УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ГРАФИКА РАБОТЫ СОТРУДНИКОВ УЧРЕЖДЕНИЯ
DEVICE TO MODEL SCHEDULE OF ENTERPRISE EMPLOYEES WORK

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано для моделирования графиков работы сотрудников предприятия (цеха) с неравномерной загрузкой в разные промежутки времени (дни недели или месяца, при сменной работе в течение суток и т.п.).
Известно устройство для моделирования сетевых графов (SU №1383389 A1, МПК G06F 15/20, заявлено 04.10.1986, опубликовано 23.03.1988, Бюл. №11), содержащее матрицу триггеров, первую и вторую группы триггеров, первую и вторую группы элементов И, группу счетчиков, элемент И, вычитающий счетчик, генератор импульсов, группу элементов задержки, группу элементов ИЛИ-НЕ, элемент И-НЕ, элемент НЕ. В устройстве проводится упорядочивание вершин графа в соответствии с правилом предшествования.
Недостатком данного устройства является невозможность моделирования графика работы сотрудников предприятия.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится отсутствие средств, обеспечивающих возможность моделирования графика работы сотрудников предприятия.
Известно устройство для анализа параметров графов (SU №1532942 A1, МПК G06F 15/20, заявлено 03.12.1986, опубликовано 30.12.1989, Бюл. №48), содержащее многоканальный таймер, многоканальный блок ввода-вывода, блок регистрации и сравнения массивов, блок памяти номеров каналов, блок сравнения, первый и второй регистры, элементы задержки, первый и второй блоки элементов ИЛИ. Устройство позволяет определить величину суммарного потребляемого ресурса (количество людей, оборудования и материалов) для каждого момента выполнения исследуемых графиков.
Недостатком данного устройства являются значительные аппаратные затраты.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится отсутствие средств, обеспечивающих возможность моделирования графика работы сотрудников предприятия.
Известно устройство для решения задачи о рюкзаке (RU №2461060 C1, МПК G06F 17/00, G06F 7/00, заявлено 25.05.2011, опубликовано 10.09.2012, Бюл. №25), содержащее генератор тактовых импульсов (ГТИ), триггер разрешения, триггер готовности результата, группу из m счетчиков, группы из m первых, вторых и третьих регистров, четвертый и пятый регистры, группы из m шестых, седьмых и восьмых регистров, девятый регистр, первый и второй сумматоры, группы из m третьих и четвертых сумматоров, первую и вторую схемы сравнения, группу из m третьих схем сравнения, элемент И, вход пуска устройства, вход сброса устройства, первый выход устройства, группу из m вторых выходов устройства, третьи выходы устройства, четвертые выходы устройства.
Недостатком данного устройства является то, что выбор варианта проводится только по одному критерию - максимальной суммарной стоимости заполненного рюкзака, а также невозможность моделирования графика работы сотрудников предприятия.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относится отсутствие средств, обеспечивающих возможность моделирования графика работы сотрудников предприятия.
1
2
11
mn
11
mn
1
2
n
1
2
n
1
2
n
1
2
m
1
2
m
ij
ij
i
j
j
j
j
1
2
m
1
2
m
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является, принятое за прототип, устройство для моделирования графика работы сотрудников учреждения (RU №2434273 C1, МПК G06F17/00, заявлено 07.10.2010, опубликовано 20.11.2011, Бюл. №32), содержащее генератор тактовых импульсов 1, группу счетчиков 4, 4, …, 4m, матрицу (m×n) триггеров 5, …, 5, матрицу (m×n) групп первых элементов И 6, …, 6, группу первых сумматоров 7, 7, …, 7, группу первых регистров 8, 8, …, 8, группу первых схем сравнения 9, 9, …, 9, второй элемент И 10, второй сумматор 11, вторую схему сравнения 12, группу вторых регистров 13, 13, ..., 13, третий регистр 14, вход пуска 15, группу первых выходов устройства 17, 17, …, 17, второй выход устройства 18, выход каждого триггера 5 (i=1, 2, …, m, j=1, 2, …, n) подсоединен к первому входу одноименной группы элементов И 6, вторая группа входов которого подсоединена к выходу одноименного счетчика 4, а выход подсоединен к одноименному входу сумматора 7, выход которого подсоединен к первому входу одноименной первой схемы сравнения 9, второй вход которой подсоединен к выходу одноименного первого регистра 8, выход каждой первой схемы сравнения 9 подсоединен к одноименному входу второго элемента И 10, выход второго сумматора 11 подсоединен к первому входу второй схемы сравнения 12, второй вход которой подсоединен к выходу третьего регистра 14, выходы каждого регистра из группы вторых регистров 13, 13, …, 13 являются первыми выходами устройства 17, 17, …, 17.
Недостатком данного устройства является низкая надежность, что связано с асинхронной работой блоков устройства, и невысокое быстродействие.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, относятся большие аппаратные и временные затраты, связанные с наличием в устройстве m групп третьих элементов И, m групп четвертых элементов И, первого и второго элементов задержки и трех элементов И.
Техническим результатом изобретения является повышение надежности устройства, уменьшение аппаратных затрат, увеличение быстродействия устройства и расширение функциональных возможностей в части возможности задания допустимых диапазонов числа сотрудников в каждой группе вариантов распределения сотрудников.
1
2
m
1
mn
11
mn
1
2
n
1
2
n
1
2
n
1
2
m
1
2
m
ij
ij
i
j
j
j
j
1
2
m
1
2
m
1
2
m
1
2
m
1
2
m
1
2
m
1
2
m
1
2
m
1
2
m
1
1
i
i
1
2
m
1
2
m
i
1
2
m
i
i
i
i
i
i
i+1
i+1
i+1
m
m
Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в устройство для моделирования графика работы сотрудников учреждения содержащее генератор тактовых импульсов 1, группу счетчиков 4, 4, …, 4, матрицу (m×n) триггеров 5, …, 5, матрицу (m×n) групп первых элементов И 6, …, 6, группу первых сумматоров 7, 7, …, 7, группу первых регистров 8, 8, …, 8, группу первых схем сравнения 9, 9, …, 9, второй элемент И 10, второй сумматор 11, вторую схему сравнения 12, группу вторых регистров 13, 13, …, 13, третий регистр 14, вход пуска 15, группу первых выходов устройства 17, 17, …, 17, второй выход устройства 18, причем выход каждого триггера 5 (i=1, 2, …, m, j=1, 2, …, n) подсоединен к первому входу одноименной группы элементов И 6, вторая группа входов которого подсоединена к выходу одноименного счетчика 4, а выход подсоединен к одноименному входу сумматора 7, выход которого подсоединен к первому входу одноименной первой схемы сравнения 9, второй вход которой подсоединен к выходу одноименного первого регистра 8, выход каждой первой схемы сравнения 9 подсоединен к одноименному входу первой группы входов второго элемента И 10, выход второго сумматора 11 подсоединен к первому входу второй схемы сравнения 12, второй вход которой подсоединен к выходу третьего регистра 14, выходы каждого регистра из группы вторых регистров 13, 13, …, 13 являются первыми выходами устройства 17, 17, …, 17, дополнительно введены триггер разрешения 2, триггер готовности результата 3, вход начальной установки устройства 16, третий выход устройства 19, группа четвертых регистров 20, 20, …, 20, группа пятых регистров 21, 21, …, 21, группа третьих схем сравнения 22, 22, …, 22, причем вход начальной установки устройства 16 соединен с входами синхронной установки в нулевое состояние вторым входом триггера разрешения 2, вторым входом триггера готовности результата 3, вторыми входами группы из m вторых регистров 13, 13, …, 13, вторыми входами синхронной загрузки группы из m счетчиков 4, 4, …, 4 и вторым входом синхронной установки в единичное состояние третьего регистра 14, выход генератора 1 соединен с входами синхронизации первым входом триггера разрешения 2, первым входом триггера готовности результата 3, первыми входами группы из m счетчиков 4, 4, …, 4, первыми входами группы из m вторых регистров 13, 13, …, 13 и первым входом третьего регистра 14, вход пуска устройства 15 соединен с третьим входом разрешения работы триггера разрешения 2, выход которого соединен с третьим входом разрешения работы первого счетчика 4 и первым входом разрешения первой схемы 22 группы третьих схем сравнения, выходы каждого i-го счетчика 4 соединены с информационными входами соответствующего i-го регистра 13 (i=1, 2, …, m) группы из m вторых регистров 13, 13, …, 13 и с соответствующими одноименными входами второго сумматора 11, выход второго сумматора 11 также подсоединен к четвертым информационным входам третьего регистра 14, второй вход второго элемента И 10 соединен с выходом второй схемы сравнения 12, выход второго элемента И 10 соединен с входами разрешения записи третьими входами группы из m вторых регистров 13, 13, …, 13 и третьим входом третьего регистра 14, выходы каждого регистра 20 группы четвертых регистров 20, 20, …, 20 подсоединены к четвертым информационным входам одноименного счетчика 4 (i=1, 2,…, m), выходы которых соединены также со вторыми входами одноименных третьих схем сравнения 22, третьи входы которых соединены выходами одноименных пятых регистров 21, выход каждой схемы сравнения 22 соединен с пятым входом загрузки одноименного счетчика 4 (i=1, 2, …, m), выход каждой схемы сравнения 22 (i=1, 2, …, m-1) также соединен с входом разрешения работы третьим входом (i+1)-го счетчика 4 и соответствующим входом первой группы входов (i+1)-й, (i+2)-й - (m)-й схем сравнения 22, 22-22, выход схемы сравнения 22 также соединен с четвертым входом синхронной установки в нулевое состояние триггера разрешения 2 и третьим входом синхронной установки в единичное состояние триггера готовности результата 3, выход которого является вторым выходом устройства 18, выход третьего регистра 14 является третьим выходом устройства 19.
На фиг.1 приведена схема предлагаемого устройства для моделирования графика работы сотрудников учреждения.
1
2
m
11
mn
11
mn
1
2
n
1
2
n
1
2
n
1
2
m
1
2
m
1
2
m
1
2
m
1
2
m
На фиг.1 приняты следующие обозначения: генератор тактовых импульсов (ГТИ) 1, триггер разрешения 2, триггер готовности результата 3, группа счетчиков 4, 4, …, 4, матрица (m×n) триггеров 5, …, 5, матрица (m×n) групп первых элементов И 6, …, 6, группа первых сумматоров 7, 7, …, 7, группа первых регистров 8, 8, …, 8, группа первых схем сравнения 9, 9, …, 9, второй элемент И 10, второй сумматор 11, вторая схема сравнения 12, группа вторых регистров 13, 13, …, 13, третий регистр 14, вход пуска 15, вход начальной установки устройства 16, группа первых выходов устройства 17, 17, …, 17, второй выход устройства 18, третий выход устройства 19, группа четвертых регистров 20, 20, …, 20, группа пятых регистров 21, 22, …, 22, группа третьих схем сравнения 22, 22, …, 22.
1
2
m
1
2
m
Внешний вход начальной установки устройства 16 соединен с входами синхронной установки в нулевое состояние вторым входом триггера разрешения 2, вторым входом триггера готовности результата 3, вторыми входами группы из m вторых регистров 13, 13, …, 13, вторыми входами синхронной загрузки группы из m счетчиков 4, 4, …, 4 и вторым входом синхронной установки в единичное состояние третьего регистра 14.
1
2
m
1
2
m
Выход генератора ГТИ 1 соединен с входами синхронизации - первым входом триггера разрешения 2, первым входом триггера готовности результата 3, первыми входами группы из m счетчиков 4, 4, …, 4, первыми входами группы из m вторых регистров 13, 13, …, 13, первым входом третьего регистра 14.
1
1
Вход пуска устройства 15 соединен с третьим входом разрешения работы триггера разрешения 2, выход которого соединен с третьим входом разрешения работы первого счетчика 4 и первым входом разрешения первой схемы 22 группы третьих схем сравнения.
i
i
1
2
m
1
2
m
Выходы каждого i-го счетчика 4 (i=1, 2, …, m) соединены с соответствующими одноименными входами второго сумматора 11 и с информационными входами соответствующего i-го регистра 13 группы из m вторых регистров 13, 13, …, 13, выходы которых являются первыми выходами устройства 17, 17, …, 17.
ij
ij
i
j
j
j
Выход каждого триггера 5 (i=1, 2, …, m, j=1, 2, …, n) подсоединен к первому входу одноименной группы элементов И 6, вторая группа входов которого подсоединена к выходу одноименного счетчика 4, а выход подсоединен к одноименному входу сумматора 7, выход которого подсоединен к первому входу одноименной первой схемы сравнения 9, второй вход которой подсоединен к выходу одноименного первого регистра 8.
j
Выход каждой первой схемы сравнения 9 подсоединен к одноименному входу первой группы входов второго элемента И 10, второй вход которого соединен с выходом второй схемы сравнения 12. Выход второго сумматора 11 подсоединен к четвертым информационным входам третьего регистра 14 и к первому входу второй схемы сравнения 12, второй вход которой подсоединен к выходу третьего регистра 14.
1
2
m
Выход второго элемента И 10 соединен с входами разрешения записи третьими входами группы из m вторых регистров 13, 13, …, 13 и третьим входом третьего регистра 14.
i
1
2
m
i
i
i
Выходы каждого регистра 20 группы четвертых регистров 20, 20, …, 20  подсоединены к четвертым информационным входам одноименного счетчика 4 (i=1, 2, …, m), выходы которых соединены также со вторыми входами одноименных третьих схем сравнения 22, третьи входы которых соединены выходами одноименных пятых регистров 21.
i
i
i
i+1
i+1
i+1
m
Выход каждой схемы сравнения 22 соединен с пятым входом загрузки одноименного счетчика 4 (i=1, 2, …, m), выход каждой i-й схемы сравнения 22 (i=l, 2, …, m-1) также соединен с входом разрешения работы третьим входом (i+1)-го счетчика 4 и соответствующим входом первой группы входов (i+1)-й, (i+2)-й - (m)-й схем сравнения 22, 22-22, выход схемы сравнения 22m также соединен с четвертым входом синхронной установки в нулевое состояние триггера разрешения 2 и третьим входом синхронной установки в единичное состояние триггера готовности результата 3, выход которого является вторым выходом устройства 18, выход третьего регистра 14 является третьим выходом устройства 19.
Устройство позволяет в результате моделирования определить оптимальный график работы сотрудников предприятия (цеха) с неравномерной загрузкой в разные промежутки времени (дни недели или месяца, при сменной работе в течение суток и т.п.).
1
2
n
ij
В исходном состоянии в группу первых регистров 8, 8, …, 8 заносятся значения, соответствующие требуемому числу сотрудников, необходимых в j-й интервал (период, день) работы учреждения. В соответствии с графиками работы в триггеры 5 (i=1, 2, …, m, j=1, 2, …, n) записывается 0, если в i-м варианте (i-я строка в матрице (m×n) триггеров) не предусмотрена занятость сотрудников в j-м интервале (j-й столбец в матрице), или записывается 1, если в i-м варианте предусмотрена занятость сотрудников в j-м интервале, в третий регистр 14 записывается код максимально возможного числа сотрудников учреждения, например, устанавливаются все единицы.
1
2
m
1
2
m
1
2
m
Счетчики 4, 4, …, 4 формируют текущее распределение сотрудников в соответствии с возможными графиками работы сотрудников. В исходном состоянии все счетчики 4, 4, …, 4 устанавливаются в начальное состояние. На группе вторых регистров 13, 13, …, 13 сохраняется наилучший вариант, который обеспечивает распределение сотрудников в соответствии с графиками работы. Например, график работы для сотрудников с двумя выходными:
График работы (i)
Дни недели (j)
ПН
ВТ
CP
ЧТ
ПТ
СБ
ВС
А
1
1
1
1
1
0
0
Б
1
1
1
1
0
0
1
В
1
1
1
0
0
1
1
Г
1
1
0
0
1
1
1
Д
1
0
0
1
1
1
1
Е
0
0
1
1
1
1
1
Ж
0
1
1
1
1
1
0
В этой таблице значение 0 означает, что при данном графике работ группа сотрудников в этот день имеет выходной, а значение 1 - рабочий день. В общем случае выходные дни могут быть не подряд и необязательно по два дня. Кроме того, возможно задание графика с учетом сменности работ в течение суток, или работе через два или три дня и т.п.
1
2
m
i
1
2
m
В группу четвертых регистров 20, 20, …, 20 заносятся значения числа сотрудников, с кем заключены договора с данным i-м режимом работы, т.е. это начальные значения для соответствующих счетчиков 4. В группу пятых регистров 21, 21, …, 21 заносятся значения максимального числа сотрудников, которые могут быть заняты в соответствии с данным i-м вариантом графика.
Предлагаемое устройство для решения задачи о назначениях работает следующим образом.
Работа устройства основана на переборе всех возможных вариантов распределения сотрудников в допустимых диапазонах групп и определения наилучшего варианта среди них по критериям минимума суммарного количества сотрудников при их соответствии требуемым количествам по графикам работы.
i
i
Импульсы с ГТИ 1 постоянно поступают на входы синхронизации группы счетчиков 4, группы вторых регистров 13 и третьего регистра 14, режимы работы которых задаются сигналами на соответствующих входах управления.
1
2
m
1
2
n
1
2
m
При подаче сигнала на вход начальной установки устройства 16 по фронту импульса с ГТИ 1 в нулевое состояние устанавливаются триггер разрешения 2, триггер готовности результата 3, группа вторых регистров 13, 13, …, 13; третий регистр 14 устанавливается в состояние все единицы (максимальный код количества сотрудников), а в счетчики 4, 4, …, 4 заносятся начальные состояния из четвертых регистров 20, 20, …, 20.
1
1
Работа устройства начинается после подачи сигнала ПУСК на вход устройства 15, по которому синхронно с импульсом от ГТИ 1 устанавливается в единичное состояние выход триггера разрешения 2, выход которого соединен с третьим входом разрешения счета первого счетчика 4 и первым входом разрешения первой схемы 22 группы третьих схем сравнения.
1
2
n
i
i
i
На следующих тактах ГТИ 1 на выходах группы счетчиков 4, 4, …, 4 формируется текущий вариант распределения сотрудников в соответствии с графиками работы. На каждом счетчике 4 проводится счет от минимального кода (задается на одноименном четвертом регистре 20) до максимального кода (задается на одноименном пятом регистре 21).
i
i
i
i
i
i+1
i
i
i
i+1
При достижении каждым счетчиком 4 двоичного кода, равного коду одноименного пятого регистра 21, на выходе одноименной третьей схемы сравнения 22 формируется единичный сигнал CC, который поступает на пятый вход разрешения записи в одноименный счетчик 4 и на третий вход разрешения счета следующего счетчика 4. По данному сигналу CC=1 синхронно с фронтом импульса от ГТИ 1 в одноименный счетчик 4 загружается начальное значения кода с одноименного четвертого регистра 20 (i=1, 2, …, m), а также увеличивается значение кода в следующем счетчике 4(i=1, 2, …, m-1).
1
2
m
i
i
k
Так как третьи схемы сравнения 22, 22, …, 22 соединены параллельным межгрупповым переносом, то единичный сигнал CC на выходе текущей третьей схемы сравнения 22 формируется только при единичных сигналах на всех предыдущих схемах сравнения 22 (k=1, 2, …, i-1).
i
ij
ij
j
j
j
j
С выхода счетчика 4 двоичный код через открытые элементы И 6 (если одноименный триггер 5 установлен в единичное состояние) поступает на одноименный вход первого сумматора 7, на выходах которого будет получено суммарное количество сотрудников в j-й период работы учреждения. Код результата с первого сумматора 7 поступает на первый вход первой схемы сравнения 9, на второй вход которой поступает код с выхода первого регистра 8 со значением требуемого числа сотрудников в данный период работы учреждения.
j
j
j
j
Единичный сигнал на выходе первой схемы сравнения 9 формируется только в том случае, если код на выходе первого сумматора 7 больше или равен коду на выходе одноименного первого регистра 8. Сигнал с выхода первой схемы сравнения 9 поступает на одноименный вход второго элемента И 10.
i
Одновременно двоичные коды с выходов счетчиков 4 поступают на одноименные входы второго сумматора 11. Код результата со второго сумматора 11 поступает на первые входы второй схемы сравнения 12, на вторые входы которой поступает код с выхода третьего регистра 14.
Единичный сигнал на выходе второй схемы сравнения 12 формируется только в том случае, если код на выходе второго сумматора 11 меньше или равен коду на выходе одноименного третьего регистра 14. Результат сравнения с выхода второй схемы сравнения 12 поступает на второй вход второго элемента И 10.
1
2
m
1
2
m
Если на всех входах второго элемента И 10 установлены единичные сигналы, то на его выходе формируется сигнал EN=1 на разрешение записи текущего варианта распределения сотрудников по периодам работ (лучшего на текущий момент времени варианта) со счетчиков 4, 4, …, 4 в группу вторых регистров 13, 13, …, 13 и записи суммарного количества необходимых сотрудников с выходов второго сумматора 11 в третий регистр 14.
1
2
m
Таким образом, на вторых регистрах 13, 13, …, 13 будут зафиксированы коды чисел количества сотрудников, занятых в периоды работы, соответствующие i-му графику работы сотрудников (i=1, 2, …, m), а на третьем регистре 14 общее число сотрудников.
m
m
i
1
При формировании единичного сигнала СС=1 на выходе третьей схемы сравнения 22, в этом случае также будут сформированы все единичные сигналы CC=1, по фронту тактового сигнала генератора 1 триггер разрешения 2 устанавливается в нулевое состояние и останавливается счетный режим счетчика 4, а триггер готовности результата 3 устанавливается в единичное состояние, в результате чего на выходе устройства 18 формируется сигнал ГОТОВ об окончании работы устройства.
1
2
m
1
2
m
Результатом работы устройства являются коды на группе вторых регистров 13, 13, …, 13 и третьего регистра 14, которые могут сниматься с первых выходов устройства 17, 17, …, 17 и третьего выхода устройства 19.
В предлагаемом устройстве, при единичном сигнале EN=1, запись варианта распределения сотрудников по периодам работ и запись суммарного количества необходимых сотрудников выполняются синхронно по фронту следующего тактового сигнала, что повышает надежность работы в сравнении с прототипом, в котором выполняется асинхронная запись по сигналам, формируемым в устройстве.
i
ij
i
i
i
i
В предлагаемом устройстве период синхроимпульсов СИ определяется суммарным временем - временем переключения одной группы синхронных счетчиков 4, временем задержки элемента И 6, временем задержки сумматора 7, временем задержки схемы сравнения 9, временем задержки элемента И 10 и временем предварительной установки в регистры 13 или 14. В предлагаемом устройстве время установки кода на выходах счетчиков 4 определяется задержкой переключения только одной группы синхронных счетчиков, так как группы счетчиков объединены параллельным переносом, а в прототипе счетчики соединены последовательно. В предлагаемом устройстве суммарное время прохождения синхросигналов уменьшено на задержки двух элементов из m групп элементов И, двух элементов задержки и двух элементов И. Кроме того, в предлагаемом устройстве повышение быстродействия достигается за счет исключения перебора вне заданных допустимых диапазонов числа сотрудников в каждой группе вариантов распределения сотрудников.
Кроме того, в предлагаемом устройстве, в отличие от прототипа, сокращается объем аппаратных затрат за счет исключения 2m групп элементов И, двух элементов задержки и трех элементов И.
Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод, что предлагаемое устройство для моделирования графика работы сотрудников учреждения обладает регулярностью узлов и связей и соответствует заявляемому техническому результату - повышение надежности, сокращение аппаратных затрат, увеличение быстродействия и расширение функциональных возможностей в части возможности задания допустимых диапазонов числа сотрудников в каждой группе вариантов распределения сотрудников.