Real-Time Management of Resource Allocations Systems: A Discrete Event Systems Approach

مدیریت بی‌درنگ سیستم‌های تخصیص منابع بر مشکل مدیریت تخصیص منابع که در چارچوب عملیاتی بسیاری از کاربردهای فن‌آوری معاصر، از جمله سیستم‌های تولید خودکار انعطاف‌پذیر، راه‌آهن خودکار انجام می‌شود، تمرکز دارد. و/یا سیستم های حمل و نقل مونوریل، سیستم های مدیریت گردش کار الکترونیکی و سیستم های پشتیبانی از تراکنش های تجاری. ویژگی بارز همه این کاربردها این است که نقش عنصر انسانی را به نظارت از راه دور در سطح بالا محدود می‌کنند، در حالی که بار نظارت و هماهنگی بی‌درنگ فعالیت‌های جاری را بر عهده یک سیستم کنترل رایانه‌ای می‌گذارند. از این رو، هر پارادایم کنترلی قابل اجرا باید نه تنها به مسائل به حداکثر رساندن توان عملیاتی، کاهش موجودی کار در فرآیند، و تاخیر و به حداقل رساندن هزینه، که نگرانی های معمول برای مطالعات گذشته در مورد تخصیص منابع بوده است، رسیدگی کند، بلکه باید عملیاتی بودن را نیز تضمین کند. صحت و سازگاری رفتاری سیستم خودکار زیربنایی. مشکل به وجود آمده برای توسعه دهندگان این سیستم ها بسیار بدیع است، زیرا در گذشته بسیاری از جنبه های آن به صلاحیت هوش انسانی کنونی واگذار شده بود. همچنین به دلیل سطوح بالای انتخاب - که به‌عنوان انعطاف‌پذیری شناخته می‌شود - که در عملکرد این محیط‌ها ذاتی است، پیچیده است.

این کتاب یک الگوی کنترلی را پیشنهاد می‌کند که یک الگوی جامع ارائه می‌دهد. و راه حلی یکپارچه برای مشکلات کنترل رفتاری/منطقی و عملکرد محور که زمینه مدیریت تخصیص منابع را در برنامه های کاربردی تکنولوژیکی بسیار خودکار فوق الذکر انجام می دهند. با تکیه بر یک سری نتایج نسبتاً جدید از نظریه سیستم‌های رویداد گسسته، پارادایم پیشنهادی با موارد زیر متمایز می‌شود: (1) استحکام آن در برابر تصادفات با تجربه و احتمالات عملیاتی. (2) مقیاس پذیری آن به ماهیت مقیاس بزرگ برنامه های کاربردی فن آوری هدف. و (iii) کارایی عملیاتی آن. این سه ویژگی از طریق اتخاذ یک ساختار "حلقه بسته" برای طرح کنترل پیشنهادی، و همچنین، از طریق تجزیه مربوط به تابع کنترل کلی به یک کنترل کننده منطقی و عملکرد محور برای تخصیص منابع اساسی پشتیبانی می شوند. . مدیریت بی‌درنگ سیستم‌های تخصیص منابع مطالعه دقیقی از مشکلات کنترلی که توسط هر یک از این دو کنترل‌کننده پرداخته شده و ادغام آنها با یک تابع کنترل یکپارچه ارائه می‌کند. مفهوم کنترل بهینه برای هر یک از این مسائل فرموله شده است، اما معلوم می شود که سیاست های بهینه مربوطه از نظر محاسباتی غیرقابل حل هستند. از این رو، بخش بزرگی از کتاب به توسعه تقریب‌های مؤثر و کارآمد محاسباتی برای این سیاست‌های کنترل بهینه، به‌ویژه برای مواردی که با مسئله کنترل منطقی جدیدتری مطابقت دارند، اختصاص داده شده است.

REAL-TIME MANAGEMENT OF RESOURCE ALLOCATION SYSTEMS focuses on the problem of managing the resource allocation taking place within the operational context of many contemporary technological applications, including flexibly automated production systems, automated railway and/or monorail transportation systems, electronic workflow management systems, and business transaction supporting systems. A distinct trait of all these applications is that they limit the role of the human element to remote high-level supervision, while placing the burden of the real-time monitoring and coordination of the ongoing activity upon a computerized control system. Hence, any applicable control paradigm must address not only the issues of throughput maximization, work-in-process inventory reduction, and delay and cost minimization, that have been the typical concerns for past studies on resource allocation, but it must also guarantee the operational correctness and the behavioral consistency of the underlying automated system. The resulting problem is rather novel for the developers of these systems, since, in the past, many of its facets were left to the jurisdiction of the present human intelligence. It is also complex, due to the high levels of choice – otherwise known as flexibility – inherent in the operation of these environments.

This book proposes a control paradigm that offers a comprehensive and integrated solution to, both, the behavioral / logical and the performance-oriented control problems underlying the management of the resource allocation taking place in the aforementioned highly automated technological applications. Building upon a series of fairly recent results from Discrete Event Systems theory, the proposed paradigm is distinguished by: (i) its robustness to the experienced stochasticities and operational contingencies; (ii) its scalability to the large-scale nature of the target technological applications; and (iii) its operational efficiency. These three properties are supported through the adoption of a "closed-loop" structure for the proposed control scheme, and also, through a pertinent decomposition of the overall control function to a logical and a performance-oriented controller for the underlying resource allocation. REAL-TIME MANAGEMENT OF RESOURCE ALLOCATION SYSTEMS provides a rigorous study of the control problems addressed by each of these two controllers, and of their integration to a unified control function. A notion of optimal control is formulated for each of these problems, but it turns out that the corresponding optimal policies are computationally intractable. Hence, a large part of the book is devoted to the development of effective and computationally efficient approximations for these optimal control policies, especially for those that correspond to the more novel logical control problem.