофы». Требования надежности доставки сообщений оповещения могут задаваться из таких же соображений.

Под «катастрофой» обычно понимается событие практически недопустимое, поэтому достоверность и надежность доставки должны обеспечивать практическую невозможность ошибочного приема или пропадания информации оповещения. Понятие практической невозможности определяется в зависимости от области использования. Так, если задать, что система должна обеспечивать вероятность ошибки то для проверки выполнения этого требования необходимо осуществлять в течение нескольких десятков тысяч лет передачи с частотой 1 сообщение/с. Такой эксперимент нереализуем практически.

Если задаться величиной вероятности то испытания должны проводиться в течение приблизительно одного года, что является реальным сроком. Исходя из этого значения допустимой вероятности ошибки и потери сообщений оповещения в большинстве случаев выбираются в пределах

Требования к допустимой задержке телеметрической информации задаются так же, как в системах оповещения. Величина в данном случае определяется частотным спектром измеряемого процесса. Допустимые значения вероятностей ошибки и потери сообщения могут быть различными. Обычно более жесткими являются требования к достоверности передачи. Это объясняется тем, что при пропадании какого-либо из отсчетов измеряемого процесса последствия могут быть сглажены за счет информации соседних отсчетов. При появлении ошибки возможны резкий выброс отсчета и значительные изменения в действиях управляющего элемента.

Опыт эксплуатации ряда телеметрических систем в автоматизированных системах управления технологическими процессами показывает, что граничные значения вероятностей потери и ошибки следует выбирать равными и 10-5 соответственно. В некоторых, например радиолокационных, системах эти требования должны быть более жесткими, что объясняется интенсивностью контролируемых процессов и важностью задач, решаемых такими системами.

Диалоговая и справочная информация. Диалоговая информация передается между двумя объектами (оператор - оператор, оператор - ЭВМ) и включает запросы и ответы объемом от нескольких десятков до нескольких сотен бит.

Известно, что устный телефонный диалог теряет беглость, если задержка сигнала превышает 0,3 с. Если диалог организуется обменом текстов, то беглость утрачивается ввиду необходимости не только обдумывания, но и подготовки запросов и ответов. Исходя из этого беглость диалога в данном случае не может считаться критерием для задания требований к задержке информации.

С диалоговыми режимами связано понятие времени ответа - интервала от момента выдачи запроса до момента получения ответа. Дело в том, что данный режим обмена организуется в процессе решения оператором задач, требующих неоднократного обращения к удаленному объекту (оператору или ЭВМ). Решаемые при этом задачи целесообразно различать в зависимости от интенсивности обращения. Если процесс решения состоит из непрерывных циклов «запрос - ответ - корректировка», то время ответа должно выбираться таким образом, чтобы не нарушать хода умственной деятельности оператора. При этом верхней границей эффективности обратной связи является время 2 с (20].

В случае, когда задача распадается на ряд относительно независимых этапов, а диалог организуется циклами «подготовка данных для этапа - запрос решения по этапу - подготовка данных для этапа - внесение результатов этапа», оператор может прервать ход рассуждений и дождаться результатов по очередному этапу. При этом время ответа ограничивается временем, отводимым для решения задачи, и может выбираться в достаточно широких пределах. Желательно, чтобы оно совпадало со временем подготовки очередного этапа.

При выборе допустимых значений вероятности потери сообщения следует исходить из того, что в процессе диалога передача информации находится под контролем оператора. Задержка ответа больше определенных пределов может быть воспринята как потеря информации, что позволяет оператору возобновить цикл. Исходя из этого диалоговые системы не предъявляют жестких требований к надежности доставки сообщений. Так, вероятность потери информации, равная соответствует в среднем повторению одного из 1000 циклов, что составляет несколько десятков часов непрерывной работы оператора в диалоговом режиме.

Значительно большую опасность для диалоговых систем представляют ошибки в информации. Это обусловлено их кумулятивным влиянием на результаты решения. При той же вероятности 10-3 и в среднем 20 циклах, требующихся на решение одной задачи, ошибочные результаты будут получены в 4% задач. При вероятности ошибки 10-5 неправильные результаты следует ожидать в 0,004% случаев, что допустимо для большинства практических систем широкого назначения.

Справочная информация может запрашиваться в процессе решения задачи на одном из циклов вместо решения. При этом ее объем и требования к системе передачи аналогичны объему и требованиям, приведенным для диалоговой информации.

В специальном случае запрос справочной информации представляет собой самостоятельную операцию и связан с передачей, как правило, значительных объемов информации (до сотен тысяч бит), включающей набор сведений или числовых значений.

Справочная информация обычно запрашивается для относительно длительного использования и требует определенного времени на осмысливание. Например, для более или менее подробного просмотра таблицы чисел или набора сведений объемом 104 бит необходимо время порядка 10 мин. Очевидно, что задержка данной информации на время порядка 3 мин не окажет существенного влияния на эффективность работы оператора.

Выбор допустимых вероятностей ошибки и потерь знаков информации должен основываться на анализе содержания справочной информации. Если передаются таблицы чисел, то предпочтительнее потеря значений, а не ошибочная их выдача.

Большинство систем широкого использования вполне успешно функционирует при вероятности одного из этих событий порядка 10-6. Достаточно отметить, что содержание всей данной книги может быть передано не более чем с десятью ошибками или пропусками. С точки зрения пропадания всего запрашиваемого массива к надежности доставки не предъявляются высокие требования в силу наличия контроля со стороны оператора, как и в диалоговых системах.

При передаче смысловой справочной информации требования к ее надежности и достоверности задаются идентичными. Для того чтобы сохранить читаемость текста, обычно достаточно обеспечить значения вероятностей потери и ошибки порядка однако наличие в тексте чисел существенно ужесточает требования, как и в случае передачи таблиц.

Общие донесения и распоряжения. Под общими донесениями и распоряжениями будем понимать смысловую информацию, которая передается между людьми при решении в системе управления задач, не подлежащих автоматизации. Такие задачи связаны с циклами управления, в которых решение задачи в управляющем объекте или выполнение команды (распоряжения) требует значительного времени (часы, сутки). Поэтому допустимая задержка сообщений указанного рода может составлять от десятков минут до нескольких часов при объеме бит.

Допустимые значения вероятностей потери сообщения и ошибки, как правило, одинаковы и выбираются в зависимости от роли одиночного объекта управления. Естественно, что для распоряжений, предназначенных ряду объектов, эти значения должны быть выше.

В настоящее время имеется достаточно большой опыт в работе систем передачи такого рода информации, обеспечивающих вполне приемлемое качество функционирования систем управления при вероятностях потери или ошибки .

На рис. 1.3 приведены ориентировочные графики зависимости допустимой задержки информации, содержащей различные

сведения, от объемов этих сообщений в битах. Соответствующие группы сообщений образуют категории срочности.

Кроме основных требований по надежности, верности и задержке информации к системам передачи могут предъявляться некоторые дополнительные требования. Наиболее важные из них следующие:

обеспечение двустороннего обмена между объектами АСУ;

возможность передачи информации между любой парой объектов, от одного объекта ко всем или заданному множеству объектов, а также между объектами, изменяющими свое местоположение;

защищенность от несанкционированной передачи информации и ее получения;

предоставление преимуществ более важной и срочной информации.

Все перечисленные требования должны выполняться при минимальных затратах на создание и эксплуатацию системы передачи.

Структуры систем управления

На принципы построения систем передачи информации существенное влияние оказывает структура системы управления, определяющая взаимосвязь в процессе управления множества управляющих объектов и объектов управления.

Централизованная система управления (рис. 1.4, а) предполагает реализацию всех процессов управления в едином центральном

управляющем органе, который осуществляет обработку информации, поступающей от всех объектов управления об их состоянии. При выработке управляющей информации для каждого из элементов управления в централизованной структуре учитывается информация состояния всех объектов.

По такому принципу, в частности, строятся системы управления предприятиями.

В системах управления с децентрализованной структурой (рис. 1.4,6) для каждого объекта управления предусмотрен свой управляющий орган, с которым он обменивается информацией. Если при этом имеется единая цель управления, то управляющие органы в процессе выработки решений также могут использовать информацию о состоянии объектов управления в совокупности. По децентрализованному принципу построены, например, системы управления технологическими процессами.

Системы управления, имеющие комбинированную структуру (рис. 1.4, в), сочетают в себе черты централизованной и децентрализованной структур. Примером таких систем управления являются системы управления промышленными объединениями.

В системах с иерархической структурой (рис. 1.4, г) функции реализации управления распределены между несколькими соподчиненными органами с одновременным соблюдением принципа централизации. При этом управляющий элемент фиксированного уровня является элементом управления для элемента более высокого уровня и в свою очередь вырабатывает информацию управления для элементов более низкого уровня.

Обмен информацией состояния производится «снизу - вверх», а управляющей информацией - «сверху?- вниз». Не исключается возможность передачи информации состояния и между элементами одного уровня.

Частным случаем иерархической системы с двумя уровнями является централизованная структура с автономным управлением (рис. 1.4, д). Характерными примерами указанных систем служат системы управления отраслью.

Система передачи информации, создаваемая в интересах системы управления, строится либо с учетом структуры управления, либо независимо от нее. Следует учитывать, что в первом случае система передачи информации раскрывает структуру системы управления.

Формы информации в АСУ, понятие о данных и сети передачи данных

Автоматизированная система управления является системой, в которой решение задач по управлению осуществляется людьми с помощью комплекса технических средств. При этом обмен информацией происходит непосредственно между людьми, средствами автоматизации и людьми, а также средствами автоматизации. Информация передается в виде сообщений: между людьми -

телефонных и телеграфных, между техническими устройствами, а также между техническими устройствами и человеком - в виде сообщений данных. Как правило, сообщение данных - это формализованная информация, закодированная по определенным правилам с целью обеспечения возможности ее обработки техническими средствами.

Данные не предназначены непосредственно для человека как получателя информации. Осмысливание данных человеком может происходить только после их соответствующей обработки и представления в форме, удобной для их окончательного использования. Важной особенностью данных является то, что сообщения данных не имеют внутренней избыточности, в отличие, например, от телефонных и телеграфных сообщений.

На рис. 1.5 изображен принцип взаимодействия людей и устройств автоматизации в процессе управления на основе использования различных видов связи.

При телефонной связи происходит обмен информацией между людьми, причем этот процесс приближен к личному общению. Телеграфная связь также обеспечивает обмен информацией между людьми, но в этом случае информация предварительно оформляется в виде документов (телеграмм).

При передаче данных операторы получают информацию не непосредственно, а через абонентские пункты, в которых происходят преобразование ее в данные и обратное преобразование.

По мере дальнейшего внедрения средств автоматизации в системы управления роль данных в общем объеме передаваемой информации будет возрастать. Технические средства, являющиеся источниками и потребителями сообщений данных, могут быть разбиты на следующие группы:

1. Автоматические регистрирующие датчики, которые измеряют некоторую физическую величину и преобразуют результаты измерения в сообщение данных. Сюда же относятся устройства, обеспечивающие обратное преобразование сообщений данных в некоторую физическую величину.

2. Абонентские пункты (иногда их называют терминалом), которые предназначены для преобразования сформированной человеком информации в данные.

В настоящее время существует большое число различных типов абонентских пунктов, отличающихся сложностью и своими возможностями. Простейшие абонентские пункты состоят из телеграфного аппарата и электрической пишущей машинки или специального устройства для считывания информации с промежуточного носителя (перфоленты, перфокарты, магнитной ленты), на который ее заносит предварительно человек - оператор. Более сложные абонентские пункты позволяют осуществлять ввод и вывод информации с помощью электронно-лучевой трубки, что облегчает работу оператора по подготовке данных к передаче.

Наконец, существуют абонентские пункты, обеспечивающие некоторые функции по обработке сообщений (так называемые «интеллектуальные терминалы»).

3. Электронно-вычислительные машины и банки данных. Эти элементы осуществляют прием информации, ее обработку (решение задач), хранение и выдачу для передачи на любой абонентский пункт по требованию оператора этого пункта.

В АСУ все перечисленные технические средства автоматизации разнесены в пространстве на значительные расстояния, причем, как правило, необходимо обеспечить передачу данных между любыми двумя техническими средствами. Выполнение этой функции возлагается на систему связи, в которой создается специальная подсистема - сеть передачи данных (ПД). Абонентами такой сети могут быть как непосредственно технические средства, так и операторы, осуществляющие ввод и вывод информации.

Обычно ПД строятся и функционируют аналогично сетям телефонной связи, однако им свойствен целый ряд особенностей, которые в основном определяются высоким уровнем автоматизации процессов, обеспечивающих передачу информации.

Надежность тракторов, комбайнов и сельскохозяйственных машин.

Эффективность использования тракторов, комбайнов и сельскохозяйственных машин, их производительность и экономичность в первую очередь зависят от их качества. Одним из основных показателей качества является надежность.

Надежность — свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания (ТО), ремонтов, хранения и транспортирования. Пол объектом в теории надежности понимают машины, агрегаты, сборочные единицы, детали, аппараты, приборы и т.д. Вес они в обобщенном виде называются объектами. К параметрам, характеризующим способность выполнять требуемые функции (пахота, посев, уборка сельскохозяйственных культур, транспортирование грузов и т.д.), относятся показатели производительности, скорости, экономичности и т.п. Необходимость выполнения объектом требуемых функций распространяется только при соблюдении заданных режимов и условий применения, ТО, ремонтов, хранения и транспортирования. Например, если двигатель предназначен для работы в северных районах, а эксплуатируется в южных и при этом перегревается, то нельзя считать надежность этого двигателя низкой. Также нельзя считать низкой надежность машины, если не выполнялись ТО и ремонты, предусмотренные технической документацией. Объект с точки зрения надежности может находиться в одном из следующих состояний; исправном, неисправном, работоспособном, неработоспособном и предельном (рис. 1.1).

Предельное состояние — состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление ею исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Переход объекта из исправного в неисправное, но работоспособное состояние называют повреждением. Повреждение — событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.

Переход объекта из исправного, неисправного, но работоспособного в неработоспособное состояние называют отказом.

Переход объекта в предельное состояние влечет за собой временное (ремонт) или окончательное (списание) прекращение применения объекта по назначению. Переход объекта из неработоспособною в работоспособное, неисправное или исправное состояние называют восстановлением. Комплекс операций, предназначенный для восстановления исправности или работоспособности объекта, а также восстанов¬ления технического ресурса объекта или его составных частей, называется ремонтом. Различают два вила ремонта: капитальный и текущий. Капитальный ремонт выполняют для восстановления исправности и полного (или близкого к полному) ресурса объекта с заменой или восстановлением любых составных частей, в том числе и базовых. Текущий ремонт заключается в восстановлении работоспособности машины с заменой или ремонтом отдельных составных частей, исключая базовые элементы.

Технический ресурс (ресурс ) — наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние. Различают доремонтный и межремонтный ресурс.

Наработка — продолжительность или объем работы объекта (измеряют в часах, гектарах, километрах пробега и др.).

Надежность включает в себя такие свойства, как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Безотказность — свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или некоторой наработки. Это свойство особенно важно для объектов, отказ которых опасен для жизни людей. Отказ рулевого управления или тормозов машины может иметь тяжелые последствия, поэтому для таких объектов безотказность — наиболее важная составная часть надежности.

Для установления причин отказов и разработки мероприятий по снижению вероятности возникновения отказов служит классификация отказов (рис. 1.2).

По причине возникновения отказы подразделяют на конструктивные, производственные и эксплуатационные.

Конструктивный отказ — отказ, возникший в результате несовершенства или нарушения установленных правил и (или) норм конструирования объекта. Например, ошибки в расчете на прочность, из-за которых уменьшен размер наиболее нагруженного сечения, приводят к поломке детали. Установка подшипника качения с недостаточной динамической грузоподъемностью вызывает отказ этого подшипника при наработке, меньшей ресурса агрегата.

Эксплуатационный отказ — отказ, возникший в результате нарушения установленных правил и (или) условий эксплуатации объекта.

Эксплуатационные отказы возникают вследствие использования объектов в условиях, для которых они не предназначались, нарушения правил эксплуатации (недопустимые перегрузки, несвоевременное проведение регулировок, применение не соответствующих требованиям топлива и смазочных материалов, несоблюдение правил транспортирования и хранения). Например, при грубых нарушениях правил технического обслуживания элементов воздушного тракта двигателя наработка до его отказа может уменьшиться более чем в 2.5 раза в результате поступления в цилиндры воздуха с абразивной пылью.

По характеру проявлении отказы подразделяют на внезапные, постепенные и перемежающиеся.

Внезапный отказ — отказ, характеризующийся скачкообразным изменением значений одного или нескольких заданных параметров объекта. Внезапные отказы возникают вследствие вполне определенных причин (усталостное разрушение деталей, поломка деталей из-за внутренних дефектов или перегрузок, пробивание прокладки головки цилиндров в результате ее коробления из-за местных значительных перегревов и т.д.). Однако установить их заранее, как правило, не удается, и поэтому связанные с этими причинами отказы с точки зрения эксплуатации возникают внезапно, неожиданно. Характерные примеры внезапных отказов — аварийные: поломки деталей, пробивание прокладки головки цилиндров, соскакивание цепей и т.д.

Постепенный отказ — отказ, характеризующийся постепенным изменением значений одного или нескольких заданных параметров объекта.

Постепенный отказ возникает в результате постепенного изменения свойств объекта. Главная причина постепенного отказа — естественное старение и изнашивание (увеличение зазоров, ослабление посадок). К характерным примерам постепенных отказов двигатели относят предельный износ деталей, повышенный расход масла, низкое давление в смазочной системе, снижение мощности и т.д. При технических обслуживаниях и ремонтах принимают меры, предупреждающие или увеличивающие наработку до возникновения постепенного отказа путем регулировок, замены быстро изнашивающихся деталей и т.д. Например, при соблюдении рекомендуемого давления в шине, своевременной балансировке колес и регулировке их установки можно значительно увеличить наработку до отказа шины.

Перемежающийся отказ — многократно возникающий самоустраняющийся отказ объекта одного и того же характера. Отказ в этом случае многократно возникает и сам устраняется. Пример такого отказа — забивание и самоочистка рабочих органов комбайнов и сельскохозяйственных машин. По взаимосвязи отказы подразделяют на независимые и зависимые.

Независимый отказ — отказ объекта, не обусловленный отказом другого объекта.

Зависимый отказ — отказ объекта, обусловленный отказом другого объекта. Например, поломка зуба шестерни масляного насо¬са двигателя относится к независимому отказу. Но отказ насоса может привести к задиру или выплавлению подшипников колен¬чатого вала, отказ которых относится к зависимому.

По сложности отказы подразделяют на три группы.

Отказы первой группы сложности устраняют заменой или ремонтом деталей, расположенных снаружи агрегатов или сборочных единиц, или путем внеочередною проведения операций ежесменного и периодических технических обслуживании (ТО-1 и ТО-2). Как правило, эти отказы устраняют механизаторы в полевых условиях.

Отказы второй группы сложности устраняют заменой или ремонтом легкодоступных сборочных единиц и агрегатов, с раскрытием внутренних полостей основных агрегатов или проведением операций внеочередного ТО-3. Эти отказы можно устранить в полевых условиях, но с участием персонала передвижных ремонтных мастерских.

Отказы третьей группы сложности устраняют, разбирая основные агрегаты (двигатель, ведущие мосты, коробки передач) в стационарных мастерских.

Например, излом по сварочному шву рычага включения переднего моста трактора T-I50K — отказ первой группы сложности, трещины трубок масляного радиатора гидросистемы — отказ второй группы, предельный износ подшипника вала ходоуменьшителя — отказ третьей группы сложности.

Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. Развитие между безотказностью и долговечностью заключается в следующем. Безотказность характеризует свойство объекта непрерывно сохранять работоспособное состояние в течение некоторого времени или наработки, а долговечность характеризует продолжительность работоспособного состояния объекта по суммарной наработке, прерываемой периодами для ТО, устранения отказов, ремонтов и хранения.

Ремонтопригодность — свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и поддержанию и восстановлению работоспособного состояния путем технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность характеризуется контролепригодностью, доступностью, легкосъемностью, блочностью, взаимозаменяемостью и восстанавливаемостью. Контролепригодность особенно важна для сложных машин, у которых более 50 % времени восстановления уходит на определе¬ние места и характера отказа. Одной из характеристик контролепригодности служит оснащенность машины встроенными средствами контроля. По способу съема информации их подразделяют на средства непрерывного и периодическою контроля (первые сигнализируют о техническом состоянии элементов машины постоянно, вторьте — периодически). Средства непрерывною контроля расположены в кабине машины, периодического — вне кабины. Например, на тракторе Т-150КМ установлено 28 средств контроля, из них 19 — средства непрерывного контроля (в кабине) и 9 — средства периодического контроля (вне кабины). Для обеспечения контролепригодности на факторах и комбайнах устанавливают указатели уровней и температуры рабочих жидкостей, давления масла, напряжения бортовой сети, засоренности воздухоочистителя и топливных фильтров и т.д. Кроме того, на машинах могут устанавливаться устройства для защиты от перегрузок. Дизели оснащают системой аварийно-предупредительной сигнализации.

Доступность — приспособленность объекта к удобному выполнению операций технического обслуживания и ремонта с минимальным объемом балластных работ (открытие и закрытие панелей, крышек люков, демонтаж и монтаж установленного рядом оборудования, сборочных единиц и деталей при доступе к обслуживаемым элементам объекта).

Легкосьемность — приспособленность агрегата, сборочной единицы, детали к замене с минимальными затратами времени и труда, а также приспособленность конструкции машины к операциям разборки и сборки.

Блочность — приспособленность конструкции машины к расчленению на отдельные агрегаты и сборочные единицы.

Взаимозаменяемость — свойство конструкции, агрегата, сборочной единицы, детали и других элементов машин, обеспечивающее возможность их замены при техническом обслуживании и ремонте без подгоночных работ.

Восстанавливаемость — приспособленность конструкции к восстановлению потерянной работоспособности с минимальными затратами труда и средств. Сложность технологического процесса разборки и сборки машины, наличие базовых поверхностей на деталях для установки на металлообрабатывающие станки, запасы металла у деталей, восстанавливаемых пластическим дефор-мированием, запасы прочности и жесткости у деталей, обрабатываемых под ремонтные размеры, влияют на восстанавливаемость.

Сохраняемость — свойство объекта сохранять в заданных пределах значения параметров, характеризующих способности объекта выполнять требуемые функции, в течение и после хранения и (или) транспортирования.

Сохраняемость характеризует способность объекта противостоять отрицательному влиянию условий хранения и транспортирования на его безотказность, долговечность и ремонтопригодность. Вследствие воздействия внешней среды на незащищенные составные части машин во время хранения сокращаются сроки их службы, увеличиваются затраты на ремонт. Коррозионные поражения во время хранения — одна из главных причин выбраковки втулочно-роликовых цепей (23%) и сегментов режущих аппаратов жаток зерноуборочных комбайнов (22 %).

Продолжительность хранения и транспортирования иногда не оказывает заметного влияния на поведение объекта во время нахождения в этих режимах, но при последующей работе их свойства могут быть значительно ниже, чем аналогичные свойства объектов, не находившихся на хранении и транспортировании. Например, после продолжительного хранения аккумуляторных батарей их наработка до отказа существенно снижается. При хранении в сыром неотапливаемом помещении резиновых манжет в течение трех, четырех и пяти лет их ресурс соответственно снижается до 70, 30 и 3 % ресурса новых манжет.

Неработоспособное состояние (неработоспособность) — состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации.

Основные понятия и определения

Переход оборудования из одного технического состояния (ТС) в другое обычно происходит вследствие повреждения или отказа.

Повреждение - событие, заключающееся в нарушении исправного состояния объекта при сохранении работоспособного состояния.

При повреждении работоспособность объекта сохраняется, но со временем повреждение может перейти в отказ, в результате чего работоспособность будет нарушена. Например, царапина на защитном покрытии печатной платы сначала не нарушает работоспособность прибора, но через определенное время под воздействием загрязнения, влаги и других факторов в этом месте может произойти замыкание проводников, которое приведет к отказу прибора.

Отказом называется событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта. Критерием отказа является признак или совокупность признаков нарушения работоспособности объекта, установленных в нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Наряду с понятиями «повреждение» и «отказ» в теории надежности и технической диагностике используются понятия «дефект» и «неисправность».

Дефект - это каждое отдельное несоответствие объекта установленным требованиям. Если есть дефект, значит, хотя бы один из показателей качества или параметров объекта вышел за предельное значение или не выполняется одно из требований нормативной документации. Термин «дефект» в основном применяется при контроле качества продукции (объекта) на стадии изготовления, а также при ремонте, например при дефектации объекта, при составлении ведомостей дефектов и контроле качества отремонтированного объекта.

Дефект может быть конструктивным (при несоответствии требованиям технического задания или правилам разработки объекта) и производственным (при несоответствии требованиям нормативной документации на изготовление и поставку объекта). Примерами дефектов могут служить выход размера детали за пределы допуска, неправильная сборка или регулировка прибора, царапина на защитном покрытии и др.

Неисправность означает нахождение объекта (изделия) в неисправном состоянии. Этот термин применяется при использовании, хранении и транспортировании объектов (изделий). Находясь в неисправном состоянии, объект может иметь один или несколько дефектов. В отличие от термина «дефект» термин «неисправность» применяется не ко всем объектам. Так, не называют неисправностями недопустимые отклонения параметров материалов, топлива, химических продуктов.

Различие между исправностью и работоспособностью заключается в том, что работоспособность определяется выполнением основных требований, а исправность - выполнением как основных, так и второстепенных. Поэтому понятие «исправность» шире, чем понятие «работоспособность». Действительно, если прибор исправен, то он обязательно и работоспособен, работоспособный прибор может быть и неисправным.

В соответствии с ГОСТ 27.002-89 различают следующие виды состояния технических объектов.

Исправное состояние - это состояние объекта, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации. Состояние объекта, при котором он не соответствует хотя бы одному из требований нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации, называется неисправным.

Работоспособным называется состояние объекта, при котором значения всех параметров, характеризующих его способность выполнять заданные функции, соответствуют требованиям нормативнотехнической и (или) конструкторской (проектной) документации. Под неработоспособным понимают такое состояние объекта, при котором значение хотя бы одного параметра, характеризующего его способность выполнять заданные функции, не соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации.

Предельное состояние - это состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

При диагностировании объектов используют понятие правильного или неправильного функционирования.

Состояние правильного функционирования - состояние, при котором применяемый по назначению объект в целом или его составная часть выполняют в текущий момент времени предписанные им алгоритмы функционирования со значениями параметров, соответствующими установленным требованиям. Соответственно, в состоянии неправильного функционирования объект не выполняет предписанные алгоритмы функционирования с требуемыми значениями параметров.

Возможны случаи, когда существенное повреждение имеется в той части объекта, которая в обеспечении данного режима не участвует. В результате неработоспособный объект с учетом всех режимов работы может находиться в состоянии правильного функционирования. На пример, система автоматического удержания судна на курсе (авторулевой), работая в следящем или простом режиме, находится в режиме правильного функционирования. Главная обратная связь по курсу судна может быть неработоспособной и поэтому вместе с блоком коррекции в этих режимах не участвует.

Все множество возможных ТС объекта может быть разделено на подмножества состояний правильного и неправильного функционирования.

Рассмотрим взаимосвязь выделенных подмножеств ТС (рис. 3.1).

Пусть площадь, занятая на диаграмме прямоугольной фигурой В, характеризует множество всех возможных видов технического состояния объекта, а площади фигур И, Р и ПФ соответствуют подмножествам состояний исправного, работоспособного и правильно функционирующего (в определенном режиме) объекта.

Площади, дополняющие площади фигур И, Р и ПФ до площади В, обозначим как И, Р и ПФ. Им отвечают подмножества состояний неисправного, неработоспособного и неправильно функционирующего объекта соответственно.

Используя символику теории множеств, запишем соотношения для включенных друг в друга подмножеств:

Исправный объект всегда работоспособен и функционирует правильно, неисправный также может быть работоспособным и правильно функционирующим.

Объединение подмножеств и их дополнений приводит к полному (основному) множеству:

На рисунке показаны три характерных пересечения подмножеств:

- подмножество состояний неисправного, но работоспособного объекта (на диаграмме - это площадь с двойной штриховкой);

- подмножество состояний неработоспособного, но правильно функционирующего объекта.

Работоспособный объект может быть неисправным, но при этом правильно функционирующим. Неработоспособный объект всегда неисправен, но при этом он может быть правильно функционирующим в каком-либо режиме.

Правильно функционирующий в данном режиме объект может быть неисправным и с учетом всех режимов неработоспособным. Неправильно функционирующий объект всегда неисправен и неработоспособен.

Исправность и неисправность, работоспособность и неработоспособность, правильное и неправильное функционирование - это укрупненные технические категории, определяющие вид технического состояния.

Для облегчения задачи диагностирования каждый вид технического состояния подразделяют на группы состояний, которые характеризуются определенными общими свойствами. Переход объекта естественным путем из одной группы в другую означает появление совокупности физических дефектов, опознаваемых как обобщенный дефект.

Состояние объекта распознается с точностью до вида при его проверке и с точностью до группы при поиске дефекта. Если в результате проверки установлено, что объект работоспособен, можно определить группу (степень) его работоспособности. Если объект признан неработоспособным, то поиск дефекта осуществляется с точностью до группы неработоспособности, т. е. до обобщенного существенного дефекта.

Следует отметить, что отказ объекта может возникнуть в результате наличия одного или нескольких дефектов, но появление дефектов не всегда означает, что возник отказ. Таким образом, дефект, как и неисправность, в зависимости от его влияния на техническое состояние объекта может означать и повреждение, и отказ. В дальнейшем при диагностировании объектов будут рассматриваться дефекты, приводящие к отказу отдельного элемента или системы в целом.

Уровень технического состояния объекта (см. рис. 3.1) снижается под действием эксплуатационных факторов, приводящих к повреждению, отказу и переходу в предельное состояние из-за неустранимого нарушения требований безопасности, снижения эффективности эксплуатации, морального старения и др. Уровень технического состояния повышают путем проведения ТО и ремонта. Так, если в гирокомпасе перестала работать следящая система, следует говорить о возникновении отказа, так как нарушено одно из основных требований к нормальной работе гирокомпаса, и пользоваться таким прибором до устранения причины отказа нельзя.

Если перегорела одна из сигнальных лампочек на штурманском пульте, это не отказ, а повреждение, так как нарушается исправность только одной детали прибора и гирокомпас сохраняет свою работоспособность.

Назначением имитационной модели исследуемого объекта является воспроизведение с приемлемой точностью тех сторон процесса его функционирования, которые представляют интерес с точки зрения целей исследования. Для выявления сущности такого воспроизведения необходимо предварительно уточнить, что представляет собой процесс функционирования объекта, и что значит исследовать этот процесс.

Функционирование любого объекта сопровождается дискретным или непрерывным изменением одного, двух и большего числа относящихся к нему показателей, которые остаются неизменными (или даже приобретают строго определенные значения) в периоды «бездействия» объекта. Путем регистрации и анализа значений этих показателей можно установить, функционирует объект в данный момент или нет. Так, например, о функционировании производственного участка свидетельствует:

ü рост объема выпуска готовой продукции этого участка;

ü увеличение объема потребленного исходного сырья;

ü изменение уровня незавершенного производства участка и запасов исходного сырья,

ü отличный от нуля уровень потребления электроэнергии оборудованием участка и т.п.

На протяжении отдельных промежутков времени, относящихся к периоду функционирования объекта, тот или иной из рассматриваемых показателей может принимать постоянные значения, соответствующие случаю бездействия объекта. Однако хотя бы один из остальных показателей в течение тех же промежутков времени будет непрерывно изменяться или же приобретет значение, свидетельствующее о функционировании объекта. Таким образом, о функционировании любого объекта следует судить исходя из значений некоторого комплекса относящихся к нему показателей. Исследова

ние же процесса функционирования объекта сводится к изучению процесса изменения значений этих показателей во времени.

Функционирование исследуемого объекта может характеризоваться большим числом показателей. С точки зрения конкретных целей (задач) исследования, многие из этих показателей не представляют никакого интереса и могут быть исключены из рассмотрения. Что касается остальных показателей, то эти показатели как бы заменяются некоторыми абстрактными величинами, находящимися с ними в определенном соответствии. В зависимости от целого ряда факторов те или иные из указанных показателей могут представляться в виде величин, изменения которых во времени лишь приближенно соответствуют (в детерминированном или вероятностном смысле) действительным изменениям во времени этих показателей. Отдельные показатели, имеющие в действительности дискретный и вероятностный характер изменения, могут рассматриваться как величины, изменяющиеся во времени непрерывным и детерминированным образом; группы показателей могут заменяться некоторыми обобщенными величинами и т.д. Полученные в результате этого «заменители» упомянутых выше показателей считаются определенным образом взаимосвязанными. Для выделения и конкретизации таких взаимосвязей в комплекс рассматриваемых величин могут дополнительно включаться величины, играющие роль промежуточных и не представляющие самостоятельного интереса с точки зрения целей исследования. Благодаря этому, создается возможность составления формального (математического) описания отмеченных взаимосвязей, отражающего с той или иной точностью действительные взаимосвязи между соответствующими показателями функционирования исследуемого объекта.

Переход от полного набора показателей, характеризующих процесс функционирования исследуемого объекта, к ограниченному комплексу приближенно выполняющих ту же функцию величин, взаимосвязи между которыми могут быть описаны математически, является первым и весьма важным шагом на пути формализации (формализованного описания) этого процесса. Специфика отмеченного шага состоит в том, что при его выполнении одновременно осуществляется как бы замена самого исследуемого объекта его формализованным представлением, «функционирование» которого исчерпывающе характеризуется упомянутым комплексом величин.

Таким образом, исследование того или иного объекта, по сути дела, заменяется исследованием некоторой динамической абстрактной системы, являющейся формализованным представлением этого объекта. Функционирование такой системы полностью характеризуется комплексом величин, сформированных на этапе формализации процесса функционирования исследуемого объекта. Каждое сочетание конкретных, мгновенных значений указанных величин соответствует вполне определенному мгновенному состоянию системы. В связи с этим рассматриваемые величины можно назвать характеристиками состояния системы . Можно теперь сказать, что процесс функционирования системы представляет собой процесс изменения во времени ее состояния, а исследование этого или иного объекта сводится к исследованию процесса изменения во времени представляющих интерес характеристик состояния системы, выступающей в качестве формализованного представления этого объекта.

Заключительным шагом этапа формализации процесса функционирования исследуемого объекта является математическое описание взаимосвязей между характеристиками состояния системы и характеристик внешних воздействий. Тем самым как бы полностью завершается построение указанной системы и переход от исследуемого объекта к его формализованному представлению.

Для выполнения указанного шага могут быть привлечены самые разнообразные средства из арсенала математического анализа: дифференциальное и интегральное исчисление, теория вероятностей, теория множеств, алгебра логики и др.

Искомое математическое описание взаимосвязей между характеристиками состояния системы может иметь вид, например, совокупности математических соотношений, т.е. представлять собой то, что обычно называют математической моделью объекта. Такая совокупность математических соотношений учитывает внутреннюю структуру системы и полностью определяет процесс ее функционирования во времени. Следовательно, математическая модель объекта – это, по сути дела, сама система, представленная в данном случае в виде определенной совокупности математических соотношений (в отличие от реального объекта, имеющего один-единственный, строго определенный вид, абстрактная система может конкретно представляться в различных видах).

Другим конкретным видом представления системы, также выступающим в качестве математической модели объекта, является, например, графическое изображение структурной схемы этой системы совместно с математическим описанием процессов функционирования всех ее элементов, а также процесса воздействия на систему «внешней среды». Заметим, что из второго варианта представления системы может быть непосредственно получена математическая модель объекта в виде упомянутой выше совокупности математических соотношений и наоборот.

Что же касается самой системы – формализованного представления объекта – как таковой, то она может рассматриваться как математическая модель объекта «вообще» или, иначе говоря, как «абстрактная» математическая модель объекта.

Очевидно, что математическая модель исследуемого объекта должна обладать по отношению к последнему определенной степенью адекватности. Другими словами, в процессе функционирования системы, выступающей в качестве такой модели, характеристики ее состояния должны воспроизводить изменения во времени соответствующих показателей функционирования исследуемого объекта с точностью, определяемой целями исследования.

Предположим, что изложенный выше переход от исследуемого объекта к его математической модели успешно осуществлен. Дальнейший ход решения поставленных задач исследования объекта зависит от выбора метода целенаправленного изучения построенной математической модели. В первую очередь здесь следует попытаться применить те или иные аналитические методы. Если же применение таких методов существенно затруднено или просто невозможно, то указанные задачи исследования могут быть решены лишь путем воспроизведения и экспериментального изучения процесса функционирования сформированной абстрактной системы.

Функционирование системы, т.е. изменение во времени значений характеристик ее состояния, может быть воспроизведено различными способами в зависимости от используемых для этой цели средств (устройств, приспособлений). При этом в качестве характеристик состояния системы выступают определенным образом выбранные величины (показатели), в той или иной степени характеризующие функционирование данного устройства (например, для ЭВМ в качестве такого показателя может выступать объем используемой памяти или время, затрачиваемое на совершение конкретной операции).

Заметим также, что изменения значений характеристик состояния воспроизводится ЭВМ со скоростью, как правило, отличной от скорости изменения соответствующих показателей, характеризующих функционирование исследуемого объекта. При этом сохраняется необходимое соотношение между скоростями изменений всех характеристик состояния системы, так что последняя, моделируя функционирование исследуемого объекта, как бы функционирует в своем, особом времени, течение которого отлично от реального. Такое искусственное время, имеющее смысл лишь по отношению к данной системе, в литературе по имитационному моделированию называют системным временем , или модельным временем . С точки зрения формализованного описания исследуемого объекта, системное (модельное) время представляет собой независимую

переменную, функциями которой являются, в частности, все характеристики состояния системы.

Нетрудно видеть, что устройство, используемое для воспроизведения процесса функционирования данной абстрактной системы, выступает по отношению к этой системе совсем в ином качестве, нежели та или иная модель объекта по отношению к этому объекту. Модель объекта воспроизводит изменения во времени значений лишь части всех возможных показателей функционирования объекта, причем состав входящих в эту часть показателей зависит от целей исследования объекта. ЭВМ же воспроизводит изменения во времени всех без исключения характеристик состояния системы, независимо от целей ее исследования. Кроме того, режим функционирования ЭВМ полностью определяет «быстроту» изменений характеристик состояния системы в реальном времени и тем самым течение системного времени.

С точки зрения показателей функционирования рассматриваемого устройства, соответствующих характеристикам состояния системы, это устройство (определенным образом «настроенное») выступает в качестве некоторого имитатора данной системы. С указанной точки зрения то же самое устройство одновременно выступает и в качестве модели исследуемого объекта, которая в связи с изложенным выше обстоятельством может быть названа имитационной . Заметим, что имитацию процесса функционирования системы с помощью имитатора или, иными словами, воспроизведение процесса функционирования исследуемого объекта с помощью его имитационной модели естественно было бы теперь назвать имитационным моделированием объекта. Однако в данном пособии термин «имитационное моделирование» используется для обозначения процесса построения имитационной модели того или иного объекта.

Таким образом, на пути создания имитационной модели исследуемого объекта имеет место последовательный переход от объекта к его формализованному представлению – абстрактной системе и от этой системы к искомой имитационной модели (имитатору системы). Повторим, что в общем случае не точно, а приближенно абстрактная система воспроизводит функционирование исследуемого объекта, а имитатор – функционирование системы. Поэтому точность воспроизведения имитационной моделью представляющих интерес сторон процесса функционирования исследуемого (моделируемого) объекта зависит от выбора как формализованного представления объекта, так и устройства, используемого в качестве имитатора системы.

Резюмируя изложенное выше, можно сказать, в общем случае сущность воспроизведения функционирования исследуемого объекта состоит в имитации (тем или иным способом) изменений во времени значений всех характеристик состояния системы, выступающей в качестве формализованного представления (математической модели) указанного объекта. Данное обобщенное определение может быть конкретизировано по отношению к тому или иному виду устройства – имитатора системы.

Понятие процесс(process) введено разработчиками ОС с 60-х годов, как программа во время выполнения. Заметим, что программа - это всего лишь файл в формате загрузки, сохраняемый на диске, а процесс расположен в памяти на этапе выполнения.

Состояния процесса

Для процесса характерен ряд дискретных состояний, причем смену этих состояний могут вызывать различные события. Первоначально ограничимся рассмотрением трех основных состояний процесса.

Процесс находится в состоянии выполнения, если в данный момент ему выделен центральный процессор (ЦП).

Процесс находится в состоянии готовности, если он мог бы сразу использовать центральный процессор, предоставленный в его распоряжение.

Процесс находится в состоянии блокировки, если он ожидает некоторого события, чтобы получить возможность продолжать выполнение.

Заметим, что в однопроцессорной машине в состоянии выполнения может в каждый конкретный момент времени находится только один процесс. В состояниях же готовности и блокировки могут находиться несколько процессов, т.е. есть возможность создать список готовых и список заблокированных процессов.

Список готовых процессов упорядочен по приоритету, первым в распоряжение получает ЦП первый процесс из списка. При создании списка готовых процессов, каждый новый процесс помещается в конец списка, а по мере завершения выполнения предыдущих процессов продвигается в головную часть списка. Список же заблокированных процессов не упорядочен, т.к. разблокировка процессов осуществляется в том порядке, в котором происходят ожидаемые ими события.

Запуск, или выбор процесса для выполнения - это предоставление ЦП первому процессу из списка готовых процессов. Запуск осуществляется с помощью программы - диспетчер. Обозначим такую смену состояний следующим образом: операционная система linux

Для предотвращения монопольного захвата ресурсов ЦП одним процессом, ОС устанавливает в специальном таймере прерываний определенный временной интервал, который отводится для данного процесса, по истечении кванта времени, таймер вырабатывает сигнал прерывания, по которому управление передается ОС и процесс переводится из состояния выполнения в состояние готовности, а первый процесс из списка готовых - в состояние выполнения.

Блокирование процесса - это освобождение ЦП процессом до истечения отведенного ему кванта времени, т.е. когда выполняющийся процесс инициирует, например, операцию ввода-вывода, и, таким образом, добровольно освобождает ЦП в ожидании завершения указанной операции.

Пробуждение процесса осуществляется тогда, когда происходит какое-либо событие, ожидаемое процессом, и он переходит из состояния блокировки в состояние готовности. Так в выше описанном случае, после завершения операции ввода-вывода.

Итак, мы определили четыре возможные смены состояния процесса.

Отметим, что единственная смена состояния, инициируемая самим процессом - это блокирование, остальные инициируются объектами, внешними по отношению к данному процессу.

Операции над процессами

Системы, управляющие процессами, должны иметь возможность выполнять над ними ряд операций.

Создание процесса. операционная система linux

Создание процесса включает присвоение имени процессу; включение его имени в список имен процессов; определение начального приоритета процесса; формирование блока управления процессом РСВ; выделение процессу начальных ресурсов.

Процесс может породить новый процесс и в этом случае, первый будет называться родительским, а второй дочерним процессом, причем у одного родительского процесса может быть несколько дочерних, а у дочернего только один родительский. Таким образом, создается иерархическая структура процессов.

ОС UNIX, являясь в своей основе средством управления процессами, сама по себе может рассматриваться как система параллельных взаимодействий процессов с древовидной структурой. Общий прародитель всех процессов в ОС UNIX - процесс init, находится в вершине генеалогического дерева, этот процесс постоянно присутствует в системе, все другие процессы порождаются по унифицированной схеме с помощью системного вызова fork().

Каждому созданному процессу UNIX назначает уникальный идентификатор процесса - PID , который идентифицирует процесс для ОС. Кроме того, каждый процесс имеет еще PPID (parent process), который представляет собой не что иное как PID его родителя.

Используя в UNIX команду ps можно видеть идентификаторы текущих процессов в системе.

Уничтожение процесса.

При уничтожении процесса, ресурсы ему выделенные передаются системе, имя из любых списков и таблиц удаляется, а блок управления процессом освобождается.

Приостановка процесса.

Приостановленный процесс может продолжить свое выполнение тогда, когда его активизирует какой-либо другой процесс.

Возобновление процесса.

Операция подготовки процесса к повторному запуску с той точки, в которой он был приостановлен, называется - возобновлением.

Изменение приоритета процесса.

Эта операция означает модификацию значения приоритета процесса в РСВ.

Кроме того, используются операции блокирования, пробуждения и запуска процесса.

С учетом введенных понятий приостановки и возобновления процесса картина смены состояний процесса, приведенная на рис.1 может быть несколько дополнена.

Документы