§2.2. ОРГАНИЗАЦИОННАЯ СТРУКТУРА ОБЪЕКТА УПРАВЛЕНИЯ И АИС

Организация функционирования любой системы складывает­ся из структуры, ориентации и распределения функций между ее элементами. Организационная структура присуща любому объ­екту управления, она характеризует также и создаваемую авто­матизированную систему. В нашей стране установилась опреде­ленная организационная структура управления народным хозяй­ством. Органы управления строятся на производственно-террито­риальной основе. На рис. 2.4 представлена обобщенная схема организации управления хозяйством страны [б]. Высшим органом является Совет Министров СССР (СМ СССР), которому подчиняются общесоюзные отраслевые министерства (ООМ), союзные межотраслевые комитеты и ведомства (ОМК), Советы Министров союзных республик и автономных республик 1). Следующий уровень управления относится к всесоюзным производственным объединениям (ВПО), территориальным межотраслевым органам (ТМО), республиканским министерствам (РМ), союзно-республиканским министерствам (СРМ). Далее по подчиненности следуют местные межотраслевые органы (ММО) и на нижнем уровне располагаются производственные объединения (ПО), предприятия (П) республиканского, местного подчинения и т. д. Эта схема органов управления хозяйством может служить основой для построения организационной схемы управления общегосударственной автоматизированной системы также выделить организационные структуры отрасли, объединения, предприятий и, в соответствии с этими структурами, найти оптимальные схемы управления и условия автоматиза­ции.


Чтобы построить отраслевую автоматизированную систему управления, необходимо знать организацию и соподчиненность определенных отраслей народного хозяйства. Отрасль народно­го хозяйства в настоящее время подчиняется министерству, однако, производство продукции данной отрасли может быть рас­пределено по нескольким министерствам. Министерство как основное звено принимает решение о развитии отрасли, о функ­ционировании всех ее объектов. При разработке организацион­ной структуры в качестве элементов могут выступать люди, участки, цехи, предприятия, конструкторские бюро, отделы ми­нистерства и т. д. На рис. 2.5 представлена структура управле­ния отраслью промышленности с раскрытием отдельных опера­торов—ее элементов [7]. На верхнем уровне находится министр (М), который выдает управляющее решение директору объеди­нения (Д). Тот, в свою очередь, дает распоряжение начальнику производственно-диспетчерского отдела (НПДО). На следую­щем уровне управления располагаются начальники цехов (НЦ) с соответствующими подразделениями предприятия (Ц). Таким образом, любая организация управления в отрасли и производ­стве характеризуется некоторой структурой, которая является наиболее гибким и чувствительным элементом; изменение ее сильно влияет на качество организации системы.

Структура управления непрерывно совершенствовалась, по­этому в различных отраслях промышленности использовались разные варианты организации управления. Например, в боль­шинстве машиностроительных отраслей был осуществлен пере­ход на двух-



и трехзвенную структуры управления. При трехзвенной структуре, на верхнем уровне в качестве управляемого объекта на нижнем уровне выступает предприятие. При двухзвенном управлении на верхнем уровне — министерство, на нижнем уровне—предприятие. На рис. 2.6 представлена обобщенная структурная схема уп­равления предприятием. На верхнем уровне управления выступает директор (Д) завода, которому подчинены главный инженер (ГИ) начальник производства (НП), заместители по экономике (ЗЭ), кадрам (ЗК) и по общим вопросам (ЗОВ). На следующем уровне управления находятся отделы (О), которые являются типовыми для всех предприятий. Далее по подчиненности следуют цехи (Ц), а за ними—участки (У). Таким образом, в основе организации управления лежит некоторая структура, под которой понимается устойчивый порядок внутренних пространственно-временных связей между элементами, определяющих функциональное назначение системы и особенности ее взаимодействия с внешней средой. Представленные выше структуры управления отражают в основном линии административного подчине­ния. В современных организациях и технологических системах реализуются разные типы структур управления.

3адача оптимизации структуры с целью получения наибольшего экономического эффекта от функционирования народного хозяйства, отрасли, предприятия, технологического процесса в настоящее время является наиболее актуальной, а поэтому возникает проблема формализации структуры и использования известного математического аппарата для нахождения оптимальных типов структур. Обычно структуры изображают направленным или ненаправленным графом. В вершинах графа помещают отдельные подразделения предприятия либо операторов, т. е. лиц, принимающих решения. Ребра графа оценивают расстояния между вер шинами по управлению, передаваемой информации и т. д. Ряд типовых видов структур представлен на рис. 2.7. Линейная структура (рис. 2.7,а) характеризуется тем, что каждая вершина связана с двумя соседними. Здесь отсутствует взаимоотношение командования и подчиненности; структура от­личается ненадежностью, при разрыве какой-то связи линейная структура разрушается. Кольцевая структура (рис. 2.7, б) от­личается замкнутостью и одинаковостью связей, любые две по­зиции обладают двумя направлениями отношений. Это повыша­ет скорость общения, делает структуру более живучей. Пробле­ма повышения надежности передачи управляющих воздействий привела к появлению сотовой структуры (рис. 2.7, в), которая отличается разветвленными и

сложными связями. Здесь имеется резервирование путей прохождения информации, что способ­ствует высокой живучести структуры, однако это приводит к повышению ее стоимости. Многосвязная структура (рис. 2.7, г) отличается тем, что все элементы связаны между собой. Связи равноценны, допускаются связи по кратчайшему пути, в соот­ветствии с чем увеличивается скорость прохождения информа­ции и резко возрастает надежность. В частном случае эта струк­тура преобразуется в колесо (рис. 2.7, о). Иерархическая струк­тура (рис. 2.7), имеет наиболее распространенный характер. Здесь — уровни разной степени иерархии, верхний уровень уп­равляет нижними, промежуточные уровни обладают и команд­ными, и подчиненными функциями. Чем выше уровень иерархии, тем меньшим числом связей он располагает. Такая структура на каждом уровне характеризуется коэффициентом иерархии. Звездная структура (рис. 2.7, ж) имеет центральный узел, кото­рый является командным; все связи замыкаются на него и носят управляющий характер. Периферийные вершины звездной струк­туры являются подчиненными. Если использовать сочленения различных структур либо замену одной из вершин выбранной



структуры целой структурой другого типа, то получается смешанная структура.

Свойства структуры можно охарактеризовать рядом показателей: оперативностью, централизацией, периферийностью, живучестью, объемом.

Оперативность структуры, как способность быстро реагировать на изменения внешних условий, зависит от расположения элементов структуры, от общей схемы, уединения. Оперативность оценивается временем реакции на внешнее воздействие, либо скоростью ее нарастания.

Централизация определяет возможности выполнения одной из позиций руководящих функций. Численно централизация оценивается средним числом интервалов связи по кратчайшему до центральной позиции пути. С увеличением централизации струк­тура становится более управляемой, однако, элементы структуры теряют самостоятельность. Наиболее централизованной является звездная структура, следующая по централизации — иерархическая.

Периферийность характеризует пространственные свойства структуры. Численно показатель периферийности может выражаться положением центра тяжести структуры. Элементам и связям приписываются определенные веса. Чем больше элементов сосредоточено на периферии, тем выше показатель периферийность. Высокий показатель периферийности имеет звездная структура.

Живучесть—это способность сохранять значения показателей при повреждении части структуры. Показателем Живучести может быть относительное число элементов или связей, при уничтожении которых остальные показатели не выходят за допустимые пределы. Наибольшей живучестью обладает мно­госвязная структура, наименьшей — линейная.

Объем является количественной характеристикой структуры. В качестве парамет­ров объема могут быть выбраны количество элементов, средняя плотность. Объем влияет на тело связей и на степень интеграции функции элементов. Существует оптимальное значение объема в зависимости от целевого назначения структуры.

Структура организационо-экономических систем отличается иерархическим характером. Иерархическая структура присуща как объекту управления, так и системе управления. На рис. 2.8 представлена иерархическая структура системы, в которой могут быть выделены уровни управления: нулевой, первый, второй. Элементы структуры обозначены как S₀, S₁, S₂ и т. д. Связи в иерархической структуре могут быть как по вертикали, если структура имеет моноиерархический характер, так и по горизонтали, если переходим к полииерархической структуре. В моноиерархических структурах передача управляющих воздействий и ответных реакций идет от системы более высокого ранга к ни­жестоящей системе и обратно. В полииерархических структурах возможна связь между подсистемами одного ранга. Таким обра­зом, наличие вертикальных и горизонтальных связей повышает живучесть структуры. Отношение числа исходящих связей к чис­лу входящих в данный уровень структуры называется коэффициентом иерархии, который может иметь оптимальное значение. Наиболее рациональной следует считать структуру, в которой на каждом организационном уровне решаются задачи соответствую­щей компетентности и на верхнюю ступень передается только необходимая интегрированная минимальная по избыточности информация. В иерархической структуре, так же как и в любой другой, управление осуществляется на основе непрерывного об­мена информацией. Однако период обмена на каждом уровне неодинаков. По мере перемещения к объекту управления период уменьшается, и для организационной структуры имеются следую­щие интервалы управления. Если на верхнем уровне — на уров­не директора объединения — интервал составляет месяц, на уров­не начальника производственно-диспетчерского отдела — неделю, то на уровне начальника цеха интервал обмена управляющими воздействиями — смена, сутки. Начальник цеха выдает управля­ющие воздействия с интервалом в несколько часов. Еще меньше интервалы управления на технологическом уровне, когда проис­ходит управление технологическим процессом, отдельными ма­шинами и агрегатами. Таким образом, организационная струк­тура объекта управления накладывает серьезные ограничения на создаваемую автоматизированную систему с точки зрения соподчиненности отдельных ее элементов, выполняемых функ­ций, а также интервалов управления. Иерархичность структу­ры управляемого объекта в организационно-экономической си­стеме приводит к иерархичности структуры создаваемой АИС.

АИС может быть разработана лишь при глубоком изучении организационной структуры объекта, которое обычно проводит­ся на основе анализа информации. Информация может присут­ствовать в формализованном и неформализованном виде. Формализованно она представлена в виде документов. Изучение форм документов и их показателей позволяет оценить взаимо­действие отдельных подразделений предприятия и отобразить это через существующий документооборот.

Для отображения информационных потоков, существующих в организационной структуре системы, можно воспользоваться информационно-логическими схемами, являющимися основой составления информационно-логической модели существующего организационного управления на предприятии. Порядок создания информационно-логической модели может быть следующий:

для каждой функциональной подсистемы выявляются основные функциональные элементы, определяются типовые операции обработки информации, принимаются условные обозначения по операциям и операторам, строится информационно-логическая схема взаимодействия отдельных функциональных частей и приводится таблица, отображающая назначение операции» входную выходную информацию. В качестве типовых операций прини­маются операции принятия решения P_ij, представления инфор­мации П_ij потребителю, объединения информации О_ij
. Для каж­дой операции проставляется порядковый номер операции j и номер элемента структуры i информационно-логической моде­ли. Информационная схема организационной структуры пред­ставляется как совокупность операторов, располагаемых в виде узлов и связей между ними. В качестве операторов выступают лица, выполняющие типовые операции по обработке информации. В число операторов могут входить директор, главный ин­женер, начальник цеха, смены, диспетчер и т. д. На рис, 2.9



представлен фрагмент информационной схемы организационной структуры АИС. Структурно выделены операторы, внутри которых указаны операции в соответствии с принятыми типовыми обозначениями. Для полноты схемы на связях могут указывать­ся значность и периодичность передаваемой информации. Таким образом, информационно-логическая модель, включающая в се­бя информационную схему организационного управления и таб­лицу содержания выполняемых операций, позволяет описать организационную структуру с точки зрения используемых опера­торов, выполняемых ими функций и оценить характеристики об­мена информации в системе. Из информационно-логической модели могут быть найдены задержки в передаче информации, выявлены операции, которые являются избыточными и образуют Замкнутые информационные потоки. Это может способствовать совершенствованию организационной структуры управления.

При внедрении автоматизированного управления необходимо разработать информационно-логическую модель предприятия после внедрения АИС. В этом серьезную помощь могут оказать математические методы, позволяющие оптимизировать организа­ционную структуру. В качестве основного математического аппа­рата оптимизации может быть использована теория графов. Вершины графа могут отображать подразделения предприятия, операторов. Связи между вершинами позволяют отобразить материальные, информационные потоки, любые отношения меж­ду операторам и подразделениями. В результате оптимизации структура управления может быть упрощена, могут быть изъяты лишние звенья в управлении, перераспределены функции управления между подразделениями. Таким образом, создаваемой автоматизированной системе управления присуща своя организационная структура, которая проявляется в организационной структуре отдельных функциональных подсистем, в организаци­онной структуре технического, программного и других обеспечении АИС.

Идея оптимизации организационной структуры основана на агрегировании в отдельных подсистемах наиболее близких задач, что уменьшает количество связей между подсистемами и усили­вает ее прочность. В терминах теории графов задача синтеза организационной структуры АИС означает разбиение графа на подграфы при минимизации некоторой целевой функции; напри­мер, функции взаимосвязей между отдельными подграфами. Таким образом, организационная структура автоматизированной системы управления в части функциональных подсистем определяется спектром решаемых задач, организационной структурой объекта управления и результатами системного анализа при проектировании АИС. Организационная структура комплекса технических средств неразрывно связана с требованиями функ­циональных подсистем, однако во многом может зависеть от уровня и структуры технических средств, выпускаемых про­мышленностью.

Для иерархических систем управления целесообразно ис­пользование ЭВМ серии ЕС, управляющих вычислительных ма­шин и мини-ЭВМ. Для распределенных структур тина линейных и сотовых широкое применение будут иметь микропроцессор­ные персональные ЭВМ, и в этом смысле технические средства должны подбираться под организационную структуру создава­емой АИС.

§2.3. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЗАДАЧИ И ПОДСИСТЕМЫ АИС

Современная автоматизированная система управления явля­ется многоуровневой. Анализ и синтез такой системы может быть выполнен на основе теории многоуровневых иерархических си­стем. В соответствии с этой теорией систему можно разделить на подсистемы и далее на задачи, что позволяет декомпозиро­вать общую цель управления на отдельные подцели реализуе­мые подсистемами. Метод иерархической декомпозиции явля­ется основным методом исследования сложных иерархических систем управления. Декомпозиция системы по функциональному признаку приводит к выделению отдельных функциональных час­тей АИС, которые получили название функциональных подсистем; дальнейшая декомпозиция функциональных подсистем приводит к выделению функциональных задач. Такая последовательность действий является естественной при анализе созданной АИС, однако, на этапе синтеза, создания и внедрения исходной является некоторая организационно-экономическая модель, включающая в себя функции и уровни управления, разделение этих функций по производственным подразделениям с выделением отдельных задач управления. Нам необходимо оп­ределить множество функций управления, которые подлежат автоматизации, оценить целесообразные уровни управления и, если необходимо, выделить стадии управления производством, которые охватываются автоматизацией. При создании АИС весьма важно экономно расходовать вычислительный ресурс, а поэтому данные задачи являются оптимизационными. В качест­ве ограничений выступает вычислительный ресурс по производительности вычислительной машины и объему используемой памяти. Для упорядочения решаемых задач управления необ­ходимо их совместить с соответствующими уровнями управления, которые являются достаточно определенными для каждого типа предприятия. Как указывалось выше, основными уровнями уп­равления являются перспективное планирование, управление подготовкой производства, технико-экономическое планирование, общезаводское производственное планирование и управление, оперативное управление. На уровне перспективного планирова­ния можно выделить ряд функций управления, которые подле­жат автоматизации. Одной из основных функций на этом уровне выступает прогнозирование. Применительно к отраслевой АИС прогнозирование может касаться целого ряда экономиче­ских показателей, связанных с развитием отрасли. Для автома­тизированных систем управления предприятием прогнозирова­ние относится к выпускаемой продукции, к потребностям пред­приятия в каких-то видах сырья, изделий смежников. В условиях социалистического производства может быть осуществлен до­статочно точный прогноз с использованием математических ме­тодов. Конкретными функциональными задачами могут быть: определение капитальных вложений по республике, краю, об­ласти, городу; прогнозирование объема строительно-монтажных работ и потребности в строительных материалах; оптимальное размещение предприятий данной отрасли и ряд других. Решение этих задач в основном базируется на оценке экономического процесса, ранее имевшего место в деятельности предприятия и экстраполяции этого опыта на будущие годы. Вводится ряд функций, отображающих зависимость требуемых экономических показателей по годам от каких-то параметров, т. е. оценивают тенденцию развития на основе принятых математических закономерностей. Проверка этих закономерностей осуществляется на опыте прошлых лет, оценивается совпадение прогнозируемых и полученных результатов. Методы прогнозирования опираются на стационарность экономического процесса, что не всегда имеет место, а поэтому зачастую более полезными оказываются методы экспертных оце­нок. Использование автоматизированного управления для решения подобных функциональных задач позволяет осуществить оптимизационную постановку задач. В качестве критерия прини­маются полные приведенные затраты и минимизируется функ­ционал затрат. В результате получают рекомендации по функ­циональному развитию отдельных отраслей промышленности» оптимальному размещению объектов производства с учетом име­ющихся людских» материальных и энергетических ресурсов. В це­лом минимизируются суммарные капитальные и эксплуатационные затраты на производство, затраты на транспортировку и сырье.

На уровне предприятия основной задачей является максими­зация прибыли предприятия или обеспечение производства про­дукции в заданном объеме и ассортименте при минимуме эконо­мических затрат. Решается ряд частных функциональных задач по определению номенклатуры выпускаемой продукции, расчету объемов производства по каждому виду продукции, сроков ввода отдельных мощностей и т. д. На уровне подготовки производства наиболее существенной функциональной задачей является реа­лизация функций подготовки производства, создание информа­ционного обеспечения уровней управления, разработка конструкторско-технологических и экономико-организационных нормати­вов на производимую продукцию. Технико-экономическое управление направлено на выполнение производственной про­граммы предприятия при имеющихся ресурсах. Функциональной задачей является составление техпромфинплана на каждый год, его корректировка в течение планируемого периода, контроль выполнения технико-экономических показателей, оценка откло­нений их от заданных. Задачи технико-экономического планиро­вания решаются многократно в течение года. Сначала прово­дится оптимальный расчет техпромфинплана, который отражает возможности производства продукции при существующих фон­дах. Затем разрабатывается директивный техпромфинплан, в котором исходные показатели являются ограничениями, а пред­приятие составляет свои показатели. Решение задач технико-экономического планирования и управления позволяет получить основные цифры, по которым строятся ограничения при функцио­нировании остальных функциональных подсистем АИС. От Эф­фективности решения этих задач в целом зависит эффективность функционирования всей системы.

На уровне общезаводского производственного управления осуществляется планирование и регулирование выпуска товарной продукции, загрузки и потребностей производства в матери­альных ресурсах. Целью данных функциональных задач являет­ся установление квартальных и месячных заданий по цеха. На уровне оперативного управления решаются функциональные задачи по разработке оперативных производственных планов очередности выполнения работ, планирования производственной мощности, благодаря чему предприятию удается достичь в течение директивного планируемого периода основных плановых показателей. Здесь же корректируются отклонения хода производственного процесса от заданного. В качестве объектов управле­ния выступают оборудование, производственный персонал, предметы труда, при этом обеспечивается непрерывное оперативное управление в ходе производственного процесса. Частными функциональными задачами могут быть задачи оперативного планирования, учета, контроля и регулирования. За счет оперативного управления осуществляется согласование работы производственных участков во времени по имеющимся ресурсам, реализуется рассчитанный объемный календарный план производства на выбранном интервале планирова­ния, осуществляется оптимальная загрузка оборудования и рабочих.

Существенной на уровне оперативного управления является выдача оперативной информации управленческому персоналу для контроля и регулирования производства. В зависимости от типа производства возникли различные системы планирования и управления, отличающиеся разными планово-учетными едини­цами, периодами планирования, контроля и регулирования, а также различной степенью централизации функций управления в системе. Оперативное управление в интегрированной АИС доходит непосредственно до технологического процесса. В соответствии с этим могут быть определены оптимальные размеры пар­тий деталей, которые идут на обработку, оценены затраты на переналадку оборудования, затраты, вызванные наличием незавершенного производства. Могут быть решены оптимизационные задачи по оценке размеров партий изделий и узлов в производ­стве, что позволяет получить значительный экономический эффект от автоматизированной системы управления. Решение каждой функциональной задачи в АИС базируется на некотором математическом обеспечении, отображающем экономико-математическую модель задачи. На основе этой экономико-математической модели задачи и ее целей строится оптимальный алгоритм решения. Алгоритм реализуется программой, входящей в состав программного обеспечения АИС. Таким образом, в условиях автоматизированной системы управления любая функциональная задача обладает экономико-математическим алгоритмическим, информационным аспектами. Поэтому по ме­тодам решения, алгоритмам и программному обеспечению, а так­се используемой информации эти задачи могут иметь некоторую мощность. Возникла идея объединения функциональных задач по общности функциональных признаков управления в подсистемы, называемые функциональными подсистемами. Важно, чтобы создаваемые функциональные подсистемы были достаточно сильно связаны по информации. Связь по информации можно оценить коэффициентом информационной взаимо­связи отдельных подсистем. Учитывая, что информация, используемая для управления в отдельных функциональных подсистемах, хранится в виде информационных массивов, дан­ный коэффициент может быть записан в виде k=N/N₀, где N— количество взаимоиспользуемых информационных массивов в рассматриваемых функциональных подсистемах; N
₀—общее количество информационных массивов в обеих подсистемах.

Целесообразность выделения функциональных подсистем можно подтвердить объективным делением управляемого процесса производства на отдельные независимые части в связи с существующей организационной структурой управления, функциональной спецификой отдельных частей процесса управле­ния, ограниченными возможностями отдельных управляющих частей подсистем по обработке соответствующих объемов ин­формации. Содержание функциональных подсистем зависит от уровня АИС, характера объекта управления, типа производст­ва. Однако для большинства автоматизированных систем управления предприятиями установились достаточно четкие ос­новные наименования функциональных подсистем АИС.

Выделяют следующие основные подсистемы: технико-экономического планирования (ТЭП), технической подготовки производства (ТПП), управления качеством продукции (УКП), оперативного управления производством (ОУП), сбыта и реа­лизации продукции (СРП), материально-технического снабже­ния (МТС), бухгалтерского учета (БУ), управления кадрами (УК). Большинство указанных функциональных подсистем от­носится к уровню организационно-экономического управления предприятием, однако, подсистемы оперативного управления производством, управления качеством продукции могут нахо­диться на организационно-технологическом уровне управления и доходить до технологического.

Для каждой подсистемы может, быть выявлена организаци­онная структура управления в рамках данной подсистемы, функ­циональная структура в виде совокупности отдельных функциональных блоков по основным стадиям и фазам управления пример с выделением блоков планирования, учета, контроля, анализа и регулирования. Информационные связи между носителями информации устанавливаются на основе информационной модели функциональной подсистемы АИС. Выделяют входные документы, массивы оперативной информации, массивы нормативно-справочной информации, промежуточные массивы, входные массивы, выходные документы. Информационная позволяет также установить внешние информационные связи рассматриваемой подсистемы с остальными функциональными подсистемами АИС. По выделенным функциональным блокам должны быть построены алгоритмы решений типовых задач, что можно реализовать с помощью экономико-математической модели. Таким образом, декомпозиция функциональной подсистемы на функциональные задачи позволяет использовать типовые экономико-математические модели решения этих задач и приводит к созданию оптимальных алгоритмов реализации,


Выше указывалось, что функциональная структура АИС зави­сит также и от уровня объекта. Так, если мы перейдем к отрас­левой АИС, где объектом управления является министерство, то могут быть выделены основные функциональные подсистемы перспективного планирования, технико-экономического планиро­вания, оперативного управления, управления материально-техни­ческим снабжением, капитальным строительством, сбытом про­дукции, планирования, учета и анализа труда и зарплаты, уп­равления финансовой деятельностью, научно-исследовательскими работами, научно-технической информации, бухгалтерского уче­та, управления кадрами. Каждой подсистеме свойственна орга­низационная структура, функциональное разбиение на отдель­ные части, например, в подсистеме перспективного планирования могут быть выделены три основных функциональных блока: раз­вития отрасли, размещения предприятий, капитального строи­тельства. Несмотря на разнообразие функций, выполняемых эти­ми блоками, математические модели решения задач могут бази­роваться на одних и тех же зависимостях, отражающих закономерности развития отрасли в прошлом и выдающих прогноз на предстоящие годы.

Если в качестве объекта управления выступает научно-испы­тательный комплекс (НИК), предназначенный для проведения экспериментальных исследований и испытаний различной аппа­ратуры, то видоизменяется и функциональная структура АИС. В соответствии с решаемыми задачами (стратегическое управле­ние экспериментальным исследованием, оперативное управление ходом эксперимента, диспетчирование конкретного эксперимен­та) могут быть выделены три основных уровня управления: верхний — организационно-экономический; промежуточный — организационно-технологический и нижний—технологический. Организационно-экономическому уровню АИС при функциональном разбиении соответствуют подсистемы перспективного планирова­ния, текущего планирования, технической подготовки, материально-технического снабжения, труда и зарплаты, финансовой деятельности и др. Функциональные задачи, решаемые каждой из этих подсистем, практически мало отличаются от функцио­нальных задач, решаемых АСУП в рамках крупного предприятия. На технологическом уровне могут быть выделены функциональные подсистемы планирования эксперимента, его подготовки, проведения, а также обработки результатов эксперимента [14].

Для каждой функциональной подсистемы можно определить и соответствующие основные функциональные задачи. На рис. 2.10 представлена функциональная структура технологического уровня АИС экспериментом. Выделенные функциональные задачи могут быть разбиты и далее, однако указанные выше являются основными для формализации функциональной структуры на базе известных математических методов, что позволяет дать ко­личественную оценку эффективности выбора каждого варианта структуры системы. Таким образом, функциональный подход к структуре АИС позволит выделить основные функции, выполняемые системой, формализовать эти функции я перейти к созданию обеспечивающих подсистем.

Если объектом управления является технологический участок, функциональная структура АИС технологическим участком предполагает выполнение следующих функций: составление рас­писания загрузки оборудования, оперативное регулирование (диспетчирование), коррекция календарных планов, учет. Струк­турно АИС технологическими участками замыкаются сверху на АСУП, периодически получают из АСУП плановые задания, ди­рективные указания о смене и реализации планов технологиче­ского процесса, регулярно либо по запросу сообщают в АСУП статическую и динамическую информацию. Наряду с организационно-плановыми функциями по расчету календарных и объемных планов, учету текущего состояния оборудования, управлению взаимодействием оборудования АИС технологическими участками обеспечивают управление локальным оборудованием: станками с числовым программным управлением, роботами, раз­личными технологическими установками.

§ 2.4. ОБЕСПЕЧИВАЮЩИЕ ПОДСИСТЕМЫ АИС

Выделяемая в соответствии со структурным подходом обеспе­чивающая часть АИС включает в себя организационное, информационное, математическое, алгоритмическое, программное, техническое, лингвистическое, правовое и эргономическое обеспечения. Эти обеспечения создаются на стадии микропроектирования, т. е. внутреннего проектирования системы, ими определяется характер работ при создании АИС, а также взаимосвязь отдель­ных подсистем АИС при функционировании. Организационное обеспечение АИС создается на стадии предпроектного обследова­ния предприятия, когда делаются выводы о необходимости со­вершенствования существующей системы управления. Поэтому организационное обеспечение включает в себя средства и мето­ды, предназначенные для технико-экономического анализа су­ществующей схемы управления предприятием, определения целесообразного уровня автоматизации организационного уп­равления, организации управления производством в условиях АИС. На рис. 2.11 представлен состав организационного обес­печения (00) АИС. Выделены четыре основных взаимодейст­вующих составляющих: методы (М), средства (С), техническая документация (ТД) и персонал (П). Методы организационного обеспечения базируются на руководящих материалах по разра­ботке и внедрению АИС. Средства основываются на типовых задачах управления, имеющихся типовых структурах и схемах организационного управления, существующих унифицированных формах документов, а также пакетах прикладных программ. Техническая документация включает в себя техническое задание на создание АИС, технико-экономическое оборудование или материалы, необходимые для разработки и внедрения АИС. Персонал составляют главные конструкторы АИС и специалисты по отдельным функциям управления. На основе разработанного ор­ганизационного обеспечения реализуется усовершенствованная информационная схема управления, определяются задачи управ­ления, обеспечивающие наибольший экономический эффект раз­рабатываемой системы, формализуются требования к комплексу технических средств, программному обеспечению. Конкретные решения по организационному обеспечению реализуются на ос­нове пакета прикладных программ.

Функционирование любой автоматизированной системы бази­руется на непрерывно протекающем в ней информационном процессе. Все виды информации в АИС представляются в инфор­мационной базе. Совокупность средств и методов построения информационной базы составляет информационное обеспечение АИС. На рис. 2.12 представлена структура информационного



обеспечения (ИО) АИС. Информационное обеспечение делится на внемашинное (ВМ) и внутримашинное (М). Внемашинное обеспечение—это средства, которые используются вне ЭВМ. Сюда относятся системы классификации и кодирования (СК) экономической информации, различные нормативно-справочные документы (НД), оперативная документация (ОД), методиче­ские инструктивные материалы (ММ). Система классификации и кодирования информации обеспечивает формализацию инфор­мации в виде, пригодном для последующей обработки ее на ЭВМ.

Для нормальной производственной деятельности предприя­тия необходима конструкторская, технологическая, производст­венно-техническая информация, объединяемая в систему ин­формационно-справочной информации. При оперативном управ­лении производством необходимо иметь оперативную документацию. Эффективное функционирование производства невозможно без экономико-математических методов управления и отражающей их информации. Информация обычно хранится в памяти ЭВМ и составляет содержание внутримашинного инфор­мационного обеспечения, которое состоит из информационных массивов (ИМ) и программ (П), причем информационные массивы отражают статическую и динамическую информацию. Информационная база подвергается непрерывному обновлению, поэтому возникают входные массивы, представляющие собой совокупность исходных данных для решения задач АИС; сюда же входят данные, снимаемые с технологического процесса. При стыковке отдельных решаемых задач возникает промежуточная информа­ция, когда результаты решения одних задач используются для последующих. Входная и промежуточная информация составляет информационную базу АСУП. Результатом решения задач АИС является выходная информация, используемая для управления объектом.

Информационное обеспечение АИС является одним из наиболее трудоемких и актуальных обеспечений. Информационная база при ее разработке модельно представляется на концептуальном, логическом и физическом уровнях. Концептуальный уровень качественно оценивает имеющуюся информацию, логический уровень позволяет задать организацию информационных массивов в памяти ЭВМ, физический уровень обеспечивает реализацию информационной базы на имеющихся технических средствах. Получили применение различные структуры информационных баз с использованием централизованных и распределенных средств вычислительной техники.


Решение функциональных задач АИС, а также доведение управляющих воздействий до исполнительных элементов в автоматическом режиме осуществляется за счет технического обеспечения. Техническое обеспечение АИС — это комплекс технических средств (КТС), осуществляющий взаимосвязь технических средств сбора, обработки, передачи, вывода, представления информации, средств оргтехники и устройств управления ими. Такая взаимосвязь позволяет осуществить информа­ционный процесс в АИС. На основе техни­ческого обеспечения АИС реализуется вы­числительный процесс, который по своей струк­туре является отобра­жением реального процесса управления в сис­теме.

Структура технического обеспечения (ТО) АИС представле­на на рис. 2.13. Основными составляющими являются технические средства (ТС), методические материалы (ММ) и персонал (П) по разработке, внедрению и эксплуатации комплекса тех­нических средств. Технические средства делятся в соответствии основными стадиями преобразования информации. Это—сред­ства подготовки и регистрации (СПР) информации, ее сбора и передачи (ССП), хранения и обработки (СХО), вывода и воспроизведения (СВВ). При более детальном анализе могут вы­деляться средства диспетчеризации, оргтехники, вспомогатель­ное оборудование. Методические материалы отражают, прежде всего, типовые методики (М) выбора КТС, библиотеки типовых проектных решений (ТПР), методики оценки (МО) показателей качества функционирования КТС. Персонал состоит из разработ­чиков: вычислительных центров (РВЦ), периферийных средств (РПС), систем телеобработки данных (РСТ), средств оргтехни­ки (РСО). При внедрении АИС необходим монтажно-наладочный, а при эксплуатации—обслуживающий (ОП) и эксплуата­ционный персонал.

При выборе комплекса технических средств необходимо пом­нить, что: 1) целью функционирования КТС является обеспече­ние решения соответствующих задач АИС; 2) КТС преобразует информацию по различным принятым алгоритмам, способствует повышению производительности труда персонала, оперативности и достоверности принимаемых решений, однако основное реше­ние принимает человек — руководитель; 3) АИС является человеко-машинной системой, что необходимо учитывать при созда­нии комплекса технических средств АИС; 4) затраты на совер­шенствование технических средств должны быть соизмеримы с экономическими затратами, т. е. эффект от применения КТС формируется непосредственно в процессе производства; 5) на всех этапах ввода, обработки, преобразования информации не­обходимо устранять лишнюю избы­точность, т. е. следует хранить, вос­производить только необходимую информацию.

Если исходить из функциональ­ного подхода, то отдельные фазы преобразования информации могут быть объединены в следующие под­системы: регистрации и подготовки информации (ПРПИ), сбора и пере­дачи информации (ПСПИ), хране­ния и обработки информации (ПХОИ), воспроизведения и выдачи информации (ПВВИ). Взаимодейст­вие этих подсистем и объекта управления (ОУ) представлено на рис. 2.14. Информация с ОУ формируется автоматически либо вручную с использованием оператора (О). Она может подготавливаться в виде документа и передаваться курьерской связью (КС) непосредственно на подсистему хранения и обработки, которая является основой информационно-вычислительного центра АИС. Она может быть представлена также в виде электрического сигнала, способного передаваться по каналу связи. Тогда в виде неизбыточного кода она передается в подсистему сбора и передачи информации. В этом случае использу­ются средства телепередачи, т. е. реализуется автоматическая связь (АС).

Подсистема регистрации и подготовки информации может быть реализована на стандартных периферийных средствах, ко­торые через каналы связи, мультиплексоры передачи данных подсоединяются к электронным вычислительным машинам. Подсистема сбора и передача информации обеспечивает переда­чу информации с заданной верностью и сбор информации с ми­нимальной избыточностью. В состав данной подсистемы входят средства кодирования, модуляции, уплотнения линий связи. Под­система сбора и передачи информации по своей структуре явля­ется иерархической и включает в себя оконечное оборудование, каналы связи абонентского и магистрального типов, узлы комму­тации с различными принципами коммутации элементов инфор­мации, устройства хранения и предварительной обработки информации. Все эти средства объединяются сетями связи, имею­щими сложную топологию и разветвленную структуру. Подсисте­ма хранения и обработки информации реализуется в информа­ционно-вычислительном центре, причем вычислительная система может быть с централизованной и распределенной структурой; могут быть использованы вычислительные комплексы, включаю­щие более одной ЭВМ с различной организацией взаимодейст­вия. Подсистема хранения и обработки информации реализует и информационное обеспечение АИС, на ней организуется инфор­мационная база, поскольку именно в этой подсистеме осущест­вляется ввод, хранение, обновление и вывод информации. Здесь же реализуются основные вычислительные задачи АИС. В соот­ветствии с этим серьезное место при разработке данной подсисте­мы уделяется вопросу создания оптимальных алгоритмов обра­ботки и соответствующего программного обеспечения. Воздейст­вие на объект управления АИС осуществляется либо непосредст­венно через подсистему выдачи и воспроизведения информации, которая обеспечивает вывод информации в необходимой форме, либо при удаленности объекта вывод информации идет через подсистему сбора и передачи.

Существует широкий комплекс стандартных технических средств, позволяющий осуществить выбор комплекса технических средств на базе типовых элементов. Выпускаются не только средства обработки информации в виде электронных вычислительных машин, но и сопрягаемые с ними периферийные средства. Поэтому представленная структура взаимосвязи данных подсистем является условной, и современные стандартные средства зачастую могут иметь более крупные подсистемы, объединяющие несколько фаз преобразования информации. Над разработкой комплекса технических средств работают инженеры различных специальностей. Специалист по АИС (инженер-систмотехник) является пользователем; его задача —осуществить выбор, проектирование технических средств на базе стандартных элементов вычислительной техники. Тем не менее, при проектировании КТС АИС перед инженером возникает ряд задач, решение которых обеспечивает: совместимость технических средств и их агрегируемость; соответствие пропускной способности всех звеньев КТС скорости возникающей информации; максимальное использова­ние производительности устройств; надежность функционирова­ния технических средств, верность преобразования информации и эффективность комплекса в целом; возможность работы чело­века — руководителя с техническим комплексом [5].

Математическое обеспечение АИС включает в себя совокуп­ность методов и средств, позволяющих строить экономико-мате­матические модели задач управления заданным объектом. Структура математического обеспечения представлена на рис. 2.15. В состав математического обеспечения (МО) входят сред­ства (С), документация (Д) и мето­ды (М) выбора математического обеспечения. Средства математиче­ского обеспечения включают в себя средства моделирования (СМ) про­цессов управления, описание (ОЗУ) типовых задач управления, методы оптимизации экономико-математиче­ских моделей (MOM), методы мате­матической статистики (МС). Доку­ментация математического обеспече­ния оформляется на описание задач (03), задания на алгоритмизацию (ЗА), экономико-математическую модель (ЭММ) задачи, алгоритм (А) ее решения, типовой и контроль­ные, примеры (П). Методы выбора математического обеспечения—это методы определения типа задач (МОЗ), оценки вычислительной сложности (МОС) алгоритмов, оцен­ки отклонений (МОО) полученного решения от оптимального. Математическое обеспечение АИС предназначено для построения экономико-математической модели АИС, нахождения оптималь­ного решения при раскрытии этой модели, проведения анализа полученного решения.

В настоящее время существуют типовые экономико-математические модели управления, однако, нахождение глобальной модели, её декомпозиция на локальные модели, разрешение каждой локальной модели и составляет основу математического обеспечения АИС. ГОСТ определяет математическое обеспечение как совокупность математических методов, моделей и алго­ритмов обработки информации, использованную при создании АИС. Оно может быть разбито на общее и специальное матема­тическое обеспечение.

Общее математическое обеспечение является машинно-ориентированным и предназначено для обеспечения нормально­го функционирования ЭВМ. Оно реализуется в виде программ операционной системы, системы программирования, а также диагностических программ по проверке исправности узлов обо­рудования. В операционной системе выделяют две основные подсистемы: монитор и супервизор. Монитор осуществляет ор­ганизацию выполнения задач, супервизор управляет процессом взаимодействия между процессором и внешними устройствами» контролирует деятельность внешних устройств. Совместно мо­нитор и супервизор составляют программу «диспетчер», кото­рая определяет прием задачи, порядок ее решения и выдачу ре­зультатов. Операционная система современной АИС должна обеспечивать решение задач как в пакетном режиме, так и в реальном масштабе времени. В пакетном режиме пользователь отделен от машины, и решение задачи может происходить без его участия. При решении задач в реальном масштабе времени не­обходима непосредственная связь машин с объектом, напри­мер с терминалом. Целесообразна организация многопультовой работы, т. е. обслуживание одновременно с решением задач мно­гих пользователей с помощью выносных терминалов. Вместе с тем операционная система должна обеспечить и связь с другими вычислительными машинами. В соответствии с потребностями АИС выделяют четыре основных режима работы операционной системы: индивидуальный, режим пакетной обработки, мульти­программирования, разделения времени. При индивидуальном режиме машина находится в распоряжении одного пользователя. Режим позволяет решать задачи значительной сложности, свя­занные в основном с моделированием сложных объектов. При пакетной обработке пользователь не имеет непосредственного доступа к ЭВМ, он только подготавливает программы. Исходные данные передаются на машину и ожидают своей очереди реше­ния. Обработка ведется пакетами заданий, причем задания под­бираются так, чтобы суммарно обеспечить максимальную загруз­ку ЭВМ. В режиме мультипрограммирования машина использу­ется одновременно при решении нескольких задач по различным программам. Данный режим наиболее эффективен, когда задачи имеют разный характер: одни более загружают внешние устройства, другие — процессор. Поэтому возможно внутреннее прерывание программы и поочередное использование того или иного ресурса машины. В режиме разделения времени с ЭВМ ряд пользователей работает параллельно. В этом случае эффект одновременной работы, т. е. пользователя не мешают друг другу. На самом деле осуществляется прерывание задач, управление прерыванием задается операционной системой. Ре­жим разделения времени обычно требует большого объема памяти и вызывает значительную загрузку ЭВМ. Система программирования предназначена для автоматизации процесса программирования отдельных задач и включает в се­бя трансляторы входных языков, алгоритмические языки раз­личных уровней. С помощью системы программирования осу­ществляется преобразование с языков, близких к естественным, на язык соответствующей ЭВМ. Это освобождает программиста от тяжелого труда, связанного с непосредственным преобразо­ванием команд естественного языка в язык машины. Основой системы программирования обычно является алгоритмический машинно-ориентированный язык» рассчитанный на данный тип машины. Для ЕС ЭВМ таким языком является Ассемблер. При работе с вычислительными машинами распространение получи­ли такие языки, как АЛГОЛ, ФОРТРАН, КОБОЛ, ПЛ/1 и др. Использование любого из языков связано с назначением и предметной областью решаемых задач АИС. Например, для научных исследований пригодным оказывается язык ПАСКАЛЬ, для обработки больших массивов информации списочной струк­туры может подойти КОБОЛ, при реализации численных мето­дов целесообразно использовать ФОРТРАН.

Диагностические программы предназначены для выяв­ления ошибок в программном обеспечении и гарантируют его на­дежность.

Специальное математическое обеспечение ориентирует­ся на некоторую проблемную область. В любой предметной об­ласти могут иметь место наиболее часто встречающиеся матема­тические задачи, сводящиеся к задачам сетевым, линейного программирования, динамического программирования и т. д. Эта часть специального матобеспечения реализуется в виде библиоте­ки стандартных программ. Другая часть, которая обеспечивает функционирование системы управления, реализуется в виде об­щесистемного математического обеспечения. Пользователь, ис­пользуя общесистемное математическое обеспечение, в зависимо­сти от требований, предъявляемых к задачам, может дополнять его индивидуальными прикладными программами. Такое обще­системное математическое обеспечение называется прикладным.

Как следствие, в программном обеспечении АИС формируют­ся пакеты прикладных программ с различным назначением.

Совокупность программ и программных средств для реали­зации всего комплекса задач АИС на основе применения средств вычислительной техники получило название программного обес­печения АИС. ГОСТ определяет программное обеспечение АИС как совокупность программ для реализации целей незадач автоматизированной системы управления, обеспечивающих функционирование комплекса технических средств АИС.

Структура программного обеспечения (ПО) АИС представле­на на рис. 2.16. Программное обеспечение реализует в виде про­грамм те экономико-математические методы управления, кото­рые содержатся в математическом обеспечении АИС. В соответ­ствии с этим в программном обеспечении АИС выделяют три основные части: операционные сис­темы (ОС), пакеты прикладных про­грамм (ППП), проблемно-ориенти­рованные системы. (ПОС) програм­мирования. Операционные системы в программном обеспечении могут быть разделены на две части: на управляющую (УЧ) и обрабатываю­щую (04). Операционная система предназначена для расширения функциональных возможностей ЭВМ, автоматизации планирования вычислительного процесса, а также работы программиста. Управляющая часть операционной систе­мы обеспечивает решение задач в заданных режимах. Обраба­тывающая часть реализует трансляцию с различных языков прог­раммирования, редактирование программных модулей, генера­цию требуемой конфигурации вычислительной системы. Пакеты прикладных программ включают в себя программы общего (ПОН) и функционального (ПФН) назначений. Последние реа­лизуют управление и типовые алгоритмы обработки данных в АИС. Проблемно-ориентированные системы нацелены на авто­матизированное получение программного обеспечения. Сущест­венной задачей является организация вычислительного процесса (ОВП) в АИС, увязанного с потоками заданий по обработке ин­формации и с процессом ведения информационной базы (ВИБ). Проблема организации вычислительного процесса является са­мостоятельной задачей для проектировщика АИС. Отметим, что программное обеспечение является исключительно трудоемкой частью в общем процессе создания автоматизированной системы управления. Поэтому возникает проблема автоматизации проек­тирования программного обеспечения, разработки такой техноло­гии программирования, которая бы позволяла переходить непо­средственно от концептуального представления задач АИС к на­писанию программ обработки информации по каждой из вычис­лительных задач. Наиболее трудным является формализация за­дач на уровне спецификаций, когда необходимо содержательное представление перевести в формальное. Для этого должны соз­даваться специальные программно-технологические комплексы позволяющие иметь на входе представление задачи на естест­венном языке, а на выходе — программы обработки информации в АИС. При создании программного обеспечения особое внимание следует уделять вопросам его надежности и исключать тупиковые ситуации. Программное обеспечение должно строиться с минимальным количеством ошибок, обеспечивать контроль и те­стирование достаточно простыми средствами. Надежность прог­раммного обеспечения в настоящее время достаточно серьезная практическая и теоретическая проблема.

Лингвистическое обеспечение АИС представляет собой сово­купность языковых средств, используемых на различных этапах создания системы. Уже при обследовании предприятия встреча­ются понятия, соответствующие информационному обеспечению АИС: показатели, документы, реквизиты, структурные единицы информации. На этом этапе применяются информационные язы­ки, языки управления и манипулирования данными. При обще­нии с ЭВМ применяют диалоговые языки специального назна­чения. При функционировании системы используются языки программирования, моделирования, пакеты прикладных про­грамм, могут применяться языки высокого уровня, языки управ­ления вычислительным процессом, а также специализированные языки для автоматизации разработки и отладки программного обеспечения.

Правовое обеспечение АИС представляет собой совокупность нормативных актов, определяющих организацию системы, цели задачи, структуру и функции АИС, регламентацию процессов создания и функционирования АИС. Основой правового обеспече­ния являются законы СССР, соответствующие указы и постанов­ления Президиума Верховного Совета СССР, приказы, инструк­ции; акты министерств и ведомств, организаций, предприятий, учреждений, в рамках которых создается АИС. Все юридические акты по своему характеру могут быть разделены на две части: правовое обеспечение по разработке и правовое обеспечение на функционирование АИС. При разработке АИС существенными оказываются договорные отношения разработчика и заказчика, их правовое регулирование, условия использования ресурсов. Для этапа функционирования АИС должны быть определены: статус АИС, правовое положение структурных подразделений, правовые позиции отдельных видов процессов управления, по­рядок создания и использование информационных ресурсов и их носителей, использование программных, технических и дру­гих ресурсов, имеющихся в АИС.

Эргономическое обеспечение АИС представляет собой сово­купность методов и средств, предназначенных для выбора про­ектных решений, которые создают оптимальные условия для высокоэффективной и безошибочной деятельности человека-опе­ратора в АИС, быстрейшего освоения системы обеспечения. Составляющими эргономического обеспечения являются комп­лекс методов, методик, нормативно-справочных документов и технических средств, обеспечивающих формулировку эргономи­ческих требований к рабочим местам человека в системе, информационным моделям, условиям деятельности обслуживающего персонала в АИС. Таким образом, эргономическое обеспечение, с одной стороны, предусматривает меры, создающие удобства работы человека в системе, а с другой — определяет средства, обеспечивающие безошибочную его деятельность.

Требования к рабочим местам человека в АИС различны и зависят от персонала АИС. По способу использования информа­ции персонал АИС может быть разделен на следующие группы: персонал, потребляющий информацию для принятия решения (руководители различных уровней); персонал, выдающий инфор­мацию, т. е. являющийся ее источником (рабочие, контролеры, операторы и т. д.); персонал, который одновременно является и источником, и потребителем информации (начальники цехов, мастера, диспетчеры, оперативный персонал, сотрудники отде­лов, работники технического обслуживания средств вычислитель­ной техники и АИС). Для каждой группы персонала задаются свои эргономические требования и решаются соответствующие эргономические задачи в процессе проектирования и внедрения АИС.

Особое внимание уделяется оценке качества деятельности че­ловека в системе. При этом могут быть использованы методы экспертных оценок, которые позволяют учесть статистический материал, накопленный в процессе функционирования действую­щих систем, математические методы, базирующиеся на специаль­но подобранных математических моделях, отражающих деятель­ность человека. Обычно математические модели строятся по функциональному признаку, на основе выделения функций чело­века в АИС. Функции описываются формализованно, и на базе математических зависимостей дается количественная оценка па­раметров деятельности человека-оператора. Эргономическое обес­печение АИС предназначено также для повышения качества обу­чения персонала, т. е. подготовки обоснованных требований к уровню подготовки, формированию системы отбора, подготовки и переподготовки кадров для АИС. Требования эргономического обеспечения должны учитываться непосредственно на стадии разработки системы.

§ 2.5. ПРОБЛЕМА СИНТЕЗА СТРУКТУРЫ АИС.

Задача синтеза системы заключается в разработке перечня альтернативных гипотетических систем, на основе которых про­ектировщик может отобрать наилучшую систему по принятым критериям качества. В настоящее время такой синтез через ана­лиз получил наибольшее применение. При синтезе у проектировщика должна существовать некоторая модель требуемой системы, куда обычно включаются те элементы и отношения, которые необходимы и достаточны для адекватного представления модели реального объекта. Модель системы может существовать в виде некоторого образа, который формируется в уме проектировщика и может иметь содержательную либо математическую форму. Условия синтеза автоматизированной системы управле­ния различны. Могут быть заданы объект управления и система управления или только объект, и требуется синтезировать си­стему управления. В наиболее сложном случае встает задача синтеза объекта и системы управления. Для многих объектов управления уже существуют и функционируют ручные системы либо системы управления с минимальным использованием тех­нических средств. В этих условиях естественным мог бы быть путь создания АИС, который предполагал бы автоматизирован­ный сбор информации в существующей системе управления, ис­пользование ЭВМ для обработки информации при сохранении организационной структуры. Однако этот путь был бы ошибоч­ным.

Прежде чем приступать к созданию автоматизированной системы управления, нужно оптимизировать организационную схему управления производством. То же относится и к автомати­зированной системе управления технологическим процессом:

прежде чем автоматизировать технологический процесс, нужно его сделать пригодным для автоматизации. В противном случае получается копирование ручного метода управления, что не при­водит к совершенствованию управления и к экономическому эф­фекту создаваемой системы. В общем случае мы имеем объект управления и необходимо синтезировать автоматизированную систему. Существенной стороной синтеза АИС является синтез ее структуры, однако, охватить в рамках одного понятия струк­туры все стороны функционирования АИС нам не удается, а по­этому при синтезе АИС надо произвести декомпозицию на синтез организационной, функциональной, технической, алгоритмиче­ской и других видов структур. Синтез структуры обычно ведут на основе знания возможных принципов построения системы» множества функций, выполняемых системой управления, и эле­ментов системы. Переход к множественному описанию позволяет перейти от концептуальных к логическим моделям представле­ния системы. На этом уровне под моделью будем понимать неко­торую систему, адекватно отображающую какую-либо изучае­мую сторону реальной системы. Обобщенной моделью любой системы управления можно считать модель, включающую в се­бя четыре составляющих: модель системы управления, внешней среды, связей с внешней средой на входе системы, связей с внеш­ней средой на выходе системы. Такая обобщенная модель на концептуальном уровне может быть применена к организацион­ной, функциональной, технической, алгоритмической структурам. Каждая из этих структур может быть подвергнута декомпозиции на подсистемы в соответствии с выделяемыми службами управления, с этапами производственного цикла, с конкретными технологическими процессами, имеющими место в производстве.

Синтез структуры АИС надо начинать с организационной структуры. Основными элементами организационной струк­туры при ее синтезе выступают подразделения предприятия, лица-операторы, выполняющие функции по обработке докумен­тов, по принятию управленческого решения. Целью синтеза ор­ганизационной структуры является установление информацион­ных связей между подразделениями, определение функций по обработке информации отдельных операторов, оценка потоков информации» установление оптимальных путей движения и опти­мальных объемов документов. Оптимизация организационной структуры на этапе синтеза позволяет минимизировать связи между подразделениями, повысить их пропускную способность, упорядочить документооборот, ликвидировать замкнутые циклы в информационном потоке. В качестве характеристик организа­ционной структуры можно принять степень централизации и норму управляемости. Для каждой пары смежных уровней мож­но установить степень централизации как отношение объема задач, решаемых на верхнем уровне, к объему задач, решаемых на предшествующем. Норма управляемости оценивается объемом задач, которые эффективно могут быть решены руководителем.

Часто норма управляемости оценивается коэффициентом иерархии в человеческой системе; т. е. количеством работников, подчиненных одному руководителю. При повышении степени централизации улучшается управляемость системы, однако, уменьшается самостоятельность подчиненных подсистем и уве­личивается объем информации, обрабатываемой на верхнем уровне. В настоящее время проблема синтеза организационной структуры сводится к определению наилучшей организационной схемы управления, установлению оптимального распределения функций между операторами организационной структуры. Обыч­но в основе синтеза лежит принцип агрегирования—объедине­ния в одно подразделение задач, близких по своим информаци­онным связям. Целесообразно в один управляющий узел свести наиболее тесно связанные подразделения и операторы. При этом уменьшаются затраты на передачу информации, устраняется дублирование функций, исключаются замкнутые информацион­ные потоки.

На логическом уровне модель организационной системы мо­жет быть представлена на основе теории графов в виде некото­рого графа, а проблема распределения функций по подразделе­ниям и исполнителям формально разрешается путем разбиения графа в соответствии с минимизацией некоторого функционала! Обычно этот функционал выбирается в зависимости от внешних связей между подграфами, по сути — это разбиение на сильно связанные подграфы. Таким образом, принцип максимальной связанности задач, решаемых в каждом подразделении предприятия, позволяет оптимизировать организационную структуру на логическом уровне с использованием математического аппарата теорий графов. Весьма существенным является обеспечение ми­нимума потерь информации в организационной структуре. В ка­честве математического аппарата формализации может быть ис­пользован аппарат теории массового обслуживания. Каждое из подразделений может рассматриваться как система массового обслуживания, которая имеет соответствующее число входов и выходов и характеризуется принятыми законами поступления и обслуживания задач. Выбрав модели входного потока задач и закона обслуживания, можно оценить основные вероятностно-временные показатели функционирования организационной структуры АИС: вероятность отказа в обслуживании каким-то подразделением, вероятность потерь, время задержки, длину очереди, возникающей при обслуживании конкретных задач. В качестве критерия оптимизации может быть выбран критерий суммарных потерь информации. Необходимо найти такой закон обслуживания, такую конфигурацию организационной структу­ры, при которой значение данного критерия оказывается мини­мальным.

При синтезе функциональной структуры необходимо опре­делить функции, выполняемые каждым подразделением, состав обрабатываемой информации и последовательность обработки. Если при синтезе организационной структуры оптимизировались связи между элементами, находилось оптимальное расположе­ние элементов и оптимизировались потоки информации между ними, то при анализе и синтезе функциональной структуры АИС надо вскрыть содержание операций по управлению и обработке информации, выполняемых каждым элементом.

Так как АИС является информационной системой, то функ­ционирование АИС есть последовательность действий по обра­ботке информации, предназначенной для управления. Эта после­довательность может оцениваться на логическом уровне. Для отображения деятельности предприятий и операторов можно воспользоваться различными формальными приемами; например, рассматривать элемент функциональной структуры как киберне­тическую систему, анализируя состояния входов и выходов и подбирая наиболее удобный оператор преобразования, выполняе­мого каждым элементом. Кибернетический подход наиболее це­лесообразен, когда функциональная структура неизвестна и не­обходимо найти оптимальный оператор, позволяющий осущест­вить требуемые преобразования информации при управлении. Если имеются определенные сведения о функциональной струк­туре, то, зная алгоритм управления, можно формализовать дан­ную структуру. На логическом уровне функциональная структу­ра может быть описана функциональными (логическими) эле­ментами без учета ее физической реализации. Для этого введем понятие процесса как последовательности событий, описываю­щих поведение системы [17]. Событие связано с выполнением со­вокупности действий. Функциональные элементы разделим на управляющие элементы, вычисляющие предикат U
=
p
(
Ev
), где Е_v
— предметная переменная, и операционные элементы, осуществляющие отображение О:Eвх´EвыхÕЕвых, где Евх. и Евых—переменные, определяющие входную и выходную инфор­мации. Каждый сложный процесс можно представить совокуп­ностью управляющего и операционного элементов, находящихся в определенной взаимосвязи по управлению. На рис. 2.17 изо­бражена



совокупность управляющего (Ui
) и операционного (О,) элементов, указаны запуск и окончание процесса. Данная сово­купность отображает процесс, имеющий два состояния. Он может быть активен, если находится в состоянии вычисления при нали­чии управления от Ui и пассивен — в противном случае. Если имеет место сложный процесс (Пi
) то можно выполнить его декомпозицию на процессы П_i1, П_i2, .., П_in, что дано на рис. 2.18. Если U_i==0, то все процессы пассивны, пассивным является и об­общенный процесс П_i. Декомпозиции может подвергаться и уп­равляющий элемент Ui
. На формальном уровне может быть вы­делено подмножество элементарных предикатных формул (вы­сказываний), из которых может складываться структура управляющего элемента.

Для описания структуры управляющего элемента вводится отношение – отображение непосредственного предшествования по управлению. Математически каждому отношению соответствует граф, вершинами которого являются элементы отношения, а ребра задают параметры интересующего нас отношения. Граф может быть представлен в виде матрицы смежности. Анализ функциональной структуры может быть осуществлен путем выде­ления информационно-управляющих связей, которые отобража­ются данными отношениями. При синтезе необходимо найти уп­равляющие цепочки соединений от управляющих элементов к простым процессам, а также определить информационные связи от простых процессов к управляющим элементам, чтобы замк­нуть обратную связь по информации при управлении. При синте­зе функциональной структуры АИС в целом существенное влия­ние оказывает правильное группирование функциональных эле­ментов, особенно при переходе к построению алгоритмов, программ и технического обеспечения. Особое внимание уделя­ется информационным связям между функциональными элемен­тами; здесь, как и в организационной структуре, желательно объединить элементы, имеющие наиболее значительный инфор­мационный обмен. Информация о количестве и характере инфор­мационных связей между процессами содержится в матрицах, получаемых при анализе существующей функциональной струк­туры. Объединение простых процессов в сложные позволяет зна­чительно упростить управляющие элементы и уменьшить инфор­мационный обмен. Наряду с информационными связями необхо­димо серьезное внимание при синтезе уделять упрощению управляющих связей. Данные для этих связей также содержатся в матрицах, отображающих информационно-управляющие кон­туры в структуре системы. Таким образом, на основе синтеза функциональной структуры АИС удается на логическом уровне определить информационно-управляющие связи, синтезировать оптимальные отношения между функциональными элементами. От функциональной структуры нетрудно перейти к алгоритмиче­ской, отображающей совокупность алгоритмов и последователь­ность их декомпозиции, что в дальнейшем позволяет строить ав­томатизированным путем программное обеспечение.

Декомпозиция алгоритмического обеспечения предполагает выделение таких понятий, как комплекс задач, задача, алгоритм, модуль алгоритма, команда ЭВМ. Реализация алгоритмов воз­можна аппаратным и программным способами, позволяющими взаимно проникать друг в друга, особенно на уровне микропро­цессорных наборов. Выделение на функциональном уровне ин­формационно-управляющих связей, которые базируются на ис­пользовании отношений между элементами множеств, позволяет на логическом уровне сформулировать закон функционирования системы, а на физическом уровне определить технические реше­ния по реализации АИС. Разделение на информационные и уп­равляющие связи, несмотря на некоторую условность, является исключительно полезным, так как дает возможность провести их раздельную оптимизацию и значительно уменьшить вычислитель­ные сложности при решении функциональных задач. На основе модели информационно-управляющих связей можно перейти на логическом уровне к модели программного обеспечения. Особен­но целесообразным этот подход оказывается для систем управле­ния в реальном масштабе времени. Автоматизированное построе­ние программного обеспечения при этом сокращает трудовые ресурсы, уменьшает срок создания системы и внедрения ее в экс­плуатацию, что в конечном итоге приводит к повышению эконо­мической эффективности АИС.

На физическом уровне реализации системы весьма важным оказывается синтез технической структуры АИС. При этом необ­ходимо выбрать технические средства, осуществить связи между ними, оптимально организовать вычислительный процесс по об­работке информации при функционировании АИС. Наряду с ма­тематическими методами моделирования могут быть использо­ваны и средства имитационного моделирования. В настоящее время перспективным направлением при создании технического обеспечения АИС является построение информационно-вычисли­тельных сетей коллективного пользования, при которых различ­ные предприятия могут одновременно использовать общие ресур­сы по обработке и хранению информации [23], На рис. 2.19 представлена структурная схема информационно-вычислитель­ной сети коллективного пользования, где выделены центры коллективного пользования (ЦКП), узлы коммутации (У К) по­токов сообщений, концентраторы (К), терминалы (Т). В качест­ве сетей используется базовая (БС) и абонентская (АС) сети связи. К выносному терминалу подключается пользователь. Для



обеспечения требуемых вероятностно-временных характеристик функционирования сети, согласования низкоскоростных абонент­ских (АКС) и высокоскоростных магистральных (МКС) каналов связи используют концентраторы и узлы коммутации. При этом осуществляются операции по управлению сетью, коммутации, маршрутизации потоков сообщений, согласованию скоростей передачи. При синтезе такой сети необходимо использовать вые математические представления. Для этого структурную схему взаимодействия терминальной и базовой сетей преобразуем в некоторый фрагмент сети массового обслуживания 2.20), где выделим источник информации (И), каналы обслужи­вания (К₁ К₂), а также обслуженные (ОС) и потерянные (ПС) сообщения. Представленная формальная сеть, так называемая Q-схема с двумя параллельными каналами обслуживания, и есть модель, на основе которой, используя теорию массового обслужи­вания, удается провести оценку характеристик системы методом имитационного моделирования. Если фрагменты сети более прос­тые и имеются аналитические зависимости, то при синтезе воз­можно использование формального аналитического аппарата теории массового обслуживания. Метод моделирования как ин­струмент проектирования АИС является исключительно эффек­тивным и может быть использован при синтезе структуры АИС на уровне организационной, функциональной, алгоритмической и технической структур. Отметим, что моделирование является средством, позволяющим без существенных капитальных вложе­ний решать проблемы построения автоматизированных систем управления. Основные классы моделей, методы моделирования, применяемые при разработке АИС, изложены в [11].

ГЛАВА 3 МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ АИС

§ 3.1. ПОНЯТИЕ СИСТЕМНОГО ПОДХОДА

В основе построения АИС, последовательности ее разработ­ки, создания и внедрения лежит системный подход. Основной его чертой является подход к проблеме управления как процес­су, учитывающему взаимосвязь частей или отдельных подсистем. Главным в системном подходе является установление целей, со­средоточение внимания на построение целого в отличие от пост­роения отдельных подсистем. Системный подход оказался необ­ходимым при увеличении сложности и размерности систем уп­равления, когда оказалось, что невозможно создать большую или сложную систему путем суммирования отдельных ее состав­ляющих. Свойства большой системы определяются не просто как арифметическое сложение свойств отдельных составляющих, возникает системный эффект, проявляются дополнительные ка­чества системы как следствие взаимодействия отдельных под­систем. Таким образом, системный подход заключается в изуче­нии явлений во взаимодействии их друг с другом. По своему со­держанию системный подход—это один из элементов материа­листической диалектики. Фундаментальным понятием этого под­хода является система как одна из всеобщих философских категорий. Содержание понятия «система» определяется ступенью познания явлений действительности и исходит из той задачи, ко­торую ставит перед собой исследователь. Можно выделить две стороны системного подхода: познавательную и конструктивную [9]. В соответствии с этим могут быть приведены разные опре­деления понятия системы.

Дискрептивное определение системы в общем виде может быть следующим: система представляет собой совокупность объ­ектов, свойства которой определяются отношениями между эти­ми объектами. Объекты, входящие в систему, называются зле-ментами системы либо подсистемами, если в дальнейшем они рассматриваются как системы, Дискрептивный подход как по­знавательный дает возможность объяснить функции, выполняе­мые системой. Функция есть проявление взаимодействия систе­мы с внешней средой. Функции обычно изучаются, когда систе­ма рассматривается извне. Проявление функции во времени на­зывают функционированием системы. Ее работа и внутреннее устройство тесно взаимосвязаны, а поэтому с понятием функции тесно связано другое понятие — структура. Если функции вво­дятся для объяснения поведения системы извне, то понятие «структура» вводится для объяснения функционирования систе­мы изнутри, т. е. определения ее устройства.

Изучение функций либо изучение структуры приводит к двум подходам при познании системы: к функциональному, либо к структурному. При одновременном анализе внутреннего устрой­ства системы и ее взаимодействия с окружающей средой могут использоваться оба подхода в единстве, возникает структурно-функциональный подход. Таким образом, дискрептивное описа­ние необходимо для изучения уже созданных систем, прежде все­го естественных, возникших вне человека, и человек с использо­ванием данного подхода объясняет окружающую действитель­ность.

В технике существуют технические системы, которые созда­ны искусственно, т. е. человеком, поэтому наряду с познаватель­ной частью деятельности человека весьма важна часть конструк­тивная, когда нужно ответить на вопрос, как строить такую си­стему, чтобы она удовлетворяла поставленной цели и обеспечи­вала выполнение требуемых от нее функций. Поэтому при созда­нии технических, автоматических и автоматизированных систем управления весьма важным является конструктивный подход. При конструктивном подходе обычно известны требуемые свой­ства системы, т. е. ее функции, по которым необходимо получить структуру системы. Очевидно, что дискрептивный и конструктив­ный подходы являются взаимодополняющими: первый обучает проектировщика, второй позволяет ответить на вопрос: как за­дать цель, под которую нужно построить систему, и как построить систему, которая реализует требуемую цель? В общем виде под "целью" понимают состояние к которому направлена тенденция развития системы. Цели бывают обьективные (например, в неживой природе) и субьективные (в живой)Проблема развития является различной для жнвой и нежн-вой природы. Техническая система, разработанная инженером, при своем функционировании препятствует последующему раз­витию, т.е. данный экземпляр системы не подлежит развитию. Однако опыт, накопленный при эксплуатации данного вариан­та системы, может быть использован при конструктивном под­ходе, когда проектируется следующий, более совершенный ва­риант, Поэтому развитие в технических системах предполагают как воплощение опыта, накопленного при функционировании предыдущих вариантов технических систем, в новых образцах техники. Для разработчика в основе создания системы первона­чально лежит некоторая цель. Цель возникает только тогда. когда ставится проблема. Цель обусловливает критерий, позво­ляющий отобрать из окружающей среды те элементы, которые войдут в систему. Отсюда вытекает несколько субъективный подход к понятию «система». В систему необходимо включать конечное число элементов, которые необходимы для решения по­ставленной проблемы, т. е. система есть средство решения проб­лемы.

Границу между отобранными элементами, т. е. системой, и неиспользуемыми элементами, т. е. внешней средой, определяет исследователь. Под внешней средой можно понимать совокуп­ность всех систем, кроме той системы, которая образуется в со­ответствии с поставленной целью. Отсюда можно дать следую­щее конструктивное определение системы: система есть конечное множество элементов и отношений между ними, выделяемое из среды в соответствии с конкретной целью в рамках требуемого интервала времени. Выделенная в конструктивном понимании система обладает свойственной только ей структурой, т. е. схема образования системы представляется как такая последователь­ность: возникает проблемная ситуация, по которой формируется цель. По поставленной цели определяются функции системы, по функциям строится структура. В философии вводятся понятие формальной, материальной и логической структур системы. Под формальной структурой понимают совокупность элементов и от­ношений между ними, необходимых и достаточных для достиже­ния системой заданных целей; при этом предполагается, что не­зависимо от нас эта формальная структура существует. Очевид­но, эта структура является идеальной, и к ней должен стремить­ся исследователь. Материальной структурой называют реальное выполнение формальной структуры при ее реализации. При со­здании технических систем различают логический и физический уровни: на логическом уровне строится некоторый вариант фор­мальной структуры системы, физический уровень воплощает ма­териальную структуру. Можно надеяться, что одной я той же фиксированной цели системы соответствует одна формальная структура и ей может соответствовать множество материальных структур. Однако при проектировании технических систем ин­женер обычно не ограничивается какой-то одной формальной структурой. Обычно из совокупности предложенных структур по некоторым критериям качества выбирается одна наиболее целе­сообразная. При этом весьма важным оказывается процесс фор­мализации структуры, выделения класса структур, классов их преобразования, инвариантных по отношению к заданным це­лям, развития формальных методов анализа и синтеза структур, выбор их оптимальных вариантов автоматизированными средст­вами.

Выделенная в рамках заданной проблемы система взаимо­действует с окружающей средой. Это взаимодействие проявля­ется внешними входными и выходными связями. По своему ха­рактеру обобщенно эти связи можно разделить на информаци­онные и ресурсные. Чтобы система была создана, нужна цель, которая выражается в информации. Чтобы система была реали­зована на каких-то средствах, нужны ресурсы в виде вещества, энергии, т. е. ресурсные связи—это связи материальные. Поэто­му на входе системы задаются цель (в виде информации) и ре­сурсы, на выходе формируются информация о результате функ­ционирования системы и некоторый результат в виде потери ре­сурсов. Рассмотрение системы возможно как в информационном, так и в материальном аспектах. Информационный аспект пред­полагает рассмотрение системы как «черного ящикам и позволя­ет использовать понятия и средства кибернетики, такой подход получил название кибернетического.

Рассмотрим приложение структурного и функционального подходов к анализу и синтезу структур АИС. С помощью струк­турного подхода могут быть описаны и классифицированы структуры, выяснены классы преобразования структур, инвари­антных к заданной цели, созданы формальные методы анализа и синтеза структур, разработаны алгоритмы, оценивающие со­став элементов, входящих в структуру, и проведена оптимиза­ция. Исходя из перечня этих задач, видно, что они возникают при анализе и синтезе организационной структуры АИС, при изучении связей между элементами и формализации их на осно­ве теории графов. Эти процедуры соответствуют двум основным этапам структурного подхода: определению состава элементов в организационной структуре к выявлению оптимальной струк­туры системы.

Оптимальная структура в философском смысле соответству­ет формальной структуре, под которой понимают совокупность функциональных элементов и их отношений, необходимых и до­статочных для достижения системой заданных целей. При этом организационная структура должна реализовывать заданную цель управления с минимальными ресурсами. Реальное напол­нение формальной структуры приводит к материальной структуре, т.е. к физической реализации организационной структуры в виде конкретной организационной схемы управления с соответ­ствующим распределением задач по уровням управления. Функ­циональный подход оказался наиболее плодотворным при ана­лизе и синтезе функциональной структуры. Функции системы— это ее свойства в динамике, приводящие к достижению цели. Не­обходимо иметь способ описания различных функций и критерии сравнения их. Функциональная структура выявляет отношения системы с окружающей средой, называемые свойствами или ха­рактеристиками системы. Характеристики могут быть качествен­ными и количественными. Для количественной характеристики вводят понятие параметра, т. е. числа, которое выражает отно­шение между данной характеристикой и некоторым эталоном.

Функционирование системы есть движение точки» изображаю­щей эту систему, по некоторой траектории в пространстве со­стояний. Существует некоторое состояние конечной цели, пере­ход в которое возможен по различным траекториям, и проекти­ровщик обязан найти наилучшую траекторию движения систе­мы к заданному целевому состоянию. Функционирование систе­мы как переход системы из одного состояния в другое обычно описывается с помощью совокупности параметров, характеризующих качество системы. Выявление оптимальных траекторий движения является трудной задачей, решаемой обычно формаль­ным образом. Чаще всего функциональная структура отдельных элементов бывает неизвестна, и функциональный подход реали­зуется как кибернетический, т. е. устанавливаются состояния на входе и на выходе, функции отдельных элементов системы описываются через некоторые операторы, связывающие состоя­ния выхода и входа.

Так как организационная и функциональная структуры явля­ются отображениями единой структуры системы, то структур­ный и функциональный подходы при анализе и синтезе объеди­няются в структурно-функциональный подход, основными зада­чами которого можно считать синтез структур вновь создавае­мых АИС, выявление функций уже созданных и функционирую­щих систем. Анализ структур предполагает исследование боль­шого разнообразия структур, классификацию их по наиболее ха­рактерным признакам, в качестве которых могут быть выбраны типы иерархии, древовидность, связь с внешней средой, направ­ленность связей, значимость отдельных элементов структуры. Иерархия позволяет многократно делить систему на подсистемы, причем любая подсистема может рассматриваться как содержа­щая определенное количество подсистем, выделенных из данных и имеющих подчиненное значение.

Деление на подсистемы может выполняться по-разному в за­висимости от правил объединения элементов. Пределом деления является возникновение на нижнем уровне подсистемы, которая еще может выполнять функции управления. Чтобы овладеть системным подходом, разработчик должен быть поставлен на уро­вень более высокий, чем уровень разрабатываемой системы. Он должен рассматривать создаваемую систему как подсистему не­которой системы более высокого ранга. Если создается АСУП, то разработчик должен рассматривать ее как составную часть отраслевой АИС либо АИС объединением.

Любую АИС характеризует огромное количество исходных данных, сложность производственных связей на предприятии, стохастичность воздействий внешней среды, что вызывает необ­ходимость учета социально-экономических и организационно-технических факторов. Исследователь должен изучать проекти­руемую систему не изолированно от внешней среды, а в совокуп­ности с другими системами (подсистемами). При системном подходе АИС рассматривается как интегрированное целое, при­чем в основе интеграции содержится цель управления. Синтез системы (С) на базе системного подхода представлен на рис. 3.1. Первым этапом синтеза является формирование заданной цели функционирования (Ц). Этот этап обычно реализуется с помощью метода декомпозиции, позволяющего выявить необходимые данные (Д) и соответствующие им требования (Т), как усло­вия достаточности реали­зации заданной цели. Обычно цель может де­композироваться на под­цели. Иерархия целей должна быть дополнена перечнем ресурсов для обеспечения каждой цели, фиксированием их уровней и взаим­ной подчиненностью. На основе исходных данных, которые воз­никают из анализа окружающей среды, цели управления, огра­ничений на ресурсы и возможности ее реализации, формиру­ются технические требования. С учетом этих требований созда­ются отдельные подсистемы (П), компоненты (К) и осуществля­ется выбор (В) этих компонентов на основе критерия эффек­тивности (KB).

§ 3.2. ЭТАПЫ РАЗРАБОТКИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ АИС

В настоящее время работающие на промышленных предприятиях АИС охватывают разный уровень управления, различные технологические процессы, участки производства, огранизационно-хозяйственные службы предприятия. АИС реализуются на вычислительной технике третьего поколения, но в большинстве своем автоматизируют часть функций управления, в соответст­вии с чем достигается экономический эффект от внедрения и функционирования системы. Эффективность АИС во многом оп­ределяется теми техническими решениями, которые были зало­жены при ее проектировании. Решение проблемы разработки АИС во многом определяется характером объекта, совершенст­вом организационной схемы существующего управления, источ­никами экономической эффективности при автоматизации, ис­пользуемыми методами и средствами проектирования. Только снижение сроков разработки и создания АИС при ограниченном сроке морального старения технических средств позволяет эф­фективно использовать систему, а поэтому процесс создания и проектирования АИС требует системного подхода с учетом слож­ности объекта управления, окружающей среды, углубляющихся взаимосвязей между объектом управления и средой.

Технология создания АИС должна преследовать также ис­пользование современных методов проектирования: средств ав­томатизации, типовых проектных решений, совершенных эконо­мико-математических моделей, рациональных средств декомпо­зиции моделей и выбор оптимальных уровней агрегирования информации. При построении системы необходимо руководство­ваться основными принципами системного подхода, которые за­ключается в следующем: 1) пропорционально-последовательном продвижении по этапам создания системы; 2) согласовании ин­формационных, надежностных, ресурсных и других характери­стик; 3) правильном соотношении отдельных уровней иерархии в системе; 4) целостности отдельных обособленных стадий по­строения АИС. При этом должен реализовываться главный принцип—обеспечение максимальной эффективности построен­ной системы.

Так как АИС является информационной системой, то эффек­тивность зависит от количества управляющей информации, ко­торая используется в системе для принятия решения. Внешняя управляющая информация в АИС служит для упорядочения со­стояния управляемой системы и уменьшения ее неопределенно­сти, которая оценивается энтропией. Если в неупорядоченной системе имело место по состояний и состояния были равноверо­ятны, то до внесения управляющей информации энтропия систе­мы может быть определена как H₀=log₂n₀=kln(n
₀
), где k
— ко­эффициент перехода от двоичного алгоритма к натуральному. При внесении управляющей информации энтропия Но уменьша­ется до значения И, что соответствует уменьшению неопределен­ности состояний системы. Тогда число состояний уменьшается до л, т. е. многие из состояний становятся недопустимыми после введения управляющей информации. Количество управляющей информации численно равно уменьшению энтропии, т. е.I=H₀-H=kln(n₀/n). Отсюда число состояний после введения управляющей информации определится как


Для оценки эффективности системы примем некоторый закон, определяющий зависимость эффективности системы Э от неупо­рядоченности. Запишем эффективность в виде Э=Эmах[1-j(n)], где Эmах—максимальное значение эффективности для некоторой идеальной системы, т. е. системы, обладающей фор­мальной структурой; j(n) —некоторая функция, которая зави­сит от модели, связывающей эффективность с числом состояний. Если j(n) =n/n₀, то



На рис. 3.2 построена зависимость Э от количества управ­ляющей информации I. Видно, что при бесконечном увеличении количества управляющей информации эффективность не может превысить максимального значения (Э_max). Это значение опре­делено конструктивными решениями, заложенными при проекти­ровании системы» а поэтому для созданной системы нецелесооб­разно ввиду ее удорожания увеличивать количество управ­ляющей информации выше не­которого предела. Экономиче­ского эффекта это не даст, а затраты на создание системы резко увеличатся. Действи­тельно если ввести некоторый коэффициент эффективности по затратам m=d
Э/
dI
, то не­трудно увидеть, что по мере усложнения системы этот ко­эффициент уменьшается, а поэтому целесообразно переходить к новым конструктивным решениям, изменять функциональную структуру. Тогда получается новый уровень (Э_max1). Этот эффект (исходя из системного подхода) является эффектом развития системы, когда, выявив недостатки созданной системы, перехо­дят к системе, обладающей новыми качествами с повышенным уровнем Эmах₁,. Проектирование АИС можно разделить на два этапа: макропроектирование и микропроектирование. Этап мак­ропроектирования отвечает на вопрос: с какой целью создается АИС? Этап микропроектирования отвечает на вопрос: на каких средствах реализуется система? В модельном представлении этап макропроектирования отражает уровень концептуального и логического проектирования, этап микропроектирования—уро­вень физического проектирования. Последовательность разра­ботки АИС на этих этапах представлена на рис. 3.3.

Этап макропроектирования состоит из подэтапов анализа и синтеза. На подэтапе анализа формулируется цель управления (Ц) исходя из особенностей изучения объекта уп­равления (ОУ), окружающей среды (С). Для формулировки це­ли управления необходимо выбрать и соответствующие критерии (К), поскольку может быть множество целей» которые на осно­ве дерева целей могут быть сведены к глобальной цели (Ц). Из-за сложности объекта управления и трудности выделения этого объекта из окружающей среды представляем объект в виде не-



которой модели (МО). Создание модели возможно, если извес­тен (либо выбран) критерий эффективности функционирования АИС. Данные об объекте выбираются непосредственно из само­го производства. Исходными данными для разработки АИС слу­жит описание объекта управления, куда входят элементы струк­туры объекта и их количественные отношения, характеристики стабильности объекта, взаимосвязь объекта с окружающей сре­дой, ресурсы и ограничения (РО).

В условиях социалистического хозяйствования критерием уп­равления предприятием может служить максимум прибыли при ограничении на номенклатуру выпускаемой продукции. При этом возникает проблема разработки частных математических моделей управления для отдельных задач. На основе такой мо­дели могут быть выбраны функции, подлежащие управлению, определена необходимая степень агрегирования информации, оценены затраты при разработке различных вариантов органи­зации вычислений по данным функциональным задачам. Чтобы система была эффективной, она должна удовлетворять двум ос­новным условиям: прибыльности и возможности сопровождения, заключающейся в создании документации по эксплуатации си­стемы и возможности внесения в эту документацию соответст­вующих изменений, отражающих производство и совершенство­вание системы управления им. Таким образом, на концептуаль­ном уровне на основе общей математической модели управления происходит переход к частным математическим моделям. При логическом проектировании, как следующем этапе разработки АИС, определяется множество моделей управления, которые реализуют все функции управления, подлежащие автоматиза­ции, устанавливается множество задач, решаемых АИС, с учетом частоты решения каждой задачи и качества алгоритмов, реали­зующих эти решения.

После завершения подэтапа анализа весьма существенным оказывается подэтап синтеза. Здесь предусматривается со­здание модели АИС (МАСУ) и выбор некоторой стратегии уп­равления (СУ). Подэтап синтеза реализуется также на двух уровнях: на концептуальном и логическом. На логическом уров­не можно формализовать задачу синтеза АИС и необходимо уде­лить основное внимание синтезу модели АИС. В основе синтеза модели АИС лежит синтез ее структуры, а поэтому необходимо формальными методами синтезировать организационную, функ­циональную, алгоритмическую и техническую структуры. Здесь должны быть использованы знания инженера-системотехника в области математических методов моделирования, на основе чего удается получить рациональное решение по структуре системы как основе дальнейшего построения ее обеспечении.

Основным этапом в работе выпускника специальности инже­нера-системотехника является этап макропроектирования. Имен­но при макропроектировании закладываются основные свойст­ва системы.

Этап микропроектирования оказывается не менее важным. От того, как реализуется физический уровень системы, зависят количественные характеристики ее свойств. При микро­проектировании осуществляется разработка организационного (00), информационного (ИО), математического (МО), про­граммного (ПО)» алгоритмического (АО), технического (ТО), правового (ПРО) и эргономического (ЭО) обеспечении. В этой работе участвуют инженеры различных специальностей, здесь реализуется физический уровень АИС, для которого характерны необходимость оценки параметров создаваемой системы, выбор критериев качества функционирования, обеспечение значений этих критериев в пределах, определенных техническим задани­ем. На этапе микропроектирования важным оказывается математическое обеспечение как совокупность экономико-математи­ческих моделей управления производством и техническое обе­спечение, на котором реализуется система. Достаточно тради­ционным стала централизованная структура технических средств АИС с мощными ЭВМ и иерархической структурой уровней уп­равления.

На средних и крупных предприятиях различных отраслей уже в настоящее время можно выделить три основных иерархи­ческих уровня, автоматизация каждого из которых требует при­менения ЭВМ различной производительности. Верхний уро­вень связан с планированием и организационным управлени­ем предприятием и его основными отделами. Здесь может быть использована одна или несколько ЭВМ средней мощности. Средний уровень предназначен для учета работы произ­водства, календарного планирования, оперативного управления, здесь с успехом нашли использование мини-ЭВМ, которые рас­пределяются по цехам предприятия. Нижний уровень предназначен для контроля и управления технологическими про­цессами, он реализуется на локальной сети микропроцессоров,

Микропроцессоры имеют специализированный характер при­менения: одни используются для контроля, другие для автома­тического регулирования технологических процессов, третьи для автоматизации пуска и останова установок, агрегатов и т. д. Для верхнего и более высоких уровней управления характерно использование машин в мультитерминальном режиме, что поз­воляет по запросу различным пользователям отдельных служб предприятия получать в диалоговом режиме необходимую ин­формацию для управления.

Чтобы пользоваться централизованным банком данных, целе­сообразно иметь сеть, связывающую ряд ЭВМ. Сеть ЭВМ явля­ется отличительной особенностью современного этапа развития АИС, этапа перехода к интегрированным системам управления. Поэтому на уровне микропроектирования возникает задача со­здания локальных сетей, объединяющих ЭВМ разных типов, разработки программной реализации таких сетей при решении задач АИС в реальном масштабе времени. Поэтому необходимо усилить работу по микропроектированию в области создания ап­паратных и программных интерфейсов, программ управления совместной работой совокупности ЭВМ, методов распределен­ной обработки информации с использованием различных типов банков данных. Проблемы создания информационного, техниче­ского и программного обеспечений являются исключительно ак­туальными, от их решения зависит эффективность создания и внедрения АИС.

Общеотраслевые руководящие методические материалы по созданию АИС (ОРММ) устанавливают следующие этапы: предпроектный анализ (обследование предприятия и разработка технического задания на проектирование), разработка проекта (технический и рабочий проекты) и ввод АИС в эксплуатацию, При проектировании АИС встречается целый ряд принципиаль­ных отличий предприятия как объекта управления. Проектиро­вание АИС обычно ведется для конкретного предприятия, в то время как другие технические системы являются более универ­сальными. Кроме того» обычно оказывается невозможным про­ведение натурных испытаний, позволяющих оценить использова­ние того или иного метода управления, а поэтому значительно повышается роль математических методов, в том числе анали­тического и имитационного моделирования на этапе макропро­ектирования.

Так как система является дорогостоящей, то необходимо за­ложить возможность ее последующего развития как по горизон­тали (наращиванием решаемых функциональных задач), так и по вертикали (увеличением числа иерархических уровней уп­равления при перераспределении управляющих функций). При создании АИС нужно ориентироваться на современную техниче­скую базу, учитывать возможность ее быстрого развития, по­этому необходимо использовать перспективные технические средства.

На стадии предпроектного анализа проводится об­следование и готовится технико-экономическое обоснование раз­работки АИС. Разработка АИС осуществляется обычно по пла­нам министерства либо в соответствии с решениями других орга­нов. Возможны различные варианты создания системы. Для уже действующего предприятия, где создана и функционирует ручная система управления, определена номенклатура выпускаемой про­дукции и функции управления отдельных подразделений, АИС может создаваться в условиях реконструкции предприятия, рас­ширения производства и номенклатуры выпускаемой продукции. Но наиболее благоприятны случаи, когда АИС создается для вновь строящегося предприятия.

Разработка технического задания, в котором должны быть определены принципы построения, организационная и функцио­нальная структуры АИС, основные требования к подсистемам, намечены пути совершенствования организационной схемы уп­равления, осуществляется на предпроектном этапе. Для повы­шения качества проектных решений на предпроектном этапе не­обходимо широко использовать формализованные методы ана­лиза объекта, стандартные формы документации для отображе­ния результатов обследования.

Разработка проекта проводится в два этапа: выпол­няются технический и рабочий проекты. На основании техниче­ского задания составляется общий технический проект на всю АИС, а потом подробный технический проект по очередям ее за­пуска. При их разработке необходимо учесть взаимодействие АИС с подсистемами других уровней, а именно: с отраслевой АИС, с АИС технологическими процессами. Состав общего технического проекта имеет ряд типовых разделов, связанных с обо­снованием проектных решений, набором задач, определением ор­ганизационной и функциональной структур АИС и т. д. При ра­бочем проектировании выполняются в основном работы, связан­ные с микропроектированием системы. Создаются обеспечиваю­щие подсистемы, пишутся инструкции персоналу АИС. Рабочий проект фактически отражает все особенности созданной систе­мы и формально представляет будущую.

Кроме технического и рабочего проектов при создании слож­ных и оригинальных систем возможно наличие предварительной стадии — эскизного проектирования. Эскизный проект описыва­ет предлагаемую систему управления путем рассмотрения воз­можных вариантов структурных схем, способов организации ин­формационного обеспечения, выбора вариантов алгоритмов об­работки информации. Из альтернативных вариантов выбирают­ся наилучшие и предлагаются на рассмотрение заказчику. Если создан рабочий проект системы, то осуществляется ввод си­стемы в эксплуатацию. На этом этапе завершаются строительно-монтажные и пусконаладочные работы, начинается опытная эксплуатация, и проводятся сдаточные испытания си­стемы.

В период опытной эксплуатации выявляются недостатки и упущения предыдущих этапов, вводятся дополнительные усовер­шенствования, отрабатываются программы ЭВМ. Дополняются инструкции обслуживающему персоналу, производится отладка всех видов обеспечения АИС и проводится оценка работы АИС в реальном масштабе времени. Путем сдаточных испытаний си­стема передается в промышленную эксплуатацию. На этом эта­пе возможно последующее совершенствование системы и даже ее реконструкция.

Технический и рабочий проекты вместе составляют технорабочий проект, который должен разрабатываться одновременно с подготовкой самого объекта к вводу АИС в эксплуатацию.

Ввод АИС в эксплуатацию требует предварительной подго­товки объекта. На технологическом уровне невозможно созда­ние эффективной АСУ ТП без разработки технологии, оптималь­ной для введения автоматизации. На организационно-экономи­ческом уровне управления необходима коренная перестройка организационной схемы управления производством с перерас­пределением функций управления и обработки информации с учетом возможностей современных технических средств и управ­ления в реальном масштабе времени при наличии больших объ­емов циркулирующей информации. Нерациональная организа­ционная структура объекта при автоматизации не сокращает об­служивающий персонал. Возрастающие объемы информации в условиях ручного распределения функций управления могут только разобщить управляющий персонал, для чего потребуется вводить дополнительных координаторов, объединяющих частные функции управления для реализации единой цели управления в системе. Несмотря на узаконенный существующий порядок раз­работки АИС, методика выполнения этих работ, содержание, ор­ганизация их на месте не являются четко определенными; в свя­зи с этим имеют место удлинение сроков разработки и внедре­ния, снижение эффективности работы построенной АИС.

Для правильного определения затрат финансовых, техниче­ских и людских ресурсов на построение АИС необходимы: раз­работка экспресс-методом социальной готовности предприятия, оценка уровня техники и технологии, наличие резервов произ­водства. Методическая работа в этом плане является исключи­тельно актуальной. Возникшие на этапе технического задания ошибки при внедрении системы ведут к огромным задержкам и экономическим потерям. Отсутствие экономического обоснова­ния технического задания часто является одним из наиболее слабых мест большинства проектов АИС. Необходимо повышать ответственность заказчика и разработчика за обоснованность и проработанность технических заданий. Например, на этапе со­здания технического проекта обычно не уделяется внимание ис­следованию разрабатываемых алгоритмов АИС. Эта проработ­ка возможна с использованием имитационных моделей. Это по­зволяет, не затрачивая реальных ресурсов, оценить основные по­казатели алгоритмов, что особенно важно на этапе их последую­щего применения. Весьма существенным оказывается проекти­рование необходимых изменений в общей системе управления предприятием при внедрении АИС. Необходимы социальный и психологический анализ существующей системы управления, ме­тодика проведения подобных работ, участие в разработках АИС социологов и психологов. Этап внедрения АИС нередко носит кустарный характер, отсутствуют общие разработки по техноло­гии внедрения на предприятиях отдельных задач АИС, обучению персонала и т. д.

§ 3.3. ПРОБЛЕМА АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПУТИ ФОРМАЛИЗАЦИИ СТРУКТУРЫ АИС

Сокращение сроков и уменьшение стоимости разработки АИС при повышении эффективности и научно-технического уровня создаваемых систем возможно лишь при широком внедрении систем автоматизированного проектирования АИС (САПР АИС). При создании АИС существует вполне установившаяся последо­вательность принятия основных проектных решений: предпроектный анализ, концептуальное, логическое и физическое проек­тирование. Эти этапы могут быть представлены двумя основны­ми стадиями: содержательным проектированием, включающим в себя три первых этапа, и разработкой рабочего проекта, т. е. фи­зическим проектированием [20]. САПР АИС в основном наце­лены на автоматизацию разработки рабочего проекта, в то же время недоучет важности стадии содержательного проектирова­ния приводит к существенным ошибкам, которые закладывают­ся на ранних этапах создания системы и приводят к недостаточ­ной ее эффективности. Поэтому можно считать, что наиболее актуальной задачей является автоматизация проектирования ранних этапов создания АИС, в основе которых лежит разработ­ка функциональной и алгоритмической структуры. Необходимо разработать формальные методы синтеза структуры, а также со­ответствующие инструментальные средства автоматизации про­ектирования. Нельзя исключить и проблему согласования ста­дий содержательного проектирования и рабочего проекта, по­скольку важно выбрать структуру вычислительного процесса АИС, который реализует обработку информации, необходимой для решения задач управления в системе.

Существует целый ряд систем, ориентированных на проекти­рование задач обработки данных. Эти системы являются незави­симыми от объекта управления, но в них не решаются проблемы автоматизации этапа содержательного проектирования. Разрабо­таны используемые на стадии содержательного проектирования АСУП отдельные методы автоматизации: элементный, подсистемный, объектный, модельный. Они отличаются степенью ох­вата автоматизируемых функций управления, реализуемых в процессе управления [21]. В основе элементного метода лежат типовые проектные решения, которые, однако, достаточно сложно реализовать на конкретном объекте управления, но они позволяют сократить трудоемкость разработки в среднем на 30% по сравнению с индивидуальным проектированием. При подсистемном методе типовые проектные решения прини­маются на уровне функциональных подсистем, создаются типо­вые пакеты прикладных программ, что обеспечивает уменьше­ние информационных связей при выбранных экономико-матема­тических моделях, однако при конкретной привязке к объекту управления систему приходится дорабатывать. При объект­ном методе создание АИС ориентируется на обобщенный объ­ект, т. е. выбирается некоторый класс предприятий. В качестве примера можно отметить разработанную систему «Сигма». Зна­чительный интерес представляет модельный метод проекти­рования, который предполагает наличие обобщенной математи­ческой модели управления с последующей декомпозицией этой модели на частные модели, отображающие формальные поста­новки функциональных задач АИС. Наибольшую сложность при этом представляет построение гипотетической обобщенной мо­дели, основанной на анализе и обследовании совокупности пред­приятий [19]. Проектные решения, выбираемые на базе этой модели, не всегда пригодны для каждого последующего объек­та автоматизации. Возможно автоматизировать лишь тот класс предприятий, для которых установились организационная струк­тура и методы управления. Полезным может считаться подход, когда экономико-математическая модель управления строится непосредственно в соответствии с данным объектом. Желатель­но, чтобы такая модель была достаточно общей и характеризо­вала большой класс объектов. Отсюда возникают противоречия между общностью модели и конкретным автоматизируемым объектом, поскольку предприятия имеют серьезные индивиду­альные особенности.

Современное промышленное предприятие—это большая и сложная система. Наличие огромного количества взаимосвязан­ных элементов, функционирующих в динамике, не позволяет с достаточной точностью найти математическое описание объекта, а поэтому проектирование АИС носит творческий и зачастую ин­дивидуальный характер. Существен и субъективный фактор в процессе проектирования, поэтому полная автоматизация про­цесса проектирования АИС пока невозможна. Задачу автомати­зации следует ставить с учетом использования на отдельных этапах творческих возможностей человека, освобождая его от рутинных операций. Выбор проектного решения остается зада­чей творческой и относится к человеко-машинным процедурам. Вопрос состоит в создании систем автоматизированного проек­тирования, которые должны базироваться на новой информа­ционной технологии.

Независимо от путей решения этой проблемы центральной задачей, решаемой на стадии содержательного проектирования, является синтез структуры АИС. Он предполагает прежде всего определенные пути ее формализации. Для этого, как указыва­лось выше, выберем такие аспекты структуры, как организаци­онный, функциональный, алгоритмический и технический. Ре­альная структура представляет собой набор элементов, взаимо­действующих во времени и пространстве. При формализации необходимо использовать подход, позволяющий отобразить структуру с помощью известного математического аппарата.

Чтобы увязать реальные производственные потоки и инфор­мацию, описывающую управление, полезно воспользоваться теорией графов. На ее основе структуру АИС можно представить следующим образом: элементы структуры располагаются в уз­лах графа, а дуги отображают всевозможные отношения между этими элементами. Совокупность дуг и узлов создает формаль­ное отображение структуры. В зависимости от содержания вер­шин и дуг графа можно отобразить организационную, функцио­нальную, алгоритмическую либо техническую структуры. Дей­ствительно, отношения между вершинами, закрепленные в виде дуг, могут отображать материальные, энергетические, информа­ционные потоки. Значение этих отношений позволяет осущест­вить параметрический синтез различных аспектов структуры и дает возможность выбрать оптимальную организационную структуру системы, оценить требуемые вычислительные мощно­сти, допустимые потоки информации, документооборот и целый ряд других параметров структуры АИС- Вершины графа при отображении организационной структуры есть подразделения предприятий, для функциональной структуры—это функции или задачи управления, для алгоритмической структуры — алго­ритмы, для технической — аппаратные средства. Совокупность дуг графа в организационной структуре отображает схему ор­ганизационного управления, в функциональной — связи между подсистемами, в алгоритмической—связи по управлению либо по информации, в технической—физические связи между эле­ментами. Формализация отношений между вершинами может быть выполнена также на основе типового математического ап­парата.

В наиболее простом случае, когда отображают наличие или отсутствие связей, используют функции бинарных отношений. Эти функции, могут быть сведены в матрицы отношений, и тогда любая организационная структура представляется в виде графа либо матриц отношений между элементами. Это позволяет про­водить на графе формальные преобразования и при оптимиза­ционной постановке задачи получать наиболее целесообразные виды организационной структуры АИС. В качестве такого фор­мального преобразования может быть использовано возведение матриц в определенные степени, что позволяет переходить от матрицы отношений к матрице цепочек соединений. На основе матрицы цепочек соединений можно найти отношения между удаленными подразделениями. Если перейти к матрице цикли­ческих соединений или матрице циклов, выполнив ряд формаль­ных операций над матрицами, то в организационной структуре можно выявить цепи обратной связи, найти циклы, связанные с обратными потоками управления, с возвратами документов и другими задачами. В частности, из матрицы циклов путем вы­деления групп тесно связанных вершин можно получить классы отношений эквивалентности, что позволяет выявить подразделе­ния, которые взаимодействуют по рассматриваемому признаку. Поэтому при автоматизации управления такие подразделения могут быть преобразованы на основе идей, полученных из фор­мального представления структуры. Принцип оптимизации ор­ганизационной структуры в том, чтобы объединить в одном под­разделении задачи, которые связаны между собой по информа­ционной базе, по функциональным потребностям, по програм­мным средствам и т. д. В этом случае необходимо проанализи­ровать функциональную структуру и построить граф с отобра­жением задач в вершинах графа, а отношений между задача­ми—в виде дуг графа. Используя аналогичные преобразования матриц, можно найти класс тесно связанных задач по рас­сматриваемым параметрам и соотнести эти задачи с конкрет­ными подразделениями предприятия. Целесообразно объеди­нить в одном подразделении задачи одного класса эквивалент­ности, перераспределив на основе этого функциональные задачи между подразделениями предприятия. Тогда переходят к новой организационной структуре, целесообразность которой можно оценить на основе параметрического расчета, т. е. определив пропускные способности подразделений» вычислительные мощ­ности, свойства документооборота и т. д. При этом могут изме­ниться требования, предъявляемые к аппаратным и програм­мным средствам, реализуемым на стадии рабочего проекта си­стемы.

В функциональной структуре могут быть выделены отдель­ные функциональные элементы, отображающие одну или не­сколько функций системы. Формализация такой структуры оз­начает вскрытие внутреннего содержания этих элементов. В наиболее простых случаях могут быть получены аналитиче­ские соотношения, отображающие зависимость выходных пара­метров от входных, что, однако, можно осуществить лишь в наиболее элементарных процессах управления.

Часто необходимо использовать кибернетические методы, ба­зирующиеся на математическом аппарате теории автоматов. В этом случае выделяют состояния функционального элемента на входе и выходе. Экспериментальным исследованием либо математическим моделированием находят частичную реакцию каждого выходного состояния от воздействия на одном входе при фиксации остальных. Вследствие такого анализа для каждого функционального элемента может быть получена матрица коэф­фициентов частичных эффектов и на основе объединения этих матриц найдена обобщенная матрица функциональной струк­туры АИС. Когда коэффициент частичного эффекта постоянен, то структура линейная и для нее могут быть выполнены доста­точно простые формальные отображения, позволяющие найти в явном виде связь между входом и выходом.

Так как функциональные элементы могут иметь различные назначения, то каждый функциональный элемент представляют моделью автомата. Здесь могут быть использованы модели ав­томата с памятью и комбинационного автомата. Для модели ав­томата с памятью внутренняя структура отображается с исполь­зованием двух функций отображения: перехода и выхода. Для автомата без памяти задают лишь функцию выхода. При нали­чии случайных воздействий на входе этот же математический аппарат позволяет найти распределение выходных воздействий. Таким образом, на основе аппарата теории автоматов могут быть формально описаны функциональные элементы структуры АИС. Объединение нескольких элементов в единую функциональ­ную структуру позволяет проанализировать поведение струк­туры во времени. При малоэлементной структуре в условиях полной информации получается последовательность состояний элементов, определяющая общее состояние системы в каждый дискретный момент времени. Дискрет времени зависит от перио­да поступления управляющих и возмущающих воздействий в системе. Для такой системы можно формально найти оптималь­ную структуру элемента принятия решения. В случае неполной информации, когда элемент принятия решения действует с рис­ком, задача усложняется, но она может быть решена с исполь­зованием известных математических приемов. Таким образом, организационная и функциональная структуры могут быть фор­мализованы, и это является необходимым условием последую­щего синтеза алгоритмической структуры системы.

Функции системы как проявление ее свойств во времени реа­лизуются в инженерных решениях с помощью заранее принятых алгоритмов. Совокупность алгоритмов составляет алгоритмиче­скую структуру системы. Функциональная и алгоритмическая структуры позволяют перейти к автоматизированному проекти­рованию АИС. Такое проектирование программного, информа­ционного и других обеспечении возможно лишь в случае, если имеет место формализованное описание алгоритмов, позволяю­щее на базе формальных преобразований перейти к модулям программного и информационного обеспечении. Разработка про­граммного и информационного обеспечений относится к разделу рабочего проекта, когда на физическом уровне создается систе­ма обработки данных. Формальное представление обработки данных, т. е. логический уровень проектирования, может быть основан на понятиях действий над данными, использование ко­торых позволяет формализовать переход от алгоритма управле­ния к модулям программного и информационного обеспечений и дает возможность использовать типовую технологию автомати­зации проектирования. Возникает задача спецификации дейст­вий, т. е. определения входных и выходных данных действий и взаимосвязи между действиями.

Автоматизированное проектирование АИС на этапе рабочего проекта должно базироваться на современной информационной технологии, в основе которой лежат данные, хранимые и сопро­вождаемые ЭВМ, а также информация, извлекаемая из этих данных. Особенностью данных является их относительно посто­янная структура. Данные в совокупности с действиями облада­ют высокой гибкостью и настраиваются на соответствующие структуры систем [18]. Поэтому если в основу положить дан­ные, то это позволяет использовать один и тот же математический аппарат для рассмотрения различных процессов действий над данными. Действия являются более изменяемыми, так как зависят от процесса управления. Действия управляются пото­ками данных. Определяя структуры данных и типизируя их, можно задать основные элементы проектируемых систем. Таким образом, задача на логическом уровне формально может быть сформулирована путем задания связей между данными, нахож­дения соответствующих структур данных и определения основ анализа различных управляемых структур на базе математиче­ской теории аппарата марковских цепей. Этот этап получил название разработки функциональных спецификаций. На логиче­ском уровне описания может быть выделено два типа логических элементов: «действие» (Д) и «объект действия» (О). Элемент Д определим именем, типом и значением. Элемент О характери­зуем определенной структурой, составом компонент и связями между ними. Элемент О может иметь некоторый собственный ресурс (назовем его внутренним). Элемент может использовать также чужой ресурс—внешний. Элемент Д может быть связан с элементами Д с помощью связей типов вход, выход, вход— выход. На рис. 3.4 представлена структура связей элементов Д и О с раскрытием различных типов связей. Выделены элементы «объекты действий» O₁, О₂, О₃. элемент «действие» Д, имеют место связи типа: вход (1), вход—выход (2), выход (3). На­правления связей отмечаются соответствующими стрелками. Связь типа «вход» указывает на то, что элемент Д использует элемент O₁ лишь для анализа и не изменяет его значения. Если связь имеет тип «выход», то без анализа элемент Д меняет зна­чение элемента Оз. Для реализации действия элемента Д необ­ходим некоторый ресурс. При раскрытии достаточно сложных структур элементов типа Д последовательно отображаются и ресурсы. На рис. 3.5 представлены внутренние и внешние ресур­-



сы некоторого элемента Д_i. Элемент Д_i декомпозируется на эле­менты Д_i1,Д_i11, Д_i12. Выделим внутренний ресурс R_i элемента Д_i и внешний ресурс Ri
₁
,. Задача распределения ресурсов осущест­вляется с помощью некоторых управлений данными. При созда­нии таких алгоритмов необходимо выделить этап определения структуры и этап установления параметров действий. На логи­ческом уровне это означает введение специальных типов эле­ментов Д, для которых относительно внешних связей опреде­лены только виды связей и типы объектов, а сами объекты не установлены. Может быть предложено понятие элемента Д с формальными параметрами. На рис. 3.6 представлен элемент типа Д как элемент без формальных параметров, а все, что ок­ружает этот элемент,— это формальные параметры Ф. Это по­зволяет иметь довольно широкие возможности по преобразова­нию неустановленных еще объектов. Конкретизация объектов означает определение формальных параметров.

При построении логической структуры необходимо опреде­лить, к какому действию принадлежит тот или иной ресурс. Эта задача может быть решена в различных постановках. В простей­шем случае можно считать, что для каждого элемента сущест­вует лишь один родитель, тогда устанавливается иерархия род­ства, все ресурсы принадлежат своим владельцам. Однако рас­пределение ресурсов является недостаточным условием опреде­ления структуры, необходимо описать функционирование во времени. Для этого наряду с ресурсами следует указать связи по управлению. Можно выделить потоки управления и преобра­зования информации и определить два типа элементов: 1 — эле­мент управления (управляющий элемент); 2—элемент преоб­разования (операционный элемент). Взаимосвязи этих элемен­тов представлены на рис, 3.7 в виде некоторой элементарной структуры управления. Здесь: Di
₁
, — источник управляющей ин­




формации, Di
₂
,—приемник управляющей информации, U—уп­равляющий элемент. Управляющая информация возникает в момент окончания действия источника и используется для включений действия приемника. Выделены линии управления и обработки информации. В качестве операционных элементов об­работки и преобразования информации выступают элементы Д.

Действия могут быть разделены на совместные и несовместные. Совместные действия образуют понятие процесса или задачи, с помощью управления определяется порядок взаимодействия за­дач. При несовместном действии существует ряд задач, которые могут иметь либо не иметь общих ресурсов. Пример управляю­щей структуры несовместного действия Д, состоящего из задач 3₁, З₂,...,Зn, представлен на рис. 3.8. Управляющая связь пере­ключается с помощью элемента разветвления Р. Модель управ­ляющих и информационных связей позволяет синтезировать структуры системы обработки информации.
§ 3.4. ПРОБЛЕМА РАЗРАБОТКИ ЭФФЕКТИВНОЙ АИС

Эффективность автоматизированной системы управления во многом закладывается на стадии ее разработки. На уровне мо­дельного подхода к проектированию АИС выделяют три основ­ных этапа: концептуальное» логическое и физическое проектиро­вание, каждому из которых соответствуют свой критерий эффек­тивности и некоторая обобщенная математическая модель. На концептуальном уровне должна быть сформулирована матема­тическая модель управления как формализованное представле­ние параметров производства, критериев и ограничений на уп­равление им. Очевидно, не может быть универсальной модели для всех типов производства, но вполне реальной является про­цедура типизации производства и создание типовых АИС на ос­нове обобщенной математической модели управления, позво­ляющей перейти к совокупности частных математических моде­лей и алгоритмов управления с учетом выбранного критерия эффективности. Общая математическая модель управления должна включать математическую модель производства, модель системы управления и систему моделей и алгоритмов по управ­лению производством данного типа. На концептуальном уровне должны быть определены функции, подлежащие автоматизации, структура вычислительной системы со всем комплексом аппа­ратных и программных средств. Наличие нескольких уровней управления и ряда функций АИС заставляет провести декомпо­зицию общей математической модели на ряд частных моделей управления, которые реализуют функции управления. Особо важен процесс определения функций, подлежащих автоматизации. На разных уровнях могут быть сохранены функции ручного управления, а поэтому необходимо разделить функции автома­тизированные и ручные, определить требуемую степень агреги­рования информации, найти затраты на реализацию различных вариантов автоматизации функций. Для промышленного пред­приятия основным критерием эффективности является макси­мум прибыли, а поэтому на этапе концептуального проектиро­вания в качестве критерия оптимальности выступает максимум эффективности функционирования АИС, отнесенный ко всему сроку ее жизни.

Известно, что эффективность оценивается как разность меж­ду приростом прибыли (П) и затратами (3) на разработку и внедрение системы, т. е. Э==П-3.

Далее функционал в зависимости от выбранных вариантов автоматизации функций должен быть максимизирован [8].

На рис. 3.9 представлены зависимости от времени экономи­ческой эффективности, прибыли и затрат. Видно, что с опреде­ленного момента времени автоматизированная система управ­ления становится эффективной, причем значение ее эффектив­ности зависит прежде всего от оптимальности заложенных проектных решений, уровня управления и перечня функций выб­ранных для автоматизации. Весьма существенным оказывается реальный срок жизни системы; чем он продолжительнее, тем больше получаемый экономический эффект. Опыт эксплуатации АИС показывает, что вре­мя жизни системы состав­ляет шесть—восемь лет, время от начала проекти­рования до начала опыт­ной эксплуатации АИС— три-четыре года, а отсюда время реальной жизни не превышает в среднем че­тырех лет. За это время, если система построена не оптимально, трудно ожи­дать значительного эконо­мического эффекта. На интервал реальной жизни системы значительно вли­яет срок морального старения технических средств, используе­мых в АИС, а поэтому уже на стадии концептуального проек­тирования необходимо ориентироваться на перспективные техни­ческие средства:

На этапе логического проектирования АИС определяется множество моделей управления, реализующих функции управ­ления, подлежащие автоматизации, устанавливается множество решаемых задач, а также их параметры. Наиболее существен­ным параметром является частота решения. Под задачей управ­ления обычно понимают реализацию конкретной функции уп­равления на основе принятой модели. Формальная постановка задачи представляется в следующем виде: задается полное мно­жество автоматизированных функций управления, полное мно­жество моделей управления и множество методов, реализующих заданные частные математические модели управления. Путем декомпозиции конкретных функций управления определяется полное множество задач управления, решаемых в системе. Выб­ранный некоторый порядок решения задачи назовем алгоритмом. Будем считать, что задача реализуется одним методом, а поэто­му каждой задаче может быть поставлен в соответствие един­ственный алгоритм управления. Задача нахождения алгоритма означает синтез управления с непрерывным временем на конеч­ном периоде управления. Одна и та же функция управления мо­жет быть реализована несколькими алгоритмами, а поэтому на этапе логического проектирования необходимо найти оптимальное множество алгоритмов, которые реализуют все подлежащие ав­томатизации функции управления. Чтобы выбрать алгоритм, не­обходимо знать количественные характеристики алгоритмов. К ним относят точность, оперативность и себестоимость алго­ритма. Существует некоторый идеальный алгоритм, который обеспечивает оптимальное решение задачи. Под точностью ре­ального алгоритма можно понимать некоторую оценку потерь, которые возникают, если при решении заданной задачи вместо идеального алгоритма используется выбранный приближенный реальный алгоритм. Если точность алгоритма обозначить через параметр а, то а=¦(a_п, ар), где f
—некоторая функция объеди­нения аргументов, связанных с точностью прогнозирования а_п и решения задач a_р.

Точность прогнозирования состояния системы определяется выбранной моделью управления и точностью оценки данного состояния системы. Понятие точности алгоритма применимо как к оптимизационным, так и к информационным задачам. Опти­мизационные задачи имеют место при принятии управленческих решений, когда из нескольких альтернативных решений выбира­ется лучшее по управлению. При этом минимизируется некото­рая целевая функция и оцениваются потери либо риск, связан­ный с принятием решения. Информационные задачи связаны с учетом, контролем, при их решении оптимизация отсутствует.

Оперативность алгоритма связана с временем принятия ре­шения. Если на основе данного алгоритма принимается некото­рое решение и при этом возникает какая-то задержка t, то опе­ративность алгоритма b=¦(t), где t складывается из несколь­ких составляющих. Здесь могут учитываться время подготовки входной информации, внутримашинной обработки и время, свя­занное с использованием результатов решения задачи по дан­ному алгоритму в системе управления. Функция f позволяет привести временные потери к денежным, что способствует про­ведению экономической оценки качества алгоритма на физиче­ском уровне [8].

Существенным фактором, оценивающим количественно ка­чество алгоритма, является его себестоимость С, т. е. затраты на создание и эксплуатацию алгоритма. Себестоимость алгорит­ма обычно оценивается по формуле С=Сс+SСр(gр/g). где Сс—стоимость создания алгоритма; Ср—затраты на весь ресурс в процессе эксплуатации системы; gр—потребность в ресурсе при эксплуатации алгоритма; g—суммарная потребность ресурса.

Если все характеристики имеют денежные выражения, то качество алгоритма К=a+b+C. Данное соотношение должно быть отнесено к некоторому алгоритму при условии, что осталь­ные алгоритмы приняты как фиксированные. В целом на этапе логического проектирования надо получить максимум эффек­тивности от реализации всех управленческих функций в течение некоторого интервала времени. За этот интервал обычно прини­мается год, как максимальный период решения задач в АИС. Используя аддитивный закон суммирования эффективности, по­лучаем суммарную эффективность Эо=∑Э_i, где Эi—эффектив­ность автоматизации управленческой функции (i). Каждая уп­равленческая функция, как указывалось выше, реализуется пу­тем решения ряда задач, число которых обозначим через р. Каждая задача реализуется путем использования некоторых алгоритмов из множества А, тогда _i=∑_p∑_a(Э_рS_ip-b_paK_a), где Эр—эффективность, которая возникает за счет решения задачи (р); S_ip —элемент бинарной матрицы, который принимает зна­чение 1, если решение задачи (р) необходимо для реализации управленческой функции (i), и 0—в противном случае; Ка— суммарное качество алгоритма (а); b_pa —элемент бинарной матрицы, принимающий значение 1, если алгоритм (а) используется для решения задачи (р),

Если на уровне логического проектирования выбрана совoкупность (р) взаимосвязанных задач АИС, которые использу­ются при реализации функций управления, определена совокупность (A
) алгоритмов, которые решают требуемые задачи АИС, установлены периоды управления и параметры физической реа­лизации, то на основе значения суммарной эффективности (Эо) может быть выполнена оптимизация. В качестве ограничения обычно выступает вычислительный ресурс, требуемый для реа­лизации алгоритма на данном интервале времени.

Этап физического проектирования означает реализацию выб­ранных алгоритмов на определенных программно-аппаратных средствах. Так как эта реализация прежде всего воплощается в некоторую систему обработки, то на физическом уровне по су­ществу создается автоматизированная система обработки ин­формации. Функциональные задачи, являющиеся базой функциональной структуры АИС, в автоматизированной системе обработки информации отображаются в виде набора вычислительных задач, которые составляют основу вычислительного процесса АИС. Для системы обработки информации характерным оказывается наличие иерархической структуры, значительное количество вычислительных задач, в которых могут быть выделены и оптимизационные, и чисто информационные задачи, ис­пользование достаточно сложной совокупности средств обработ­ки информации от персональных ЭВМ до мощных универсаль­ных вычислительных машин, сложная информационная база со значительным числом информационных массивов. Главной проб­лемой является необходимость событийно-временной синхрони­зации процесса управления производством и вычислительного процесса в системе обработки информации. Система обработки информации оказывает существенное влияние на качество при­нимаемых решений, на те параметры, которыми оценивается ка­чество алгоритма. Такие критерии, как точность, себестоимость и оперативность, могут быть оценками качества решений вы­числительных задач в АИС. На физическом уровне качество ре­шения задач в АИС определяется выбранными техническим, ин­формационным и программным обеспечениями. Конкретные вы­числительные задачи получаются как следствие декомпозиции имеющихся функциональных задач управления в производстве, однако при их решении не пользуются едиными информацион­ными, программными и техническими ресурсами. Поэтому наряду с декомпозицией возникает задача модульного представления этих задач с последующей интеграцией отдельных модулей по выбранным критериям качества в совокупности заданий. Так же как запуск партий деталей в производство, запуск вычислитель­ных задач на решение в вычислительную систему осуществляется последовательно либо последовательно-параллельно во времени. При этом может иметь место жесткая либо нежесткая синхрони­зация между решением функциональной и вычислительной задач. Жесткая синхронизация имеет место в основном в системах ре­ального времени.

Таким образом, на физическом уровне АИС реализуется в виде автоматизированной системы обработки информации, ко­торая состоит (с учетом использования ЭВМ) из внемашинной и внутримашинной частей. Внемашинная часть в информацион­ном аспекте представляет собой набор документов, которые действуют на предприятия и организуют обработку информации вне машины. Большинство же задач при автоматизации функ­ций управления решается на ЭВМ и составляет основу внутримашинной части системы. На ее структуру оказывают влияние технические средства, программное обеспечение, информацион­ная база системы и т. д. На основе логической модели на уров­не физического проектирования нам необходимо осуществить физическую организацию информационной базы и программной части, определить движение информации как вне, так и внутри машины. Уровень физического проектирования также может быть разделен как бы на две части: логическую и физическую. Логическая часть отображает структуру информационной базы, логические схемы алгоритмов, схемы движения информации. Фи­зическая часть реализует логические схемы на технических и программных средствах. Более подробно обработка информации при автоматизированном управлении будет рассмотрена в сле­дующей главе, поэтому остановимся лишь на логической струк­туре алгоритмов.

Алгоритм — это некоторая последовательность действий, со­вокупность правил, определяющих процесс преобразования ис­ходных данных в требуемый результат за заданное число ша­гов. Составными элементами алгоритма являются блок как отно­сительно самостоятельная часть и оператор как элементарная структурная часть алгоритма. Оператор расчленяется в соответ­ствии с командами ЭВМ. Алгоритм может быть записан на ес­тественном языке, задан в математической форме, в виде после­довательности формул и в графическом виде. Наиболее часто используется графическая форма записи алгоритма. Алгоритмы могут иметь различный уровень детализации: применяют обоб­щенные схемы алгоритмов, принципиальные схемы, рабочие схе­мы процесса обработки информации на ЭВМ. Последние пред­ставляются машинным алгоритмом. Алгоритмы могут быть заданы с помощью информационных языков. При формализован­ной записи широкое использование находят алгоритмические языки, которые обеспечивают трансляцию непосредственно во внутренний язык конкретной ЭВМ. Для алгоритмизации задач АИС получили применение такие языки, как ФОРТРАНЮ, АССЕМБЛЕР, КОБОЛ, ПЛ/1.

Для облегчения процесса алгоритмизации целесообразно ис­пользовать языки, позволяющие описывать более крупные, бо­лее широкие задачи. Это проблемно-ориентированные языки. Основная проблема их использования—это трудности созда­ния транслирующих систем, которые до сих пор для многих ЭВМ не реализованы. Эффективность от функционирующей АИС может быть получена путем закладки на стадии проекти­рования оптимальных проектных решений, улучшения качества логического проектирования, оптимального выбора технических средств. При заданном множестве алгоритмов обработки ин­формации и имеющемся множестве технических средств необхо­димо найти оптимальное построение системы обработки инфор­мации, которая удовлетворяла бы основным критериям эффек­тивности. В качестве таких критериев принимают вер­ность преобразования информации, время преобразования ин­формации и приведенную стоимость комплекса технических средств.

Верность преобразования информации оценивается вероятностным критерием, значение которого зависит от уров­ня надежности элементов, действующих помех в каналах связи, отказов в обслуживании пересекающихся информационных по­токов,

Время преобразования информации в АИС опреде­ляется как T=Tктс+Тр, где Тктс—время преобразования ин­формации в комплексе технических средств; Tр—время реак­ции управляющего персонала. Значения T должны рассчиты­ваться для каждой вычислительной задачи АИС. Общая времен­ная задержка в получении результата не должна превышать до­пустимого значения, которое находится исходя из оперативности принятия управленческого решения.

Если имеется ряд типов технических средств, которые поз­воляют получить заданные технические показатели качества» то обобщенным критерием могут служить приведенные затраты на создание и эксплуатацию КТС. Затраты 3==Л+&5, где А—рас­ходы. распределенные во времени, т. е. затраты, связанные с экс­плуатацией и обслуживанием системы; В — единовременные капитальные затраты, связанные с приобретением либо с изго­товлением и монтажом комплекса технических средств. Коэффи­циент k
—это коэффициент приведения единовременных затрат к расходам, распределенным во времени. Значения ко­эффициентов устанавливаются министерствами в зависимо­сти от срока окупаемости системы. Затраты на эксплуатацию А== S A_in_i+D, где Ai
—удельные эксплуатационные расходы на единицу оборудования i-го типа; n_i — коли­чество оборудования i-ro типа; М—число видов оборудования; D—годовые затраты на содержание административно-управлен­ческого персонала. Данные формулы отражают приближенную •методику, конкретные значения могут быть уточнены в процессе эксплуатации АИС. Выше указывалось, что эффективность соз­дания и внедрения АИС во многом определяется сроками ее разработки. Полезным на всех этапах создания АИС является метод моделирования [II]. Аналитическое моделирование нахо­дит прежде всего приложение при использовании экономико-ма­тематических моделей управления, т. е. общей математической модели и тех частных моделей, на которых базируется постанов­ка и решение функциональных задач в АИС.

В последние годы широкое применение при разработке как функциональных, так и обеспечивающих подсистем АИС нашел метод машинного моделирования, при котором обычно выделя­ется три основных этапа: 1) построение концептуальной модели системы и ее формализация; 2) алгоритмизация модели системы и ее машинная реализация; 3) получение результатов машинно­го моделирования и их интерпретация. На первом этапе моде­лирования формулируется модель и строится формальная схема, т. е. решается задача целесообразности использования самого метода моделирования. На втором этапе математическая модель воплощается в машинную, т. е. проводится алгоритмизация мо­дели, разбиение ее на блоки, организация связей между ними, определяются возможности и решаются задачи получения тре­буемой точности и достоверности результатов. На третьем этапе используется ЭВМ, на которой имитируется процесс функциони­рования системы, чтобы по полученной информации оценить те реальные процессы, которые могут происходить в АИС. Метод моделирования может быть использован прежде всего на этапах создания системы, в частности он весьма эффективно может быть применен при создании отдельных функциональных подсистем и решении функциональных задач. Непосредственно на машине имитируются само производство и соответствующая функция уп­равления, при этом могут быть просмотрены различные варианты реализации системы управления, это позволяет путем моделиро­вания без физической реализации системы получить наиболее рациональное решение,

При создании обеспечивающих подсистем в процессе моде­лирования может быть выявлена функциональная структура тех­нических, программных средств. При этом просчитываются количественные значения выбранных критериев эффективно­сти, что позволяет в процесс моделирования выбрать наилучший вариант реализации, удовлетворяющий заданным ограниче­ниям.

Особый интерес представляет использование метода модели­рования и некоторых моделей непосредственно на стадии экс­плуатации системы. В связи с быстрым изменением производства информация об условиях работы систем управления часто явля­ется недостаточной, поэтому переходят к построению адаптивных систем. На основе информации, получаемой от объекта управле­ния, может изменяться структура системы, т. е. адаптация ста­новится средством обучения системы в условиях недостаточной информации о состоянии и характеристиках управляемого объек­та. Возникает необходимость прогнозирования будущих состоя­ний системы и внешней среды, выбора оптимальных характери­стик системы управления в условиях изменяющихся внешних ус­ловий. Оказывается привлекательным применить метод модели­рования для получения прогноза непосредственно в системе уп­равления в реальном масштабе времени и по полученному резуль­тату скорректировать управление. Это возможно только в том случае, если достигается необходимая оперативность реализации модели, т. е. возможность работы машинной модели в реальном масштабе времени. Достоверность получаемых при этом резуль­татов зависит от тех математических схем, которые положены в основу моделирования, и от числа реализации, затраченных на получение прогноза. Проблема уменьшения числа реализации на­талкивается на точность результата, но уменьшается требуемый вычислительный ресурс, который необходим для решения вычис­лительных задач в АИС. Таким образом, эффективность функцио­нирования АИС определяется всеми уровнями ее создания, осо­бенно важна эффективность на уровне функционирования систе­мы, и здесь существенное место могут занять методы машинного моделирования.
3. ОРГАНИЗАЦИЯ РАЗРАБОТКИ И ДОКУМЕНТАЦИИ

Разработка АИС—это совокупность научно-исследователь­ских, проектно-конструкторских, инженерно-технических и орга­низационных работ, направленных на совершенствование суще­ствующей системы управления на базе экономико-математиче­ских методов управления и современных средств вычислительной техники. Выше указывалось, что автоматизированное управле­ние может дать эффект лишь в том случае, когда объект подго­товлен для автоматизации. Применительно к предприятию это означает наличие новой организационной структуры управления» нахождение более эффективных экономико-математических мо­делей. На уровне технологического процесса находят новые тех­нологии, пригодные к автоматизации. При организации разработ­ки АИС необходимо решить большую совокупность задач, в том числе найти этапы разработки, формализовать работы, скоор­динировать деятельность всех организаций, участвующих в раз­работке АИС, обучить сотрудников организации заказчика новым методам управления, организовать обеспечение и сопровождение автоматизированной системы управления в дальнейшем. Как и для любой сложной системы, для АИС определяющими являют­ся четыре стадии: предпроектная, разработка технического и ра­бочего проектов, ввод в эксплуатацию. Современный уровень разработки и проектирования АИС, однако, еще не достиг уровня универсальных технических систем, а поэтому существует ряд особенностей АИС, усложняющих процесс разработки. К ним можно отнести следующие:

объект управления является достаточно конкретным, и до сих пор отсутствует типизация объектов управления, т. е. АИС как система является оригинальной;

как следствие оригинальности создаваемой системы, отсутст­вует возможность проведения экспериментальных исследований в ходе натурных испытаний системы, а поэтому необходимо более сильно привлекать средства математического и имитационного моделирования, что позволяет на стадии разработки системы проверить возможные альтернативные варианты и повысить эф­фективность принимаемых решений;

часто оказывается неизвестным общий перспективный пере­чень функций, подлежащих автоматизации, в соответствии с чем в процессе создания системы могут возникать новые задачи, т. е. необходимо на ранних стадиях проектирования предусмотреть возможность развития АИС по горизонтали;

АИС является человеко-машинной системой, а поэтому необ­ходимо учитывать взаимодействие человека и техники как по ви­дам информации, так и по оперативности ее вывода для того, чтобы человек мог общаться с технической системой и принимать своевременные решения по управлению;

в АИС объект управления тесно связан с окружающей средой, имеют место взаимодействия, характерные для любой иерархи­ческой системы, поэтому необходимо предусмотреть связь АИС разрабатываемого уровня с АИС верхнего и нижнего уровней;

техническое обеспечение АИС должно ориентироваться на стандартные технические средства. Особое внимание необходимо обращать на перспективу этих средств для того, чтобы исклю­чить быстрое моральное старение системы;

следует ориентироваться на типовые программные средства и типовые банки данных. В этом случае облегчаются условия ин­теграции технических, программных средств и средств информа­ционного обеспечения, что является особенно актуальным при переходе к интегрированным системам управления.

Последовательность работ по созданию АИС можно отобра­зить в виде сетевого графика, представляющего собой ориенти­рованный граф, в вершинах которого располагаются события как законченные результаты работ, а дуги отображают работу. События могут быть результатом одной или нескольких работ, т. е. несколько дуг могут сводиться в одну вершину. Дуге при­сваивается определенный «вес», характеризующий затраты вре­мени, труда либо времени ожидания на выполнение любой опера­ции. На сетевом графике может быть отмечен путь в виде после­довательности работ, в котором конечное событие каждой работы совпадает с начальным событием последующей работы. Путь от исходного события до завершающего является полным путем. В реальных условиях при наличии нескольких вариантов работ может возникать несколько полных путей. Применительно к опи­санию организации, разработке и внедрению АИС работы пред­ставляются в виде отдельных операций, отображаемых дугами графа. При составлении последовательности операций, т. е. на­хождении путей графа, необходимо учитывать ряд правил. К ним относятся отсутствие тупиковых вершин (кроме завершающего события), замкнутых контуров, параллельных работ, исходные и конечные события которых совпадают. По характеру объекта уп­равления сетевые модели могут быть детерминированные и ве­роятностные. Очевидно, что сетевые модели, отображающие дей­ствительный процесс разработки, проектирования и внедрения АИС, должны носить детерминированный характер для того» чтобы учесть трудоемкость любой работы и оценить эффектив­ность всего процесса разработки и внедрения АИС в любой сфере деятельности. Сетевые графики позволяют решать задачи по рас­пределению ресурсов при выполнении различных работ разными способами. Сетевой обобщенный график для трех стадий созда­ния АИС (предпроектная, разработка проектов, ввод в эксплуа­тацию) подробно рассмотрен в [6]. Использование сетевых гра­фиков для отображения последовательности отдельных этапов создания и внедрения АИС является исключительно полезным. На базе системы сетевого планирования и управления могут быть формализованы наиболее ответственные этапы разработки АИС. При этом может быть реализован системный подход к планиро­ванию и управлению, при котором из отдельных операции форми­руется единый процесс от зарождения идеи системы до ввода ее в промышленную эксплуатацию.

ГЛАВА 4

ОБРАБОТКА ИНФОРМАЦИИ ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ УПРАВЛЕНИИ

§ 4.1. ОРГАНИЗАЦИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОГО ПРОЦЕССА ПРИ АВТОМАТИЗИРОВАННОМ УПРАВЛЕНИИ

Физический уровень проектирования АИС включает большой комплекс работ по выбору и построению обеспечивающих под­систем АИС, на основе которых организуется вычислительный процесс по решению функциональных задач. Чтобы решение бы­ло оптимальным и требовало минимальных ресурсов» функцио­нальные задачи преобразовывают в вычислительные, которые, в свою очередь, упорядочивают по требуемой информации, иными словами—необходимо провести интеграцию информации. Для вычислительных задач выбираются оптимальные алгоритмы» ко­торые бы позволяли решать комплекс однотипных задач по оди­наковым правилам. При этом необходимо учесть ограничения по объемам памяти, производительности системы и т. д. На этапе физического проектирования качество проекта во многом опреде­ляется применяемыми техническими и программными средства­ми. В связи с непрерывным их совершенствованием физическая реализация подвергается быстрому моральному старению, и по­этому уже на стадии проектирования необходимо заложить такие инженерные решения, которые бы способствовали эффективности эксплуатации АИС. На физическом уровне разработка АИС означает разработку системы обработки информации, которая включает в себя средства и процессы организации обработки, Если считать, что средства выбираются на уровне концептуаль­ного и логического проектирования и в дальнейшем могут под­вергаться только уточнению на стадии физического проектирова­ния, то наиболее трудно здесь будет решаться задача построения процедур организации обработки информации. Процесс обработ­ки данных складывается из внемашинной и внутримашинной ча­стей. Внемашинная часть определяется действующими на предприятии документооборотом, системой кодирования инфор­мации и принятыми ранее процедурами обработки. Внутрима-ш и и и а я часть характеризует процесс обработки данных на ЭВМ. Эта часть является основной, определяющей эффективность организации вычислительного процесса. Для внутримашинной части прежде всего надо определить некоторую стратегию обра­ботки информации, создать специальное алгоритмическое и программное обеспечение, найти план организации процесса обра­ботки.

Стратегия обработки информации должна исходить из того, что для каждой задачи существует наиболее благоприятное вре­мя ее решения и может быть создан гипотетический идеальный план организации вычислительного процесса» при котором каж­дая задача решается в наиболее благоприятный для нее интервал времени, образуемый от момента запуска задачи до момента ее выпуска. При идеальном плане организации вычислительного процесса должен существовать и некоторый идеальный план по­требностей вычислительных ресурсов. Здесь могут быть различ­ные подходы к расчету ресурса. Можно считать суммарный ре­сурс на каком-то интервале времени (например, на интервале времени оптимизации для функциональных задач) или некото­рый критический ресурс более напряженных участков времени.

Задачи в АИС обычно носят такой характер, что последую­щая задача может быть решена после получения результатов решения предыдущей. В этом смысле получается совокупность задач, распределяемых последовательно-параллельно во време­ни, которая определяет вычислительный процесс.

Каждая задача по мере необходимости ее решения обраща­ется с запросом в вычислительную систему. Совокупность всех запросов может быть представлена ориентированным графом, где вершина соответствует запросу, а дуга восстанавливает отно­шение предшествования между запросами. Такой граф запросов по существу определяет и граф взаимной связи между исходны­ми данными задачи. Каждая задача для своего решения должна иметь вычислительный алгоритм, т. е. необходимо организовать специальное алгоритмическое и в соответствии с ним програм­мное обеспечение системы. В итоге образуется определенный сос­тав алгоритмов и соответствующих им наборов данных, которые необходимо реализовать по мере возникновения задач. Совокуп­ность наборов данных, хранимых во внешней памяти машины, отображается в виде информационной базы, а множество алго­ритмов по решению задач реализуется в виде специального прог­раммного комплекса.

Вычислительный алгоритм, как и обычный, может быть пред­ставлен в виде вычислительных модулей, выполняющих отдель­ные функции в алгоритме. Совокупность вычислительных моду­лей, взятых с учетом подчиненности, называют вычислительной схемой алгоритма. Вычислительные схемы алгоритма, объединен­ные в едином графе, называют вычислительным графом системы обработки информации. Имея стратегию обработки информации, а также зная алгоритмы обработки для каждой задачи, можно перейти к планированию вычислительного процесса в АИС.

Вычислительный процесс в АИС по своему характеру явля­ется технологическим процессом, где в качестве элементов техно­логии выступают определенные вычислительные схемы алгоритмов в виде последовательности решения задачи. Вычислительный процесс—это некоторая последовательность совокупности от­дельных задач с учетом принятых ограничений на ресурсы. Все задачи, решаемые в АИС, можно разделить по моментам запуска на следующие группы: периодические с фиксированным момен­том запуска—выпуска, периодические с произвольным момен­том решения и задачи со случайным периодом.

Учитывая, что обычно функции АИС являются заранее извест­ными, интервалы планирования и оптимизации по большинству задач — заданными и повторяемыми в течение длительных перио­дов времени, сталкиваются с процессом, который в среднем мож­но считать детерминированным, а поэтому правомерно планиро­вать его заранее, исходя из некоторых общих критериев. Одним из таких критериев является экономический. Для любого алго­ритма существует некоторый оптимальный интервал времени, на котором он должен быть реализован в вычислительной системе. Ранее этого интервала от­сутствует требуемая ис­ходная информация, поз­же его управляющее ре­шение окажется запоздав­шим, и решать задачу бесполезно. Поэтому мож­но считать, что существу­ет некоторая область во времени, которая являет­ся допустимым интерва­лом принятия решения,

и именно за этот интервал должна быть решена задача по дан­ному алгоритму. Значит не позже чем в течение этого интерва­ла должен быть осуществлен запуск данного алгоритма, а отсю­да момент запуска алгоритма является исключительно акту­альным.

На рис. 4.1 представлена функция эффективности в зависи­мости от момента запуска. Видно, что из-за наличия периода (Г) поступления данных с производства эффективность запуска (Эз) становится убывающей ступенчатой функцией. Не менее акту­альным является и момент выпуска алгоритмов, задержка кото­рого относительно срока принятия решения приводит к резкому снижению ценности. На рис. 4.1 представлена зависимость эф­фективности выпуска (Эд) алгоритма от времени. Видно, что эф­фективность есть возрастающая ступенчатая функция на интер­вале решения задач. Объединение этих функций позволяет найти суммарную эффективность алгоритма по времени его запуска— выпуска (рис. 4.2). Суммарная эффективность (Э) имеет экстре­мальный участок, соответствующий минимуму потерь. Он назы­вается зоной наибольшего благоприятствования алгоритма. Учи­тывая наличие таких благоприятных зон, необходимо решить

задачу планирования и управления вычислительным процессом, т. е. определить вычислительные характеристики функциональ­ных задач, найти оптимальное распределение вычислительных ресурсов и назначить, как выше указывалось, оптимальные мо­менты запуска — выпуска задач АИС. Первичным в решении является определение моментов запуска—выпуска задач. Опти­мальному плану будет соответствовать такой, при котором мини­мизируются основные виды ресурсов: фонд времени центрально­го процессора, фонд времени каналов ввода и вывода, объемы оперативной и внешней памяти вычислительной системы. Для получения такого плана обычно должна быть принята некоторая операционная система и определен режим. Чаще всего выбира­ется режим мультипрограммирования, а в этих условиях необ­ходимо задавать не только моменты начала решения задач, но и моменты окончания, т. е. необходимо найти план оптимально­го управления как по запуску, так и по выпуску задачи. Учиты­вая наличие дискрета по управлению различными функциональ­ными задачами АИС, надо в оптимальном плане добиваться то­го, чтобы момент окончания задачи совпадал с началом требуе­мого дискрета времени по управлению. В общем ви­де решение задачи синте­за множества оптималь­ных управлений является сложной научной пробле­мой, поэтому при конкрет­ных решениях проводят декомпозицию общей мо­дели управления вычис­лительным процессом и на базе частных моделей получают рекомендации по планированию вычислительного про­цесса в целом как результату последовательности реализации отдельных частных задач. Оптимизация вычислительного про­цесса может быть достигнута путем некоторой детализации вы­числительных задач и разбиения их на составные части—за­дания.

Если составить общий список всех заданий и по графам вза­имосвязи задач с учетом необходимых исходных данных найти связь между ними, т. е. составить граф упорядочения заданий, то можно найти последовательность заданий, вытекающую из необходимости наличия определенных исходных данных. При на­личии функции эффективности методом перебора можно найти рациональную последовательность запуска заданий, которая бу­дет соответствовать наилучшим показателям эффективности. Тог­да задача управления вычислительным процессом переходит в задачу управления отдельными заданиями как составными ча­стями задач АИС. К ним можно применить теорию расписания.

Отдельные задачи не требуют оперативности решения, по­этому рационально использовать режим пакетной обработки информации, когда совокупность заданий собирается в пакет. Де­терминированный пакет заданий со случайно воз и икающими за­просами задач является наиболее употребимым в настоящее вре­мя для построения вычислительного процесса в АИС. В делом модель вычислительного процесса должна учитывать особенно­сти объекта управления и обеспечить четкую событийно-времен­ную связь между ходом процесса производства и реализацией вы­числительного процесса в АИС.
4.2. ПОНЯТИЕ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

В основе автоматизированного управления лежит процесс получения, преобразования, передачи и выдачи информации уп­равляющему лицу для принятия соответствующего решения. Пе­редача и обработка информации происходят непрерывно. Чтобы решение было своевременным и безошибочным, необходимо помнить информацию о предыдущем состоянии объекта управле­ния» вносить изменения, обобщать, преобразовывать ее к виду, удобному для принятия решения.

При передаче информации за единицу принимается одна дво­ичная единица. Двоичная единица информации соответствует ко­личеству информации, которое передается двумя равновероятны­ми сообщениями. С помощью двоичных единиц полезно оцени­вать количественные характеристики информации при ее пере­даче, однако передача информации, ввод и хранение обычно не связаны между собой. При хранении целесообразно объединять информацию, исходя из ее смыслового содержания либо из взаи­мосвязи отдельных элементов ее в соответствии с решаемыми функциональными задачами. При оценке хранимой информации может быть использована структурная единица информации— реквизит. Под реквизитом понимают некоторый простейший ин­формационный объект, который может быть записан с помощью символов какого-либо алфавита. Реквизит может обозначать на­звание некоторой величины, принимающей различные значения из допустимого множества. Если множество является совокуп­ностью чисел, то реквизит будет числовой или цифровой, если множество—совокупность букв, то реквизит—буквенный. При использовании комбинаций цифр и букв реквизит становится буквенно-цифровым. В связи с необходимостью интеграции ин­формации и обобщения каких-то данных при управлении суще­ствуют и отдельные иерархии реквизитов. Наиболее простые реквизиты—это элементарные, которые не могут делиться на какие-либо части. Из элементарных реквизитов складываются групповые, причем групповой реквизит может принадлежать раз­личному уровню иерархии. Поэтому вводится понятие уровня реквизита. Под номером уровня понимается некоторое двухразрядное число, которое записывается непосредственно перед рек­визитом. Число указывает подчиненность реквизитов, каждый из которых определяется уровнем. Реквизит может быть цифровым» буквенным или буквенно-цифровым.

Характеристикой реквизита является длина, под которой по­нимают максимально допустимое число символов в слове, являю­щемся значением реквизита. Для цифровых реквизитов длина равна числу цифр, обозначающих его. Например, если на пред­приятии имеется количество подразделений, определяемое трех­значным цифровым реквизитом, то его длина равна трем.

Реквизит, характеризующий наименование, имеет длину, рав­ную числу букв в этом наименовании. Например, длина наиме­нования «цех» равна 3, если реквизит буквенный. Если надо оп­ределить место, занимаемое реквизитом в некоторой области па­мяти ЭВМ, то реквизит моделируется шаблоном. В буквенных реквизитах символы шаблона обозначаются знаком Л, в цифро­вых реквизитах—цифрой 9, в алфавитно-цифровых—зна­ком X.

Рассмотрим пример: пусть необходимо описать реквизит—заказ, который характеризуется некоторой датой поступления. Положим, что заказ относится ко второму уровню групповых реквизитов; тогда дата—к третьему; день, ме­сяц и год — к четвертому уровню. Заказ и дата — групповые реквизиты; день, месяц и год—элементарные. На основании этого можно записать следующее:

02 заказ

03 дата

04 день. шаблон 99 04 месяц, шаблон А (8) 04 год, шаблон 9 (4)

На основе реквизитов формируются данные, которые необхо­димо определенным образом организовать в процессе функцио­нирования АИС. Эта организация приводит к информационному обеспечению АИС, под которым понимают совокупность единой системы классификации и кодирования технико-экономической информации, унифицированных систем документации и массивов информации, используемых в автоматизированных системах уп­равления.

Информационное обеспечение при проектировании разделяет­ся на внешнее и внутреннее.

Внешнее информационное обеспечение позволяет провести идентификацию объектов управления, формализовать информа­цию, представить данные в виде документов. Во внешнем инфор­мационном обеспечении реквизит представляется некоторым эле­ментарным сообщением, дальнейшее расчленение которого при­водит к потере семантического смысла. В этом случае реквизит характеризуется признаком, под которым понимают часть сооб­щения, предназначенного для качественной характеристики объ­екта. и основанием, которое необходимо для количественной да-рактеристики объекта управления. Основание—это числовая ха­рактеристика, которая нужна для проведения сравнительных оценок при наблюдении, измерении либо вычислении. Погон ий-формации, существующей во внешнем информационном обеспе­чении, обычно формализуется в виде совокупности документов, которые перемещаются с места их возникновения до места вы­дачи лицу, принимающему решение.

Внутреннее информационное обеспечение охватывает ин­формацию, которая хранится, преобразуется и обрабатывается внутри ЭВМ. Здесь существенными оказываются вопросы орга­низации информации в памяти ЭВМ, поиска и извлечения дан­ных, обновления информации. Постоянно обновляемая совокуп­ность данных, которая хранится в памяти ЭВМ и позволяет ре­шить функциональные задачи АИС, называется информационной базой. Внутреннее информационное обеспечение состоит из ин­формационной базы и средств хранения и обработки информа­ции. Основным элементом внутримашинного информационного обеспечения является информационный массив, представляющий собой совокупность однородных записей, при этом под записью понимается реквизит самого младшего уровня. Объединение в массив проходит по разным признакам. Однородность записей может быть не по их семантическому смыслу, а по возможностям обработки информации, по особенностям вывода и т. д. В общем случае особенностью массива является семантическое единство объединяемых записей. Структура массива, состав, порядок сле­дования записей в массиве не зависят от типов носителя и запо­минающего устройства. Поэтому на логическом уровне может быть оценена структура информационных массивов, а на физиче­ском уровне необходимо осуществить реализацию информацион­ной 'базы с использованием современных технических средств. Во внутримашинном информационном обеспечении реквизит описы­вает некоторый признак объекта и физически занимает инфор­мационное поле. Запись включает в себя набор реквизитов, опи­сывающих обычно один объект.

Кроме информационных полей, содержащих основную инфор­мацию, записи могут содержать вспомогательные или служебные поля. Количество информационных полей в записи равно количе­ству признаков, т. е. количеству реквизитов.

Информационные массивы в АИС делятся на входные, выход­ные и внутренние. Входные и выходные массивы определяются взаимодействием АИС с внешней средой. Во входных массивах содержатся исходные и текущие данные, запросы. Выходные мас­сивы содержат информацию, полученную после обработки на ЭВМ и предназначенную для последующего применения в АИС.

Внутренние массивы разделяются на постоянные, вспомога­тельные, промежуточные, текущие и служебные. До начала функционирования АИС формируются справочные, нормативные и другие относительно постоянные данные, которые и со­ставляют основу постоянных внутренних массивов. Путем логи­ческих преобразований сортировки, выделения, объединения из постояиных массивов выделяют в с п о м о г а т е ль в ы е. При решении тесно связанных вычислительных задач результаты ре­шения одной задачи могут быть использованы для решения по­следующей» при это ад возникают промежуточные массивы. Переменная информация о состоянии объекта управления о воз­никших новых ситуациях отображается в текущих массивах. Служебные массивы связаны в основном с функционирова­нием ЭВМ. Это—программы, трансляторы, справочники и т. д.

Структура любого массива состоит из двух неравных частей:

первая содержит описание массива, имеющего небольшую фик­сированную длину; вторая часть—перечень записей или тело массива. На логическом уровне организация массива должна быть такова, чтобы при обработке массива могли.быть примене­ны различные технические средства. Сами способы обработки и организации информационных массивов тем не менее зависят от технической-базы, и здесь прежде всего на физическом уровне выделяют технические средства с последовательным и прямым доступом. В технических средствах с последовательным доступом после обработки предыдущего массива возможна обра­ботка последующего, так как последующий массив может быть найден только после прочтения предшествующих записей. Этому, например, соответствует такой носитель, как магнитная лента. К устройствам прямого доступа могут быть отнесены опера­тивные запоминающие устройства» магнитные диски, магнитные барабаны и т. д. В этих случаях поиск массива занимает мини­мальное время, исключается необходимость прочтения пред­шествующих записей.

Так как на носителе хранится совокупность массивов, то воз­никает понятие информационного комплекса как группы одина­ково организованных массивов. В массивах комплекса наблю­дается одинаковая структура записей, для опознавания инфор­мационного комплекса вводится массив комплекса, который представляет собой таблицу имен массивов. В ней перечисляют­ся наименования массивов в том порядке, в каком эти массивы записываются на носителе. Обычно комплекс информационных массивов соответствует некоторой функциональной подсистеме АИС. Благодаря этому функциональные подсистемы могут быть разделены в информационной базе и легко найдены элементы ин­формационного обеспечения для решения каждой конкретной функциональной задачи. Таким образом, информационная база складывается из комплекса информационных массивов, который включает в себя семейство массивов. Сам массив состоит из записей, запись—из реквизитов, а реквизиты формируются из отдельных символов цифрового либо буквенного типа.

На физическом уровне могут быть введены количественные характеристики информационного массива. К ним можно отне­сти следующие: объем информационного массива, определяемый количеством записей, длину массива, которая измеряется числом байтов (байт включает восемь бит информации), частоту обра­щения к информационному массиву за требуемый интервал вре­мени, период обновления половины значений информационного массива. Таким образом, информационное обеспечение состоит из внешнего и внутреннего, при формировании внешнего ин фор­ма ционного обеспечения необходимо осуществить идентификацию объекта управления, провести описание объектов, формализо­вать данные и представить их в виде документов.

После разработки внешнего информационного обеспечения формируется набор документов и в системе может быть осуще­ствлен документооборот. Формирование внутреннего информаци­онного обеспечения сводится к преобразованию внешнего пред­ставления данных в машинное, к распределению информации между информационными массивами и внутри массивов, к орга­низации машинных массивов, к разработке средств и методов по­иска и вывода данных из массива, преобразования внутримашин-ного представления данных во внешнее.

Необходимым условием эффективного функционирования АИС является определение оптимального уровня информации, ко­торая достаточна для управления на каждом иерархическом уровне системы, распределение этой информации в пространст­ве и во времени.

К разработке информационного обеспечения предъявляется ряд организационно-методологических требований: методологи­ческое единство информационного обеспечения; рациональная интеграция обработки информации, необходимость минимально­го дублирования информации в информационной базе; типизация структуры информационного обеспечения с унификацией форм обмена информацией, сокращение числа форм документов; воз­можность развития информационного обеспечения, что достига­ется за счет гибкости его структуры; возможность машинной обработки информации, содержащейся в документах и во внутри-машинной сфере; необходимая избыточность информационного обеспечения, позволяющая пользователям различного уровня получать разные степени детальности информации.

Весьма серьезной проблемой при разработке информационно­го обеспечения является рациональная структура информацион­ной базы, распределение информации между локальными базами данных, соответствие степени интеграции информации уровням управления системы. Автоматизация разработки информацион­ного обеспечения должна приводить к стандартным типам баз данных, пригодных для использования в различных автоматизи­рованных системах управления. Переход к интегрированным АИС предприятиями, которые базируются на сети ЭВМ, обуславливает новые требования к информационному обеспечению. С помо­щью сетей возможен обмен информацией между локальными ба­зами данных, взаимодействие локальных баз данных с центра­лизованной базой [13].
4.3. ЛОГИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА И ФИЗИЧЕСКАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ ИНФОРМАЦИННИХ МАССИВОВ

Информационный массив как составная часть внутримашинного информационного обеспечения может быть охарактеризован на трех модельных уровнях. На концептуальном уровне массив определяется некоторым составом, который зависит от объекта управления, описываемого этим массивом, а также от характеристик, содержащихся в массиве в связи с необходимо­стью управления. Здесь возникает ряд задач по наиболее рацио­нальному распределению информации между массивами, ком­плексами массивов, между локальными базами данных. На кон­цептуальном уровне правильное решение о составе информаци­онных массивов может быть найдено только при тщательном изучении объекта управления и понимании конечной цели функ­ционирования АИС. На логическом уровне необходимо соз­дать структуру информационного массива. Логическая структура информационного массива определяется тем признаком, по кото­рому производится расположение записей. Для упорядочения записей могут быть выбраны различные признаки, однако наи­более целесообразно выбрать некоторый основной—ключевой признак, согласно значениям этого признака упорядочить записи в информационном массиве.

Так как ключевой признак представляет собой некоторую ве­личину, характеризующуюся различными значениями, то порядок расположения записей может быть выбран либо по возрастанию, либо по убыванию этой величины. Поэтому наряду с информа-' ционным полем массива необходимо выделить некоторое поле записи, которое занимает ключевой признак—поле упорядоче­ния.

Если в информационном массиве возникает ряд записей с оди­наковым значением ключевого признака, то вводят второй ключе­вой признак по упорядочению записей с одинаковым значением основного ключевого признака. Число ключевых признаков мо­жет быть увеличено для формализации порядка расположения записей. Упорядоченный массив обозначим через М (x₁,x₂…,x_n), где х₁ — ключевой признак, по которому информационный массив упорядочен в зависимости от возрастания значений;х₂—клю­чевой признак, по которому информационный массив упорядочен в зависимости от убывания значений. Выбор ключевого призна­ка сложен. Целесообразно в качестве ключевого выбирать при­знак, наиболее часто используемый при решении данной функцио­нальной задачи. Учитывая то, что один и тот же информацион­ный массив может быть использован при решении нескольких функциональных задач, могут быть выбраны и разные ключевые признаки в зависимости от функциональной задачи. Так как в качестве первого признака выбирается какой-то один, то для от­дельных задает упорядочение информационного массива может быть не оптимальным и потребуется переупорядочение информа­ционного массива при переходе к следующим функциональным задачам.

На логическом уровне может быть решена проблема уплотне­ния и приведения информационных массивов. При долгосрочном хранении информации целесообразно провести ее уплотнение. Сжатая форма информации позволяет сократить объем памяти, занятой внутримашинным информационным обеспечением. Тог­да информация при записи уплотняется, а при считывании раз­вертывается. В соответствии с этим может включаться еще один признак—признак уплотнения, позволяющий учесть необходи­мость уплотнения массивов, следующих за этим реквизитом.

Весьма важным является согласование длин массивов с ма­шинными единицами информации. Элементарной единицей ин­формации является бит, т. е. одна двоичная единица информации. Если использовать в качестве символа цифры и буквы, то алфа­вит насчитывает менее 62 символов и можно иметь в двоичном представлении 2⁶ символов для кодирования информации неиз­быточным кодом. С учетом избыточности количество символов, кодирующих один элемент информации, увеличивается. В маши­не за слово принимается байт, который отображается восемью двоичными разрядами. В информационном массиве реквизит мо­жет иметь произвольную длину, т. е. не соответствовать машин­ному слову. При обработке отдельных элементов массива возни­кает необходимость преобразования, т. е. приведения записи пе­ременной длины к записям постоянной длины, кратной длине машинного слова. Массивы, состоящие из записей переменной длины, называются исходными, а массивы, сформированные пу­тем приведения,—приведенными.

Применяют следующие способы приведения информационных массивов.

Максимизация первой части записи. В этом слу­чае реквизиты переменной части записи сводятся в один рекви­зит увеличенной, но фиксированной длины. В качестве исходной берется самая длинная запись. Любая запись меньшей длины до­полняется необходимым числом незначащих символов, в соответ­ствии с чем происходит увеличение длины массива, но упроща­ется процесс программирования. При этом может увеличиться быстродействие системы по обработке информации. На рис. 4.3 представлена процедура приведения массивов путем максимиза­ции первой частя записи.

Повторение постоянной части записи при каждом реквизите переменно и части. Если перемен­ная часть содержит ряд реквизитов (P₁,P₂,P₃,P₄,P₅) то посто­янная часть (П) повторяется столько раз, сколько реквизитов содержит переменная часть. В итоге каждая приведенная запись оказывается короче исходной, то в целом их число и объем ин­формации будут больше, избыточность информационного массива возрастает. Однако процедура восстановлевня исходных данвых значительно упрощается. Данная процедура приведения пред­ставлена на рис. 4.4.

Выравнивание длин постояннойчасти записи и реквизита переменной части. Идея способа в том, что из двух реквизитов менее длинный по числу символов допол­няется фиксированными символами одного и того же значения.



Количество добавленных символов равно разности длин данных реквизитов. После выравнивания реквизит переменной исходной записи и постоянная часть считаются отдельными приведенными записями и имеют одинаковую фиксированную длину. Данная процедура приведения информационных массивов, представлена на рис. 4.5. В итоге приведения возникают различные структуры, каждой из которых может соответствовать наиболее рациональный метод обработки информации.

На физическом уровне рассматривается расположение записей информационного массива относительно друг друга в памяти ЭВМ. Логическая и физическая структуры массивов могут совпа­дать либо не совпадать. Если логическая структура определяется степенью использования информационного массива в различных функциональных задачах АИС, то физическая зависит от физи­ческих характеристик памяти, от способов организации записи в машине, от формы представления информации о размещении записей в массиве.

Приняты следующие структуры информационных массивов на уровне физической организации.

Последовательная структура информацион­ного массива. Физическая организация информационного массива соответствует логической структуре, т. е. записи распо­лагаются в соответствии с некоторым ключевым признаком. По­рядок записи соответствует возрастанию или убыванию значения ключевого признака либо некоторой лекси ко- графической форме представления его значений, а поэтому сами записи хранятся компактно, отсутствует адрес записи, так как каждая предыду­щая запись указывает на последующую. Включение или исклю­чение записей означает смещение всех записей массива. После­довательная структура массива удобна при использовании маг­нитной ленты, магнитного барабана, диска. При таком способе при каждом изменении переписывается весь информационный массив.

Цепная структура. Записи в информационном массиве при цепной структуре располагаются произвольно. Чтобы мож­но было считать набор записей, каждая предыдущая запись в адресной части содержит адрес расположения последующей. В цепной структуре (в отличие от последовательной) затрачива­ется большой объем памяти, однако легко находятся записи, до­статочно просто исключаются устаревшие и происходит реорга­низация информационного массива.

Ветвящаяся структура. Может быть эффективно применена, если значения некоторого признака объекта непре­рывно повторяются в записях информационного массива в раз­личных сочетаниях. При обычной организации это приводит к по­вторяющимся полям основного массива. Если такие поля основ­ного массива убрать, объединить их в небольшой дополнительный информационный массив и в этом массиве поля упорядочить по некоторому признаку, например в соответствии с последователь­ной либо цепной структурой, то каждая запись информационного массива адресов будет соответствовать записи основного масси­ва. Тогда основной массив включает в себя записи фиксирован­ной длины, возникает адресный массив, который может иметь переменную длину записи. Ветвящаяся структура обладает большой гибкостью, позволяет достаток во просто включать дополнительные записи как в основной, так и в адресный массивы. Нали­чие ссылок позволяет в отдельных случаях сравнивать ее по объ­ему памяти с последовательной структурой массивов.

ширение любого элемента списка в легко уничтожаются старые элементы списка и вводятся новые. Однако время доступа к требуемым записям может быть доста­точно большим. Списковая структура (по сравнению с последо­вательной) требует большего объема памяти. Рассмотренные методы физической организации информаци­онных массивов должны быть тесно увязаны с носителями ин­формации в ЭВМ. В качестве технических средств хранения ин­формации выступают запоминающие устройства (ЗУ), которые имеют иерархическое построение, обладают различными объе­мами памяти, разными возможностями ввода и вывода, различ­ными скоростями обмена с запоминающими устройствами более высокого уровня. Наиболее существенной характеристикой качества запоминаю­щего устройства для автоматизированной системы является вре-мя доступа к записи» зависящее от носителя информации. В опе­ративной памяти это время составляет несколько микросекунд; для памяти, организованной на магнитной ленте,—несколько минут.

Списковая структура. При ее использовании логиче­ская структура информационных массивов не совпадает с их фи-зичдекой реализацией. При списковой структуре предполагается наличие некоторого списка как совокупности адресных ссылок, расположенных в некотором логическом порядке. Список содер­жит наименования, поля данных и адреса этих полей. Поле дан­ных и адрес последующего поля образуют элемент списка. Таким образом, каждый элемент включает имя списка и адрес следую­щего элемента. В простейшем случае список может быть описан таблицей, в первом столбце которой указано поле данных, а во втором — адрес следующего элемента данных. Если элементы списка фиксированы, то может быть организовано несколько списков с применением механизма многократных адресных ссы­лок. Это приводит к экономии памяти, поскольку нет необходи­мости многократно хранить один и тот же элемент. На рис. 4.6 в виде графа, представлен механизм адресных ссы­лок. Каждый элемент списка состоит из трех частей: маркерного поля М, поля данных Д и ад­ресного поля А. Списко­вая структура является оптимальной для реорга­низации базы. Весьма просто происходит рас-самостоятельный список,

Для характеристики запоминающего устройства используют коэффициент доступа:— время считывания записи Коэффициент доступа меняется в зависимости от типа запоминающего устройства. Различают следующие типы запоминающих устройств. [

ЗУ
с параллельным доступом. Такие ЗУ обеспечива­ют одновременное считывание большого числа записей. Коэффи­циент доступа k_д=0. Особенность данного типа ЗУ в том, что операции загрузки записей и сопоставление их с требуемым при­знаком совершаются параллельно, время этих операций соизме­римо с временем, затрачиваемым в обычном ЗУ на одну запись.

Ассоциативное ЗУ. Отличается от ЗУ с параллельным доступом тем, что процессы сопоставления записи с требуемым признаком выполняются последовательно. Оно обеспечивает од­новременное считывание большого числа записей. Наибольшее время тратится на поиск первой записи, а поэтому коэффициент доступа первой записи является наибольшим, для всех последую­щих записей он намного меньше.

ЗУ прямого доступа. Обращение к информации в дан­ном ЗУ осуществляется по адресу: каждый элемент информации имеет свой адрес. Считывание какой-либо промежуточной инфор­мации здесь не нужно» в качестве конкретных физических носи­телей могут использоваться дисководы, записывающие информа­цию на магнитных дисках.

ЗУ с последовательным доступом. В этих ЗУ ин­формация в виде записей размещается последовательно, адреса информации отсутствуют, а поэтому для нахождения требуемой записи необходимо просмотреть все предшествующие записи. Время доступа здесь зависит от номера записи. Весьма важна начальная установка механизма считывания относительно тре­буемой записи.

ЗУ с равным временем доступа. Для таких ЗУ в данный момент времени разрешается доступ только к одному элементу информации. Примером такого ЗУ служит магнитное оперативное запоминающее устройство, коэффициент доступа которого близок к нулю.

Зная свойства запоминающих устройств, оцениваемые време­нем доступа либо коэффициентом доступа, можно определить наиболее эффективные методы физической организации инфор­мационных массивов с учетом носителя информации.

Современные ЭВМ позволяют использовать следующие мето-тоды организации.

Последовательный метод организации. Он со­ответствует последовательной логической структуре информаци­онных массивов, когда последовательность адресов в записи со­впадает с последовательностью значений их ключевого признака. Последовательный метод организации информационных массивов эффективен, если требуется последовательная обработка информационного массива. Поиск информации при последовательном методе достаточю длителен, потому последовательный просмотр всех записей от начала до момента нахождения требуемой запи­си может оказаться неэффективным. Поэтому часто используют метод последовательного деления информационного массива— дихотомический поиск, когда имеется информационный массив, упорядоченный по значениям ключевого признака. Требуемую запись находят путем определения промежуточного значения ключевого признака и сравнения его с требуемым значением. Для этого массив делится последовательно пополам, в итоге оп­ределяется область, которая просматривается последовательно. Такой областью в магнитном диске может быть предварительно определенная дорожка.

Индексно-последовательный метод. Здесь запи­си в массиве располагаются также последовательно. Каждая запись обладает некоторым индексом, который заносится в ката­лог. Информационный массив, снабженный индексом, называется индексированным массивом. Если используется несколько маг­нитных носителей, например несколько магнитных дорожек на магнитном барабане, то кроме индекса записи необходимо ука­зывать и номер дорожки. Последовательности индексов записей фиксируются на индексной дорожке. При замене какой-либо записи другой необходимо сдвинуть последующие записи с тре­буемого номера. При этом меняется индекс на дорожке и обес­печивается прямой доступ к требуемой записи. Время доступа по сравнению с последовательным методом резко сокращается.

Прямой метод организации информационных массивов. Он базируется на некоторой функциональной связи между адресом записи и значением ее ключа. Адрес вычисляется дополнительным арифметическим устройством, благодаря чему реализуется функциональная адресация записей в массиве. Зная функцию вида A
==
f
(
K
), где А—адрес записи, К—ключ записи, нетрудно установить место записи и обеспечить прямой доступ к ней. Например, при непосредственной адресации адрес записи будет таким: А=Ао+а(К-1), где Aо-адрес начала информа­ционного массива; о—количество ячеек, занятых записью; К— значение ключа записи. Этот метод дает наибольшую эффектив­ность, если в массиве существуют записи со всеми значениями ключей. При отсутствии отдельных записей в памяти необходимо оставлять место для всех возможных значений ключей, хотя они могут и не использоваться в дальнейшем.

Расчлененный метод. Информационный массив в этом методе расчленяется на ряд последовательных частей и должен включать дополнительный справочник, который определяет имена и адреса этих составных частей. Записи адресов в справочнике располагаются последовательно в соответствии с реальным рас­положением составных частей массива. Части массива могут вы­бираться фиксированной или переменной длины. Данный метод представляет собой определенное развитие последовательного метода организации информационных массивов и обеспечивает меньшее время доступа.
4.4. Методы решения функциональных задач и алгоритмы обработки информации
Основные свойства АИС закладываются на этапе предпроектного анализа, где исходя из глобальной цели управления и кри­териев, ставятся конкретные задачи перед каждым подразделени­ем предприятия. На уровне концептуального проектирования определяются модели, устанавливается перечень автоматизирован­ных функций и моделей их реализации, определяется структура вычислительной системы с учетом затрат на создание и эксплуа­тацию АИС, имеющихся мощностей вычислительных средств для ее разработки и эксплуатации. Уже на уровне концептуальной модели нам необходимо знать основные функциональные задачи, которые решает АИС, и в процессе логического проектирования определить уровни управления и распределить задачи и алгорит­мы их решения по каждому уровню с установлением дискрета уп­равления и необходимой степени агрегирования информации. Та­ким образом, проблема постановки множества задач и алгорит­мов, дискрета их решения, максимизации качества системы уп­равления с учетом количественных характеристик используемых алгоритмов возникает уже на стадии логического проектирования. Задачи на этом этапе носят оптимизационный характер, их по­становка дается при ограничении на суммарный объем вычисли­тельных ресурсов, на время решения задач, на объем памяти и т. д. На уровне физического проектирования определяют струк­туру системы обработки информации, которая реализует вычис­лительные алгоритмы АИС. Эти алгоритмы представляют сред­ство для решения вычислительных задач, отображающих функ­циональные задачи управления. Полученные на предыдущих этапах проектирования функциональная и алгоритмическая струк­туры позволяют построить модель вычислительной системы и найти набор необходимых вычислительных алгоритмов. После­довательность разработки АИС- в функциональном отношении представляется как переход от общих задач АИС к моделям, от моделей—к алгоритмам, от алгоритмов—к вычислительным алгоритмам системы обработки информации. Эти переходы осу­ществляются с использованием типовых проектных решений, ко­торые формально можно отобразить на модельном уровне как операторы перевода (OHi) обобщенной математической модели управления (Мо) в частную математическую модель уп­равления предприятием (Mi), преобразования (ОПа) част­ной математической модели в локальную математическую модель (Мд) и оператор преобразования (ОПд) локаль­ной математической модели в логическую модель систе


мы управления (М₃). Эти операторы и соответствующие им уровни проектирования представлены не рис.4.7. Идео­логия решения функциональных задач закладывается уже на уровне общей модели М₀, где определяется класс предприятий и систем управления ими. Модель М₁ описывает систему управ­ления данным предприятием в целом, М₂ представляет собой совокупность локальных математических моделей, которые реализуют функциональные задачи АИС. Модели М₃—это модели ре­шения функциональных задач. Однако запись в общем виде про­цесса декомпозиции моделей является конструктивной лишь в идеологическом смысле. При проектировании операторы ОП_i
есть методы принятия, проектных решений на соответствующих этапах проектирования. Если формализовать процесс принятия решения, то для каждого ОП_i должна существовать некоторая модель принятия решения, которая носит в основном эвристиче­ский характер. В настоящее время установился модельный под­ход к создан-ию АИС и решению ее функциональных задач. На этапе концептуального проектирования нам необходимо иметь всевозможные концептуаль­ные модели и с помощью ло­гического проектирования осуществить выбор лучшей логической модели. Сущест­венным оказывается здесь и агрегирование параметров. Чем выше уровень агрегиро­вания, тем проще опериро­вать с моделью, однако труд­нее потом настраивать ее на конкретные частные функциональ­ные задачи. Поэтому на уровне логической модели возникают две задачи: выбрать необходимый комплекс алгоритмов для решения функциональных задач и определить операторы агре­гирования.

Раскрытие операторов ОП₁, ОП₂, ОП₃ в определенной степени упрощается в связи с переходом на новую информационную тех­нологию принятия управленческого решения, главной тенденци­ей которой является персонификация вычислений и предоставле­ние конечному пользователю возможности обработки данных с прямым контролем над всеми ее стадиями.

Вместе с АИС возникли новые элементы технологии—авто­матизированные рабочие места (АРМ). АРМ как проблемно-ориентированный и программно-технический комплекс выносится на рабочее место пользователя и автоматизирует его основные про­изводственные и управляющие функции. Это позволяет увели­чить оперативность управления и, главное, обеспечить диалого­вое управление. Наличие АРМ позволяет человеку настроить общую модель управления на конкретные производственные и социально-экономические условия предприятия, использовать опыт развития практические результаты имеющихся АИС. Что­бы представить содержание моделей, рассмотрим несколько под­робнее модель системы управления.

В качестве элемента формализованного описания системы уп­равления вводится понятие операции. Операция—это преобразо­вание предметов труда, которое осуществляется с помощью име­ющихся ресурсов. Формально операцию характеризуют три па­раметра: множество входов, по которым поступают предметы труда; множество выходов или предметов труда, полученных в результате воздействия; множество ресурсов. Имея набор опе­раций, можно представить полностью процесс изготовления из­делий и использовать для формализации некоторый ориентиро­ванный граф с конечным числом вершин, каждая из которых ото­бражает операцию, а дуги,—отношение непосредственного пред­шествования. Задав параметры операций как отношения между вершинами этого графа, можно формализовать производствен­ную деятельность предприятия, отдельных его подразделений и определить характеристики операций. При решении конкретных функциональных задач необходимо установить размер партии, определить ресурсы, привлекаемые к каждой операции, устано­вить длительность операции, спланировать запуски и выпуски от­дельных изделий при взаимной координации операций. Тогда про­цесс производства записывается, как изменение во времени количества предметов труда и для каждой операции устанавли­ваются моменты запуска операции в заданном горизонте плани­рования. Так может быть поставлена и решена задача планиро­вания размеров партий, применяемости ресурсов и запусков отдельных операций. При заданном объеме незавершенного произ­водства можно определить область допустимых значений управ­ляемых параметров и тем самым решить данную функциональ­ную задачу.

Все множество функций, выполняемых АИС, необходимо представить в виде совокупности математических взаимоувязан­ных моделей. На уровне объемного планирования устанавлива­ются модели выбора оптимальной производственной программы, оптимальных размеров партий, решается задача составления рас­писаний. При решении функциональных задач существенную проблему составляет выбор алгоритмического обеспечения и оп­ределение комплекса используемых вычислительных алгоритмов. Так как тезаурус (т. е. словарь) алгоритмов обычно бывает из­вестен, то при выборе алгоритма необходимо учитывать возмож­ность его количественных характеристик, к которым обычно от­носят оперативность, точность и себестоимость алгоритма. На каждом уровне принятия решения существует некоторый блок принятия решения, который на основе принятой модели Мз, су­ществующего множества алгоритмов и имеющегося множества вычислительных ресурсов позволяет найти единственный алго­ритм, удовлетворяющий ограничениям по вычислительным ресурсам и доставляющий максимум эффективности решения задач.

Имея граф задач, полученный непосредственно вз анализа производства, можно определить граф альтернативных алгорит­мов. Если вершины этого графа отображают алгоритмы, а ду­ги—параметры их эффективности, то формальный подход к на­хождению максимального пути в графе алгоритмов будет озна­чать получение единственного оптимального алгоритма. Путем агрегирования данных можно решать задачи в системе обработки информации в обобщенном виде с использованием меньших вы­числительных ресурсов. Необходимо оценить максимальную воз­можность укрупнения информации для каждого уровня решае-емой задачи. При получении максимальной степени агрегирова­ния находим минимальные затраты вычислительных ресурсов. Проблема уменьшения потребного вычислительного ресурса мо­жет быть решена, если исходный конструкторско-технологический граф изделия преобразовать в агрегированный граф. Вершина­ми его будут агрегированные операции, которым должны быть присущи и агрегированные ресурсы. Известны такие понятия, как группа оборудования, обрабатывающий рабочий центр и т, д. При переходе от конструкторско-технологического графа к укрупненному необходимо разбиение ресурсов предприятия на отдельные группы в соответствии с выбранйыми агрегированны­ми операциями. Тогда может возникнуть новый граф организа­ционной структуры, соответствующий разбиению ресурсов, в вер­шинах которого будут укрупненные структурные подразделения. Построение такого графа соответствует построению агрегирован­ных операций. Если предложить обобщенную формальную про­цедуру построения агрегированного графа, то эта процедура бу­дет применена к агрегированию операций, подразделений и ис­пользуемых ресурсов.

Таким образом, вычислительные задачи и соответствующие им вычислительные алгоритмы могут иметь в АИС укрупненный характер, что позволяет организовать вычислительный процесс с использованием минимальных вычислительных ресурсов. Это возможно на таких этапах управления, как планирование, когда обработка информации реализуется в пакетном режиме. Для ав­томатизированных систем управления реального времени при вы­полнении вычислительных процедур приходится работать в мас­штабе времени, соответствующем реальным производственным процессам. Это не позволяет строить агрегированные модели, и расход ресурса будет больше. Тогда возникает проблема поста­новки вычислительных задач, однозначно отображающих функ­циональные задачи АИС. Организация вычислительного процесса в таких системах сводится к реализации алгоритмов управления и решается путем создания программного обеспечения, модульно получаеморо-как следствие формального представления алгорит­мов в АИС. В таких задачах могут быть выделены отдельные элементы задач – задания, которые могут обьединяться по временному признаку,требуемой информации, распределению этой информации в памяти и т. д. Объединением заданий в некоторые совокупности удается осуществить реализацию вычислительного процесса в системы обработки информации в реальном масштабе времени. Практически для всех функциональных задач АИС су­ществует соответствующий математический аппарат.

На уровне планирования имеют место модели перспективно­го планирования, которые отличаются высокой степенью обоб­щенности и описывают предприятие как единое целое. Эти мо­дели лежат в основе общих математических моделей управления, В качестве математического аппарата могут быть использованы производственные функции, которые могут иметь однопарамет­рический и многопараметрический характер.

На уровне технико-экономического управления находят при­менение балансовые модели, которые устанавливают соответствие между ресурсом и потреблением.

Широко используются модели объемного планирования» ко­торые работают при наличии критериев и ограничений и приме­няются для составления оптимальной производственной прог­раммы.

В качестве математических методов разрешения этих моделей используют линейное» нелинейное, целочисленное и стахостиче-ское программирования. Широкое разнообразие частных мате­матических моделей используется на уровне производственного планирования. Это — сетевое планирование с ограниченными ре­сурсами и модель объемно-календарного планирования. Для оперативного управления и регулирования применяют модели календарного планирования, оперативного регулирования. В ка­честве математического аппарата используется теория расписа­ний, методы дискретной оптимизации. При разработке и опытной эксплуатации АИС широкое применение находит имитационное моделирование, которое позволяет, не проводя экспериментов на конкретной системе, получить оптимальные режимы ее функцио­нирования, оптимальные значения управляющих параметров. Решение функциональных задач в АИС тесно связано с пробле­мами использования математических моделей. Оно подкрепляется вычислительными процедурами и всей организацией вычисли­тельного процесса.

4.5. ОСНОВЫ ОРГАНИЗАЦИИ БАНКОВ ДАННЫХ

В общем виде проблема организации информационных масси­вов на логическом и физическом уровнях во многом определяет­ся используемыми техническими средствами. Файловый способ организации памяти в ЭВМ второго поколения позволял созда­вать не связанные между собой информационные массивы. При этом для решения функциональных задач разных подсистем часто требовались одни и те же данные, которые было полезно рас­полагать в семантически связанном виде. Это приводило к дуб­лированию данных и довольно сильной децентрализации инфор­мации. В целях устранения избыточности информации и обеспечения возможности выбора данных по любым ключевым признакам при минимизации времени доступа оказалось целесо­образным интегрировать данные путем создания банка данных.

Банк данных не есть собрание данных. В нем должна быть предусмотрена система управления на основе современных прог­раммных и языковых средств. Необходимость коллективного до­ступа к информационной базе, высокая скорость обработки и тре­бования к верности получаемой информации создают серьезные проблемы при организации банков данных.

База данных в общем случае представляет собой совокупность взаимосвязанных данных, которые хранятся в соответствии с оп­ределенными требованиями. Эти данные должны отличаться ми­нимальной избыточностью, возможностью реорганизации, доста­точно простым доступом пользователя к данным. База данных представляет собой информационную модель объекта управле­ния. Кроме данных как совокупности взаимосвязанных элемен­тов в состав базы входит программно-логический комплекс, обес­печивающий организацию хранения, обновления и доступа к дан­ным. Программно-логические средства этого комплекса называ­ются системой управления базой данных. Совокупность базы данных и системы управления базой составляют автоматизиро­ванный банк данных.

Получение единого автоматизированного банка данных было основной тенденцией развития информационного обеспечения в последние годы. Создание информационно-вычислительных сетей позволило перейти к объединению отдельных локальных банков данных в единую распределенную систему. Появилась идея рас­пределенного банка данных. Здесь возникают проблемы интегра­ции информации, оптимального использования данных в зависи­мости от их размещения. При этом пользователь должен быть независим от местоположения данных в банке.

При организации данных в банке возможно несколько подхо­дов. Естественным может быть такой подход, когда данные ор­ганизовываются в зависимости от необходимости их использова­ния для решения конкретных функциональных задач, т. е. способ организации данных во внешней памяти и доступа к ним опре­деляется конкретной предметной областью. Однако это приводит к дублированию данных в банке. Организация информации на основе автоматизированного банка данных позволяет использо­вать одни и те же данные многократно для различных функцио­нальных задач, существенно сокращая избыточность данных и устраняя их дублирование.

Информационное обеспечение складывается из внемашинного и внутримащинного обеспечения, а поэтому организацию данных. Необходимо рассматривать на внешнем и логическом уровнях. Внешний уровень – уровень оргшанизации данных в виде документов, т.е. уровень внешнего информационного обеенечё-ния. Общение пользователя с документами упрощается, если имеется возможность находить по реквизитам отдельные призна­ки документов, что ускоряет процесс поиска показателей, их сор­тировки, преобразования и т. д. Таким образом, пользователь работает с некоторой внешней моделью информационной базы. Благодаря наличию массивов показателей упрощается процесс общения пользователя с внешней моделью. На логическом уров­не информационная база представляется совокупностью инфор­мационных массивов.

Наряду с массивами, как указано выше, существуют иден­тификаторы массивов, возникает комплекс массивов. Проблема организации внутреннего информационного обеспечения сводится к проблеме организации массивов в памяти на логическом уров­не. Пользователю для решения конкретной функциональной за­дачи должны быть выделены некоторые совокупности данных по соответствующему признаку, а отсюда возникают требования пользователя к организации данных. С точки зрения пользова­теля эти данные должны соответствовать решению конкретной задачи, а с точки зрения базы данных они должны составлять некоторое подмножество базы; отсюда на языке архитектуры открытых систем вводится понятие логического уровня пользо­вателя. Он связывает совокупность данных пользователя с со­вокупностью данных как части банка данных системы. На внеш­нем уровне данные описываются по некоторому семантическому смысловому принципу и в основном осуществляются некоторые процедуры кодирования, идентификации, выделяются дескрипто­ры, т. е. ключевые слова и устойчивые словосочетания, которые описывают содержательное отношение между понятиями в дан­ной предметной области. Для описания их существуют инфор­мационные языки дескрипторного типа. При выполнении про­стейших операций по логической обработке данных эти si
3
wvv
находят достаточно широкое применение.

Языки могут усложняться путем введения грамматики. Обыч­но -вводят словарь отношений между дескрипторами —

1. Реферат Личность, ее структура и проявления
2. Реферат Характеристика имущественного положения предприятия
3. Реферат на тему Татаро монгольское нашествие на русские земли в первой половине XIII в
4. Реферат на тему ОВД в досоветский период IX нач ХVIII вв
5. Реферат ЗБРОЯ ПРОТИ СЕБЕ
6. Реферат Демос, Ллойд
7. Реферат Закон Лахмана
8. Реферат на тему Импрессионизм 2
9. Реферат Отчет по преддипломной практике 7
10. Курсовая Инфляционные процессы в экономике