Załącznik 2a Autoreferat przedstawiający opis dorobku i osiągnięć naukowych

Transkrypt

1 Załącznik 2a Autoreferat przedstawiający opis dorobku i osiągnięć naukowych Grzegorz Bocewicz

2

3 Spis treści 1. WPROWADZENIE DANE OSOBOWE Imię, nazwisko, stopień Posiadane dyplomy, tytuły zawodowe, stopnie naukowe z podaniem nazwy miejsca i roku ich uzyskania oraz tytuł rozprawy doktorskiej Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych Profil naukowy DZIAŁALNOŚĆ NAUKOWA Ogólna charakterystyka prowadzonych badań Prezentacja osiągnięcia naukowego uzyskanego po otrzymaniu stopnia doktora, stanowiącego wkład autora w rozwój określonej dyscypliny naukowej Ujęcie ilościowe Liczba publikacji i cytowania Aktywność konferencyjna Recenzje publikacji naukowych Udział w projektach Ekspertyzy Udział w konsorcjach i centrach badawczych Nagrody i wyróżnienia za działalność naukową DZIAŁALNOŚĆ DYDAKTYCZNA Zajęcia dydaktyczne Promotorstwo prac dyplomowych DZIAŁALNOŚĆ ORGANIZACYJNA DODATEK 1: zestawienie opracowanych recenzji publikacji naukowych DODATEK 2: uczestnictwo w konferencjach DODATEK 3: lista publikacji w latach DODATEK 4: literatura uzupełniająca... 41

4 1. WPROWADZENIE Dr inż. Grzegorz Bocewicz w 2006 roku ukończył studia na Wydziale Elektroniki i Informatyki (WEiI) Politechniki Koszalińskiej (PK), kierunek Elektronika i Telekomunikacja. W latach pracował na stanowisku asystenta w Katedrze Podstaw Informatyki i Zarządzania, WEiI, PK, a w 2007 roku (po uzyskaniu stopnia doktora) został zatrudniony na stanowisku adiunkta, na którym do dziś pracuje. Swoją dotychczasową karierę naukową ( ) poświęcił metodom modelowania deklaratywnego (w szczególności programowania z ograniczeniami) i ich zastosowaniom w szeroko rozumianych systemach wspomagania decyzji. Obszar jego zainteresowań koncentruje się głównie na budowie deklaratywnych modeli wybranych klas problemów harmonogramowania cyklicznego, analizy zachowań dyskretnych systemów zdarzeniowych, planowania przedsięwzięć, procesów produkcyjnych i łańcuchów dostaw. Prowadzone badania można podzielić na dwa okresy: przed doktoratem (lata ), po doktoracie (lata 2007-obecnie). Przed doktoratem. Badania rozpoczęte w 2005 roku, związane były z próbą implementacji Metody Logiczno-Algebraicznej (LAM) i stojących za nią podejść (podejścia analizy i syntezy) do wspomagania decyzji w dynamicznych dyskretnych systemach zdarzeniowych. Opracowana w tym celu metoda (bazująca na rozwiązywaniu odpowiednio formułowanych Problemów Spełniania Ograniczeń (PSO)) została wykorzystana w procesie wariantowania zachowań Systemów Współbieżnych Procesów Cyklicznych (SWPC). Systemy tej klasy znajdują zastosowania przy reprezentacji szeregu problemów spotykanych w praktyce (jak np. analizowany w rozprawie doktorskiej podsystem transportowy elastycznego systemu produkcyjnego (ESP)). Wyznaczenie warunków gwarantujących osiągalność cyklicznych przebiegów ustalonych umożliwiło opracowanie procedur wariantowania algorytmów sterowania dyspozytorskiego floty wózków samojezdnych w ESP. Wyniki badań zostały zebrane w pracy doktorskiej pt. Zastosowanie metod programowania z ograniczeniami w zadaniowo zorientowanych systemach interakcyjnego wspomagania decyzji (praca obroniona w 2007 na Wydziale Informatyki i Zarządzania Politechniki Wrocławskiej dyscyplina Informatyka). Po doktoracie. Koncepcja deklaratywnego modelowania problemów analizy i syntezy SWPC znalazła swoje rozwinięcie w wielu wątkach badawczych związanych m.in. z: 4/41 planowaniem przedsięwzięć w warunkach niepewności ( ), budową ontologicznego modelu problemu spełniania ograniczeń ( ), modelowaniem i oceną efektywności funkcjonowania Systemów Multimodalnych Procesów Cyklicznych (SWMPC) (2009-obecnie). Prace prowadzone w latach (finansowane z dwóch projektów wewnętrznych WEiI PK) związane były z próbą budowy modelu Rozmytego Problemu Spełniania Ograniczeń (RPSO). Zaproponowany model, jak i opracowana na jego bazie metoda rozwiązywania RPSO, znalazły swoje wykorzystanie przy rozwiązywaniu problemów planowania przedsięwzięć w warunkach niepewności. Unikalność uzyskanych rozwiązań polega na możliwości badania problemów analizy i syntezy SWPC, w których wszystkie zmienne (wejściowe i wyjściowe) reprezentowane są w postaci liczb rozmytych. W latach , prowadzone dotychczas badania zaczęły ewoluować w kierunku budowy referencyjnego ontologicznego modelu Problemu Spełniania Ograniczeń (PSO). Opracowana koncepcja modelu, stanowiła podstawę do prowadzonych badań związanych z oceną kosztów wdrożenia systemów Enterpise Resource Planning (ERP) (badania te są kontynuowane do chwili obecnej).

5 Odrębny obszar prac dotyczył oceny zachowań SWMPC (prace finansowane częściowo z projektu TAPAS no ). Systemy klasy SWMPC, stanowiące uogólnienie SWPC, bazują na autorskiej koncepcji procesów multimodalnych, tzn. procesów cyklicznych wykorzystujących inne lokalne procesy cykliczne podczas realizacji swoich operacji. Procesy tego typu występują m.in. w systemach transportu publicznego, systemach produkcyjnych, sieciach telekomunikacyjnych, itp. Ocena ich zachowań, związana z rozwiązywaniem problemów analizy i syntezy, wpisuje się w obszar problemów harmonogramowania cyklicznego, a wypracowane na ich gruncie procedury sterowania rozproszonego dyskretnymi systemami zdarzeniowymi, stanowiące rozwiązanie pewnej klasy problemów diofantycznych wnoszą oryginalny wkład do algorytmiki. Wkład autora w rozwój dyscypliny naukowej: Informatyka. W ramach badań nad systemami klasy SWMPC opracowany został wielopoziomowy model, typu: strukturazachowanie, w kontekście którego sformułowane zostały trzy nowe problemy związane z oceną ich zachowania, problemy: analizy, syntezy i re-harmonogramowania. Prowadzone prace koncentrowały się głównie na poszukiwaniu metod ich rozwiązywania: Dla problemu analizy opracowany został zbiór warunków wystarczających do istnienia cyklicznych przebiegów ustalonych. Warunki stanowią podstawę do budowy dwóch uzupełniających się metod wyznaczania harmonogramów cyklicznych. Dla problemu syntezy SWMPC opracowane zostały dwie metody bazujące na różnych warunkach składania podstruktur składowych. Rozważane warunki stały się podstawą do opracowania koncepcji algebraicznego modelu SWMPC. Opracowany na jego bazie operator składania struktur stanowi podstawę metody rozwiązywania problemu syntezy struktur regularnych. Dla problemu re-harmonogramowania opracowana została metoda bazująca na wyprowadzonych warunkach gwarantujących wzajemną osiągalność zachowań SWMPC. Wyniki badań zebrane zostały w jednotematycznym cyklu publikacji pt.: Modele Systemów Multimodalnych Procesów Cyklicznych. Dr inż. G. Bocewicz jest autorem i współautorem 106 publikacji (opublikowanych po doktoracie) obejmujących 3 monografie oraz ponad 40 artykułów w czasopismach międzynarodowych (7 indeksowanych w bazie JCR), jak np.: Engineering Applications of Artificial Intelligence, Mathematical Problems in Engineering, Annual Reviews in Control, itp., a także w seriach wydawniczych: Lecture Notes in Artificial Intelligence, Advances in Intelligent and Soft Computing, Communications in Computer and Information Science, itp. Jego badania przedstawiane były na 27 krajowych i międzynarodowych konferencjach naukowych. Jest członkiem komitetów naukowych 6 cyklicznych konferencji międzynarodowych oraz rad naukowych 4 czasopism o zasięgu międzynarodowym. W ramach pracy dydaktycznej prowadzi zajęcia z przedmiotów z zakresu badań operacyjnych, systemów wspomagania decyzji, technik programowania z ograniczeniami, podstaw informatyki, itp. Jest promotorem 22 prac dyplomowych (2 prace zostały wyróżnione nagrodami) oraz promotorem pomocniczym 2 przewodów doktorskich z dyscypliny Informatyki. Dalsza część autoreferatu zawiera 4 rozdziały. W rozdziale 2 przedstawiono szczegółowe dane osobowe. Rozdział 3 zawiera charakterystykę działalności naukowej obejmującą: ogólną charakterystykę prowadzonych badań (3.1), szczegółowy opis wkładu autora w rozwój dyscypliny naukowej: Informatyka (3.2) oraz ujęcie ilościowe (3.3). W rozdziałach 4 i 5 przedstawiono szczegółowe informacje na temat działalności dydaktycznej i organizacyjnej. 5/41

6 2. DANE OSOBOWE 2.1. Imię, nazwisko, stopień Grzegorz Bocewicz, dr inż., adiunkt urodzony: , Białogard 2.2. Posiadane dyplomy, tytuły zawodowe, stopnie naukowe z podaniem nazwy miejsca i roku ich uzyskania oraz tytuł rozprawy doktorskiej 2007 uzyskanie stopnia naukowego doktora nauk technicznych: Wydział Informatyki i Zarządzania, Politechnika Wrocławska. Dyscyplina: informatyka, specjalność: systemy wspomagania decyzji. Temat rozprawy doktorskiej: Zastosowanie metod programowania z ograniczeniami w zadaniowo zorientowanych systemach interakcyjnego wspomagania decyzji uzyskanie tytułu zawodowego magistra: Wydział Elektroniki i Informatyki (WEiI), Politechnika Koszalińska (PK). Temat pracy magisterskiej: Zastosowanie metod programowania z ograniczeniami do budowy systemu wspomagania decyzji w małych i średnich przedsiębiorstwach uzyskanie tytułu zawodowego inżyniera: Wydział Elektroniki, Politechnika Koszalińska. Temat pracy inżynierskiej: Stanowisko do badania dyspersji w światłowodach włóknistych Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych 2007 obecnie Politechnika Koszalińska, Wydział Elektroniki i Informatyki, Katedra Podstaw Informatyki i Zarządzania (KPIiZ), stanowisko: adiunkt, Politechnika Koszalińska, Wydział Elektroniki i Informatyki, Katedra Podstaw Informatyki i Zarządzania, stanowisko: asystent, Politechnika Koszalińska, Wydział Elektroniki i Informatyki, Katedra Telekomunikacji, stanowisko: asystent stażysta Profil naukowy ResearcherID (profil Web of Science): A SCOPUS Author ID: Google scholar: Grzegorz Bocewicz DBLP: Grzegorz Bocewicz ORCID: /41

7 3. DZIAŁALNOŚĆ NAUKOWA 3.1. Ogólna charakterystyka prowadzonych badań Modele Systemów Multimodalnych Procesów Cyklicznych. Badania zapoczątkowane zostały w rozprawie doktorskiej pt. Zastosowanie metod programowania z ograniczeniami w zadaniowo zorientowanych systemach interakcyjnego wspomagania decyzji. W pracy podjęta została problematyka wykorzystania metod programowania deklaratywnego (w szczególności programowania z ograniczeniami), do oceny zachowań pewnej klasy dyskretnych systemów zdarzeniowych, tzw. systemów współbieżnie realizowanych procesów cyklicznych. Jej głównym wynikiem są (wyprowadzone na gruncie Metody Logiczno-Algebraicznej) warunki wystarczające osiągalności cyklicznych przebiegów ustalonych, umożliwiające syntezę procedur sterowania rozproszonego, wykorzystywanych przy ocenie funkcjonowania zautomatyzowanych systemów transportu międzyoperacyjnego. Deklaratywne modele zachowań systemów procesów współbieżnych, jak i wyprowadzone na ich bazie warunki osiągalności przebiegów cyklicznych, wpisują się w obszar często podejmowanych ostatnio problemów harmonogramowania cyklicznego, m.in. problemów transmisji danych w sieciach telekomunikacyjnych, zarządzania przepływem towarów w łańcuchach logistycznych, czy też transportu miejskiego. Badania zapoczątkowane w rozprawie doktorskiej znalazły swoją kontynuację w problemach modelowania tzw. Systemów Współbieżnych Multimodalnych Procesów Cyklicznych (SWMPC), stanowiących uogólnienie wcześniej rozważanych Systemów Współbieżnych Procesów Cyklicznych. Zaproponowane uogólnienie pozwala rozważać procesy multimodalne, tzn. procesy, wykorzystujące do swojej realizacji inne procesy. Rozważane w ich środowisku problemy osiągalności cyklicznych przebiegów ustalonych dla współbieżnie przebiegających (różnej natury i charakteru) procesów logistycznych mają decydujące znaczenie dla jakości funkcjonowania systemów produkcyjnych, komunikacji miejskiej, komunikacji cyfrowej, itp. Ze względu na silną wzajemną zależność realizowanych procesów, SWMPC są szczególnie podatne na konflikty zasobowe prowadzące do blokad lub zagłodzeń. Możliwość występowania blokad oznacza, że nie w każdej strukturze SWMPC osiągalne są zachowania cykliczne i odwrotnie, nie każde zachowanie cykliczne jest osiągalne w każdej strukturze. Dyskretny charakter modelowanych procesów implikuje całkowito-liczbową reprezentację opisujących je modeli, a to z kolei implikuje diofantyczny charakter badanych problemów osiągalności zachowań cyklicznych SWMPC. Oznacza to, że ocena występowania cyklicznych przebiegów ustalonych systemu, sprowadza się do oceny istnienia rozwiązania równań diofantycznych opisujących SWMPC. Z uwagi na nierozstrzygalność problemu istnienia rozwiązań równań diofantycznych, tzn. brak ogólnych warunków, spełnienie których gwarantuje ich rozwiązanie - brak jest tym samym ogólnych warunków gwarantujących osiągalność cyklicznych zachowań w klasie SWMPC. Warunki takie udaje się wyznaczać tylko dla pewnych podklas rozważanej klasy systemów. Tematyka kolejnych prac ewoluowała w kierunku problematyki modelowania i analizy efektywności systemów procesów cyklicznych procesów multimodalnych. Uzyskane wyniki koncentrowały się wokół problemów wyznaczania warunków koniecznych i wystarczających dla unikania blokad w systemach procesów współbieżnych z różnymi ograniczeniami zasobowymi. Głównym przedmiotem badań stały się relacje łączące efektywność funkcjonowania systemu z charakterystykami jego elementów składowych. Ich celem było opracowanie metod algebraicznej syntezy systemów procesów cyklicznych spełniających zadane, jakościowe i ilościowe ograniczenia narzu- 7/41

8 cone na ich zachowanie. W tym kontekście tematyka kolejnych prac zaczęła stopniowo ewoluować od zagadnień modelowania i syntezy dyskretnych systemów zdarzeniowych do algebraicznej teorii synchronizacji współbieżnie przebiegających sekwencyjnych procesów cyklicznych, cały czas skupiając się jednak na poszukiwaniu rozwiązań dedykowanych dla określonych, spotykanych klas systemów. Prowadzone badania koncentrowały się na dwóch klasach problemów związanych odpowiednio z pytaniami: Czy w systemie o danej strukturze SWMPC osiągalne są cykliczne przebiegi ustalone? Jakie warunki (np. mechanizmy synchronizacji procesów) powinny być spełnione przez strukturę SWMPC aby procesy przebiegające w systemie o tej strukturze mogły być realizowane zgodnie z zadanym cyklicznym przebiegiem ustalonym? Przedstawione problemy odpowiadające znanym z literatury przedmiotu klasom problemów w przód i wstecz wiążą się często z występującymi w praktyce zadaniami analizy i syntezy SWMPC. Warto zauważyć, że dominującą w literaturze tematyką harmonogramowania cyklicznego jest tematyka nawiązująca do pierwszej z wymienionych klas problemów. Ponadto większość prac koncentruje się też wyłącznie na wyznaczaniu samych cyklicznych przebiegów ustalonych, pomijając tak dyskusję ich osiągalności, jak i możliwość przechodzenia pomiędzy wybranymi cyklicznymi przebiegami ustalonymi (nawiązującą do często występujących w praktyce problemów reharmonogramowania). Reasumując, badania prowadzone w latach obejmowały zagadnienia: budowy efektywnych algorytmów oceny osiągalności zachowań cyklicznych struktur SWMPC (problem harmonogramowania procesów realizowanych w systemach o zadanych strukturach), budowy efektywnych algorytmów syntezy struktur SWMPC gwarantujących osiągalność żądanych zachowań systemu (problem syntezy struktur gwarantujących zadane zachowanie), dynamicznej osiągalności cyklicznych przebiegów ustalonych w strukturach SWMPC (problem re-harmonogramowania). Wyniki badań przedstawione zostały w 40 publikacjach, wśród których należy wyróżnić [1-5,8-10, 12,13,15, 18, 19, 21-23, 25, 26, 28, 30, 34, 73, 80, 81, 90, 93, 95-98] (zastosowana notacja jest zgodna z listą w Dodatku 3) oraz zebrane w monografii: Bocewicz G., Modele multimodalnych procesów cyklicznych, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej, grudzień 2013, Koszalin, 289 s. Badania prowadzone były przy współudziale pracowników Politechniki Wrocławskiej (Wydział Elektroniki), Politechniki Poznańskiej (Wydział Inżynierii Zarządzania), a także z Aalborg University, Denmark, (The Faculty of Engineering and Science). Ich wyniki znalazły swoją praktyczną weryfikację w projekcie TAPAS no (realizowanym w ramach 7 Programu Ramowego) [1, 3, 14, 21, 51, 90, 91]. Planowanie przedsięwzięć w warunkach niepewności. Kontynuację głównego nurtu badań związanego z deklaratywnym modelowaniem systemów SWMPC stanowiły, prowadzone w latach w ramach projektu: Zastosowanie technik programowania z ograniczeniami i logiki rozmytej do budowy systemów wspomagania decyzji w warunkach niepewności (kierownik projektu: dr. inż. G. Bocewicz), prace związane z uogólnieniem problemów klasy wstecz na modele rozmyte [6, 7, 35, 36, 39, 41, 42, 46, 70, 71, 82, 103 ]. 8/41

9 W ich wyniku opracowany został model Rozmytego Problemu Spełnienia Ograniczeń (RSPO), umożliwiający formułowanie i rozwiązywanie (przy użyciu opracowanego na tę potrzebę algorytmu) problemów o charakterze rozmytym. W odróżnieniu od już istniejących modeli tego typu, znanych w literaturze jako Fuzzy Constraint Satisfaction Problems, proponowane rozwiązanie oprócz rozmytych ograniczeń zakłada również rozmyty charakter zmiennych oraz dziedzin. Podejście takie pozwala na rozwiązywanie problemów, w których zarówno dane wejściowe, jak i wyjściowe mają charakter nieprecyzyjny (nieprecyzyjny charakter mają również relacje miedzy tymi danymi). Przykładem takiego problemu jest ocena orientacyjnej (wyrażanej przez liczby rozmyte) ilości zasobów (ludzi, narzędzi, pieniędzy, itp.), gwarantującej, z zadanym stopniem pewności, realizację określonego projektu w zadanym orientacyjnym horyzoncie czasu. Ze względu na ograniczenia wnoszone przez komercyjnie dostępne środowiska programowania z ograniczeniami (ECL i PS e, Oz Mozart, ILOG) koniecznym było opracowanie odpowiedniej reprezentacji liczb rozmytych oraz zestawu operatorów umożliwiających realizację działań algebraicznych. Zaproponowana reprezentacja liczb rozmytych (w postaci dyskretnych -przekrojów) oraz dedykowany dla niej zestaw operatorów został opisany m.in. w pracy [6]. Przedstawione podejście zaimplementowane i zweryfikowane zostało w Systemie Wspomagania Planowania Przedsięwzięć. System został wdrożony i jest obecnie wykorzystywany w laboratorium technik programowania z ograniczeniami WEiI, PK. Uzyskane wyniki zebrane zostały w monografii: Bocewicz G., Bach-Dąbrowska I., Banaszak Z., Deklaratywne projektowanie systemów komputerowego wspomagania planowania przedsięwzięć, Akademicka Oficyna Wydawnicza EXIT, 2009, 302 s. Badania prowadzone były przy współudziale pracowników Politechniki Wrocławskiej, (Wydział Elektroniki). Warto dodać, że jedna z implementacji modelu RPSO została wykorzystana do oceny kosztów funkcjonowania jednostek organizacyjnych szkół wyższych - rozprawa doktorska Małgorzaty Juchy, Model kontrolingu w zarządzaniu działalnością dydaktyczną w wyższych szkołach technicznych (2013). Model ontologiczny problemu spełniania ograniczeń. W 2010 roku podjęte zostały prace związane z próbą uogólnienia deklaratywnych modeli problemów klasy analizy i syntezy, uogólnienia uwzględniającego potrzeby procesów wspomagania decyzji. Ich wynikiem jest oryginalna koncepcja ontologicznego modelu Problemu Spełniania Ograniczeń (PSO) wykorzystująca deklaratywny opis systemu klasy SWMPC. Proponowany model stanowi rozszerzenie struktury klas o możliwość definiowania ograniczeń (relacji) tak między wartościami atrybutów klas, jak i między liczbą dopuszczalnych instancji. Struktura tego typu może być postrzegana jako swoisty referencyjny model PSO, który w zależności od kontekstu stawianego w nim pytania może być postrzegany jako problem klasy analizy, bądź też jako problem klasy syntezy. Koncepcja modelu ontologicznego została zaprezentowana w pracy: Banaszak Z., Bocewicz G., Decision Support Driven Models and Algorithms of Artificial Intelligence, Management Sciences Series, Warsaw University of Technology, Faculty of Management, 2011, 237 s. Badania prowadzone były przy współpracy Politechniki Wrocławskiej (Instytut Informatyki, Automatyki i Robotyki) oraz Politechniki Gdańskiej (Wydział Zarządzania i Ekonomii). Implementacje opracowanego modelu wykorzystane zostały m.in. w problemach planowania działań grupy robotów inspekcyjnych [31-33, 68, 72, 82]. Obecnie zaproponowana koncepcja modelu ontologicznego PSO wykorzystywana jest w badaniach 9/41

10 związanych z oceną kosztów wdrożenia systemów ERP badania prowadzone na Politechnice Koszalińskiej (Wydział Elektroniki i Informatyki, Katedra Podstaw Informatyki i Zarządzania). Badania realizowane w ramach prowadzonych przewodów doktorskich. Od roku 2012, równolegle do głównego nurtu badań, wspólnie z mgr. inż. Radosławem Borońskim, dr inż. G. Bocewicz prowadzi badania związane z poszukiwaniem algorytmu indeksowania grupowych zapytań SQL. Rozważany problem sprowadza się do pytania: jaki zbiór indeksów, utworzony dla tabel występujących w zapytaniach SQL, gwarantuje najmniejszy czas odpowiedzi bazy danych? Dostępne na rynku komercyjne narzędzia (np. Toad, SQL Server Database Tuning Advisor, Oracle SQL Access Advisor) okazują się skuteczne jedynie dla pojedynczych zapytań, z kolei metody proponowane w literaturze nie są na tyle efektywne, aby móc je zaimplementować w rzeczywistych produkcyjnych systemach wspomagania decyzji (w których np. zarządzanie planem wykonania zapytania opiera się danych szacunkowych, a nie na rzeczywistych danych systemu). W pracach [20, 27, 29, 69, 94] przedstawiona została propozycja adaptacyjnej metody doboru indeksów (praca [94] otrzymała nagrodę BEST PAPER AWARD na konferencji eknow 2013). Opracowywana aktualnie metoda bazuje na grafowej reprezentacji zapytań SQL umożliwiającej ocenę i wybór zbioru indeksów gwarantujących mniejszy czas odpowiedzi niż ma to miejsce w przypadku metod dedykowanych dla pojedynczych zapytań. Od kwietnia 2013r. dr inż. G. Bocewicz pełni rolę promotora pomocniczego w przewodzie doktorskim mgr. inż. R. Borońskiego, pt: Algorytmy indeksowania tabel dla cyklicznie powtarzających się grup zapytań SQL w relacyjnej bazie danych, promotor: prof. dr hab. inż. Zbigniew Banaszak. Także od 2013 r., wspólnie z doktorantem mgr. inż. Włodzimierzem Wysockim, dr inż. G. Bocewicz prowadzi badania związane z opracowaniem wirtualnego modelu środowiska projektowego dla organizacji wytwarzających oprogramowanie. Kluczowe elementy tego typu środowiska to: zespół projektowy, metoda wytwarzania oprogramowania oraz narzędzia wspierające proces wytwarzania. Ze względu na dużą zmienność wymagań projektów informatycznych, szczególnej wagi nabiera problem doboru odpowiednich (np. gwarantujących terminową realizację projektu) elementów środowiska projektowego. W proponowanym podejściu zakłada się, że dobór takich elementów może się odbywać na drodze wielokrotnych symulacji. Proponowane rozwiązanie koncentruje się na budowie wirtualnego modelu środowiska projektowego obejmującego: zbiór agentów reprezentujących zespół projektowy, zbiór obiektów reprezentujących metody wytwarzania oraz zbiór odpowiednich narzędzi wspomagających. Od stycznia 2014 r. dr inż. G. Bocewicz pełni rolę promotora pomocniczego w przewodzie doktorskim mgr. inż. W. Wysockiego, Agentowo-obiektowy model wsparcia procesu wytwarzania oprogramowania, promotorem którego jest dr hab. inż. Cezary Orłowski prof. nadzw. PG. Badania w tym zakresie prowadzone są przy współudziale pracowników Politechniki Gdańskiej oraz IBM Polska. 10/41 Aktywność naukowa. Aktywność naukowa dr inż. G. Bocewicza zaznacza się również w uczestnictwie, w cyklicznych międzynarodowych konferencjach naukowych (patrz Dodatek 2) m.in. w: International Conference on Computational Collective Intelligence (ICCCI), International Symposium on Distributed Computing and Artificial Intelligence (DCAI),

11 International KES Conference on Agents and Multi-agent Systems (KES AMSTA), International Conference on Knowledge-Based and Intelligent Information & Engineering Systems (KES), International Conference on Systems Science (ICSS), IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA), oraz publikacji w renomowanych czasopismach naukowych m.in.: Engineering Applications of Artificial Intelligence, Annual Reviews in Control, Mathematical Problems in Engineering, Kybernetes, i w seriach wydawniczych: Lecture Notes in Artificial Intelligence, Advances in Intelligent and Soft Computing, Advances in Intelligent Systems and Computing, Communications in Computer and Information Science (patrz Dodatek 3) Prezentacja osiągnięcia naukowego uzyskanego po otrzymaniu stopnia doktora, stanowiącego wkład autora w rozwój określonej dyscypliny naukowej Wskazanie osiągnięcia wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz.U. nr 65, poz.595 ze zm.): Jednotematyczny cykl publikacji pt.: Modele Systemów Multimodalnych Procesów Cyklicznych (w nawiasach podano procentowy udział autora w publikacji). [o1] Bocewicz G. (70%), Wójcik R., Banaszak Z., Cyclic Steady State Refinement. In: International Symposium on Distributed Computing and Artificial Intelligence, series: Advances in Intelligent and Soft Computing, Abraham A., Corchado J.M., Rodríguez González S., de Paz Santana J.F. (Eds.), Springer- Verlag, Vol. 91, 2011, Udział własny: sformułowanie problemu analizy dla SWPC, opracowanie modelu przestrzeni stanów dla procesów lokalnych, opracowanie konkluzji, sformułowanie zakresu przyszłych badań, [o2] Bocewicz G. (60%), Wójcik R., Banaszak Z. A., Reachability of Cyclic Steady States Space: Declarative Modeling Approach. In: Computational Collective Intelligence: Technologies and Applications, Nguyen N-T, Hoang K., Jędrzejowicz P. (Eds.), Springer-Verlag, LNAI, Vol. 7654, 2012, Udział własny: sformułowanie problemu analizy dla SWPC, opracowanie modelu struktury SWPC oraz warunków gwarantujących cykliczną realizację procesów lokalnych, implementacja opracowanego PSO, przeprowadzenie eksperymentów komputerowych, analiza otrzymanych wyników, opracowanie konkluzji, [o3] Bocewicz G. (80%), Banaszak Z. A., Rescheduling of Concurrently Flowing Cyclic Processes. In: Computational Collective Intelligence: Technologies and Applications, Nguyen N-T, Hoang K., Jędrzejowicz P. (Eds.), LNAI, Springer- Verlag Vol. 7654, 2012, Udział własny: opracowanie struktury artykułu i przeglądu literatury, sformułowanie problemu osiągalności zachowań cyklicznych SWPC, opracowanie modelu przestrzeni stanów SWPC i warunków gwarantujących osiągalność zachowań cyklicznych, przeprowadzenie eksperymentów komputerowych, analiza otrzymanych wyników, opracowanie konkluzji, 11/41

12 12/41 [o4] Bocewicz G. (60%), Wójcik R., Banaszak Z., Cyclic Scheduling of Multimodal Concurrently Flowing Processes. In: Advances in Systems Science, series: Advances in Intelligent Systems and Computing. Świątek J., Grzech A., Świątek P., Tomczak J.M., (Eds.), Springer International Publishing, Vol. 240, 2014, Udział własny: sformułowanie problemu analizy, opracowanie modelu przestrzeni stanów procesów multimodalnych, implementacja opracowanego PSO w środowisku programowania z ograniczeniami Oz Mozart, przeprowadzenie eksperymentów komputerowych, analiza otrzymanych wyników, opracowanie konkluzji, sformułowanie zakresu przyszłych badań, [o5] Bocewicz G. (70%), Banaszak Z., Nielsen I., A declarative approach to cyclic processes coupling and scheduling. In: Proceedings of the 17th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation, Track 6 - Computational Intelligence and Modern Heuristics In Automation, ETFA, 2012, Kraków, 1-8 Udział własny: opracowanie przeglądu literatury, sformułowanie problemu syntezy jako problemu składania podstruktur SWPC, opracowanie warunków składania podstruktur SWPC, implementacja opracowanego modelu w środowisku programowania z ograniczeniami Oz Mozart, opracowanie planu i przeprowadzenie eksperymentów komputerowych, opracowanie wniosków, opracowanie konkluzji, [o6] Bocewicz G., Modele multimodalnych procesów cyklicznych, Wydawnictwo Uczelniane Politechniki Koszalińskiej, grudzień 2013, Koszalin, 289 s. [o7] Bocewicz G. (50%), Wójcik R., Banaszak Z., Pawlewski P., Multimodal Processes Rescheduling: Cyclic Steady States Space Approach. In: Mathematical Problems in Engineering, Vol. 2013, Article ID , 24 pages, doi: /2013/ (publikacja on-line), IF=1,383 Udział własny: opracowanie struktury artykułu, opracowanie przeglądu literatury, sformułowanie problemu re-harmonogramowania dla SWMPC, opracowanie modelu struktury i zachowania SWMPC, opracowanie warunków gwarantujących osiągalność zachowań cyklicznych w SWMPC, opracowanie konkluzji, [o8] Bocewicz G. (70%), Nielsen I., Banaszak Z., Automated Guided Vehicles Fleet Match-up Scheduling with Production Flow Constraints. In: Engineering Applications of Artificial Intelligence, Vol. 30, 2014, 49-62, IF=1,625 Udział własny: opracowanie struktury artykułu, opracowanie przeglądu literatury, sformułowanie problemu syntezy jako problemu składania podstruktur SWMPC, opracowanie metody składania podstruktur SWMPC, implementacja metody w środowisku programowania z ograniczeniami OZ Mozart, przeprowadzenie eksperymentów obliczeniowych, opracowanie konkluzji, [o9] Bocewicz G. (70%), Nielsen I., Banaszak Z., Iterative multimodal processes scheduling, In: Annual Reviews in Control, 2014, (in print), IF=1,289 Udział własny: opracowanie przeglądu literatury, sformułowanie problemu składania podstruktur SWMPC, opracowanie metody składania podstruktur SWMPC opartej na zasadzie zamka błyskawicznego, implementacja metody w środowisku programowania z ograniczeniami Oz Mozart, przeprowadzenie eksperymentów obliczeniowych, [o10] Bocewicz G., Robustness of Multimodal Transportation Networks. In: Eksploatacja i Niezawodnosc Maintenance and Reliability, Vol. 16, Issue 2, 2014, , IF=0,293.

13 Przedstawiany jednotematyczny cykl publikacji obejmuje jedną monografię [o6], cztery artykuły opublikowane w czasopismach z listy JCR (sumaryczny impact factor IF=4,590) [o7-o10] należące również do tzw. listy filadelfijskiej (ISI Master Journal List), dwa artykuły wydane w serii wydawniczej LNAI (materiały konferencyjne: the 4th International Conference on Computer and Computational Intelligence, ICCCI 2012) [o2, o3], oraz trzy artykuły wydane w materiałach konferencyjnych: International Symposium on Distributed Computing and Artificial Intelligence DCAI 2011 [o1], International Conference on Systems Science ICSS 2013 [o4], International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation ETFA 2012 [o5]. Tematyka cyklu związana jest z modelem deklaratywnym systemów multimodalnych procesów cyklicznych. Celem przybliżenia intuicji oddającej istotę terminu proces multimodalny, najłatwiej odwołać się do przykładu transportu pasażerskiego w sieci metra [o6]. Linie metra (lokalne procesy cykliczne) łącząc się wspólnymi stacjami przesiadkowymi tworzą sieć transportową umożliwiającą pasażerowi realizację wybranego połączenia. Pasażer, realizując swoją podróż, korzysta zwykle z różnych lokalnych linii i może być interpretowany jako proces multimodalny, tzn. proces wykorzystujący do swojej realizacji fragment różnych procesów lokalnych, patrz rys. 1. Na przedstawionym planie wyróżnione zostały dwie trasy pasażerów oznaczone jako oraz. Pasażerowie podróżujący trasą wykorzystują dwie linie metra i a pasażerowie trasy wykorzystują linie,. Sami pasażerowie są z kolei wykorzystywani do przewozu przesyłek. Trasa przesyłek oznaczona jako składa się z fragmentu trasy oraz. Miejscem przekazywania przesyłek między pasażerami jest stacja. Rys. 1. Przykład wielopoziomowego multimodalnego transportu publicznego (Londyn, maps.google.pl) [o6] Rozważane trasy zostały umieszczone na różnych poziomach oznaczanych jako. Trasa przesyłek została umieszczona na poziomie wyższym niż trasy pasażerów, natomiast trasy pasażerów na poziomie wyższym niż linie metra. 13/41

14 Procesy reprezentujące zachowanie poszczególnych linii metra (zachowanie związanych z nimi środków transportu), nazywane procesami lokalnymi są niezależne od innych procesów. Realizacja tego typu procesów zależy jedynie od przyjętych, na określonych zasobach (stacjach), mechanizmów synchronizacji. Procesy z kolejnego poziomu, reprezentujące strumienie pasażerów, nazywane procesami multimodalnymi pierwszego poziomu, są zależne od mechanizmów synchronizacji, ale też od zachowania procesów lokalnych niższego poziomu. Relację tę można scharakteryzować następująco: możliwość przemieszczenia pasażera między stacjami jest uwarunkowana tym czy pasażer posiada bilet upoważniający go do przejazdu (reguły synchronizacji) oraz obecnością pociągu na stacji (możliwością skorzystania z procesu lokalnego). Inaczej mówiąc zachowanie procesów multimodalnych pierwszego poziomu jest uzależnione od zachowania procesów lokalnych. Podobna relacja łączy wyższe poziomy. Transport przesyłek procesów multimodalnych poziomu 2 jest również zależny od obecności środków transportu, czyli pasażerów procesów multimodalnych poziomu 1. Przesyłki nie będą mogły być przenoszone jeżeli pasażerowie utkną w korku (blokadzie) i nie będą mogli się przemieszczać. Pasażerowie też nie będą mogli się przemieszczać gdy zablokowany zostanie ruch pociągów. Przedstawiony związek odpowiada idei wielopoziomowego modelowania, w którym realizacja procesów wyższych poziomów jest uwarunkowana realizacją procesów poziomów niższych. Dla zbioru tak powiązanych ze sobą procesów rozważane problemy mogą dotyczyć m.in. oceny okresu ich realizacji (determinującego czas transportu pasażerów i przesyłek), oceny istnienia harmonogramu procesów lokalnych (rozkładu jazdy pociągów), który gwarantuje realizację procesów multimodalnych na zakładanym poziomie (transport zakładanej ilości pasażerów i przesyłek), czy na przykład oceny istnienia reguł synchronizacji (reguł określających kolejność obsługi pociągów na stacjach) oraz marszrut procesów (sposobu prowadzenia linii metra), gwarantujących bezkolizyjną i bezblokadową realizację procesów lokalnych i multimodalnych. Należy zaznaczyć, że tak określone problemy koncentrują się na ocenie wzajemnego wpływu struktury systemu (w rozważanym przypadku sieci linii metra i współdzielących jej zasoby pociągów, pasażerów i przesyłek) na jego zachowanie skutkujące określonymi rozkładami jazdy (harmonogramami). Wskazuje to na systemowy charakter rozważanych problemów akcentując trudny do przewidzenia (nieliniowy) wpływ zmian struktury linii metra i/lub rozstrzygania konfliktów zasobowych związanych z priorytetowaniem dostępu pociągów do współdzielonych zasobów infrastruktury. Innych przykładów procesów multimodalnych dostarczają podsystemy transportu międzyoperacyjnego dyskretnych systemów produkcyjnych (gdzie procesy multimodalne reprezentują marszruty produkowanych wyrobów) [o8], procesy biznesowe [o6], a także sieci komputerowe systemów transmisji danych. Przykład ilustrujący występowanie procesów multimodalnych w ostatnim z wyżej wymienionych przypadków związany z modelowaniem transmisji danych w routerze usługi VOD (ang. Video On Demand) przedstawia rys. 2. Rozważane procesy multimodalne, reprezentują strumienie transmitowanych pakietów (transmisja pomiędzy portami oraz ). Pakiety transmitowane są za pośrednictwem czterech procesów lokalnych:,,, odpowiedzialnych za transmisje danych pomiędzy zasobami wejścia/wyjścia portów. 14/41

15 Port A Port B Port C Port D A B C D A (R 1,R 2,R 5) B (R 2,R 3,R 6) C (R 3,R 4,R 7) D (R 4,R 1,R 8) Legenda:,,, nazwa portu, : zasoby współdzielone portu, ( :we, :wy), : zasób lokalny portu (punkt we/wy) - -ty proces lokalny - procesy multimodalne - -ty zasób Rys. 2. Przykład czteroportowego routera transmisji danych dla usługi VOD (ang. Video On Demand) [o6] a), ilustracja procesów multimodalnych na modelu Systemu Współbieżnych Multimodalnych Procesów Cyklicznych b) Procesy multimodalne są podstawowym elementem wprowadzonych w [o6], Systemów Współbieżnych Multimodalnych Procesów Cyklicznych (SWMPC). Systemy tego typu stanowią rozszerzenie znanych w literaturze Systemów Współbieżnych Procesów Cyklicznych (SWPC) [o1, o2, o3, u1, u11 numeracja zgodna z literaturą uzupełniającą, Dodatek 4] związanych z problemami harmonogramowania cyklicznego procesów lokalnych. W prezentowanym cyklu prac przyjęto, że systemy klasy SWMPC definiowane są poprzez: zbiór cyklicznych procesów lokalnych oraz rodzinę wykorzystujących je cyklicznych procesów multimodalnych. Operacje procesów lokalnych i multimodalnych są realizowane współbieżnie w oparciu o zbiór wspólnie wykorzystywanych zasobów zbioru [o6]. Ze względu na przyjęty obszar zastosowań rozważana klasa należy do systemów dyskretnych (zmienne przyjmują wartości z dziedziny liczb całkowitych) co determinuje diofantyczny charakter omawianych dalej problemów. Przedmiotem szczególnego zainteresowania są tutaj systemy, w których przyjęto zasadę wzajemnego wykluczania procesów (zarówno na poziomie zachowań procesów lokalnych, jak i na każdym z poziomów procesów multimodalnych) oraz niewywłaszczalności zasobów. Zgodnie z wprowadzoną klasyfikacją [o6] systemy tego rodzaju są elementami sześciu klas:,,,,, stanowiących rozszerzenie (obejmujące wprowadzenie procesów multimodalnych) klasy WPP o l, k s, j u będącej jedną z 8 podklas WPP. Klasa WPP obejmuje systemy, w których dostępna jest informacja o strukturze częściowych żądań zasobowych procesów oraz o globalnym stanie rozdziału zasobów [u2]. Stanowi ona podklasę systemów rozproszonych PR (WPP PR) [u4]. Przyjęte założenia powodują, że w systemach rozważanej klasy nie zawsze osiągalne jest żądane cykliczne zachowanie procesów. W wielu przypadkach może dochodzić również do zawieszenia pracy systemu, tzn. blokad (impasów) i/lub zagłodzeń procesów spowodowanych brakiem dostępu procesów do żądanych zasobów. Warto zwrócić uwagę, że istnieją takie instancje SWMPC, w których żadne zachowanie cykliczne realizowanych procesów nie jest osiągalne [o6] (tzn. wszystkie stany początkowe systemu prędzej czy później prowadzą do jego blokady). Poszukiwanie zachowań cyklicznych w tego typu systemach okazuje się szczególnie trudne. W pracy [o6] pokazano, że ocena osiągalności zachowania cyklicznego SWMPC jest równoznaczna z oceną 15/41

16 16/41 istnienia rozwiązania układu odpowiednich równań diofantycznych (sprzeczność takiego układu jest równoznaczna z wystąpieniem blokady). Problemy oceny osiągalności zachowań cyklicznych SWMPC wpisują się w nurt problemów harmonogramowania cyklicznego. W literaturze istnieje cały szereg algorytmów wyznaczania optymalnych harmonogramów realizacji operacji, dedykowanych dla różnych założeń i środowisk pracy (np. w zadaniach wyznaczania rozkładów jazdy [93], transmisji telekomunikacyjnych [u11], planowania produkcji [u1, u6], itp.). Wśród problemów harmonogramowania cyklicznego w pierwszej kolejności można wyróżnić problemy optymalizacyjne, takie jak: elementarny problem harmonogramowania cyklicznego BCSP (Basic Cyclic Scheduling Problem [u7, u10, u12]) oraz jego rozszerzenia związane z harmonogramowaniem w gniazdach produkcyjnych (tzw. problemy gniazdowe), problem ogólny CJP (Cyclic Jobshop Problem [u3, u8]), przepływowy CFP (ang. Cyclic Flowshop Problem [u8]), otwarty COP (ang. Cyclic Open Shop), jak i problemy planowania przedsięwzięć CPSP (Cyclic PERT-Shop Problem). W pracy [u9] podaje się ponad 60 tego rodzaju problemów. Z wyjątkiem problemu BCSP wszystkie należą do klasy problemów NP-trudnych, implikuje to konieczność stosowania do ich rozwiązywania metod z obszaru Sztucznej Inteligencji [u9]. Zjawisko blokad, uwzględniane powszechnie w systemach współbieżnych procesów cyklicznych, może prowadzić do sytuacji, w których zbiór rozwiązań dopuszczalnych (obejmujący zachowania cykliczne) jest zbiorem pustym. Brak gwarancji istnienia rozwiązań dopuszczalnych sprawia, że systemach klasy SWPC optymalizacyjne problemy harmonogramowania cyklicznego zastępowane są problemami decyzyjnymi, których celem są metody wyznaczania rozwiązań dopuszczalnych lub też warunków gwarantujących ich istnienie. Stosowane podejścia obejmują metody unikania blokad (podejście w przód problem analizy) [u15] oraz metody zapobiegania powstawaniu blokad (podejście wstecz problem syntezy) [u5]. Ocena osiągalności zachowań cyklicznych nabiera nowego znaczenia w systemach uwzględniających wielopoziomową realizację procesów multimodalnych systemach klasy SWMPC. Wzajemny związek między procesami multimodalnymi różnych poziomów zachowań (np. związek między sposobem transportu pasażerów a sposobem transportu przesyłek w systemie z rys. 1) oznacza, że wystąpienie blokady na jednym poziomie jest źródłem wstrzymania realizacji procesów poziomów wyższych (wstrzymanie transportu pasażerów powoduje wstrzymanie transportu przesyłek). W takich systemach poszukiwanie rozwiązań dopuszczalnych jest szczególnie trudne. Wynika to faktu, że ocena zachowań cyklicznych musi uwzględniać relacje zachodzące między realizacją poszczególnych procesów multimodalnych i lokalnych. Na potrzeby wyżej wymienionych problemów opracowany został deklaratywny model SWMPC. Model wprowadzony po raz pierwszy w [5], i dalej uszczegółowiony w [o6], stanowi opis relacji zachodzących między strukturą systemu a jego niem (rys. 3). W przyjętym modelu struktura (rys. 3) jest definiowana jako -ka zawierająca zbiór zasobów oraz hierarchicznie uporządkowany zbiór poziomów zachowań. Wyróżnia się jeden poziom zachowań procesów lokalnych oraz wiele poziomów procesów multimodalnych. W skład każdego poziomu wchodzi zbiór procesów, marszrut, operacji oraz zbiór reguł priorytetowania określających kolejność obsługi procesów na współdzielonych zasobach. Struktura determinuje potencjalne przejawy zachowania rozumianego jako przestrzeń dopuszczalnych stanów systemu. Modelem zachowania systemów klasy SWMPC jest niespójny digraf, którego komponentami spójności są digrafy zacho-

17 wań reprezentujące przebiegi prowadzące do blokady (acykliczne digrafy - drzewa) lub przebiegu cyklicznego (cykliczne digrafy z jednym cyklem - wiry) [o1, o4, o6]. Wielopoziomowy charakter struktury znajduje swoje odbicie w definicjach stanu systemu, funkcji przejścia oraz przestrzeni stanów (każdemu poziomowi zachowań odpowiada dokładnie jeden rzut przestrzeni - rys. 3). Struktura SWMPC Zachowanie SWMPC poziom poziom poziom SL Rys. 3. Struktura i zachowanie SWMPC [o6] Przyjęty model SWMPC pozwala formułować problemy związane z oceną osiągalności zachowań systemu w kategoriach problemów spełniania ograniczeń PSO. W ramach takich problemów, poszukuje się wartości zmiennych struktury i/lub zachowania, dla których spełniony jest zbiór ograniczeń opisujących wzajemne relacje między nimi - ograniczenia wyrażane poprzez założenia struktury [o6], funkcję przejścia [o1, o4, o6], itp. Podejście takie umożliwia wykorzystanie do rozwiązywania tego typu problemów komercyjnie dostępnych narzędzi programowania z ograniczeniami. W prezentowanym cyklu publikacji wszystkie modele są implementowane w środowisku Mozart języka Oz. W ramach rozważanego modelu formułowane i rozwiązywane są trzy następujące problemy: 1. Analizy. Problem polegający na ocenie czy dla zadanej struktury systemu klasy SWMPC istnieje przestrzeń stanów zawierająca cykliczne digrafy typu wir? 2. Syntezy. Problem polegający na ocenie czy istnieje struktura systemu klasy SWMPC, która gwarantuje cykliczną przestrzeń stanów (tzn. zawierającą digrafy cykliczne - wiry)? 3. Re-harmonogramowania. Problem polegający na ocenie czy w cyklicznej przestrzeni stanów (osiągalnej w zadanej strukturze ) istnieje możliwość przejścia między dwoma wybranymi przebiegami cyklicznymi (związanymi z nimi wirami)? Ad. 1) W ujęciu teorii grafów postawiony problem analizy sprowadza się do problemu oceny cykliczności grafu skierowanego (przestrzeni stanów ). W rozważanym przypadku przestrzeń stanów, determinowana przez wartości paramentów struktury, 17/41

18 jest jednak nieznana a jej wyznaczenie wymaga znacznych kosztów obliczeniowych (rozmiar przestrzeni rośnie wykładniczo wraz ze wzrostem rozmiaru systemu). Z tego względu opracowane metody miały na celu umożliwić ocenę istnienia zachowań cyklicznych (cykliczności przestrzeni ) w oparciu o znane parametry struktury. Pierwsza z opracowanych metod - metoda generowania harmonogramów cyklicznych - stanowi przedmiot badań opisanych w [o2] oraz [o6]. Pozwala ona dokonać oceny cykliczności przestrzeni w oparciu o ocenę istnienia harmonogramów cyklicznych. W pracach [o2, o6] pokazano, że z każdym wirem (digrafem cyklicznym) przestrzeni związany jest dokładnie jeden harmonogram cykliczny procesów multimodalnych (pojęcie takiego harmonogramu jest wprowadzone w [o6]). Istnienie harmonogramów cyklicznych jest z kolei warunkowane acyklicznością tak zwanych digrafów pierwszeństwa operacji [o2, o6]. Ocena acykliczności tego typu digrafów (formułowanych dla każdego z poziomów zachowań) sprowadza się do oceny niesprzeczności opracowanych w tym celu ograniczeń (ograniczenia dla procesów lokalnych [o2]), (ograniczenia dla procesów multimodalnych) [o6]. Ograniczenia stanowią rozwinięcie ograniczeń wykorzystywanych w modelach proponowanych w [u7, u13, u14]. Do oceny niesprzeczności ograniczeń, wykorzystuje się opracowany specjalnie w tym celu algorytm generowania harmonogramów cyklicznych. Algorytm polega na wielokrotnym (iteracyjnym) rozwiązaniu problemu spełniania ograniczeń (ocena spełnialności ograniczeń zbiorów:, ), którego rozwiązaniem są momenty rozpoczęcia operacji poszukiwanego harmonogramu. W pracy [o6] pokazano, że spełnienie ograniczeń zbiorów:,, jest warunkiem wystarczającym do istnienia cyklicznej przestrzeni stanów. Przeprowadzone badania [o6] wskazują, że w szczególnym przypadku systemów o strukturze z tzw. ustalonymi semaforami, rozwiązanie problemu analizy w oparciu o opracowany algorytm, okazuje się zadaniem o liniowej złożoności obliczeniowej. W pozostałych przypadkach konieczny jest przegląd potencjalnych wariantów reguł priorytetowania (cyklicznych przesunięć) co charakteryzuje się wykładniczą złożonością obliczeniową. Uproszczony wariant opracowanej metody został opublikowany w specjalnym wydaniu czasopisma: International Journal of Advanced Manufacturing Technology, dedykowanym systemom produkcyjnym opartym na regułach priorytetowania (Advanced dispatching rules for large-scale manufacturing systems) [5]. U podstaw drugiej metody leżą modele przestrzeni stanów wprowadzane i rozwijane kolejno w pracach [o1], [o4] i [o6]. Opracowana metoda redukcji stanów początkowych [o6] polega na wykorzystaniu specyficznych właściwości przestrzeni. Umożliwia ona analizę zachowania sytemu jednocześnie dla wszystkich poziomów struktury. Wyznaczenie cyklicznych przebiegów ustalonych odbywa się na drodze redukcji (usuwania) z przestrzeni przebiegów przejściowych poprzez iteracyjne odcinanie stanów początkowych (tzn. stanów nie posiadających rodziców). Redukcja odbywa się w wyniku rozwiązania odpowiedniego problemu spełniania ograniczeń, w ramach którego w pierwszej kolejności wyznaczane są wszystkie stany początkowe a potem są one usuwane z przestrzeni stanów. Metoda pozwala wyznaczyć przebiegi cykliczne oraz wszystkie prowadzące do nich przebiegi przejściowe (wyznaczając w ten sposób wiry przestrzeni ). Cechą szczególną jest to, że w oparciu o wyznaczony zbiór odciętych stanów można wyznaczyć warunki gwarantujące cykliczne zachowanie systemu. Przez warunki tego typu rozumie się zbiór ograniczeń wykluczających z przestrzeni stanów stany składające się na przebiegi przejściowe. 18/41

19 Opracowane dla tej metody dwa algorytmy w ogólnym przypadku charakteryzują się wykładniczą złożonością obliczeniową [o6]. Badania pokazały jednak, że przypadku systemów o przestrzeniach zawierających niewielką liczbę stanów dopuszczalnych tzw. systemów gęstych, algorytmy charakteryzują się mniejszym nakładem obliczeń niż metoda generowania harmonogramów cyklicznych. Obie metody dedykowane są dla systemów typu:,,, (klasyfikacja wprowadzona w [o6]). Mają one charakter deklaratywny to znaczy, że rozważany problem analizy wyrażany jest w kategoriach (jednego lub wielu) problemów spełniania ograniczeń. Do implementacji tych metod można więc wykorzystać komercyjnie dostępne środowiska programowania z ograniczeniami (ILOG, ECLiPS e, Oz Mozart, itp.). Ad. 2) Rozważany problem syntezy, w ogólnym przypadku, polega na poszukiwaniu wartości zmiennych struktury gwarantujących cykliczność przestrzeni stanów. Prowadzone badania koncentrują się na poszukiwaniu zbioru reguł priorytetowania oraz czasów wykonywania operacji. Jedno z proponowanych podejść polega na wykorzystaniu opracowanej metody generowania harmonogramów cyklicznych. Adaptacja tej metody dla problemu syntezy została przedstawiona w pracy [o6]. Przeprowadzone eksperymenty [o6] wskazują, że metoda ta może znaleźć zastosowanie w systemach o rozmiarach nie przekraczających 40 realizowanych operacji (procesów lokalnych i multimodalnych). Ze względu na dużą złożoność obliczeniową zaproponowane zostało alternatywne podejście polegające na syntezie SWMPC w wyniku składania jego podsystemów. W podejściu tym poszukiwana jest odpowiedź na pytanie jakie klasy struktur, jak łączonych ze sobą, składają się na strukturę systemu realizującego oczekiwane zachowanie cykliczne? Do zalet tego podejścia należy zaliczyć możliwość zmniejszenia efektu skali (dekompozycja systemów) oraz wariantowania rozbudowy planowanych systemów. W ogólnym przypadku problem składania (traktowany jako szczególna postać problemu syntezy) sprowadza się do poszukiwania, w zadanym zbiorze struktur, takiej ich kompozycji, która gwarantuje cykliczną realizację procesów (lokalnych i multimodalnych). W szczególnym przypadku, problem ten odnosi się do sytuacji, w której topologia struktury wynikowej jest znana, a do jej rekonstrukcji wykorzystywane są wszystkie elementy zbioru, zbioru podstruktur otrzymanych w wyniku dekompozycji. W pracy [o5] przedstawiono i zweryfikowano na praktycznym przykładzie autorskie podejście składania struktur systemów klasy SWPC. W pracy [o6] podejście to zostało rozszerzone na systemy klasy SWMPC, na jego podstawie zaproponowana została metoda bazująca na warunkach składania podstruktur wzdłuż łańcucha zasobów o zgodnym zwrocie marszrut procesów. Przeprowadzone eksperymenty obliczeniowe [o6] pokazują, że zastosowanie dekompozycji systemu w oparciu o te warunki, pozwala ograniczyć koszt obliczeniowy, konieczny do rozwiązania problemu syntezy, nawet o 90% (rozważany problem syntezy dotyczy poszukiwania zbioru reguł priorytetowania gwarantujących istnienie cyklicznej przestrzeni stanów ). Zakres zastosowania opracowanej metody jest jednak ograniczony do struktur, w których dochodzi do zgodnej realizacji procesów (marszruty procesów na łączonych zasobach mają ten sam zwrot). Druga z opracowanych metod prezentowana w [o8] polega na wyznaczaniu zmiennych struktury SWMPC (w tym przypadku czasów trwania operacji ) na drodze iteracyjnego rozwiązywania problemów spełniania ograniczeń formułowanych dla kolejnych 19/41

20 podstruktur struktury. Proponowana metoda ma charakter zachłanny (w trakcie rekonstrukcji struktury nie dopuszcza się nawrotów), co powoduje że nie zawsze możliwe jest wyznaczenie rozwiązania dopuszczalnego. W pracy [o9] metoda ta została rozwinięta na potrzeby systemów uwzględniających wielopotokowość, zarówno procesów lokalnych, jak i multimodalnych. Sformułowana ponadto została zasada składania podstruktur, tzw. zasada zamka błyskawicznego. Zasada ta została szeroko opisana w pracy [o6]. Eksperymenty obliczeniowe przeprowadzane na praktycznych przykładach podsystemów transportowych AGV [o8], [o9], pokazują, że stosowanie dekompozycji pozwala na znaczną redukcję przestrzeni poszukiwań i tym samym zwiększenie efektywności proponowanych algorytmów (np. algorytmu wyznaczania harmonogramów cyklicznych). Opracowane zasady składania podstruktur [o6, o9], determinują różne warianty operatorów składania SWMPC. Zbiór tego typu operatorów gwarantuje cykliczność systemu otrzymanego ze składania wielu struktur o zachowaniach cyklicznych. Stanowi on również podstawę do budowy algebry SWMPC, umożliwiającej realizację działań odpowiadających intuicjom dodawania, usuwania i multiplikacji struktur. Opracowanie modelu algebraicznego tego typu, stanowi jeden z dalszych kierunków prowadzonych badań. Jednym z przykładów wykorzystania operatora składania bazującego na zasadzie zamka błyskawicznego jest problem syntezy struktur regularnych [o6]. W strukturach tego typu ocena osiągalności zachowania cyklicznego całej struktury może odbywać się w oparciu o ocenę zachowania tylko pojedynczej struktury izomorficznej (lub zbioru grup struktur izomorficznych) [o6]. Wykorzystanie tej własności pozwala rozwiązywać problemy syntezy o dowolnej liczbie struktur izomorficznych. Ograniczeniem w tym przypadku jest rozmiar pojedynczej podstruktury izomorficznej, który podobnie jak w przypadku użycia metody generowania harmonogramów cyklicznych, nie może przekraczać 40 operacji [o6]. Ad. 3) Rozważany problem re-harmonogramowania, w ogólnym przypadku sprowadza się do problemu oceny wzajemnej osiągalności cyklicznych digrafów zachowań (wirów) będących elementami tej samej przestrzeni stanów. W praktyce oznacza to ocenę możliwości przejścia między dwoma wybranymi harmonogramami cyklicznymi. Ze względu na zastosowania praktyczne (np. w systemach produkcyjnych), szczególnie istotna staje się możliwość przejścia niewymuszająca wstrzymania i/lub realokacji występujących w systemie procesów (zmiana jednego harmonogramu produkcji w drugi bez konieczności wstrzymywania procesów produkcyjnych). W pracy [o7] zaproponowano warunek, którego spełnienie gwarantuje wzajemną osiągalność wybranej pary wirów. Zgodnie z tym warunkiem dwa wiry są wzajemnie osiągalne jeśli w zbiorze tworzących ich stanów istnieją co najmniej dwa stany o wspólnej alokacji procesów lokalnych i multimodalnych. Założenie przyjmujące wspólną alokację procesów w stanach, w których dochodzi do zmiany zachowania (zmiany harmonogramów realizacji procesów), pozwala na realizację przejść między przebiegami cyklicznymi nie wymuszających zmian alokacji procesów. W oparciu o opracowany warunek zaproponowano algorytm wyznaczania stanów o wspólnej alokacji [o7]. Algorytm charakteryzuje się wielomianową funkcją złożoności obliczeniowej ( ) jego użycie wymaga jednak znajomości wirów, dla których te stany są poszukiwane. W celu ich wyznaczenia wykorzystuje się omawianą już wcześniej metodę redukcji stanów początkowych. Skuteczność algorytmu zweryfiko- 20/41

21 wano m.in. na praktycznym przykładzie problemu re-harmonogramowania realizacji procesów w systemie wieloasortymentowej, masowej produkcji [51]. W pracy [o6] przedstawiono koncepcję sieci wzajemnych przejść pomiędzy cyklicznymi przebiegami ustalonymi, wyznaczaną w wyniku badania wzajemnej osiągalności wszystkich wirów przestrzeni. Zaproponowano podejście wyznaczania nowych przebiegów cyklicznych w oparciu o dopuszczalne, w tego typu sieci, przejścia cykliczne. W pracy [o10] przedstawiono uogólnioną postać opracowanego warunku, dzięki której możliwe jest badanie wzajemnej osiągalności dwóch dowolnych digrafów zachowań (np. wzajemnej osiągalności wiru i drzewa). Warunek ten jest wykorzystywany w przypadku oceny możliwości powrotu systemu do przebiegu cyklicznego, ze stanów osiągniętych w wyniku zakłócenia realizacji pewnych procesów. Na bazie tego warunku opracowane zostało podejście zwiększania odporności SWMPC, na zakłócenia w sterowaniu procesami [o10]. Perspektywiczne kierunki kontynuacji dotychczas prowadzonych badań koncentrują się głównie na obszarze syntezy struktur regularnych i struktur fraktalnych. Struktury tego typu znajdują swoje zastosowanie m.in. przy modelowaniu elementów systemów telekomunikacyjnych, sieci danych, czy systemów produkcji masowej [o6]. Obecnie dr inż. G. Bocewicz jest współorganizatorem sesji tematycznej poświęconej Systemom Współbieżnych Multimodalnych Procesów Cyklicznych: AI driven methods for Multimodal Networks and Processes Modeling, odbywającej się na międzynarodowej konferencji: International Symposium on Distributed Computing and Artificial Intelligence, (Salamanka, Hiszapania). Podsumowując, do najistotniejszych rezultatów składających się na niniejszy cykl publikacji należą następujące wyniki: opracowanie wielopoziomowego, deklaratywnego modelu SWMPC (typu: struktura-zachowanie) bazującego na autorskiej koncepcji procesów multimodalnych, rozszerzenie klasy systemów WPP o podklasę systemów procesów multimodalnych (, sformułowanie trzech nowych problemów związanych z oceną zachowania systemów klasy SWMPC; problemów analizy, syntezy i re-harmonogramowania, opracowanie warunków wystarczających (opartych na acykliczności digrafów pierwszeństwa operacji) do istnienia cyklicznej przestrzeni stanów, opracowanie dwóch wzajemnie uzupełniających się metod (bazujących na technikach programowania z ograniczeniami) oceny osiągalności w systemie klasy SWMPC, cyklicznej przestrzeni stanów metody wyznaczania cyklicznych przebiegów ustalonych: metoda generowania harmonogramów cyklicznych oraz metoda redukcji stanów początkowych (metody rozwiązywania problemów analizy), adaptacja metody generowania harmonogramów cyklicznych do rozwiązywania problemów syntezy, opracowanie dwóch metod rozwiązywania problemu syntezy w oparciu o składanie jego podstruktur: metoda oparta na warunkach składania podstruktur wzdłuż łańcucha zasobów o zgodnym zwrocie marszrut procesów, metoda oparta na zasadzie zamka błyskawicznego, opracowanie metody rozwiązywania problemu syntezy dla struktur regularnych, opracowanie warunku gwarantującego wzajemną osiągalność zachowań SWMPC (wzajemną osiągalność cyklicznych przebiegów ustalonych SWMPC), oraz opra- 21/41

22 Lista A Lista A Autoreferat przedstawiający opis dorobku i osiągnięć naukowych - dr inż. G. Bocewicz cowanie wykorzystującej ten warunek metody rozwiązywania problemu reharmonogramowania. Rezultaty przedstawione w prezentowanym cyklu publikacji mają istotny wkład w rozwój informatyki, w szczególności, w obszarze problemów harmonogramowania cyklicznego, modelowania deklaratywnego, badań systemowych oraz teorii sterowania Ujęcie ilościowe Liczba publikacji i cytowania Dr inż. G. Bocewicz jest autorem/współautorem 106 prac opublikowanych w latach (okres po doktoracie) patrz tab. 1. Wśród nich 11 publikacji jest opublikowanych w czasopismach z Listy A (wg ministerialnego wykazu czasopism obowiązującego w roku publikacji) w tym 7 z nich jest indeksowanych w bazie Journal Citation Reports (JCR) (sumaryczny impact factor: IF=6,403); należą do tzw. listy filadelfijskiej (ISI Master Journal List). Wśród prac tych znajdują się również 2 monografie, 1 podręcznik (wydany w języku angielskim) oraz 39 rozdziałów w pozycjach monograficznych. Łączna liczba punktów za publikacje w tym okresie wynosi 709, punkty związane z autorskim udziałem to 409,4. Tab. 1. Publikacje w latach (po doktoracie) Rodzaj Liczba publikacji Punkty 1 (P) Punkty za udział 2 (PU) publikacje indeksowane w JCR, posiadające IF ISI Web of Science oczekujące na indeksację w WoS 4 (IF: 3,489; 5YIF: 3,962 ) publikacje należące do listy A ale nieposiadające IF pozostałe publikacje indeksowane w JCR, posiadające IF 3 (IF: 2,914; 5YIF: 4,920 ) pozostałe lista B ,4 monografie, podręczniki, redakcje rozdziały w monografiach j. angielski ,2 j. polski ,8 materiały konferencyjne niepunktowane SUMA: , punkty liczone wg ujednoliconego wykazu czasopism naukowych z 2013 r. - punkty uzyskane po uwzględnieniu procentowego udziału G. Bocewicza w poszczególnych publikacjach - IF liczony względem JCR Thomson Reuters ( ) obowiązującym w roku wydania czasopisma - publikacje oczekujące na indeksację w bazie Web of Science zgodnie z oświadczeniem wydawcy (publikowane czasopismach i cyklicznych seriach wydawniczych indeksowanych w WoS). 22/41

23 Wśród opublikowanych prac (tab. 1): 15 publikacji jest aktualnie indeksowanych w bazie Web of Science (WoS), 13 publikacji oczekuje na indeksację w bazie Web of Science (WoS), zgodnie z oświadczeniem wydawcy lub organizatorów konferencji (prace publikowane w cyklicznych seriach wydawniczych indeksowanych w WoS), 22 publikacji jest indeksowanych w bazie DBLP Computer Science Bibliography, 34 publikacji jest indeksowanych w bazie Scopus, 96 publikacji jest indeksowanych w bazie Google Scholar (Publish or Perish). Uwzględniając całkowity okres pracy naukowej (lata ) liczba indeksowanych publikacji wynosi odpowiednio: 17 w bazie WoS, 36 w bazie Scopus, 23 w bazie DBLP, 106 w bazie Google Scholar (tab. 2). Większość spośród publikacji już zaindeksowanych bądź też oczekujących na indeksację w ww. bazach danych, zaliczana jest do kategorii computer science: 21 wg WoS, 23 wg DBLP, 24 wg Scopus, 25 wg Springer. Szczegółowa lista publikacji wraz zakresem tematycznym jest umieszczona w Dodatku 3. Liczba cytowań publikacji według bazy Web of Science (WoS) wynosi 25, Indeks Hirscha 3. Liczbę cytowań wg pozostałych baz przedstawia tab. 2. Rysunki 4 i 5 przedstawiają dynamikę przyrostu cytowań dla prac indeksowanych w bazach WoS i Sopus. Tab. 2. Liczba publikacji indeksowanych w bazach naukowych z uwzględnieniem cytowań (cytowania na dzień: ) Liczba cytowań bez h-index Baza* Liczba pozycji Liczba cytowań autocytowania Web of Science Scopus Publish or Perish DBLP ** 23 brak brak brak * - dane obejmują lata ** - baza DBLP nie zawiera statystyki cytowań a) b) liczba cytowań w kolejnych latach (baza WoS) sumaryczna liczba cytowań (baza WoS) rok rok Rys. 4. Liczba cytowań w roku zgodnie z Web of Science (dane z , raport cytowań dla autora: bocewicz g ) a), oraz wyznaczona na jej podstawie sumaryczna liczba cytowań w kolejnych latach b) 23/41