Конспект лекций АТП Кузьмин

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ФИЛИАЛ МОСКОВСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА ТЕХНОЛОГИЙ И УПРАВЛЕНИЯ ИМ. К.Г. РАЗУМОВСКОГО
В Г. СЕРПУХОВЕ


Утверждено
на заседании кафедры
«Социально-гуманитарных и специальных дисциплин»
Протокол № __ от ____ 13 г.
Заведующая кафедрой
«Социально-гуманитарных и специальных дисциплин»
______ к.э.н. Н.А. Исаева
« __» ___________ 2013















КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

по дисциплине: «Автоматизация технологических процессов»
















2013 г.
ТЕМА 1. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ
СИСТЕМА (АИС) КАК ОСНОВНОЙ ЭЛЕМЕНТ АВТОМАТИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

1.1. Понятие информационной системы

Под системой понимают любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как объединенная в интересах достижения поставленных целей совокупность разнородных элементов. Системы отличаются между собой как по составу, так и по главным целям.
Таблица 1.1.
Пример систем







Информационной системой называется взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели. Информационные системы обеспечивают сбор, хранение, обработку, поиск, выдачу информации, необходимой в процессе принятия решений задач из любой области. Они помогают анализировать проблемы и создавать новые продукты. В качестве основного технического средства переработки информации используют персональный компьютер (ПК). В крупных организациях наряду с персональным компьютером в состав технической базы информационной системы может входить мэйнфрейм или суперЭВМ. Особую роль в информационных системах отводится человеку, т.к. техническое воплощение информационной системы само по себе ничего не будет значить, если не учтена роль человека, для которого предназначена производимая информация и без которого невозможно ее получение и представление.
Необходимо понимать разницу между компьютерами и информационными системами. Компьютеры, оснащенные специализированными программными средствами, являются технической базой и инструментом для информационных систем. Информационная система немыслима без персонала, взаимодействующего с компьютерами и телекоммуникациями.

1.2. Процессы, протекающие в автоматизированном технологическом процессе

Процессы, обеспечивающие работу автоматизированного технологического процесса, можно представить в виде схемы (см. рис. 1.1.).







Рис. 1.1. Процессы автоматизированного технологического процесса (АТП)
Процессы, обеспечивающие работу автоматизированного технологического процесса:
ввод информации из внешних или внутренних источников;
обработка входной информации и представление ее в удобном виде;
- вывод информации для представления потребителям или передачи в другую систему;
- обратная связь это информация, переработанная людьми данной организации для коррекции входной информации.
Информационная система в АТП определяется следующими свойствами:
любая информационная система может быть подвергнута анализу, построена и управляема на основе общих принципов построения систем;
информационная система является динамичной и развивающейся;
при построении информационной системы необходимо использовать системный подход;
выходной продукцией информационной системы является информация, на основе которой принимаются решения;
информационную систему следует воспринимать как человеко-компьютерную систему обработки информации.
Внедрение информационных систем может способствовать:
получению более рациональных вариантов решения управленческих задач за счет внедрения математических методов и интеллектуальных систем и т.д.;
освобождению работников от рутинной работы за счет ее автоматизации;
обеспечению достоверности информации;
замене бумажных носителей данных на магнитные диски или ленты;
совершенствованию структуры потоков информации и системы документооборота в фирме;
уменьшению затрат на производство продуктов и услуг;
предоставлению потребителям уникальных услуг;
отысканию новых рыночных ниш;
привязке к фирме покупателей и поставщиков за счет предоставления им разных скидок и услуг.

1.3 Структура информационной системы АТП

Структуру информационной системы составляет совокупность отдельных ее частей, называемых подсистемами. Подсистема - это часть системы, выделенная по какому-либо признаку.
Общую структуру информационной системы можно рассматривать как совокупность подсистем независимо от сферы применения, а подсистемы называют обеспечивающими. Структура любой информационной системы может быть представлена совокупностью обеспечивающих подсистем.
13 EMBED Word.Picture.8 1415
Рис. 1.2. Структура информационной системы, как совокупность обеспечивающих подсистем


Информационное обеспечение
Назначение подсистемы информационного обеспечения состоит в своевременном формировании и выдаче достоверной информации для принятия управленческих решений.
Информационное обеспечение совокупность единой системы классификации и кодирования информации, унифицированных систем документации, схем информационных потоков, циркулирующих в организации, а также методология построения баз данных.
Унифицированные системы документации создаются на государственном, республиканском, отраслевом и региональном уровнях. Главная цель это обеспечение сопоставимости показателей различных сфер общественного производства. Но при обследовании большинства организаций постоянно выявляется целый комплекс типичных недостатков:
чрезвычайно большой объем документов для ручной обработки;
одни и те же показатели часто дублируются в разных документах;
работа с большим количеством документов отвлекает специалистов от решения непосредственных задач;
имеются показатели, которые создаются, но не используются, и др.
Устранение недостатков является одной из задач, стоящих при создании информационного обеспечения.
Схемы информационных потоков отражают маршруты движения информации и ее объемы, места возникновения первичной информации и использования результатной информации. За счет анализа структуры подобных схем можно выработать меры по совершенствованию всей системы управления.
В качестве примера простейшей схемы потоков данных можно привести схему, где отражены все этапы прохождения служебной записки или записи в базе данных о приеме на работу сотрудника от момента ее создания до выхода приказа о его зачислении на работу.
Построение схем информационных потоков, позволяющих выявить объемы информации и провести ее детальный анализ, обеспечивает:
- исключение дублирующей и неиспользуемой информации;
- классификацию и рациональное представление информации.
Методология построения баз данных базируется на теоретических основах их проектирования.
1-й этап обследование всех функциональных подразделений фирмы с целью: понять специфику и структуру ее деятельности; построить схему информационных потоков; проанализировать существующую систему документооборота; определить информационные объекты и соответствующий состав реквизитов (характеристик), описывающих их свойства и назначение.
2-й этап построение концептуальной информационно-логической модели данных для обследованной на 1-м этапе сферы деятельности. В этой модели должны быть установлены и оптимизированы все связи между объектами и их реквизитами. Информационно-логическая модель является фундаментом, на котором будет создана база данных.
Техническое обеспечение
Техническое обеспечение это комплекс технических средств, предназначенных для работы информационной системы, а также соответствующая документация на эти средства и технологические процессы.
Комплекс технических средств составляют:
- компьютеры любых моделей;
- устройства сбора, накопления обработки, передачи и вывода информации;
- устройства передачи данных и линий связи;
- оргтехника и устройства автоматического съема информации;
- эксплуатационные материалы и др.
Документацией оформляются предварительный выбор технических средств, организация их эксплуатации, технологический процесс обработки данных, технологическое оснащение. Документацию можно условно разделить на три группы:
- общесистемную, включающую государственные и отраслевые стандарты по техническому обеспечению;
- специализированную, содержащую комплекс методик по всем этапам разработки технического обеспечения;
- нормативно-справочную, используемую при выполнении расчетов по техническому обеспечению.
Сложились две основные формы организации технического обеспечения (формы использования технических средств): централизованная и частично или полностью децентрализованная.
Централизованное техническое обеспечение базируется на использовании в информационной системе больших ЭВМ и вычислительных центров.
Децентрализация технических средств предполагает реализацию функциональных подсистем на ПК непосредственно на рабочих местах.
Наиболее перспективным подходом является частично децентрализованный подход организация технического обеспечения на базе распределенных сетей, состоящих из ПК и большой ЭВМ для хранения баз данных, общих для любых функциональных подсистем.
Математическое и программное обеспечение
Математическое и программное обеспечение это совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ для реализации целей и задач информационной системы, а также нормального функционирования комплекса технических средств.
К средствам математического обеспечения относятся:
- средства моделирования процессов управления;
- типовые задачи управления;
- методы математического программирования, математической статистики, теории массового обслуживания и др.
В состав программного обеспечения входят общесистемные и специальные программные продукты, а также техническая документация.
К общесистемному программному обеспечению относятся комплексы программ, ориентированных на пользователей и предназначенных для решения типовых задач обработки информации. Они служат для расширения функциональных возможностей компьютеров, контроля и управления процессом обработки данных.
Специальное программное обеспечение представляет собой совокупность программ, разработанных при создании конкретной информационной системы. В его состав входят пакеты прикладных программ, реализующие разработанные модели разной степени адекватности, отражающие функционирование реального объекта.
Техническая документация на разработку программных средств должна содержать описание задач, задание на алгоритмизацию, экономико-математическую модель задачи, контрольные примеры.
Организационное обеспечение
Организационное обеспечение это совокупность методов и средств, регламентирующих взаимодействие работников с техническими средствами и между собой в процессе разработки и эксплуатации информационной системы.
Организационное обеспечение реализует следующие функции:
- анализ существующей системы управления организацией, где будет использоваться ИС, и выявление задач, подлежащих автоматизации;
- подготовку задач к решению на компьютере, включая техническое задание на проектирование ИС и технико-экономическое обоснование ее эффективности;
разработку управленческих решений по составу и структуре организации, методологии решения задач, направленных на повышение эффективности системы управления.
Правовое обеспечение
Правовое обеспечение это совокупность правовых норм, определяющих создание, юридический статус и функционирование информационных систем, регламентирующих порядок получения, преобразования и использования информации. Главной целью правового обеспечения является укрепление законности.
В состав правового обеспечения входят законы, указы, постановления государственных органов власти, приказы, инструкции и другие нормативные документы министерств, ведомств, организаций, местных органов власти. В правовом обеспечении можно выделить общую часть, регулирующую функционирование любой информационной системы, и локальную часть, регулирующую функционирование конкретной системы.
Правовое обеспечение этапов функционирования информационной системы включает:
- статус информационной системы;
- права, обязанности и ответственность персонала;
- правовые положения отдельных видов процесса управления;
- порядок создания и использования информации и др.

1.4. Классификация информационных систем по признаку структурированности задач в технологическом процессе

Различают три типа задач, для которых создаются информационные системы: структурированные (формализуемые), неструктурированные (неформализуемые) и частично структурированные.
Структурированная (формализуемая) задача задача, где известны все ее элементы и взаимосвязи между ними.
Неструктурированная (неформализуемая) задача задача, в которой невозможно выделить элементы и установить между ними связи.
В структурированной задаче удается выразить ее содержание в форме математической модели, имеющей точный алгоритм решения Подобные задачи обычно приходится решать многократно, и они носят рутинный характер.
Целью использования ИС для решения структурированных задач является полная автоматизация их решения, т. е. сведение роли человека к нулю.
Пример: в ИС необходимо реализовать задачу расчета заработной платы. Это структурированная задача, где полностью известен алгоритм решения. Рутинный характер этой задачи определяется тем, что расчеты всех начислений и отчислений просты, но объем их очень велик, так как они должны многократно повторяться ежемесячно для всех категорий работающих.
Решение неструктурированных задач из-за невозможности создания математического описания и разработки алгоритма связано с большими трудностями. Возможности использования здесь информационной системы невелики решение в таких случаях принимается человеком из эвристических соображений на основе своего опыта и, косвенной информации из разных источников.
В практике работы любой организации существует сравнительно немного полностью структурированных или совершенно неструктурированных задач. О большинстве задач можно сказать, что известна лишь часть их элементов и связей между ними. Такие задачи называются частично структурированными. В этих условиях можно создать ИС, получаемая в ней информация анализируется человеком, который будет играть определяющую роль. Такие информационные системы являются автоматизированными, так как в их функционировании принимает участие человек.
ИС, используемые для решения частично структурированных задач, подразделяются на два вида: - создающие управленческие отчеты и ориентированные главным образом на обработку данных (поиск, сортировку, агрегирование, фильтрацию). Используя сведения, содержащиеся в этих отчетах, управляющий принимает решение;
- разрабатывающие возможные альтернативы решения. Принятие решения при этом сводится к выбору одной из предложенных альтернатив.
13 EMBED Word.Picture.8 1415
Рис. 1.3. Классификация ИС по признаку структурированности задач
Информационные системы, создающие управленческие отчеты, обеспечивают информационную поддержку пользователя, т.е. предоставляют доступ к информации в базе данных и ее частичную обработку.
Информационные системы, разрабатывающие альтернативы решений, могут быть модельными или экспертными.
Модельные информационные системы предоставляют пользователю математические, статистические, финансовые и другие модели, использование которых облегчает выработку и оценку альтернатив решения. Пользователь может получить недостающую ему для принятия решения информацию путем установления диалога с моделью в процессе ее исследования. Основными функциями модельной информационной системы являются:
- возможность работы в среде типовых математических моделей, включая решение основных задач моделирования типа "как сделать, чтобы?", "что будет, если?", анализ чувствительности и др.;
- достаточно быстрая и адекватная интерпретация результатов моделирования;
- оперативная подготовка и корректировка входных параметров и ограничений модели;
- возможность графического отображения динамики модели;
- возможность объяснения пользователю необходимых шагов формирования и работы модели.
Экспертные информационные системы обеспечивают выработку и оценку возможных альтернатив пользователем за счет создания экспертных систем, связанных с обработкой знаний.

1.5. Классификация информационных систем по функциональному признаку и уровням управления в технологическом процессе

Функциональный признак определяет назначение подсистемы, а также ее основные цели, задачи и функции. Структура информационной системы может быть представлена как совокупность ее функциональных подсистем, а функциональный признак может быть использован при классификации информационных систем.
В хозяйственной практике производственных и коммерческих объектов типовыми видами деятельности, которые определяют функциональный признак классификации информационных систем, являются: производственная, маркетинговая, финансовая, кадровая.
Производственная деятельность связана с непосредственным выпуском продукции и направлена на создание и внедрение в производство научно-технических новшеств.
Mapкетинговая деятельность включает в себя:
- анализ рынка производителей и потребителей выпускаемой продукции, анализ продаж;
- организацию рекламной кампании по продвижению продукции;
- рациональную организацию материально-технического снабжения.
Финансовая деятельность связана с организацией контроля и анализа финансовых ресурсов фирмы на основе бухгалтерской, статистической, оперативной информации.
Кадровая деятельность направлена на подбор и расстановку необходимых фирме специалистов, а также ведение служебной документации по различным аспектам.
Указанные направления деятельности определили типовой набор информационных систем:
- производственные системы;
- системы маркетинга;
- финансовые и учетные системы;
- системы кадров (человеческих ресурсов);
- другие ИС, которые выполняют вспомогательные функции в зависимости от деятельности фирмы.
Таблица 1.3.
Функции информационных систем

13 EMBED Word.Picture.8 1415
1.6. Классификация ИС по степени автоматизации

В зависимости от степени автоматизации информационных процессов в системе управления фирмой информационные системы определяются как ручные, автоматические, автоматизированные.
Ручные ИС характеризуются отсутствием современных технических средств переработки информации и выполнением всех операций человеком. Например, о деятельности менеджера в фирме, где отсутствуют компьютеры, можно говорить, что он работает с ручной ИС.
Автоматические ИС выполняют все операции по переработке информации без участия человека.
Автоматизированные ИС предполагают участие в процессе обработки информации и человека, и технических средств, причем главная роль отводится компьютеру.

Классификация по характеру использования информации

Автоматизированные ИС, учитывая их широкое использование в организации процессов управления, имеют различные модификации и могут быть классифицированы, по характеру использования информации и по сфере применения.
13 EMBED Word.Picture.8 1415
Рис. 1.4. Классификация ИС по сфере применения и
по характеру информации
Информационно-поисковые системы производят ввод, систематизацию, хранение, выдачу информации по запросу пользователя без сложных преобразований данных. Например, информационно-поисковая система в библиотеке, в железнодорожных и авиакассах продажи билетов.
Информационно-решающие системы осуществляют все операции переработки информации по определенному алгоритму. Они классифицируются по степени воздействия выработанной результатной информации на процесс принятия решений и выделяют два класса: управляющие и советующие.
Управляющие ИС вырабатывают информацию, на основании которой человек принимает решение. Для этих систем характерны тип задач расчетного характера и обработка больших объемов данных. Примером могут служить система оперативного планирования выпуска продукции, система бухгалтерского учета.
Советующие ИС вырабатывают информацию, которая принимается человеком к сведению и не превращается немедленно в серию конкретных действий. Эти системы обладают более высокой степенью интеллекта, так как для них характерна обработка знаний, а не данных.

1.8. Классификация по сфере применения
Информационные системы организационного управления предназначены для автоматизации функций управленческого персонала. К этому классу относятся информационные системы управления как промышленными фирмами, так и непромышленными объектами: гостиницами, банками, торговыми фирмами и др. Основными функциями подобных систем являются: оперативный контроль и регулирование, оперативный учет и анализ, перспективное и оперативное планирование, бухгалтерский учет, управление сбытом и снабжением и другие экономические и организационные задачи.
ИС управления технологическими процессами (ТП) служат для автоматизации функций производственного персонала. Они используются при организации поточных линий, изготовлении микросхем, на сборке, для поддержания технологического процесса в металлургической и машиностроительной промышленности.
ИС автоматизированного проектирования (САПР) предназначены для автоматизации функций инженеров-проектировщиков, конструкторов, архитекторов, дизайнеров при создании новой техники или технологии. Основными функциями подобных систем являются: инженерные расчеты, создание графической документации (чертежей, схем, планов), создание проектной документации, моделирование проектируемых объектов.
Интегрированные (корпоративные) ИС используются для автоматизации всех функций фирмы и охватывают весь цикл работ от проектирования до сбыта продукции.

ТЕМА 2. ПОНЯТИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ. СОСТАВЛЯЮЩИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ. ИНСТРУМЕНТАРИЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ ТЕХНОЛОГИИ

2.1. Понятие информационной технологии
Технология при переводе с греческого (techne) означает искусство, мастерство, умение, а это не что иное, как процессы. Под процессом следует понимать определенную совокупность действий, направленных на достижение поставленной цели. Процесс должен определяться выбранной человеком стратегией и реализоваться с помощью совокупности различных средств и методов.
Информация является одним из ценнейших ресурсов общества наряду с такими традиционными материальными видами ресурсов, как нефть, газ, полезные ископаемые и др., а значит, процесс ее переработки по аналогии с процессами переработки материальных ресурсов можно воспринимать как технологию. Тогда справедливо следующее определение.
Информационная технология процесс, использующий совокупность средств и методов сбора, обработки и передачи данных (первичной информации) для получения информации нового качества о состоянии объекта, процесса или явления (информационного продукта).
Цель информационной технологии производство информации для ее анализа человеком и принятия на его основе решения по выполнению какого-либо действия.

2.2. Инструментарий информационной технологии
Техническими средствами производства информации является аппаратное, программное и математическое обеспечение этого процесса. С их помощью производится переработка первичной информации в информацию нового качества. Отдельно из этих средств выделяются программные продукты и называются инструментарием, т.е. программным инструментарием информационной технологии.
Инструментарий информационной технологии один или несколько взаимосвязанных программных продуктов для определенного типа компьютера, технология работы в котором позволяет достичь поставленную пользователем цель.
В качестве инструментария можно использовать следующие распространенные виды программных продуктов для персонального компьютера: текстовый процессор (редактор), настольные издательские системы, электронные таблицы, системы управления базами данных, электронные записные книжки, электронные календари, информационные системы функционального назначения (финансовые, бухгалтерские, для маркетинга и пр.), экспертные системы и т.д.

2.3. Составляющие информационной технологии
Используемые в производственной сфере такие технологические понятия, как норматив, технологический процесс, технологическая операция и т.п., могут применяться и в информационной технологии. Прежде чем разрабатывать эти понятия в любой технологи, в том числе и в информационной, всегда следует начинать с определения цели. Затем следует попытаться провести структурирование всех предполагаемых действий, приводящих к намеченной цели, и выбрать необходимый программный инструментарий.
Процесс переработки информации представляется в виде иерархической структуры по уровням.
1-й уровень этапы, где реализуются сравнительно длительные технологические процессы, состоящие из операций и действий последующих уровней.
2-й уровень операции, в результате выполнения которых будет создан конкретный объект в выбранной на 1-м уровне программной среде.
3-й уровень действия совокупность стандартных для каждой программной среды приемов работы, приводящих к выполнению поставленной в соответствующей операции цели. Каждое действие изменяет содержание экрана.
4-й уровень элементарные операции по управлению мышью и клавиатурой.
Из этого ограниченного числа элементарных операций в разных комбинациях составляется действие, а из действий, также в разных комбинациях, составляются операции, которые определяют тот или иной этап. Совокупность технологических этапов образует технологический процесс (технологию).
Информационная технология должна отвечать следующим требованиям:
- обеспечивать высокую степень расчленения всего процесса обработки информации на этапы (фазы), операции, действия;
- включать весь набор элементов, необходимых для достижения поставленной цели;
- иметь регулярный характер. Этапы, действия, операции технологического процесса могут быть стандартизированы и унифицированы, что позволит более эффективно, осуществлять целенаправленное управление информационными процессами.

2.4. Функции автоматизированной информационной технологии
Используя технологический аспект рассмотрения, в АИС выделяют аппарат управления, а также технико-экономическую информацию, методы и средства ее технологической обработки. Выделив аппарат управления, оставшиеся элементы, технологически тесно взаимоувязанные, при условии единого системного использования экономико-математических методов и технических средств управления образуют автоматизированную информационную технологию данных (АИТ).
Являясь человеко-машинной системой, в рамках которой реализуется информационная модель, формализующая процессы обработки данных в условиях новой технологии, АИТ замыкает через себя прямые и обратные информационные связи между объектом управления (ОУ) и аппаратом управления (АУ), а также вводит в систему и выводит из нее потоки внешних информационных связей.
Функции АИТ определяют ее структуру, которая включает следующие процедуры: сбор и регистрацию данных; подготовку информационных массивов; обработку, накопление и хранение данных; формирование результатной информации; передачу данных от источников возникновения к месту обработки, а результатов (расчетов) к потребителям информации для принятия управленческих решений.
Сбор и регистрация информации происходят по-разному в различных экономических объектах. Наиболее сложна эта процедура в автоматизированных управленческих процессах промышленных предприятий, фирм, где производятся сбор и регистрация первичной учетной информации, отражающей производственно-хозяйственную деятельность объекта. Не менее сложна эта процедура и в финансовых органах, где происходит оформление движения денежных ресурсов.
Особое значение при этом придается достоверности, полноте и своевременности первичной информации. На предприятии сбор и регистрация информации происходят при выполнении различных хозяйственных операций (прием готовой продукции, получение и отпуск материалов и т.п.), в банках при выполнении финансово-кредитных операций с юридическими и физическими лицами. Учетные данные могут возникать на рабочих местах в результате подсчета количества обработанных деталей, прошедших сборку узлов, изделий, выявления брака и т.д. В процессе сбора фактической информации производятся измерение, подсчет, взвешивание материальных объектов, подсчет денежных купюр, получение временных и количественных характеристик работы отдельных исполнителей. Сбор информации, как правило, сопровождается ее регистрацией, т.е. фиксацией информации на материальном носителе (документе, машинном носителе), вводом в ПЭВМ. Запись в первичные документы в основном осуществляется вручную, поэтому процедуры сбора и регистрации остаются пока наиболее трудоемкими, а процесс автоматизации документооборота по-прежнему актуальным.
Передача информации осуществляется различными способами: с помощью курьера, пересылка по почте, доставка транспортными средствами, дистанционная передача по каналам связи с помощью других средств коммуникаций. Дистанционная передача по каналам связи сокращает время передачи данных, однако для ее осуществления необходимы специальные технические средства, что удорожает процесс передачи. Предпочтительным является использование технических средств сбора и регистрации, которые, собирая автоматически информацию с установленных на рабочих местах датчиков, передают ее в ЭВМ для последующей обработки, что повышает ее достоверность и снижает трудоемкость.
Дистанционно может передаваться как первичная информация с мест ее возникновения, так и результатная в обратном направлении. В этом случае результатная информация фиксируется различными устройствами: дисплеями, табло, печатающими устройствами. Поступление информации по каналам связи в центр обработки в основном осуществляется двумя способами: на машинном носителе или непосредственно вводом в ЭВМ при помощи специальных программных и аппаратных средств.
Применение дистанционной передачи значительно ускоряет прохождение информации с одного уровня управления на другой и сокращает общее время обработки данных.
Машинное кодирование процедура машинного представления (записи) информации на машинных носителях в кодах, принятых в ПЭВМ. Такое кодирование информации производится путем переноса данных первичных документов на магнитные диски, информации с которых затем вводится в ПЭВМ для обработки.
Запись информации на машинные носители осуществляется на ПЭВМ как самостоятельная процедура или как результат обработки.
Хранение и накопление информации вызвано многократным ее использованием, применением условно-постоянной, справочной и других видов информации, необходимостью комплектации первичных данных до их обработки. Хранение и накопление информации осуществляется в информационных базах, на машинных носителях в виде информационных массивов, где данные располагаются по установленному в процессе проектирования порядку.
С хранением и накоплением непосредственно связан поиск данных, т.е. выборка нужных данных из хранимой информации, включая поиск информации, подлежащей корректировке или замене. Процедура поиска информации выполняется автоматически на основе составленного пользователем или ПЭВМ запроса на нужную информацию.
Обработка информации производится на ПЭВМ, как правило, децентрализованно, в местах возникновения первичной информации, где организуются автоматизированные рабочие места специалистов той или иной управленческой службы (отдела материально-технического снабжения и сбыта, отдела главного технолога, конструкторского отдела, бухгалтерии, планового отдела и т.п.). Обработка может производиться не только автономно, но и в вычислительных сетях, с использованием набора ПЭВМ программных средств и информационных массивов для решения функциональных задач.
В ходе решения задач на ЭВМ в соответствии с машинной программой формируются результатные сводки, которые печатаются машиной на бумаге или отображаются на экране.
Печать сводок может сопровождаться процедурой тиражирования, если документ с результатной информацией необходимо предоставить нескольким пользователям.
Принятие решения в автоматизированной системе организационного управления осуществляется специалистом с применением или без применения технических средств, но в последнем случае на основе тщательного анализа результатной информации, полученной на ПЭВМ. Задача принятия решений осложняется тем, что специалисту приходится искать из множества допустимых решений наиболее приемлемое, сводящее к минимуму потери ресурсов (временных, трудовых, материальных и т.д.). Благодаря применению персональных ЭВМ и терминальных устройств повышается аналитичность обрабатываемых сведений, а также обеспечивается постепенный переход к автоматизации выработки оптимальных решений в процессе диалога пользователя с вычислительной системой. Этому способствует использование новых технологий экспертных систем поддержки принятия решений.

2.5. Структура автоматизированной информационной технологии
Структура автоматизированной информационной технологии представлена на рисунке 2.1.




































Технологическое обеспечение АИТ состоит из подсистем, автоматизирующих информационное обслуживание пользователей, решение задач с применением ЭВМ и других технических средств управления в установленных режимах работы.
Технологическое обеспечение АИТ, по составу однородно для различных систем, что позволяет реализовать принцип совместимости систем в процессе их функционирования. Обязательными элементами обеспечения АИТ являются информационное, лингвистическое, техническое, программное, математическое, правовое, организационное и эргономическое.
Информационное обеспечение (ИО) представляет собой совокупность проектных решений по объемам, размещению, формам организации информации, циркулирующей в АИТ. Оно включает в себя совокупность показателей, справочных данных, классификаторов и кодификаторов информации, унифицированные системы документации, специально организованные для автоматического обслуживания, массивы информации на соответствующих носителях, а также персонал, обеспечивающий надежность хранения, своевременность и качество технологии обработки информации.
Лингвистическое обеспечение (ЛО) объединяет совокупность языковых средств для формализации естественного языка, построения и сочетания информационных единиц в ходе общения персонала АИТ со средствами вычислительной техники. С помощью лингвистического обеспечения осуществляется общение человека с машиной. ЛО включает информационные языки для описания структурных единиц информационной базы АИТ (документов, показателей, реквизитов и т.п.); языки управления и манипулирования данными информационной базы АИТ; языковые средства информационно-поисковых систем; языковые средства автоматизации проектирования АИТ; диалоговые языки специального назначения и другие языки; систему терминов и определений, используемых в процессе разработки и функционирования автоматизированных систем управления.
Техническое обеспечение (ТО) представляет собой комплекс технических средств (технические средства сбора, регистрации, передачи, обработки, отображения, размножения информации, оргтехника и др.), обеспечивающих работу АИТ. Центральное место среди всех технических средств занимает ПЭВМ. Структурными элементами технического обеспечения наряду с техническими средствами являются также методические и руководящие материалы, техническая документация и обслуживающий эти технические средства персонал.
Программное обеспечение (ПО) включает совокупность программ, реализующих функции и задачи АИТ и обеспечивающих устойчивую работу комплексов технических средств. В состав программного обеспечения входят общесистемные и специальные программы, а также инструктивно-методические материалы по применению средств программного обеспечения и персонал, занимающийся его разработкой и сопровождением на весь период жизненного цикла АИТ.
К общесистемному программному обеспечению относятся программы, рассчитанные на широкий круг пользователей и предназначенные для организации вычислительного процесса и решений часто встречающихся задач обработки информации. Они позволяют расширить функциональные возможности ЭВМ, автоматизировать планирование очередности вычислительных работ, осуществлять контроль и управление процессом обработки данных, а также автоматизировать работу программистов. Специальное программное обеспечение представляет собой совокупность программ, разрабатываемых при создании АИТ конкретного функционального назначения. Оно включает пакеты прикладных программ, осуществляющих организацию данных и их обработку при решении функциональных задач.
Математическое обеспечение (МО) это совокупность математических методов, моделей и алгоритмов обработки информации, используемых при решении функциональных задач и в процессе автоматизации проектировочных работ АИТ. Математическое обеспечение включает средства моделирования процессов управления, методы и средства решения типовых задач управления, методы оптимизации исследуемых управленческих процессов и принятия решений (методы многокритериальной оптимизации, математического программирования, математической статистики, теории массового обслуживания и т.д.). Техническая документация по этому виду обеспечения АИТ содержит описание задач, задания по алгоритмизации, экономико-математические модели задач, текстовые и контрольные примеры их решения. Персонал составляют специалисты по организации управления объектом, постановщики задач управления, специалисты по вычислительным методам, проектировщики АИТ.
Организационное обеспечение (ОО) представляет собой комплекс документов, регламентирующих деятельность персонала АИТ в условиях функционирования АИС. В процессе решения задач управления данный вид обеспечения определяет взаимодействие работников управленческих служб и персонала АИТ с техническими средствами и между собой. Организационное обеспечение реализуется в различных методических и руководящих материалах по стадиям разработки, внедрения и эксплуатации АИС и АИТ, в частности, при проведении предпроектного обследования, формировании технического задания на проектирование и технико-экономического обоснования, разработке проектных решений в процессе проектирования, выборе автоматизируемых задач, типовых проектных решений и прикладных программ (ППП), внедрении системы в эксплуатацию.
Правовое обеспечение (ПрО) представляет собой совокупность правовых норм, регламентирующих правоотношения при создании и внедрении АИС и АИТ. Правовое обеспечение на этапе разработки АИС и АИТ включает нормативные акты, связанные с договорными отношениями разработчика и заказчика в процессе создания АИС и АИТ, с правовым регулированием различных отклонений в ходе этого процесса, а также обусловленные необходимостью обеспечения процесса разработки АИС и АИТ различными видами ресурсов. Правовое обеспечение на этапе функционирования АИС и АИТ включает определение их статуса в конкретных отраслях государственного управления, правовое положение о компетенции звеньев АИС и АИТ и организации их деятельности, права, обязанности и ответственность персонала, порядок создания и использования информации в АИС, процедуры ее регистрации, сбора, хранения, передачи и обработки, порядок приобретения и использования электронно-вычислительной техники и других технических средств, порядок создания и использования математического и программного обеспечения.
Эргономическое обеспечение (ЭО) как совокупность методов и средств, используемых на разных этапах разработки и функционирования АИТ, предназначено для создания оптимальных условий высокоэффективной и безошибочной деятельности человека в АИТ, для ее быстрейшего освоения. В состав эргономического обеспечения АИТ входят: комплекс различной документации, содержащей эргономические требования к рабочим местам, информационным моделям, условиям деятельности персонала, а также набор наиболее целесообразных способов реализации этих требований и осуществления эргономической экспертизы уровня их реализации; комплекс методов, учебно-методической документации и технических средств, обеспечивающих обоснование формулирования требований к уровню подготовки персонала, а также формирование системы отбора и подготовки персонала АИТ; комплекс методов и методик, обеспечивающих высокую эффективность деятельности человека в АИТ.


ТЕМА 3. АВТОМАТИЗАЦИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ: НАЗНАЧЕНИЕ, ОСНОВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ, ПРИМЕРЫ СУЩЕСТВУЮЩИХ РЕАЛИЗАЦИЙ

3.1. Терминология теории автоматизированного управления

Система. В настоящее время нет единства в определении понятия «система». В первых определениях в той или иной форме говорилось о том, что система - это элементы и связи (отношения) между ними. Например, основоположник теории систем Людвиг фон Берталанфи определял систему как комплекс взаимодействующих элементов или как совокупность элементов, находящихся в определенных отношениях друг с другом и со средой. А. Холл определяет систему как множество предметов вместе со связями между предметами и между их признаками. Ведутся дискуссии, какой термин - «отношение» или «связь» - лучше употреблять.
Позднее в определениях системы появляется понятие цели.
Так, в «Философском словаре» система определяется как «совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой определенным образом и образующих некоторое целостное единство».
В последнее время в определение понятия системы наряду с элементами, связями и их свойствами и целями начинают включать наблюдателя, хотя впервые на необходимость учета взаимодействия между исследователем и изучаемой системой указал один из основоположников кибернетики У. -Р. Эшби.
М. Масарович и Я. Такахара в книге «Общая теория систем» считают, что система - «формальная взаимосвязь между наблюдаемыми признакам и свойствами».
В качестве «рабочего» определения понятия системы в литературе по теории систем часто рассматривается следующее: система - множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определенную целостность, единство.
Рассмотрим основные понятия, характеризующие строение и функционирование систем.
Элемент. Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. Ответ на вопрос, что является такой частью, может быть неоднозначным и зависит от цели рассмотрения объекта как системы, от точки зрения на него или от аспекта его изучения. Таким образом, элемент - это предел членения системы с точки зрения решения конкретной задачи и поставленной цели. Систему можно расчленить на элементы различными способами в зависимости от формулировки цели и ее уточнения в процессе исследования.
Подсистема. Система может быть разделена на элементы не сразу, а последовательным расчленением на подсистемы, которые представляют собой компоненты более крупные, чем элементы, и в то же время более детальные, чем система в целом. Возможность деления системы на подсистемы связана с вычленением совокупностей взаимосвязанных элементов, способных выполнять относительно независимые функции, подцели, направленные на достижение общей цели системы. Названием «подсистема подчеркивается, что такая часть должна обладать свойствами системы (в частности, свойством целостности). Этим подсистема отличается от простой группы элементов, для которой не сформулирована подцель и не выполняются свойства целостности (для такой группы используется название «компоненты). Например, подсистемы АСУ, подсистемы пассажирского транспорта крупного города.
Структура. Это понятие происходит от латинского слова structure, означающего строение, расположение, порядок. Структура отражает наиболее существенные взаимоотношения между элементами и их группами (компонентами, подсистемами), которые мало меняются при изменениях в системе и обеспечивают существование системы и ее основных свойств. Структура - это совокупность элементов и связей между ними. Структура может быть представлена графически, в виде теоретико-множественных описаний, матриц, графов и других языков моделирования структур.
Структуру часто представляют в виде иерархии.
Иерархия – это упорядоченность компонентов по степени важности (многоступенчатость, служебная лестница). Между уровнями иерархической структуры могут существовать взаимоотношения строгого подчинения компонентов (узлов) нижележащего уровня одному из компонентов вышележащего уровня, т.е. отношения так называемого древовидного порядка. Такие иерархии называют сильными или иерархиями типа «дерево». Они имеют ряд особенностей, делающих их удобным средством представления систем управления. Однако могут быть связи и в пределах одного уровня иерархии. Один и тот же узел нижележащего уровня может быть одновременно подчинен нескольким узлам вышележащего уровня. Такие структуры называют иерархическими структурами со слабыми связями. Между уровнями иерархической структуры могут существовать и более сложные взаимоотношения, например, типа «cтpaт», «слои, «эшелоны». Примеры иерархических структур: энергетические системы, АСУ, государственный аппарат.
Связь. Понятие «связь» входит в любое определение системы наряду с понятием «элемент» и обеспечивает возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы. Это понятие характеризует одновременно и строение (статику), и функционирование (динамику) системы.
Связь характеризуется направлением, силой и характером (или видом). По первым двум признакам связи можно разделить на направленные и ненаправленные, сильные и слабые, а по характеру - на связи подчинения, генетические, равноправные (или безразличные), связи управления. Связи можно разделить также по месту приложения (внутренние и внешние), по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (прямые и обратные). Связи в конкретных системах могут быть одновременно охарактеризованы несколькими из названных признаков.
Важную роль в системах играет понятие «обратной связи».
Это понятие, легко иллюстрируемое на примерах технических устройств, не всегда можно применить в организационных системах. Исследованию этого понятия большое внимание уделяется в кибернетике, в которой изучается возможность перенесения механизмов обратной связи, характерных для объектов одной физической природы, на объекты другой природы. Обратная связь является основой саморегулирования и развития систем, приспособления их к изменяющимся условиям существования.
Состояние. Понятием «состояние» обычно характеризуют мгновенную фотографию, «срез» системы, остановку в ее развитии. Его определяют либо через входные воздействия и выходные сигналы (результаты, либо через макропараметры, макросвойства системы (например, давление, скорость, ускорение - для физических систем; производительность, себестоимость продукции, прибыль - для экономических систем).
Состояние - это множество существенных свойств (вектор входных сигналов X, вектор выходных сигналов Y, вектор состояний системы Z, вектор управляющих сигналов U), которыми система обладает в данный момент времени.
Поведение. Если система способна переходить из одного состояния в другое, то говорят, что она обладает поведением. Этим понятием пользуются, когда неизвестны закономерности переходов из одного состояния в другое. Тогда говорят, что система обладает каким-то поведением и выясняют его закономерности.
Внешняя среда. Под внешней средой понимается множество элементов, которые не входят в систему, но изменение их состояния вызывает изменение поведения системы.
Модель. Под моделью системы понимается описание системы, отображающее определенную группу ее свойств. Углубление описания – детализация модели. Создание модели системы позволяет предсказывать ее поведение в определенном диапазоне условий.
Модель функционирования (поведения) системы – это модель, предсказывающая изменение состояния системы во времени, например: натурные, электрические, машинные и другие модели.
Равновесие – это способность системы в отсутствие внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранить свое состояние сколь угодно долго.
Устойчивость. Под устойчивостью понимается способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних возмущающих воздействий. Эта способность обычно присуща системам при постоянном U, если только отклонения не превышают некоторого предела.
Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться, по аналогии с техническими устройствами называют устойчивым состоянием равновесия. Равновесие и устойчивость в экономических и организационных системах - гораздо более сложные понятия, чем в технике и до недавнего времени ими пользовались только для некоторого предварительного описательного представления о системе. В последнее время появились попытки формализованного отображения этих процессов и в сложных организационных системах, помогающие выявлять параметры, влияющие на их протекание и взаимосвязь.
Развитие. Исследованию процесса развития, соотношения процессов развития и устойчивости, изучению механизмов, лежащих в их основе, уделяют в кибернетике и теории систем большое внимание. Понятие развития помогает объяснить сложные термодинамические и информационные процессы в природе и обществе.
Цель. Применение понятия «цель» и связанных с ним понятий целенаправленности, целеустремленности, целесообразности сдерживается трудностью их однозначного толкования в конкретных условиях. Это связано с тем, что процесс целеобразования и соответствующий ему процесс обоснования целей в организационных системах весьма сложен и не до конца изучен. В практических применениях цель – это идеальное устремление, которое позволяет коллективу увидеть перспективы или реальные возможности, обеспечивающие своевременность завершения очередного этапа на пути к идеальным устремлениям.
Большая система. Существует ряд подходов к разделению систем по сложности. В частности, Г. Н. Поваров в зависимости от числа элементов, входящих в систему, выделяет четыре класса систем: малые системы (10 ... 103 элементов), сложные (104 ... 107 элементов), ультрасложные (107 ... 1030 элементов), суперсистемы (1030 ... 10200 элементов). Так как понятие элемента возникает относительно задачи и цели исследования системы, то и данное определение сложности является относительным, а не абсолютным.
Английский кибернетик С. Бир классифицирует все кибернетические системы на простые и сложные в зависимости от способа описания: детерминированного или теоретико-вероятностного. Л. И. Берг определяет сложную систему как систему, которую можно описать не менее чем на двух различных математических языках (например, с помощью теории дифференциальных уравнений и алгебры Буля).
Очень часто сложными системами называют системы, которые нельзя корректно описать математически либо потому, что в системе имеется очень большое число элементов, неизвестным образом связанных друг с другом, либо потому, что неизвестна природа явлений, протекающих в системе. Все это свидетельствует об отсутствии единого определения сложности системы.
При разработке сложных систем возникают проблемы, относящиеся не только к свойствам их составляющих элементов и подсистем, но также к закономерностям функционирования системы в целом. При этом появляется широкий круг специфических задач, таких, как определение общей структуры системы, организация взаимодействия между элементами и подсистемами, учет влияния внешней среды, выбор оптимальных режимов функционирования системы, оптимальное управление системой и др.
Чем сложнее система, тем большее внимание уделяется этим вопросам. Математической базой исследования сложных систем является теория систем. В теории систем большой системой (сложной, системой большого масштаба) называют систему, если она состоит из большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих между собой элементов и способна выполнять сложную функцию.
Четкой границы, отделяющей простые системы от больших, нет. Деление это условное и возникло из-за появления систем, имеющих в своем составе совокупность подсистем с наличием функциональной избыточности. Простая система может находиться только в двух состояниях: состоянии работоспособности (исправном) и состоянии отказа (неисправном). При отказе элемента простая система либо полностью прекращает выполнение своей функции, либо продолжает ее выполнение в полном объеме, если отказавший элемент резервирован. Большая система при отказе отдельных элементов и даже целых подсистем не всегда теряет работоспособность, зачастую только снижаются характеристики ее эффективности. Это свойство больших систем обусловлено их функциональной избыточностью и, в свою очередь, затрудняет формулировку понятия «отказа» системы.
Под большой системой понимается совокупность материальных ресурсов, средств сбора, передачи и обработки информации, людей-операторов, занятых на обслуживании этих средств, и людей-руководителей, облеченных надлежащими правами и ответственностью за принятие решений. Материальные ресурсы - это сырье, материалы, полуфабрикаты, денежные средства, различные виды энергии, станки, оборудование, люди, занятые на выпуске продукции, и т.д. Все указанные элементы ресурсов объединены с помощью некоторой системы связей, которые по заданным правилам определяют процесс взаимодействия между элементами для достижения общей цели или группы целей. Примеры больших систем: информационная система, пассажирский транспорт крупного города, производственный процесс, система управления полетом крупного аэродрома, энергетическая система, автоматизированная система управления войсками и оружием и др. К характерным особенностям больших систем относятся:
- большое число элементов в системе (сложность системы);
- иерархичность структуры управления;
- обязательное наличие человека в контуре управления, на которого возлагается часть наиболее ответственных функций управления.

3.2. Автоматизированная система управления технологическими процессами, назначение, основные компоненты
Целью автоматизированного управления является удовлетворение информационных потребностей всех без исключения сотрудников организации (фирмы), имеющих дело с принятием решений. Она может быть полезна на любом уровне управления.
Автоматизированное управление ориентировано на работу в среде информационной системы управления и используется при худшей структурированности решаемых задач, если их сравнивать с задачами, решаемыми с помощью информационной технологии обработки данных.
АСУ подходят для удовлетворения сходных информационных потребностей работников различных функциональных подсистем (подразделений) или уровней управления фирмой. Поставляемая ими информация содержит сведения о прошлом, настоящем и вероятном будущем организации (фирмы). Эта информация имеет вид регулярных или специальных управленческих отчетов.
Для принятия решений на уровне управленческого контроля информация должна быть представлена в агрегированном виде так, чтобы просматривались тенденции изменения данных, причины возникших отклонений и возможные решения. На этом этапе решаются следующие задачи обработки данных:
- оценка планируемого состояния объекта управления;
- оценка отклонений от планируемого состояния;
- выявление причин отклонений;
- анализ возможных решений и действий.
Информационная технология управления направлена на создание различных видов отчетов.
Регулярные отчеты создаются в соответствии с установленным графиком, определяющим время их создания, например месячный анализ продаж компании.
Специальные отчеты создаются по запросам управленцев или когда в компании произошло что-то незапланированное.
И те, и другие виды отчетов могут иметь форму суммирующих, сравнительных и чрезвычайных отчетов.
В суммирующих отчетах данные объединены в отдельные группы, отсортированы и представлены в виде промежуточных и окончательных итогов по отдельным полям.
Сравнительные отчеты содержат данные, полученные из различных источников или классифицированные по различным признакам и используемые для целей сравнения.
Чрезвычайные отчеты содержат данные исключительного (чрезвычайного) характера.
Основными компонентами АСУ ТП являются:



Рис. 3.1. Основные компоненты АСУ ТП
Входная информация поступает из систем операционного уровня. Выходная информация формируется в виде управленческих отчетов в удобном для принятия решения виде.
Из представленного рисунка видно, что основным компонентом данной информационной технологии является база данных, она способствует сохранению данных, выработки решений данных и принятия решений на уровне управленческого контроля. Поэтому информация должна быть представлена в агрегированном виде так, чтобы просматривались тенденции изменения данных, причины возникновения их отклонений и возможности решения. Также основными компонентами являются СУБД, прикладные программы, которые реализуют информационные технологии управления.
Содержимое базы данных при помощи соответствующего программного обеспечения преобразуется в периодические и специальные отчеты, поступающие к специалистам, участвующим в принятии решений в организации. База данных, используемая для получения указанной информации, должна состоять из двух элементов:
данных, накапливаемых на основе оценки операций, проводимых фирмой;
планов, стандартов, бюджетов и других нормативных документов, определяющих планируемое состояние объекта управления.

3.2. Автоматизированное рабочее место (АРМ) специалиста. Повышение эффективности деятельности специалистов с помощью АРМов
Деятельность работников сферы управления (бухгалтеров, специалистов кредитно-банковской системы, плановиков, технологов, руководителей, конструкторов и т.д.) в настоящее время ориентирована на использование развитых технологий. Организация и реализация управленческих функций требует радикального изменения как самой технологии управления, так и технических средств обработки информации, среди которых главное место занимают персональные компьютеры. Они все более превращаются из систем автоматической переработки входной информации в средства накопления опыта управленческих работников, анализа, оценки и выработки наиболее эффективных экономических решений.
Автоматизированное рабочее место (АРМ) определяется как совокупность информационно-программно-технических ресурсов, обеспечивающую конечному пользователю обработку данных и автоматизацию управленческих функций в конкретной предметной области.
Создание автоматизированных рабочих мест предполагает, что основные операции по "накоплению, хранению и переработке информации возлагаются на вычислительную технику, а работник сферы управления (экономист, технолог, руководитель и т.д.) выполняет часть ручных операций и операций, требующих творческого подхода при подготовке управленческих решений. Персональная техника применяется пользователем для контроля производственно-хозяйственной деятельности, изменения значений отдельных параметров в ходе решения задачи, а также ввода исходных данных в АИС для решения текущих задач и анализа функций управления.
АРМ создается для обеспечения выполнения некоторой группы функций. Наиболее простой функцией АРМ является информационно-справочное обслуживание. АРМ имеют проблемно-профессиональную ориентацию на конкретную предметную область. Профессиональные АРМ являются главным инструментом общения человека с вычислительными системами, играя роль автономных рабочих мест, интеллектуальных терминалов больших ЭВМ, рабочих станций в локальных сетях.
Локализация АРМ позволяет осуществить оперативную обработку информации сразу же по ее поступлении, а результаты обработки хранить сколь угодно долго по требованию пользователя.
Целью внедрения АРМ является усиление интеграции управленческих функций, и каждое более или менее «интеллектуальное» рабочее место должно обеспечивать работу в многофункциональном режиме.
АРМ выполняют децентрализованную одновременную обработку экономической информации на рабочих местах исполнителей в составе распределенной базы данных (БД). При этом они имеют выход через системное устройство и каналы связи в ПЭВМ и БД других пользователей, обеспечивая таким образом совместное функционирование ПЭВМ в процессе коллективной обработки.
АРМ, созданные на базе персональных компьютеров, наиболее простой и распространенный вариант автоматизированного рабочего места для работников сферы организационного управления. Такое АРМ рассматривается как система, которая в интерактивном режиме работы предоставляет конкретному работнику (пользователю) все виды обеспечения монопольно на весь сеанс работы. Этому отвечает подход к проектированию такого компонента АРМ, как внутреннее информационное обеспечение, согласно которому информационный фонд на магнитных носителях конкретного АРМ должен находиться в монопольном распоряжении пользователя АРМ. Пользователь сам выполняет все функциональные обязанности по преобразованию информации.
Создание АРМ на базе персональных компьютеров обеспечивает:
- простоту, удобство и дружественность по отношению к пользователю;
- простоту адаптации к конкретным функциям пользователя;
- компактность размещения и невысокие требования к условиям эксплуатации;
- высокую надежность и живучесть;
- сравнительно простую организацию технического обслуживания.
Эффективным режимом работы АРМ является его функционирование в рамках локальной вычислительной сети в качестве рабочей станции. Особенно целесообразен такой вариант, когда требуется распределять информационно-вычислительные ресурсы между несколькими пользователями.
В наиболее сложных системах АРМ могут через специальное оборудование подключаться не только к ресурсам главной ЭВМ сети, но и к различным информационным службам и системам общего назначения (службам новостей, национальным информационно-поисковым системам, базам данных и знаний, библиотечным системам и т.п.).
Возможности создаваемых АРМ в значительной степени зависят от технико-эксплуатационных характеристик ЭВМ, на которых они базируются. В связи с этим на стадии проектирования АРМ четко формулируются требования к базовым параметрам технических средств обработки и выдачи информации, набору комплектующих модулей, сетевым интерфейсам, эргономическим параметрам устройств и т.д.
Информационное обеспечение АРМ ориентируется на конкретную, привычную для пользователя, предметную область. Обработка документов должна предполагать такую структуризацию информации, которая позволяет осуществлять необходимое манипулирование различными структурами, удобную и быструю корректировку данных в массивах.
Техническое обеспечение АРМ должно гарантировать высокую надежность технических средств, организацию удобных для пользователя режимов работы (автономный, с распределенной БД, информационный, с техникой верхних уровней и т.д.), способность обработать в заданное время необходимый объем данных. Поскольку АРМ является индивидуальным пользовательским средством, оно должно обеспечивать высокие эргономические свойства и комфортность обслуживания.
Программное обеспечение прежде всего ориентируется на профессиональный уровень пользователя, сочетается с его функциональными потребностями, квалификацией и специализацией. Пользователь со стороны программной среды должен ощущать постоянную поддержку своего желания работать в любом режиме активно либо пассивно.
В последнее время создаются унифицированные АРМ, обслуживающие несколько предметных областей. Например, комплекс «Экспресс-анализ при заключении договоров, заказов, контрактов» обеспечивает процесс управления аналитической информацией о себестоимости, цене, возможных объемах производства отдельных видов продукции. Комплексы «Анализ формирования, распределения и использования прибыли», «Анализ материально-технического и финансового состояния предприятия», «Анализ труда, оплаты и \ социального развития», «Анализ выполнения госзаказов и хозяйственных договоров» соответствуют структуре действующего законодательства о предприятии. Комплексы «Анализ и прогнозирование динамических рядов», «Корреляционно-регрессионный анализ», «Выборочный метод» дают возможность автоматизированно осуществлять социально-экономический анализ с использованием статистических методов. Комплекс «Сервисные программы» позволяет получать обработанную информацию в виде графиков и схем, редактировать входную информацию, корректировать хранящиеся в файлах АРМ данные.

3.4. Производственный процесс, как объект управления

Высокий динамизм производственных процессов, возрастающие требования к повышению его эффективности привели к необходимости создания принципиально новой или коренного совершенствования сложившейся системы управления на предприятии.
Для настоящего этапа развития машиностроения характерно:
- расширение функций и задач управления, усложнение объектов и законов управления;
- переход от управления отдельными объектами к управлению технологическими процессами, от управления отдельными участками производства к управлению предприятиями и отраслями производства, т. е. переход к сложным многоцелевым системам управления;
- управление в условиях значительной и все возрастающей по мере усложнения систем управления неопределенностью свойств сложного объекта управления или процесса, влияния внешней среды, взаимодействия отдельных подсистем управления;
- широкое применение средств вычислительной техники для реализации алгоритмов и оценки качества управления, создания систем управления с УВМ, многопроцессорных систем управления, реализации диалога «человексистема управления».
Производственный процесс на машиностроительном предприятии может состоять из технологических операций непрерывных, характерных для химических производств, и дискретных, чаще распространенных в машиностроении, приборостроении и др. Однако при всем многообразии технологических процессов, встречающихся в машиностроении, большинство из них можно отнести в первом приближении к категории непрерывных на отрезке времени «контрольуправление». Так, технологический процесс механической обработки на станке является дискретным. Вместе с тем если рассматривать отдельную операцию (например, фрезерование), то на интервале времени фрезерования (одного рабочего хода) и управления параметрами сил, режимов резания и др. процесс можно рассматривать как непрерывный и управление осуществлять в контуре автоматического управления или регулирования. Тот или иной тип технологического процесса определяет способ управления как основными, так и вспомогательными операциями и процессами объекта управления, возможную полноту автоматизации технологического процесса.
Деление производственного процесса на фазы позволяет разрабатывать систему управления для фаз производства, так как каждая фаза имеет свои особенности независимо от конкретного вида изготовляемой продукции, локализована по месту и времени выполнения и является законченной частью производственного процесса. Конкретный вид изготовляемой продукции определяет состав технологических процессов различных типов (дискретный, непрерывный и др.) для каждой фазы производства, что влияет на выбор той или иной схемы системы управления с учетом достигнутого уровня автоматизации производства.
В современном машиностроительном производстве наряду с совершенствованием технологических процессов, энерговооруженностью и оснащенностью механизмами все большее значение начинают приобретать вопросы организации производства, принятия решений на основе информации о его функционировании на всех уровнях.
Структуру производственного процесса машиностроительного производства представим в виде совокупности типовых задач управления независимо от типа и фазы производства (рис. 2). Первая группа задач связана с управлением процессами, в основе которых лежат изменения физико-химических свойств или геометрических размеров изделий, материалов или сырья, контроль за состоянием режущего инструмента и др. Характерной особенностью этой группы задач является необходимость решения их в реальном масштабе времени. Сюда, как правило, входят механическая, термическая, гальванопокрытие и другие виды обработки. В данном случае имеем дело с управляемым технологическим процессом.
Управляемый технологический процесс процесс, для которого определены основные входные (управляющие, управляемые и неуправляемые) воздействия и выходные переменные процесса, которые необходимо контролировать в реальном времени, установлены зависимости между входными воздействиями и выходными переменными (математические модели), разработаны методы их автоматического измерения и направленного изменения. В большинстве технологических процессов машиностроения приходится сталкиваться необходимостью измерения и управления такими величинами, как температура, давление, сила, время, сила электрического тока, напряжение и др. Рассматривая состав технологических процессов фазы обработки в машиностроении, можно отметить преобладание процессов, управление которыми связано с необходимостью регулирования и поддержания физических параметров процесса в соответствии с заданными требованиями с помощью локальных контуров автоматического управления или программного управления. Время реакции системы - секунды, доли секунды.
Вторая группа задач связана с управлением технологическим оборудованием, которое обеспечивает протекание процесса в требуемом режиме. Управляемый технологический процесс не может протекать вне и независимо от некоторой технической системы, обеспечивающей условия протекания процесса и способы воздействия на него. В этом смысле собственно процесс и технические средства, обеспечивающие его протекание, рассматриваются совместно. Однако при решении задач управления в ряде случаев удобнее разделять общую задачу на составные части и для каждой подзадачи выбирать свой способ решения. Обычно управление процессом осуществляется подачей на органы управления технологическим оборудованием команд в соответствующие моменты времени. Оборудование может работать в автоматическом режиме, формируя необходимые воздействия на процесс по жесткой программе. Такой режим работы присущ, как правило, узкоспециализированным автоматам, перестройка которых на иные режимы работы сопряжена с определенными трудностями, а в ряде случаев просто невозможна.






















Рис. 2. Структура производственного процесса
Стремление обеспечить гибкость работы технологического оборудования привело к созданию станков и установок, работающих от внешней программы, смена которой позволяет быстро и легко перевести агрегат на иной требуемый режим работы из класса предусмотренных для программно-управляемого оборудования с ЧПУ. Прямое программное управление по разомкнутой схеме в ряде случаев не оптимально вследствие трудностей предсказания реальных условий протекания процесса, учета случайных возмущений (разброс свойств материалов, изнашивание инструмента и т. п.).
Для повышения качества управления в систему вводят обратную связь, позволяющую получить информацию о выполнении команд управления, и систему измерений реальных условий протекания процесса для обеспечения адаптивного управления технологическими процессами. Технологическое оборудование с ЧПУ позволяет обеспечить гибкость производства за счет быстрой перестройки режимов работы, а введение контуров обратной связи и адаптации во системе управления повышение эффективности работы оборудования. Время реакции секунды.
Третий класс задач включает вопросы автоматизации процессов управления технологическим оборудованием в ходе выполнения их производственных заданий и их реализуют с помощью вспомогательного оборудования. Основной круг вопросов обслуживания сводится к решению задач по загрузке и разгрузке оборудования, смене деталей и инструмента. Техническая реализация устройств обслуживания достаточно велика: от простейших роликовых направляющих до сложных автоматических устройств, управляемых ЭВМ. Они могут быть составной частью технологического оборудования или их поставляют самостоятельно для работы в общей технологической системе. Время реакции до десятков секунд.
К четвертой группе задач относят автоматизацию транспортных операций. Автоматизация транспортных работ осуществляется на базе специального класса транспортных роботов и манипуляторов. С помощью этих устройств и соответствующих систем управления организуется два материальных потока: поток заготовок (деталей) и поток инструмента. Транспортными системами может управлять либо автономная система программного управления, либо подсистема оперативного управления, входящая в общую систему управления. При проектировании транспортной системы существенное значение приобретают вопросы ее оптимизации за счет выбора целесообразных маршрутов и алгоритмов управления.
Задача автоматизации складских работ имеет ряд специфических особенностей, однако в силу ряда обстоятельств ее часто решают совместно с задачей автоматизации транспортных процессов. Это объясняется тем, что эти подсистемы тесно связаны между собой в производственном процессе и наиболее приемлемые технические решения получают при совместном рассмотрении на начальном этапе проектирования, когда выбирают общую схему организации работ и формируют технические требования на отдельные устройства и подсистемы, входящие в систему транспортно-складских работ. Время реакциидесятки секунд, минуты.
Следует отметить, что такое деление производственного процесса на типовые задачи не лишено некоторой условности из-за отсутствия четких границ между задачами вследствие их некоторого взаимного пересечения.
Таким образом, деление производственного процесса на фазы и анализ всех технологических процессов каждой фазы позволяют определять способ управления каждым технологическим процессом с последующим объединением подсистем в единую систему управления. В процессе объединения подсистем учитывают не только внутренние связи, но и связь с подсистемами управления обслуживающих и вспомогательных подразделения.
Свойства и особенности объекта управления являются определяющими для структуры системы управления, алгоритмов ее функционирования и потоков информации, циркулирующих в системе.

3.5. Принципы и методы управления

Успешное решение задач управления может быть достигнуто лишь на основе овладения принципами управления.
Принципы управления - это основные исходные положения, руководящие правила в теории и практике управления, которые сложились в результате многолетнего накопления общественного опыта и позволяют обеспечивать наиболее высокие результаты в практической деятельности по управлению конкретными процессами.
Характерной чертой управления является общность основных принципов управления. Однако при этом следует учитывать, что управление в автоматизированных системах имеет свои характерные особенности, к которым можно отнести:
1. Сложность оценки эффективности систем управления, так как конечный эффект очень часто не может быть выражен стоимостными показателями.
2. Любому формированию свойственны различные состояния организации, взаимосвязанные между собой и предусматривающие возможность быстрого перехода от одной организации к другой.
З. Все элементы системы управления в процессе функционирования подвержены непрерывному интенсивному воздействию внешней среды.
4. Возможность перемещения объектов управления и большой территориальный размах их размещения.
5. Высокие физические и психологические нагрузки, приходящиеся на обслуживающий персонал систем управления.
С учетом этих особенностей можно выделить ряд принципов управления, которые в сфере автоматизированного управления должны быть положены непосредственно в основу деятельности всех руководителей и наиболее кратко могут быть сформулированы следующим образом:
а) рациональное сочетание централизации управления с децентрализацией;
б) единоначалие с опорой на коллегиальные органы управления;
в) достижение наивысшей эффективности управления за счет правильного научного прогнозирования (предвидения), оптимального планирования деятельности управляемых объектов, правильного выбора критериев эффективности управления (умение найти главное звено), соблюдение объективности;
г) правильный подбор, расстановка, обучение и воспитание кадров;
д) материальное и моральное стимулирование труда.
Неумение использовать принципы управления снижает эффективность управления, приводит к диспропорциям в элементах системы, к возникновению «узких мест». Все это сбивает ритм работы по управлению и заставляет руководителей различных уровней планировать свою деятельность по «узким участкам» управляемого процесса. При таких условиях, по существу, возникает новая система, и хотя ее внешне не видно, но фактически она образуется и действует на основе новых пропорций, учитывающих эти «узкие места».
Знание основных закономерностей и принципов управления позволяет разрабатывать, отбирать и использовать такие формы и методы управления, которые наиболее полно отвечают сущности управляемого процесса и ведут к достижению максимального успеха.
Особенность научных методов состоит в том, что с помощью их можно находить оптимальные решения задач, наиболее рациональные формы построения аппарата управления, наилучшие приемы выполнения управленческих работ.
Методы управления можно классифицировать по основным функциям выполнения управленческих работ на методы планирования, организации и регулирования.
К основным методам планирования, получившем наиболее широкое распространение, относятся описательные, графические и экономико-математические. Описательные и графические методы планирования известны давно и останавливаться на них нет необходимости.
Экономико-математические методы появились сравнительно недавно и были вызваны необходимостью изыскания наиболее рациональных способов обработки огромных массивов информации, связанных с созданием сложных образцов техники в интересах обеспечения оптимизации процессов выполнения работ с учетом их временных и стоимостных характеристик, затрат материальных и людских ресурсов и технико-экономических показателей.
Появление этих методов стало возможным благодаря достижениям в области прикладной математики и вычислительной техники. Разработка и внедрение этих методов идет по следующим основным направлениям.
В области теории управления произошла эволюция от тейлоризма к использованию принципов кибернетики и общей теории систем, в результате чего все шире распространяется системный подход к управлению.
В области теории принятия решений определилась устойчивая тенденция отказаться от использования методов субъективных суждений и перейти к применению методов научного обоснования решений - исследованию операций, системному анализу, экономико-математическому моделированию.
В области психологических аспектов управления все шире изучаются и разрабатываются процессы информационного взаимодействия между человеком и машиной, роль человека в системе как объекта управления, так и управляющего звена, проблемы психологии личности и трудовых коллективов, психологические вопросы подбора, подготовки и расстановки кадров, проблемы совместимости людей в условиях групповой деятельности и др. При разработке этих проблем в ряде случаев не удается составить адекватного механического описания задач. Поэтому для анализа состояния и развития подобных вопросов наиболее эффективными могут быть эвристические методы.
В методах организации наблюдается процесс перехода от линейно-функциональных структур, основанных на разделении прав и ответственности по отдельным функциям, к применению программно-целевых структур управления, предметной специализации и кооперированию на основе комплексного решения проблем с интеграцией различных функций, подчиненных достижению общей единой цели. При этом совершенствование структур осуществляется гибко, по мере выполнения программ
Методы регулирования в процессе управления сводятся к принятию мер по устранению возмущающих факторов, выводящих систему из равновесия на основе использования принципов обратной связи и компенсации внешних воздействий, нарушающих процесс управления. Достигается это с помощью системы сбора, учета, преобразования и анализа информации, организации систематического контроля за ходом управляемого процесса.

3.6. Типовые организационные структуры управления

Для решения задач управления в различных отраслях создаются структуры управления. В настоящее время называют много типов структур управления, но в общем виде они сводятся к трем типам:
1. Линейная структура управления (рис. 2.1)

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Линейная структура управления характеризуется тем, что все подразделения напрямую подчинены руководителю. Эта структуру имеет несомненные достоинства – строго соблюдается принцип единоначалия. Однако она имеет и существенный недостаток – высокие требования к компетентности руководителя во всех областях деятельности подчиненных подразделений. Поэтому данная структура управления используется на низовых уровнях – бригада, цех и т.д.
Однако при укрупнении предприятия или компании руководитель становится не в состоянии сам вникать во все вопросы управления. При этом возникает необходимость привлечения к управлению специалистов в различных областях. Это приводит к новой структуре управления – функциональной.

2. Функциональная структура управления (рис. 2.2):

13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Функциональная структура характеризуется тем, что руководитель имеет заместителей по видам деятельности которые в соответствии с его указаниями руководят деятельностью подчиненных подразделений каждый по своему направлению. Это позволяет значительно снизить требования к компетентности руководителя в узкоспециальных вопросах, оставляя за ним решение вопросов общего руководства. Однако данная схема управления может привести к тому, что подчиненные подразделения могут получать одновременно противоречивые указания от различных заместителей, что приведет к нарушению их работы. Поэтому данная структура применяется в высших эшелонах управления – министерства, тресты, отраслевые руководства, то есть там, где управление идет не в режиме текущего времени, а скорее долгосрочное. Для решения этого противоречия существует третья структура управления, представляющая собой комбинацию двух рассмотренных.

3. Линейно – функциональная структура управления (рис. 2.3).



















Линейно – функциональная структура управления характеризуется тем, что при необходимости принятия управляющего решения руководитель ставит задачу на его подготовку специалисту в данной области из состава управления (администрации) предприятия, который готовит решение и представляет его варианты руководителю. Руководитель выбирает оптимальное решение и доводит его до подчиненных подразделений. Таким образом решается вопрос о привлечении к выработке решения узких специалистов и устраняется возможность получения противоречивых указаний.
ТЕМА 4. ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ. СУЩЕСТВУЮЩИЕ РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

4.1. Информационные технологии поддержки принятия решений, их назначение
Системы поддержки принятия решений и соответствующая им информационная технология появились усилиями в основном американских ученых в конце 70-х начале 80-х гг., этому способствовало широкое распространение ПЭВМ, стандартных пакетов прикладных программ, создание систем искусственного интеллекта.
Особенностью ИТ поддержки принятия решений (ППР) является метод организации взаимодействия человека и компьютера. Выработка решения является основной целью этой технологии, происходит в результате итерационного процесса (рис.4.1.), в котором участвуют:
- система поддержки принятия решений в роли вычислительного звена и объекта управления;
- человек как управляющее звено, задающее входные данные и оценивающее полученный результат вычислений на компьютере.
Окончание итерационного процесса происходит по воле человека. Информационная система способна совместно с пользователем создавать новую информацию для принятия решений.
Отличительными характеристиками являются следующие:
- ориентация на решение плохо структурированных (формализованных) задач;
- сочетание традиционных методов доступа и обработки компьютерных данных с возможностями математических моделей и методами решения задач на их основе;
- направленность на непрофессионального пользователя компьютера;
- высокая адаптивность, обеспечивающая возможность приспосабливаться к особенностям имеющегося технического и программного обеспечения, а также требованиям пользователя.
ИТ ППР может использоваться на любом уровне управления. Важной функцией и систем, и технологий является координация лиц, принимающих решения как на разных уровнях управления, так и на одном уровне.








Рис. 4.1. Итерационный процесс выработки решений
4.2. Основные компоненты ИТ поддержки принятия решения
В состав системы ППР входят три главных компонента: база данных, база моделей и программная подсистема, которая состоит из системы управления базой данных (СУБД), системы управления базой моделей (СУБМ) и системы управления интерфейсом между пользователем и компьютером.

Рис. 4.2. Основные компоненты ИТ ППР
База данных. Она играет в ИТ ППР важную роль. Данные могут использоваться пользователем для расчетов при помощи математических моделей. Рассмотрим источники данных и их особенности.
1. Часть данных поступает от информационной системы операционного уровня. Эти данные должны быть предварительно обработаны. Для этого имеются две возможности:
- использовать для обработки данных об операциях фирмы систему управления базой данных, входящую в состав системы поддержки принятия решений;
- сделать обработку за пределами системы ППР, создав для этого специальную базу данных. Этот вариант предпочтителен для фирм, производящих большое количество коммерческих операций. Обработанные данные об операциях фирмы образуют файлы, которые для повышения надежности и быстроты доступа хранятся за пределами системы ППР.
2. Помимо данных об операциях фирмы для функционирования системы поддержки принятия решений требуются и другие внутренние данные, например данные о движении персонала, инженерные данные и т.п., которые должны быть своевременно собраны, введены и поддержаны.
Важное значение, особенно для ППР на верхних уровнях управления, имеют данные из внешних источников, т.е. данные о конкурентах, национальной и мировой экономике. В отличие от внутренних данных внешние данные обычно приобретаются у специализирующихся на их сборе организаций.
В БД включаются данные документы, включающих в себя записи, письма, контракты, приказы и т.п. Если содержание этих документов будет записано в памяти и затем обработано по некоторым ключевым характеристикам (поставщикам, потребителям, датам, видам услуг и др.), то система получит новый мощный источник информации.
Система управления данными должна обладать следующими возможностями:
- составление комбинаций данных, получаемых из различных источников, посредством использования процедур агрегирования и фильтрации;
- быстрое прибавление или исключение того или иного источника данных;
- построение логической структуры данных в терминах пользователя;
- использование и манипулирование неофициальными данными для экспериментальной проверки рабочих альтернатив пользователя;
- обеспечение полной логической независимости этой базы данных от других операционных баз данных, функционирующих в рамках фирмы.
База моделей. Целью создания моделей являются описание и оптимизация некоторого объекта или процесса. Использование моделей обеспечивает проведение анализа в системах ППР. Модели, базируясь на математической интерпретации проблемы, при помощи определенных алгоритмов способствуют нахождению информации, полезной для принятия правильных решений.
Например, модель линейного программирования дает возможность определить наиболее выгодную производственную программу выпуска нескольких видов продукции при заданных ограничениях на ресурсы.
Использование моделей в составе информационных систем началось с применения статистических методов и методов финансового анализа, которые реализовывались командами обычных алгоритмических языков. Позже были созданы специальные языки, позволяющие моделировать ситуации типа "что будет, если?" или "как сделать, чтобы?". Такие языки, созданные специально для построения моделей, дают возможность построения моделей определенного типа, обеспечивающих нахождение решения при гибком изменении переменных.
Существует множество типов моделей и способов их классификации, например по цели использования, области возможных приложений, способу оценки переменных и т. п.
По цели использования модели подразделяются на оптимизационные, связанные с нахождением точек минимума или максимума некоторых показателей (например, управляющие часто хотят знать, какие их действия ведут к максимизации прибыли или минимизации затрат), и описательные, описывающие поведение некоторой системы и не предназначенные для целей управления (оптимизации).
По способу оценки модели классифицируются на детерминистские, использующие оценку переменных одним числом при конкретных значениях исходных данных, и стохастические, оценивающие переменные несколькими параметрами, так как исходные данные заданы вероятностными характеристиками.
По области возможных приложений модели разбиваются на специализированные, предназначенные для использования только одной системой, и универсальные для использования несколькими системами.
Специализированные модели более дорогие, они обычно применяются для описания уникальных систем и обладают большей точностью.
В системах ППР база моделей состоит из стратегических, тактических и оперативных моделей, а также математических моделей в виде совокупности модельных блоков, модулей и процедур, используемых как элементы для их построения.
Стратегические модели используются на высших уровнях управления для установления целей организации, объемов ресурсов, необходимых для их достижения, а также политики приобретения и использования этих ресурсов. Они могут быть также полезны при выборе вариантов размещения предприятий, прогнозировании политики конкурентов и т.п. Для стратегических моделей характерны значительная широта охвата, множество переменных, представление данных в сжатой агрегированной форме. Часто эти данные базируются на внешних источниках и могут иметь субъективный характер. Горизонт планирования в стратегических моделях, как правило, измеряется в годах. Эти модели обычно детерминистские, описательные, специализированные для использования на одной определенной фирме.
Тактические модели применяются управляющими среднего уровня для распределения и контроля использования имеющихся ресурсов. Среди возможных сфер их использования следует указать: финансовое планирование, планирование требований к работникам, планирование увеличения продаж, построение схем компоновки предприятий. Эти модели применимы обычно лишь к отдельным частям фирмы (например, к системе производства и сбыта) и могут также включать в себя агрегированные показатели. Временной горизонт, охватываемый тактическими моделями, от одного месяца до двух лет. Здесь также могут потребоваться данные из внешних источников, но основное внимание при реализации данных моделей должно быть уделено внутренним данным фирмы. Обычно тактические модели реализуются как детерминистские, оптимизационные и универсальные.
Оперативные модели используются на низших уровнях управления для поддержки принятия оперативных решений с горизонтом, измеряемым днями и неделями. Возможные применения этих моделей включают в себя ведение дебиторских счетов и кредитных расчетов, календарное производственное планирование, управление запасами и т.д. Оперативные модели обычно используют для расчетов внутрифирменные данные. Они, как правило, детерминистские, оптимизационные и универсальные (т.е. могут быть использованы в различных организациях).
Математические модели состоят из совокупности модельных блоков, модулей и процедур, реализующих математические методы. Сюда могут входить процедуры линейного программирования, статистического анализа временных рядов, регрессионного анализа и т.п. от простейших процедур до сложных ППП. Модельные блоки, модули и процедуры могут использоваться как поодиночке, так и комплексно для построения и поддержания моделей.
Система управления базой моделей должна обладать следующими возможностями: создавать новые модели или изменять существующие, поддерживать и обновлять параметры моделей, манипулировать моделями.
Система управления интерфейсом. Эффективность и гибкость ИТ во многом зависят от характеристик интерфейса системы ППР. Интерфейс определяет: язык пользователя; язык сообщений компьютера, организующий диалог на экране дисплея; знания пользователя.
Язык пользователя это те действия, которые пользователь производит в отношении системы путем использования возможностей клавиатуры; электронных карандашей, пишущих на экране; джойстика; "мыши"; команд, подаваемых голосом, и т.п. Наиболее простой формой языка пользователя является создание форм входных и выходных документов. Получив входную форму (документ), пользователь заполняет его необходимыми данными и вводит в компьютер. Система поддержки принятия решений производит необходимый анализ и выдает результаты в виде выходного документа установленной формы.
Значительно возросла за последнее время популярность визуального интерфейса. С помощью манипулятора "мышь" пользователь выбирает представленные ему на экране в форме картинок объекты и команды, реализуя таким образом свои действия.
Управление компьютером при помощи человеческого голоса самая простая и поэтому самая желанная форма языка пользователя. Она еще недостаточно разработана и поэтому малопопулярна. Существующие разработки требуют от пользователя серьезных ограничений: определенного набора слов и выражений; специальной надстройки, учитывающей особенности голоса пользователя; управления в виде дискретных команд, а не в виде обычной гладкой речи.
Язык сообщений это то, что пользователь видит на экране дисплея (символы, графика, цвет), данные, полученные на принтере, звуковые выходные сигналы и т.п. В настоящее время наиболее распространены следующие формы диалога: запросноответный режим, командный режим, режим меню, режим заполнения пропусков в выражениях, предлагаемых компьютером.
Долгое время единственной реализацией языка сообщений был отпечатанный или выведенный на экран дисплея отчет или сообщение. Теперь появилась новая возможность представления выходных данных машинная графика. Она дает возможность создавать на экране и бумаге цветные графические изображения в трехмерном виде. Использование машинной графики, значительно повышающее наглядность и интерпретируемость выходных данных, становится все более популярным в ИТ ППР.
В последнее время появилось новое направление, развивающее машинную графику, мультипликация. Мультипликация оказывается особенно эффективной для интерпретации выходных данных систем ППР, связанных с моделированием физических систем и объектов.
Знания пользователя это то, что пользователь должен знать, работая с системой. К ним относятся не только план действий, находящийся в голове у пользователя, но и учебники, инструкции, справочные данные, выдаваемые компьютером.
Интерфейс должен обладать следующими возможностями:
- манипулировать различными формами диалога, изменяя их в процессе принятия решения по выбору пользователя;
- передавать данные системе различными способами;
- получать данные от различных устройств системы в различном формате;
- гибко поддерживать (оказывать помощь по запросу, подсказывать) знания пользователя.





ТЕМА 5. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ АСУ ТП

5.3. Основные понятия анализа структуры системы

Любая задача системного анализа начинается с построения модели исследуемой системы. Для решения задачи построения модели необходимо вначале произвести изучение структуры системы, выполнить анализ ее компонентов, выявить взаимосвязи между отдельными элементами. Чтобы обоснованно проводить анализ структуры системы, необходимо рассмотреть ряд понятий и определений, характеризующих строение и функционирование системы.
Структура отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположение составных частей системы, ее устройство, строение. При описании системы недостаточно перечислить элементы, из которых она состоит. Требуется отобразить систему путем расчленения ее на подсистемы, компоненты и элементы и показать, каким путем обеспечивается в объекте выполнение поставленной цели. Для выполнения такой процедуры и вводят понятие структуры. Таким образом, структура отражает наиболее существенные взаимоотношения между элементами и их группами, которые мало меняются при изменениях в системе и обеспечивают существование системы и ее основных свойств. Структура характеризует организованность системы, устойчивую упорядоченность ее элементов и связей. Структура системы - состав системы и схема связей между ее элементами.
Структура – совокупность отношений, заданных на множестве подсистем и элементов, образующих некоторую систему.
Следующее понятие, которое будем рассматривать, - связь.
Данное понятие входит в любое определение системы наряду с понятием элемент и обеспечивает возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы. Понятие «связь» характеризует одновременно и статическое строение системы, и динамическое ее поведение. Связь определяют как ограничение степени свободы элементов. Связь характеризуется направлением, силой и характером. По первому признаку связи делят на направленные и ненаправленные. По второму признаку различают сильные и слабые связи. По характеру выделяют связи подчинения, равноправные, генетические, связи управления. Различают также связи по направленности процессов - прямые и обратные. Обратные связи могут быть положительными, сохраняющими тенденции происходящих в системе изменений того или иного параметра, и отрицательными противодействующими тенденциям изменения выходного параметра. Обратная связь направлена на сохранение, стабилизацию требуемого значения параметра. Обратная связь является основой приспособления систем к изменяющимся условиям существования, основой саморегулирования и развития систем.
Следующее понятие - цель системы - важное понятие, лежащее в основе развития систем.
Цели системы – желательные состояния или результаты поведения системы.
Глобальная цель системы – конечное состояние, к которому стремится система в силу своей структурной организации.
Цель можно также определить следующим образом: цель – это субъективный образ (абстрактная модель) несуществующего, но желаемого состояния среды, которое решило бы возникшую проблему. В практических применениях цель - это идеальное устремление, которое позволяет коллективу увидеть перспективы или реальные возможности, обеспечивающие своевременное завершение очередного этапа на пути к идеальным устремлениям. Цель достигается путем решения задач. Задачи системы - цели, которые желательно достичь к определенному моменту времени в пределах определенного периода функционирования системы.
Для описания системы создается ее модель.
Модель – это отражение структуры системы, ее элементов и взаимосвязей направленное на отображение определенной группы свойств.
Создание модели системы позволяет предсказывать ее поведение в определенном диапазоне условий.
5.2 Формы представления структур.
Структурные представления являются средством исследования систем. Одну и ту же систему можно представить различными структурами, необходимый выбор которых обусловлен содержанием исследований, проводимых на данном этапе. Принятый способ описания структур - графическое изображение. В таком графе элементы, компоненты, подсистемы и прочие объекты системы отображаются в виде вершин графа, связи между объектами представляют в виде дуг. Рассмотрим основные способы представления структур.
Сетевые структуры представляют отображение взаимосвязи объектов между собой. Их применяют для представления организационных структур, для изображения структурных схем систем, для представления информационного обеспечения и т.д. С помощью сетевых структур отображаются пространственные взаимосвязи между элементами, как правило, одного иерархического уровня. Примером сетевой структуры может служить структурная схема ЭВМ, элементами которой являются устройство ввода информации, оперативное запоминающее устройство, внешнее запоминающее устройство, арифметико-логическое устройство, устройство вывода информации, устройство управления и пр.
Различают следующие виды сетевых структур.
Линейные структуры со строго упорядоченным взаимоотношением элементов «один к одному». Примером линейной структуры может служить схема одного из каналов (любого) аварийной защиты энергоблока ядерной энергетической установки (ЯЭУ). Каналы строятся по принципу линейного соединения группы устройств: датчик - блок питания - вторичный прибор, регистрирующий информацию с датчика (рис. 2.1).
Древовидная структура представляет собой объединение многих линейных подструктур. Примером может служить схема подсистемы аварийной защиты энергоблока ЯЭУ. Подсистема состоит из группы однотипных каналов, каждый из которых дублирует работу других (рис 2.2).

Кольцевая структура (циклическая) имеет замкнутые контуры в соответствующих графах. С помощью циклических структур изображаются схемы циркуляции информации в системах.
Обобщенная сетевая структура характеризуется многочисленными межэлементными связями.
Иерархические структуры представляют собой декомпозицию системы в пространстве. Применяются, прежде всего, для описания подчиненности элементов в структурах управления. Термин иерархия означает соподчиненность, порядок подчинения низших по должности лиц высшим. В настоящее время концепция иерархии распространена на любой согласованный по подчиненности порядок объектов. В иерархических структурах важно лишь выделение уровней соподчиненности, а между уровнями и между компонентами в пределах уровня, в принципе, могут быть любые взаимоотношения.

5.3. Цели и задачи структурного анализа систем управления
Одной из главных задач структурного анализа систем управления является построение наглядной формальной модели, отображающей процесс взаимодействия между элементами или подсистемами, составляющими систему, а также их взаимодействие с внешней средой.
При создании систем управления их структурные модели могут рассматриваться с различных позиций: с позиции организации, функций управления, используемых алгоритмов, используемых технических средств и т.п. В соответствии с этим могут быть выделены следующие аспекты структуры одной и той же системы и, как следствие, следующие модели:
– организационная структура и ее модель;
– функциональная структура и ее модель;
– алгоритмическая структура и ее модель;
– техническая структура и ее модель и т.п.
Организационная структура. Как правило, она отображает собой структуру управления, которая сложилась на объекте автоматизации (например, на предприятии) и которая совершенствуется при внедрении АСУ. Эта структура является основной и именно с нее следует начинать анализ и последующий синтез АСУ.
Основными элементами организационной структуры являются подразделения аппарата управления и отдельные лица-операторы, которые связаны с анализом документооборота и процедурой принятия управленческих решений.
Основные направления совершенствования организационной структуры:
– сокращение излишних подразделений или операторов;
– минимизация связей между этими элементами системы (подразделения и операторы);
– повышение пропускной способности этих связей;
– упорядочение документооборота;
– ликвидация циклов в движении документов и т.п.
При анализе организационной структуры решаются следующие задачи:
– описание состава организации и построение ее структурной схемы;
– определение функций отдельных подразделений и операторов;
– описание материальных и информационных связей;
– построение обобщенной структурной информационной модели организации.
Функциональная структура. Она отображает функции, выполняемые отдельными элементами системы (подразделениями и операторами) в составе организационной структуры. В принципе одной и той же организационной структуре может соответствовать несколько различных функциональных структур.
Основные направления совершенствования функциональной структуры:
– устранение параллелизма в выполнении функций управления;
– освобождение элементов системы от выполнения функций, не предусмотренных соответствующими должностными обязанностями;
– перераспределение функций управления с целью оптимизации;
– создание максимально четких контуров ответственности.
При анализе функциональной структуры решаются следующие основные задачи:
– изучаются функции управления в структурных подразделениях системы;
– выбирается состав функций, подлежащих автоматизации;
– определяется взаимосвязь этих функций;
– составляется обобщенная функциональная структура задач управления.
Алгоритмическая структура. Она отображает совокупность используемых алгоритмов и последовательность их декомпозиции, что позволяет в дальнейшем перейти к созданию программного обеспечения.
Основные направления совершенствования алгоритмической структуры:
– использование стандартных (типовых) алгоритмов обработки информации;
– повышение точности, скорости и надежности вычислений;
– сокращение требуемых объемов памяти;
– совершенствование отдельных алгоритмов.
При анализе алгоритмической структуры решаются следующие задачи:
– выделение комплексов задач, отдельных задач, алгоритмов, модулей алгоритмов и т.п.;
– определение их информационно-логической взаимосвязи;
– определение последовательности их реализации.
Техническая структура. Техническая структура отображает перечень и взаимосвязь технических устройств, используемых для построения системы. При анализе технической структуры решаются следующие задачи:
– определяются элементы, участвующие в основных информационных процессах: регистрация и подготовка информации, сбор и передача, хранение и обработка, воспроизведение и выдача;
– составляется формальная структурная модель системы технических средств с учетом топологии расположения элементов, информационной и энергетической их взаимосвязи, а также связи с внешней средой.

5.4. Структурно-топологические характеристики систем управления
При проведении анализа системы целесообразно оценить количественно качество структуры системы и ее элементов с позиций общесистемного подхода. Рассмотрим основные структурно-топологические характеристики. Сначала выделим основные виды структур с точки зрения топологии внутренних связей.
Виды топологических структур.
Виды топологических структур рассмотрим на примере пяти элементов.
Связность структуры. Данная характеристика позволяет выделить наличие обрывов, висячие вершины и т.д. Для неориентированных графов связность всех элементов в структуре соответствует выполнению условия:
13EMBED Equation.31415 (5.1)
где aij – элемент матрицы смежности
Правая часть (5.1) определяет необходимое минимальное число связей в структуре неориентированного графа, содержащего n вершин. Коэффициент 0,5 берется в силу того, что одна и та же связь аi и аj учитывается дважды.
Соотношение (5.1) можно переписать в виде
13EMBED Equation.31415
т.е. это не что иное, как число ребер в неориентированном графе.
Среднеквадратичное отклонение
·2.
Справедливо следующее отношение:
13EMBED Equation.31415 (5.2)
Показатель
·2 характеризует недоиспользованные возможности заданной структуры, имеющей m ребер и n вершин.
Структурная компактность. Для ее оценки вводится параметр, отображающий близость элементов между собой. Близость 2-х элементов i и j определяется через минимальную длину пути для ориентированного графа (цепи - для неориентированного) – dij. Тогда сумма всех минимальных путей (цепей) между всеми элементами отражает общую структурную близость элементов в анализируемой структуре. Обозначим эту величину через Q и, в соответствии с определением, будем иметь
13EMBED Equation.31415 (5.3)
где 13EMBED Equation.31415 - минимальная длина цепи между i- ой и j-ой вершинами.
Структурную компактность можно характеризовать и другим параметром – диаметром структуры:
13EMBED Equation.31415
У полного графа данная величина равна единице, поэтому он и обладает максимальной компактностью.





Тема 6. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ

6.1. Автоматизированные системы управления производством

АСУП органически включает в себя интегрированные системы обработки данных, главной целью которых является автоматизация информационных процессов на предприятии и усовершенствование формы и организации их выполнения.
Объектом управления является совокупность процессов, свойственных данному предприятию, по преобразованию ресурсов (материалов, полуфабрикатов, инструмента, оснастки, оборудования, энергетических, трудовых и финансовых и др. ресурсов) в готовую продукцию.
Сложность управления в АСУП обусловлена следующими причинами:
- большим числом разнородных элементов;
- высокой степенью их взаимосвязи в процессе производства;
- неопределенностью результатов выполнения многих процессов (брак, сбои, несвоевременные поставки, нерегулярность спроса и др.);
- тем, что объектами и субъектами управления на предприятии являются люди, а управление их поведением не столь очевидно и прямолинейно;
- предприятие постоянно изменяется, т.е. является нестационарным.
Создание и внедрение АСУП привело к тому, что информационным процессам, их организации, проектированию, подготовке и выполнению уделяется такое же внимание, как и производственным. В структуре управления предприятием имеет место специальное подразделение – информационно-вычислительный центр (ИВЦ), ответственный за упорядочение, регламентацию и непосредственное выполнение информационных процессов на предприятии (рис. 4.1). В структуре АСУП обычно выделяют функциональные и обеспечивающие подсистемы. Подсистемой называют часть АСУ, выделенную по функциональному или структурному признаку, отвечающему конкретным целям и задачам.
Функциональные подсистемы представляют собой комплекс административных, организационных и экономико-математических методов, служащих для решения задач планирования, учета и анализа показателей для принятия управленческих решений. Состав и наименование функциональных подсистем не является обязательным даже для однотипных АСУ, а зависит от конкретного объекта управления.
Обеспечивающие подсистемы выполняют все информационные процессы в АСУ и ответственны за их подготовку и организацию. Чаще всего выделяют подсистемы информационного, математического, программного, технического, организационного обеспечений.
Информационное обеспечение АСУ регламентирует потоки и подготовку информации, организацию и выполнение, информационных процессов в ИВЦ, т. е. представляет собой совокупность единой системы классификации и кодирования технико-экономической информации, унифицированных систем документации и массивов информации, используемых в системах. Определение состава информационного обеспечения является одной из главных задач проектирования конкретной системы. Информационное обеспечение АСУ составляют входная информация, характеризующая состояние ОУ, внешней среды, определяющая дальнейшее поведение системы; выходная информация, представляющая собой продукт решения задач и определяющая дальнейшее поведение ОУ; накапливаемые в процессе работы системы данные, необходимые для расширения круга решаемых задач; нормативные и справочные данные, которые составляют информационный базис системы.
Подсистема информационного обеспечения должна обеспечивать другие подсистемы оптимальным объемом информации в требуемые сроки. Поэтому такие понятия информации, как достоверность, точность, полезность, полнота при разработке информационного обеспечения, являются определяющими. Многократное использование информации при однократном ее вводе является отличительной особенностью АСУ. Это обусловлено необходимостью обеспечения одной и той же информацией различных под- систем. Подсистема информационного обеспечения должна обладать определенной гибкостью, возможностью быстрой перестройки в соответствии с изменившимися условиями работы „системы под влиянием внешних возмущений или в связи с аварийными ситуациями.
Так, информационное обеспечение ГПС состоит из пакетов управляющих программ для станка с ЧПУ, для транспортных средств и роботов, для накопительных систем заготовок, деталей, инструмента, оснастки и др., оперативного информационного фонда, содержащего данные о состоянии производственного процесса в ГПС и его технических средств (местонахождении и состоянии деталей, инструмента, спутников, приспособлений в текущий момент времени и др.).
Математическое обеспечение АСУ представляет собой совокупность математических методов, моделей, алгоритмов для решения задач управления в соответствующих функциональных подсистемах и выполнения соответствующих информационных процессов в АСУ, обработки данных с применением вычислительной техники.
Техническое обеспечение АСУ представляет собой комплекс технических средств, предназначенных для автоматизации выполнения основных информационных процессов (сбор, передача, обработка информации, вывод и отображение данных), а также инструкции по их эксплуатации и обеспечению надежного функционирования. Основу технических средств всякой АСУ составляет ЭВМ. Основные требования к вычислительному комплексу обработка данных с заданной точностью, требуемой частотой, выдача результатов в нужные моменты времени. В АСУ применяют как ЭВМ общего назначения, так и специализированные.
Организационное обеспечение регламентирует действие каждого работника управления, каждого рабочего по отношению к системе информации и всей схеме принятия решений в АСУ.

6.2. Гибкие производственные системы

В настоящее время эффективность и рентабельность работы промышленных предприятии ставится в зависимость от решения задачи создания гибкой системы планирования и управления производственными ресурсами, обеспечивающей быстрое реагтрование на изменяющиеся требования спроса к объему, номенклатуре и качеству дискретной продукции. Перспектива решения этой многошаговой задачи - создание предприятий с быстро перенастраиваемым производством.

Технологические возможности обеспечения гибкости производства связываются с достигнутым прогрессом в области микроэлектроники и вычислительной техники. Появление интегральных схем с высоким уровнем интеграции и создание микропроцессорных средств управления оказали огромное воздействующее влияние на сферу промышленного производства и его техническое перевооружение. В настоящее время средства вычислительной техники применяются не только для автоматизации технологических процессов, но и для автоматизации процессов транспортирования, складирования, манипулирования, для автоматизации процессов сборки и контроля качества. Появилась реальная возможность осуществлять переналадку производства путем перепрограммирования контроллеров управления оборудованием, станков с числовым программным обеспечением (ЧПУ), адресуемых транспортных систем, обрабатывающих центров, обслуживающих роботов и манипуляторов. В расширении этой возможности для обеспечения гибкости производства важную роль призваны сыграть системы автоматического проектирования (САПР) изделий, технологии и оборудования, проектирования инструмента и групповой переналаживаемой оснастки. Развитие и практическая реализация идей адаптации в программных и технических средствах позволяют достигать «безлюдного» режима работы на технологических участках, линиях и в цехах.
Гибкая производственная система - это система, допускающая иерархическую организацию с комплексно-автоматизированным производственным процессом, работа всех компонентов которой (технологического оборудования, транспортных и складских средств, погрузочно разгрузочных устройств, мест комплектации, средств измерения и контроля и т.п.) координируется как единое целое системой управления, обеспечивающей быстрое изменение программ функционирования элементов при смене объектов производства.
Независимо от физической природы процессов производства ГПС классифицируются по уровням организационной структуры:
- ГПМ - гибкий производственный модуль;
- ГАУ - гибкий автоматизированный участок;
- ГАЦ - гибкий автоматизированный цех;
- ГАЗ - гибкий автоматизированный завод.
На самом низком уровне организационной структуры производства ГПМ определяется как ГПС, состоящая из единицы технологического оборудования, оснащенной автоматизированным устройством программного управления и средствами автоматизации технологического процесса. Она функционирует автономно и осуществляет многократные циклы, применяется для встраивания в ГПС более высокого уровня.
Совокупность взаимодействующих ГПМ, объединенных автоматизированной системой управления, функционирующая по технологическому маршруту, который предусматривает возможность изменения последовательности использования технологического оборудования, образует ГПС вида ГАУ. В ГАУ определяется и реализуется множество операций во времени и определенной логической последовательности. Структура ГАУ допускает включение его в качестве подсистемы ГПС более высокого уровня организации, а также использование в условиях действующего неавтоматизированного производства. На базе ГАУ может быть реализована безлюдная технология. Безлюдный режим функционирования, как правило, не превышает по времени третьей части суток (обычно это ночная смена). При недостаточных уровнях надежности технологического оборудования и степени автоматизации отдельных операций управление ГАУ строится на основе предельного упрощения (сокращения) взаимодействия между отдельными ГПМ. Участие человека (оператора) в ГАУ необходимо для коррекции технологических режимов и диагностики состояния оборудования и систем управления. Операции загрузки и разгрузки, транспортирования, установки, позиционирования и снятия инструмента, загрузки программного обеспечения, пуска и выключения системы управления могут быть полностью автоматизированы.
Совокупность ГАУ, взаимодействие и функционирование которых обеспечивается распределенной системой управления, способных в течение определенного интервала времени выпускать технологически законченные изделия заданной номенклатуры и в установленных объемах, образует ГПС вида ГАП. Объединение ГАП на уровне их систем управления приводит к построению ГПС максимального уровня организации - гибкому автоматизированному заводу (ГАЗ).
При построении ГПС обычно рассматриваются две базовые альтернативные концепции.
Согласно одной из них производство реализуется на основе узкоспециализированного технологического оборудования, обладающего высокими показателями надежности и живучести и имеющего встроенные системы контроля и управления. Использование сравнительно недорогого узкоспециализированного оборудования, оснащенного системами контроля и управления, позволяет изменять конфигурацию ГАУ при изменениях номенклатуры выпускаемых изделий, осуществляя переход от одного вида оборудования к другому.
Иной способ организации ГПС связан с применением многофункционального универсального дорогостоящего оборудования. В этом случае создаются ГАУ с многофункциональными перенастраиваемыми материальными и информационными потоками. Надежность функционирования таких ГАУ может быть обеспечена за счет многофункциональности даже при отказах технологического оборудования в отдельных режимах его использования.

6.3. Автоматизированные системы управления технологическими
процессами и гибкими производственными системами

Управление технологическим процессом представляет собой информационный процесс, обеспечивающий выполнение какого-либо материального процесса.
В наиболее общем случае АСУ ТП представляет собой замкнутую систему (рис. 4.3), обеспечивающую автоматизированный сбор и обработку информации, необходимой для оптимизации управления технологическим объектом в соответствии с принятым критерием, и реализацию управляющих воздействий на технологический объект.
Технологический объект управления (ТОУ) это совокупность технологического оборудования и реализованного на нем по соответствующим алгоритмам и регламентам технологического процесса. В зависимости от уровня АСУ ТП технологическим объектом управления могут быть технологические агрегаты и установки, группы станков, отдельные производства (цехи, участки), реализующие самостоятельный технологический процесс; производственный процесс всего предприятия, если управление им сводится к рациональному выбору и согласованию режимов работы агрегатов, участков и производств. Совместно функционирующие технологический объект управления и управляющая им АСУ ТП образуют ГПС.
Степень достижения поставленных целей в любой системе принято характеризовать с помощью критерия управления. Критерием может быть технико-экономический показатель, например себестоимость - выходного изделия при заданном качестве, производительность технологического объекта управления при заданном качестве выходного изделия, технологические показатели, например параметры технологического процесса, характеристики выходного изделия и т. п.
В управляемом технологическом процессе можно выделить основные потоки информации, характеризуемые следующими группами параметров.
Измеряемые параметры Х = (Х1, Х2, ... ,Хn), к которым относятся измеряемые, но неуправляемые параметры, зависящие от внешних факторов (параметры заготовок, характеристики технологического и вспомогательного оборудования, инструмента, оснастки и др.); выходные параметры, характеризующие качество выпускаемых изделий; выходные параметры, по которым непосредственно или путем вычислений определяют эффективность производственного процесса (производительность, экономичность и др.) или ограничения, наложенные на условия его протекания.
Управляемые параметры У = (У1, У2, ... ,Уm) которые могут изменяться соответствующими исполнительными механизмами, уставками регуляторов и т. п.
Неизмеряемые и неуправляемые параметры f = (f1, f2, ... ,fk) изменяющиеся со временем характеристики технологического оборудования, характеристики сырья, износ инструмента, отказ оборудования и др. Наличие подобных случайных факторов, воздействующих на объект управления, может значительно влиять на управляемую величину у и придают стохастический характер потокам требований на обслуживание.
На вход управляющего вычислительного комплекса (УВК) от датчиков (термопар, индуктивных датчиков, счетчиков готовой продукции и др.) поступает измерительная информация о текущих значениях параметров Х, характеризующих ход технологического процесса (состояние и параметры заготовок, качество обработанных деталей, их количество и др.). УВК обрабатывает эту информацию в соответствии с принятым законом управления (алгоритмом управления), определяет управляющие воздействия U = (U1, U2, ..., Um), которые необходимо приложить к исполнительным механизмам для изменения управляемых параметров У, с тем чтобы управляемый процесс протекал оптимальным образом.
Многие измерительные датчики вырабатывают свои сигналы в виде напряжения, силы тока, сопротивления, угла поворота и т.п., т.е. в форме непрерывного (аналогового) сигнала. Подводимые к исполнительным механизмам управляющие воздействия и должны вырабатываться в форме напряжений, т.е. также в аналоговой форме.
Так как УВК оперирует с цифровыми (дискретными) величинами, то поступающие на ее вход величины х должны предварительно быть преобразованы в цифровую форму, а вырабатываемые УВК величины управляющих воздействий из цифровой формы в аналоговую, т.е. в соответствующие напряжения. Некоторые входные сигналы (например, выдаваемые конечными выключателями, фотореле и др.) и некоторые выходные управляющие сигналы (например, включение двигателей, сигнальные транспаранты и др.) имеют релейный характер.
Таким образом, в УВК должны входить преобразователи непрерывных величин в цифровые и обратно. С целью уменьшения объема оборудования преобразователи непрерывных величин в цифровые и обратно обычно выполняют многоканальными. Посредством коммутатора преобразователь поочередно подключается к каждому датчику и осуществляет преобразование соответствующей аналоговой величины в цифровую форму, после чего полученный в результате преобразования цифровой код вводится в память УВК.








































Важным признаком АСУ ТП является осуществление управления в темпе протекания технологического процесса, т.е. в реальном масштабе времени. Понятие реального масштаба времени можно определить следующим образом. Если передача информации из исходного пункта в ЭВМ и ее обработка осуществляются во время работы машины, занятой решением другой задачи, и возвращение результатов в исходный пункт производится в минимально короткие сроки по тем же каналам без ощутимого перевеса в решении предыдущей задачи, то говорят, что этот процесс протекает в реальном времени. Более коротко можно сказать, что обработка информации идет в реальном времени, если время на запросы, обычно произвольное, ограничивается внешними условиями. Под внешними условиями понимают занятость передающих устройств и ЭВМ решением других задач, важность и срочность которых определяется соответствующей системой приоритетов.
В системе, функционирующей в реальном масштабе времени, информация, приходящая извне, либо воспринимается и обрабатывается на ЭВМ непосредственно в момент ее поступления, если ЭВМ не загружена работой или приоритет запроса самый высокий, либо фиксируется и поступает в обработку в зависимости от приоритета запрашиваемого абонента. В системе обработки информации в реальном масштабе времени для каждой такой задачи устанавливается реально необходимый промежуток времени, в течение которого соответствующий запрос должен быть обязательно выполнен. В зависимости от уровня запрашиваемого абонента в структуре технических средств и важности самого запроса при одинаковом уровне двух или большего числа абонентов устанавливаются приоритеты запросов абонентов. Указанной системой приоритетов определяется дисциплина очереди при решении любых задач управления.
Автоматическое распределение машинного времени открыло новые пути использования ЭВМ; позволяет абоненту вести непрерывный диалог с машиной; дает возможность нескольким абонентам «беседовать» друг с другом при посредничестве ЭВМ, использующей большой запас сведений, хранящихся в ее памяти, и высокую степень выполнения арифметических и логических операций.
Реализация целей в конкретных АСУ ТП достигается выполнением в них определенной последовательности операций и вычислительных процедур, в значительной степени типовых по своему составу и потому объединяемых в комплекс типовых функций АСУ ТП.
Функции АСУ ТП подразделяют на управляющие, информационные и вспомогательные управляющие. Это функции, результатом которых является выработка и реализация управляющих воздействий на технологический объект управления. К управляющим функциям АСУ ТП относят регулирование (стабилизацию) отдельных технологических переменных, логическое управление операциями или аппаратами, программное логическое управление группой оборудования, оптимальное управление установившимися или переходными режимами или отдельными стадиями процесса, адаптивное управление объектов в целом, например управление участком станков с ЧПУ, оперативная коррекция суточных и сменных плановых заданий и др.
Информационные функции АСУ ТП это функции системы, содержанием которых является сбор, обработка и представление информации для последующей обработки. К информационным функциям АСУ ТП относят централизованный контроль и измерение технологических параметров, косвенное измерение, вычисление параметров процесса (технико-экономических, внутренних переменных), формирование и выдача текущих и обобщающих технологических и экономических показателей оперативному персоналу АСУ ТП, подготовка и передача информации в смежные системы управления, обобщенная оценка и проверка состояния ГПС и его оборудования.
Вспомогательные функции состоят в обеспечении контроля за состоянием функционирования технических и программных средств системы.
АСУ ТП как компонент общей системы управления промышленным предприятием предназначена для целенаправленного ведения технологических процессов и обеспечения смежных и вышестоящих систем управления оперативной и достоверной технико-экономической информацией. АСУ ТП, созданные для объектов основного и вспомогательного производства, представляют низовой уровень АСУП.


ТЕМА 7. ПОДСИСТЕМЫ И СТРУКТУРЫ АСУ ТП

7.1 Подсистемы АСУ ТП

Несмотря на все многообразие типов и структур построения все АСУ ТП должны с большей или меньшей полнотой выполнять следующие функции:
Получение первичной информации о состоянии объекта управления;
Обработку полученных данных, их хранение и регистрацию, а также формирование и отображение информационной модели объекта управления.
Обработку полученных команд управления и запуск программ работы исполнительных органов.
Обобщенная структурная схема АСУ ТП тогда будет иметь вид, представленный на рис. 7.1.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415

По типовым задачам управления в АСУТП применяются следующие подсистемы:
АСУТП, обеспечивающие стабилизацию (поддержание) заданного рационального или оптимального технологического режима, т.е. таких технологических параметров, на которые действующие возмущения оказывают существенное влияние. Например: системы стабилизации скорости резания при торцовой обработке деталей больших диаметров на металлорежущих станках; системы стабилизации скорости шлифования при уменьшении диаметра шлифовального круга и т.п.
АСУТП, отрабатывающее с установленной точностью заданное или непрерывно задаваемое (оптимальное) изменение технологического процесса. Такие системы программного или следящего управления применяются в роботах-манипуляторах, станках с ЧПУ, лифтовых подъемниках и т.д.
АСУТП, самостоятельно (автоматически) выбирающие наилучший по какому-либо признаку технологический режим и обеспечивающие его поддержание либо автоматически выбирающие наилучшую траекторию перемещения рабочего органа и обеспечивающие его отработку с установленной точностью.

7.2 Анализ одно- и двухуровневых структур в АСУ ТП

Наиболее распространены две структуры нижних звеньев АСУ ТП:
одноуровневая структура;
двухуровневая структура.
Одноуровневая структура включает в себя управляющую вычислительную машину (УВМ) и исполнительные органы, которых может быть несколько (рис. 7.2). ЭВМ получает информацию от объектов управления, обрабатывает её и выдаёт управляющие воздействие в соответствии с целями управления. Современные вычислительные средства обладают высоким быстродействием, одна машина может обеспечивать управление большим количеством объектов. Очевидно, что данная структура должна соответствовать высоким требованиям по надёжности, так как выход ЭВМ из строя приводит к НЕМЕДЛЕННОМУ отказу системы управления.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Двухуровневая структура управления (рис. 7.3) имеет одну управляющую ЭВМ и несколько автоматических регуляторов, реализующих управление своими объектами. Информация о параметрах объекта управления поступает на ЭВМ и обрабатывается. Результаты обработки в виде установок выдаются на АР, которые управляют объектами в соответствии с полученной программой.
13 SHAPE \* MERGEFORMAT 1415
Очевидно, что в такой системе отказ управляющей ЭВМ не приводит к немедленному выходу из строя системы, так как некоторое время АР будут поддерживать систему в состоянии, соответствующему последним полученным установкам.

7.3 Системы дистанционного управления.

Управление на расстоянии осуществляется с помощью систем дистанционного управления (СДУ). При этом все СДУ принято делить на два принципиально различных типа:
системы прямого управления;
системы телеуправления.
Системы прямого управления представляют собой первый опыт в организации дистанционного управления и устроены очень просто: на пункте управления имеются органы управления всеми подчиненными системами, связанные линиями связи с исполнительными органами и датчиками. При необходимости выполнить управляющее воздействие оператор включает необходимый тумблер и подает управляющий сигнал на исполнительный орган. Системы прямого управления широко применяются в простейших системах, например в отечественных автомобилях – газ, тормоз, запуск ходового двигателя, рулевое управление – все это системы прямого управления. Например, при необходимости включить фары водитель включает необходимый тумблер, включается реле света, на лампочки фар подается напряжение, фары загораются. Здесь наблюдается типичный цикл прямого дистанционного управления: задействование исполнительного органа (включателя света фар), который по прямой лини связи (проводу) подает управляющий сигнал на исполнительный орган (реле света фар), которое воздействует на объект управления (лампочки фар) методом подачи питания и изменяет его состояние (из выключенного включает).
Величины используемой энергии и прямая зависимость числа линий связи от числа объектов управления сильно ограничивают область применения систем прямого управления.
Системы телеуправления характеризуются тем, что выполняемые ими команды передаются в виде управляющий информации, преобразуемой на объекте управления в управляющие воздействия.
При управлении всегда имеется по крайней мере два объекта: объект управления и управляющий объект. При этом зачастую они могут находиться на значительном расстоянии друг от друга. Тогда в общем случае структура управления на расстоянии будет включать в себя три объекта:
управляющий объект;
канал передачи данных;
объект управления.
В составе управляющего объекта можно выделить следующие подсистемы:
1. Терминальные устройства, предназначенные для выдачи информации о состоянии объекта управления в виде, удобном для восприятия оператором.
2. Лицо, принимающее решение – оператор, имеет дело с информационной моделью объекта управления, представленной на терминальных устройствах.
3. Информационная модель – это множество сигналов, несущих оператору информацию об объекте управления и организованных в соответствии с определенной системой правил.
4. ЭВМ – для обработки, накопления и хранения информации о состоянии объекта управления, внешней среды и самой системы управления, хранения алгоритмов (программ) управления ОУ, выдачи информации на терминальные устройства и команд на объект управления.
5. Аппаратуру передачи данных – для приема (передачи) информации из канала передачи данных, приведения ее в формат ЭВМ, исправления ошибок, имитозащиты и т.д. (как правило, содержит кодер, декодер, модем, устройства имитозащиты и исправления ошибок).

Канал передачи данных включает в себя:
Передающее устройство – для передачи информации в физический канал связи.
Физический канал связи (провод, оптико – волоконный кабель, электромагнитное поле Земли и т.д.).
Приемное устройство - для приема информации из физического канала связи.

Объект управления включает в себя:
Аппаратуру передачи данных.
ЭВМ.
Устройство ввода – вывода – для приведения управляющих воздействий, выдаваемых с ЭВМ в вид, воспринимаемый исполнительными органами, и аналоговой информации, получаемой с датчиков, в цифровой вид для выдачи в ЭВМ.
Датчиков – для снятия информации о состоянии объекта управления и внешней среды.
Исполнительные устройства предназначены для преобразования управляющего сигнала в физическое воздействие на объект управления с целью приведения его в требуемое состояние.

7.4 Схема управления на расстоянии.
Схема управления на расстоянии представлена на рисунке 7.4.



























































Из рассмотренного следует, что как управляющая, так и осведомляющая информация претерпевает многократные изменения. Информация о состоянии объекта управления в принципе может быть получена на любом е преобразования, для специалиста важно уметь расшифровать ее.

7.5 Особенности функционирования ЭВМ, включенных в контур управления

Требования, предъявляемые к ЭВМ при использовании ее в составе АСУ и при использовании ее в вычислительном центре, существенно отличаются. При использовании ЭВМ на вычислительном центре решаемые задачи весьма разнообразны и обычно неизвестны заранее. Объем работы вычислительного центра, как правило, лимитируется производительностью машин, организацией прохождения работ и обслуживания программистов. Наиболее экономичны в этом случае технические решения, обеспечивающие минимальную удельную стоимость решения задач.
ЭВМ, специально предназначенные для контроля и управления технологическими процессами, называют управляющими вычислительными машинами (УВМ). УВМ представляют собой цифровые вычислительные устройства, составляющие часть автоматизированной или автоматической системы управления, включающие в себя устройства связи с объектом и предназначенные для приема информации от измерительных устройств, местных (локальных) автоматизированных систем, устройств защиты и блокировки, а также других источников информации; переработки информации по программе, определяемой заданным алгоритмом управления в реальном масштабе времени; выдачи результатов обработки информации оператору на исполнительные устройства я в другие системы управления.
В АСУ ТП устройства связи УВМ с датчиками и исполнительными органами чаще всего составляют большую часть электронного оборудования, иногда в несколько раз превосходящую оборудование УВМ. Номенклатура этих устройств, включающих все необходимые средства преобразования, коммутации, согласования, достаточно велика, а число их в каждой АСУ ТП различно. Поэтому в состав УВК входят унифицированные схемно-конструктивные исполнения в виде агрегатных модулей.
Для работы в качестве центральной части АСУ любая УВМ должна иметь универсальную структуру и обладать некоторыми дополнительными техническими особенностями, связанными с автоматическим приемок и обработкой информации, поступающей в процессе управления и выдачи управляющих воздействий непосредственно на исполнительные устройства объекта управления или оператору. В состав УВМ должны входить устройства, обеспечивающие ее непосредственную связь с управляемым технологическим процессом, а также связь оператора с УВМ и технологическим оборудованием для наблюдения за протеканием производственных процессов и при необходимости для вмешательства в процесс управления
УВМ работает с большим числом источников и потребителей информации, каждый из которых работает, как правило, асинхронно, т. е. информация от объектов управления и запросы на обслуживание поступают в произвольные моменты времени. Асинхронность поступления заявок приводит к тому, что в условиях ограниченного ресурса УВМ формируется очередь на обслуживание.
Так как УВК работает в реальном масштабе времени, а информация в системе имеет различную ценность и достоверность, обслуживание заявок УВМ является приоритетным. Высший приоритет дается заявкам, которые должны быть отработаны не позднее чем за определенный интервал времени во избежание потери информации или аварии.
С целью приоритетного обслуживания заявок в УВМ организуется система прерываний, под которой следует понимать совокупность аппаратных и программных средств, обеспечивающих переключение процессора с выполняемой программы на другую, имеющую более высокий приоритет, при этом сохраняется возможность возврата к прерванной программе. Прерывание может быть организовано как по внешним признакам, формируемым оператором или машиной, так и по внутренним признакам, большинство из которых формируется в результате контроля неисправности системы управления.

Любой алгоритм, предназначенный для использования в системе управления, должен разрабатываться с учетом того, что управляющие сигналы от УВМ должны поступать не только в нужное место, но и в ограниченные отрезки времени, определяемые скоростью протекания управляемого процесса. УВМ Должна работать в темпе, задаваемом измеряемыми физическими параметрами, характеризующими производственный или технологический процесс, и органами управления, с которыми она связана и с которыми непрерывно взаимодействует, т. е. УВМ должна работать в реальном масштабе времени. Реальное время в УВМ учитывается таймером.
Обычно УВМ обслуживает одновременно много пользователей и решает много задач: регистрирует поступающую от многочисленных датчиков измерительную информацию и обрабатывает ее по соответствующим программам; выдает управляющие сигналы на различные исполнительные устройства; решает экономические и-бухгалтерские задачи и т. п. Такой режим работы называют режимом разделения времени. Для его организации УВМ должна иметь достаточно большие объемы памяти и большое быстродействие. Режим разделения времени выгоден экономически, так как в этом случае резко повышается эффективность использования УВМ за счет обеспечения более полной ее загрузки и лучшего использования ресурсов.
Разделение машинного времени в УВМ осуществляется программно; при этом одни и те же устройства системы предоставляются всем пользователям в соответствии с установленным приоритетом. В этом случае за счет быстрого решения задач по запросам пользователей у них создается впечатление, что они могут работать с ЭВМ одновременно.
Для реализации программного разделения времени в УВМ должна быть предусмотрена возможность при необходимости прерывания текущей программы. При поступлении срочного запроса (указания оператора, сигналов от датчиков или выработанных самой УВМ) машина временно прерывает работу, запоминая место текущей программы, где произошло прерывание, и переходит к выполнению другой программы, соответствующей срочному запросу. После того как запрашиваемая программа выполнена и других заявок нет, УВМ возвращается к прерванной текущей программе. Технические средства УВМ, работающей в режиме разделения времени, должны обеспечивать одновременное хранение в памяти нескольких программ; допускать параллельную работу процессора и внешних устройств; организацию прерывания программ, а ее программное обеспечение планировать порядок выполнения задач; распределять ресурсы УВМ; производить защиту памяти от несанкционированного вмешательства одной задачи в другую при их параллельной работе и выполнять некоторые другие функции.
Требования, предъявляемые к УВМ, работающей в контуре управления, по надежности определяются необходимой надежностью системы в целом, исходя из цены отказа того или иного компонента АСУ.

7.6 Схемы включения ЭВМ в АСУ ТП

В зависимости от роли человека в процессе управления, форм связи и функционирования звена «человекмашина», распределения информационных и управляющих функций между оператором и ЭВМ, между ЭВМ и средствами контроля и управления все системы можно разделить на два класса.
Информационные системы, обеспечивающие сбор и выдачу в удобном для обозрения виде измерительную информацию о ходе технологического или производственного процесса. В результате соответствующих расчетов определяют, какие управляющие воз действия следует произвести, чтобы управляемый процесс протекал наилучшим образом. Выработанная управляющая информация служит рекомендацией оператору, причем основная роль принадлежит человеку, а машина играет вспомогательную роль, выдавая для него необходимую информацию.
Управляющие системы, которые обеспечивают наряду со сбором информации выдачу непосредственно команд исполнителям или исполнительным механизмам. Управляющие системы работают обычно в реальном масштабе времени, т.е. в темпе технологических или производственных операций. В управляющих системах важнейшая роль принадлежит машине, а человек контролирует и решает наиболее сложные вопросы, которые по тем или иным причинам не могут решить вычислительные средства системы.

7.6.1.Схема включения ЭВМ в режиме «советчика»

Цель такой схемы включения ЭВМ получение оператором информации с высокой достоверностью для эффективного принятия решений. Характерной особенностью для схем включения ЭВМ в режиме «советчика» является работа ЭВМ в разомкнутой схеме управления. Причем возможны схемы включения ЭВМ в режиме «советчика» различного уровня: от простых, в которых данные о состоянии производственного процесса собирают вручную, до встроенных диалоговых систем высокого уровня.
Схемы включения ЭВМ в режиме «советчика» должны, с одной стороны, представлять отчеты о нормальном ходе производственного процесса и, с другой стороны, информацию о ситуациях, вызванных любыми отклонениями от нормального процесса.
Различают два вида схем включения ЭВМ в режиме «советчика»: информационно-справочные (пассивные), которые поставляют информацию оператору после его связи с системой по соответствующему запросу; информационно-советующие (активные), которые сами выдают абоненту предназначенную для него информацию периодически или через определенные промежутки времени.
В информационно-справочных системах (рис. 7.5) ЭВМ необходима только для сбора и обработки информации об управляемом объекте. На основе информации, переработанной ЭВМ и представленной в удобной для восприятия форме, оператор принимает решения относительно способа управления объектом.




































Параметры технологических процессов, измеренные датчиками, преобразуются в' цифровую форму устройствами сопряжения и вводятся в ЭВМ. После обработки в ЭВМ оперативная информация о ходе протекания технологического процесса поступает на устройства отображения технологических параметров (статистическая информация, предназначенная для регистрации), а вычисленные экономические и технологические показатели печатаются в виде отчетов. Данные, которые в дальнейшем могут быть использованы в вычислениях, обычно фиксируются в памяти ЭВМ или на ма-' шинных носителях.
Системы сбора и обработки данных выполняют в основном те же функции, что и системы централизованного контроля и являются более высокой ступенью их организации. Отличия носят преимущественно качественный характер.
ЭВМ представляет широкие возможности для математической обработки данных (сравнение текущих значений параметров с их максимально и минимально доступными значениями, прогнозирование характера изменения контролируемых параметров). На основе прогноза оператор имеет возможность так воздействовать на технологический процесс, чтобы не допустить существенного изменения параметров.
В математическое обеспечение ЭВМ входят библиотека рабочих программ, каждая из которых выполняет одну или несколько функций централизованного контроля, и программа-диспетчер. Программа-диспетчер по заранее определенному порядку или в зависимости от текущих значений технологических параметров выбирает для выполнения ту или иную рабочую программу.
Порядок выполнения рабочих программ может быть нарушен сигналом прерывания, который воспринимается и отрабатывается специальной подпрограммой программы-диспетчера. Сигнал прерывания может поступить от датчиков, установленных на технологическом оборудовании (аварийные остановки оборудования, резкое изменение состояния объекта управления), а также от оператора. Общение между оператором и ЭВМ ведется в режиме «запросответ».
Системы сбора и обработки информации используют при управлении технологическими и производственными процессами, чаще всего в случаях, когда имеет место сложность процесса, не позволяющая удовлетворительно описать его функционирование математической моделью, формально поставить и решить задачу управления.
В информационно-советующих системах наряду со сбором и обработкой информации выполняются следующие функции: определение рационального технологического режима функционирования по отдельным технологическим параметрам процесса; определение .управляющих воздействий по всем или отдельным управляемым параметрам процесса; определение значений (величин) установок локальных регуляторов. , Данные о технологических режимах и управляющих воздействиях поступают через средства отображения информации в форме рекомендаций оператору. Принятие решения оператором основывается на собственном понимании хода технологического процесса и опыта управления им. Схема системы советчика совпадает со схемой системы сбора и обработки информации.
Способы организации функционирования информационно-советующей системы следующие: вычисление управляющих воздействий производится при отклонениях параметров управляемого процесса от заданных технологических режимов, которые инициируются программой-диспетчером, содержащей подпрограмму анализа состояния управляемого процесса; вычисление управляющих воздействий инициируется оператором в форме запроса, когда оператор имеет возможность ввести необходимые для расчета дополнительные данные, которые невозможно получить путем измерения параметров управляемого процесса или содержать в системе как справочные.
Эти системы применяют в тех случаях, когда требуется осторожный подход к решениям, выработанным формальными методами. Это связано с неопределенностью в математическом описании управляемого процесса: математическая модель недостаточно полно описывает технологический (производственный) процесс, так как учитывает лишь часть управляющих и управляемых параметров; математическая модель адекватна управляемому процессу лишь в узком интервале технологических параметров; критерии управления носят качественный Характер и существенно изменяются в зависимости от большого числа внешних факторов.
Неопределенность описания может быть связана с недостаточной изученностью технологического процесса или реализация адекватной модели потребует применения дорогостоящей ЭВМ.
При большом разнообразии и объеме дополнительных данных общение оператора с ЭВМ строится в форме диалога. Например, в алгоритм вычисления технологического режима включаются альтернативные точки, после которых процесс вычисления Может продолжаться по одному из нескольких альтернативных вариантов. Если логика алгоритма приводит процесс вычисления к определенной точке, то расчет прерывается и оператору посылается запрос о сообщении дополнительной информации, на основе которой выбирается один из альтернативных путей продолжения расчета. ЭВМ играет в данном случае пассивную роль, связанную с обработкой большого количества информации и ее представлением в компактном виде, а функция принятия решений возлагается на оператора.
Промежуточным классом между информационной и управляющей системами можно считать информационно-управляющую систему, которая предоставляет оператору достоверную информацию о прошлом, настоящем и будущем состоянии' производства для эффективного выполнения своих функций в нужное время ив требуемой форме. Следовательно, кроме программ сбора и обработки производственной информации необходима реализация ряда дополнительных программ статистки, прогнозирования, моделирования, планирования и др.

7.6.2. Управляющие системы

Адаптация к изменяющимся условиям управляемого процесса осуществляется за счет опробования различных вариантов не на самом процессе, а на его математической модели, хранящейся в памяти ЭВМ. Математическая модель позволяет с помощью ЭВМ получить достаточно полную картину процесса в целом. Разработка модели процесса требует значительных усилий, однако на основе модели можно выполнить расчеты, необходимые для определения управляющих воздействий. Без всестороннего понимания существа процесса и без его описания оптимальное управление невозможно.
Модель процесса, алгоритмы управления, измерения входных н выходных параметров и элементы управления в комбинации с техническими средствами АСУ образуют «строительные блоки» современных систем управления технологическими процессами.
По мере усложнения процессов даже самый квалифицированный оператор перестает справляться с задачами управления. Другой недостаток управления, осуществляемого» человеком - оператором, заключается в его неспособности обеспечить непрерывность управляющего воздействия. Кроме того, при нескольких контурах управления оператор должен принимать решение по управлению к воздействию их между собой.
Управляющая система осуществляет функции управления по определенным программам, заранее предусматривающим действия, которые должны быть предприняты в той или иной производственной ситуации. За человеком остается общий контроль и вмешательство в тех случаях, когда возникают непредвиденные алгоритмами управления обстоятельства. Управляющие системы имеют несколько разновидностей.
1. Схема непрямого цифрового управления (супервизорная система управления). АСУ, функционирующая в режиме супервизорного управления (супервизор управляющая программа или комплекс программ), предназначена для организации многопрограммного режима работы ЭВМ и представляет собой двухуровневую иерархическую систему, обладающую широкими возможностями и повышенной надежностью.





























Управляющая программа определяет очередность выполнения программ и подпрограмм и руководит загрузкой устройств ЭВМ.
В супервизорной системе управления (рис. 7.6) часть параметров управляемого процесса и логико-командного управления управляется локальными автоматическими регуляторами АР, а ЭВМ, обрабатывая измерительную информацию, рассчитывает и устанавливает оптимальные настройки этих регуляторов. Входной информацией контролируемые параметры состояния управляемого процесса, измеряемые датчиками Д.
Нижний уровень, непосредственно связанный с технологическим процессом, образует локальные регуляторы отдельных технологических, параметров.
По данным, поступающим от датчиков Д через устройство связи с объектом, ЭВМ вырабатывает значения установок в виде сигналов, поступающих непосредственно на входы систем автоматического регулирования.
Основная задача супервизорного управления автоматическое поддержание управляемого процесса вблизи оптимальной рабочей точки. Кроме того, оператор с пульта управления имеет возможность вводить дополнительную информацию (коррекция установок, параметров алгоритмов регулирования, уточнение критерия управления в зависимости от внешних факторов и др.). Супервизорный режим позволяет не только автоматически контролировать процесс, но и автоматически управлять им вблизи оптимальной рабочей точки. Функции оператора сводятся к наблюдению за технологическим процессом и в случае необходимости к корректировке цели управления и ограничений на переменные. При подобном построении системы управлений повышается надежность системы, так как ее работоспособность сохраняется и при отказах в работе ЭВМ, в то же время появляется практическая возможность реализации более эффективных алгоритмов оптимизации, требующих большого объема вычислений.



2. Схемы прямого цифрового управления.
ЭВМ непосредственно вырабатывает оптимальные управляющие воздействия и с помощью соответствующих преобразователей передает команды управления на исполнительные механизмы (рис. 7.7). Режим непосредственного цифрового управления позволяет исключить локальные регуляторы с задаваемой установкой; применять более эффективные принципы регулирования и управления и выбирать их оптимальный вариант; реализовать оптимизирующие функции и адаптацию к изменению внешней среды и переменным параметрам объекта управления; снизить расходы на техническое обслуживание и унифицировать средства контроля и управления. Этот принцип управления применяют в станках с ЧПУ.
Оператор имеет ограниченную возможность изменять установки, контролировать выходные параметры процесса, варьировать диапазоны допустимого изменения переменных, изменять параметры настройки, - только в пределах запуска – остановки или смены соответствующей управляющей программы.

























Основной недостаток подобных схем включения ЭВМ заключается в том, что надежность всего комплекса определяется надежностью устройств связи с объектом и ЭВМ, и при выходе из строя ЭВМ объект теряет управление, что приводит к аварии. Выходом на этого положения является организация резервирования ЭВМ, замена одной ЭВМ системой машин и др.


7.7. Структурная организация УВМ

Расширение сферы применения ЭВМ и в особенности использования ее в АСУ ТП (для обработки информации в области управления, планирования, учета и т. п.) привели к включению в состав машины большого комплекса разнообразных периферийных (внешних) устройств для ввода информации, ее запоминания, и хранения, регистрации и отображения. Конкретные условия применения предъявляют различные требования в отношении состава периферийных устройств, а также объемов оперативной и внешней памяти, числа каналов прерывания и т. п.
Это привело к тому, что при создании вычислительной техники концепцию «вычислительные машины с фиксированным составом оборудования», где главное место занимало само устройство обработки информации, сменила концепция «агрегатированной вычислительной системы с переменным составом оборудования», который определяется функциями, выполняемыми системой. При таком подходе отдельные функциональные устройства выполняют в виде агрегатов, которые в нужной номенклатуре и количестве объединяют в вычислительную систему.
Сложность современных вычислительных систем привела к понятию «архитектура вычислительной системы» (или логическая организация системы), охватывающей комплекс вопросов ее построения, существенных в первую очередь для потребителя, интересующегося главным образом возможностями системы, а не деталями ее технического использования.
Существенное место в агрегатированных вычислительных системах занимают специальные устройства – унифицированные каналы обмена информацией, допускающие подключения в нужном количестве периферийных устройств. Заложенный агрегатный принцип в УВМ позволяет компоновать путем проектирования достаточно гибкую по структуре и функциональным возможностям УВМ, удовлетворяющую требованиям потребителя, изменять систему в процессе ее эксплуатации при расширении или изменении решаемых задач, модернизировать систему.

Для реализация информационных я управляющих функций в АСУ ТП в УВМ должны входить: процессор – устройство, выполняющее заданные программой преобразования информации и осуществляющее управление всем вычислительным процессом н взаимодействием агрегатов вычислительной системы; наращиваемые постоянные и оперативные запоминающие устройства для хранения информации, программ управления и т. п.; возможность работы с накопителями большой емкости и обмена с УВМ других классов; набор агрегатных модулей с развитой системой ввода-вывода; развитая система приоритетного прерывания программ, позволяющая совмещать выполнение операций ввода-вывода со счетом; счетчик реального времени (таймер); развитая система аппаратно-программного контроля; развитая система команд, обеспечивающая удобство в программировании; аппаратно-программные средства для выполнения арифметических операций с относительно высокой точностью и высокой производительностью по выполнению операций ввода-вывода и логических операций.
На рис. 7.8 изображена общая структурная схема системы связи УВМ с объектом управления. Всю номенклатуру агрегатных модулей УВМ условно можно разделить на следующие группы: агрегатные модули для компоновки управляющего вычислительного комплекса (УВК); агрегатные модули для связи с объектом управления; устройства ввода-вывода и внешней памяти.
Под вычислительным комплексом понимают группу соединенных между собой агрегатных модулей, которая выполняет по программе прием, арифметическую и логическую обработку, хранение и выдачу информации. Вычислительный комплекс является обязательной составной частью любой вычислительной системы.
Обмен информацией между отдельными устройствами УВК осуществляется посредством интерфейсов. Интерфейсы системы связи рассчитаны на выполнение по командам обмена данными между устройствами в цифровой форме и содержат для этого необходимый состав цепей.
Под интерфейсом понимают совокупность унифицированных аппаратных, программных и конструктивных средств, необходимых для реализации алгоритма взаимодействия различных функциональных блоков в автоматизированных системах обработки информации и управления, при условиях, предписанных стандартом и направленных на обеспечение информационной, электрической и конструктивной совместимости указанных блоков.

Рис. 7.8. Общая структура системы связи УВМ с объектом управления

В систему связи УВМ с объектом управления входят два интерфейса: стандартный В ввода-вывода и внутренний П, обслуживающий процессор УВМ. Управление работой интерфейса В, к которому подсоединены все устройства связи УВМ с объектом управления, осуществляет канал ввода-вывода. Интерфейс П обеспечивает обмен информацией между процессором, оперативной памятью и каналом ввода-вывода.
К интерфейсу П подсоединены блок внешних прерываний процессора по сигналам от датчиков АСУ ТП и таймер, формирующий сигналы для организации циклов обработки информация и управления объектом.










13PAGE 15


13 PAGE \* MERGEFORMAT 144615


13PAGE 15


13PAGE 145315



Руководитель

Рис. 2.1. Линейная структура управления

Подразделение




Подразделение


Подразделение

Руководитель





Структура производственного процесса

Программное и адаптивное управление


Управление транспортом

Управление
по сложившейся ситуации

Управление
технологическим
оборудованием





Информационно-поисковая система управления



Программное
управление

Измерение,
Контроль и управление
физическими параметрами


Управление складом

Управление технологическими процессами

Управление
вспомогательным
оборудованием



Схема логики


УЗС


БП


КНК

Рис. 2.2 Схема подсистемы аварийной защиты энергоблока ЯЭУ


УЗС


БП

Рис.2.1. Структура АИТ

Потоки материальных, энергетических и других ресурсов


Объект управления

АИС экономического объекта

Экономический объект (система)

Информационные потоки (внешние информационные связи)

Информационные потоки (внутрисистемные информационные связи)

Аппарат управления и реализуемые им функции

Передача данных

Сбор и регистрация данных

Подготовка входных массивов

Обработка данных

Формирование результатной информации

Накопление и хранение данных

АИТ



Правовое

Эргономическое

Программное

Организационное

Математическое

Техническое

Лингвистическое

Информационное

Технологическое обеспечение
е
х
н
о
л
о
г
и
ч
е
с
к
о
е


Внешняя среда


КНК

Рис. 2.1 Схема канала аварийной защиты энергоблока ЯЭУ

Устройство защиты по скорости нарастания мощности (УЗС)


Блок питания (БП)

Камера нейтронная компенсирующая (КНК)

Введение новых исходных данных

Решение выработано

Вариант вычислений

Человек, принимающий решения

Система поддержки принятия решений

Аппаратная и программная части АТП

Персонал организации или другая информационная система

Обратная связь

Вывод информации

Обработка информации

Ввод
информации



13 EMBED Word.Picture.8 1415

Подразделение

Подразделение




Подразделение


Рис. 2.2. Функциональная структура управления

Заместитель

Заместитель

Заместитель



Руководитель

Подразделение

Подразделение




Подразделение


Рис. 2.3. Линейно-функциональная структура

Управление (администрация)

Информационное обеспечение

Техническая подготовка производства

Организационное обеспечение

Техническое обеспечение

Программное обеспечение

Математическое обеспечение



Производственный процесс

К АСУ
верхнего уровня


ИВЦ

Технико – экономическое планирование

Материально–техническое снабжение

Оперативное управление

Бухгалтерский
учет

Обеспечивающие подсистемы














Функциональные подсистемы

Рис. 4.1. Структурная схема состава АСУП


Рис. 7.2 Одноуровневая структура в АСУ ТП

Объект управления

Исполнительные
устройства

Автоматизированная система контроля

ЭВМ

Терминальные устройства

Рис. 7.1 Обобщенная структурная схема АСУ ТП

13 EMBED Equation.3 1415 13 EMBED Equation.3 141513 EMBED Equation.3 1415



f1 f2 fn

У1 Х1
ИМ1 Д1

У2 Х2
ИМ2 ОБЪЕКТ Д2
УПРАВЛЕНИЯ

Уn Хn
ИМ Дn

U1 U2 Un




Д1 Д n

Коммутатор

Коммутатор

Преобразователь 1

Преобразователь 2

Таймер Коммутатор

Устройство прерывания

Процессор





Рис. 4.3. Информационная структура системы управления технологическими процессами:
Преобразователь 1 - преобразователь дискретных сигналов в непрерывные;
Преобразователь 2 - преобразователь непрерывных сигналов в дискретные


УВМ

ИО1

ОУ2

ОУ1

ИО2

ИОi

ОУi





U1

X1

U2

X2

Ui

Xi

Рис. 7.3 Двухуровневая структура в АСУ ТП

УВМ

ИОi

ИО2

ИО1

ОУi

ОУ2

ОУ1

АР1

АР2

АРi





Ui

U1

U2

Х1

Х2

Хi















Управляющий объект

ЛПР

ТУ

Рис. 7.4. Схема управления на расстоянии

ЭВМ

АПД















Канал передачи данных

ПРМ

ПРД

Физический канал

ПРД

ПРМ















Объект управления

АПД

ЭВМ

УВВ

Д

ИО

Подсистемы объекта управления








Оператор

Средства отображения
информации

Средства
управления





Архив

ЭВМ




Устройство
сопряжения




Объект
управления







ИО1

ИО 2

ИОn





Дn

Д2

Д1

Рис. 7.5. Схема включения ЭВМ в режиме «советчика»


Рис 7.6. Структурная схема АСУ ТП с непрямым цифровым
(супервизорным) управлением

ЭВМ


ЛПР - ОПЕРАТОР

УВВ





Технологический (производственный)
процесс

АР 1

ИО 1

Д1

АР n

ИО n

Дn







ЭВМ






ЛПР - оператор





УВВ





Д 1





Д n





ИО n





ИО 1





ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ (ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ)
ПРОЦЕСС








Рис. 7.7. Структурная схема АСУ ТП с прямым цифровым управлением

УВМ



Интерфейс П






Интерфейс В














Процессор

Оперативная память

Модуль прерываний

Канал ввода - вывода

Таймер

Устройство ввода – вывода









Модули ввода аналоговой информации

Модули ввода цифровой информации


Модули вывода аналоговой информации


Модули вывода цифровой информации


Терминальные устройства

...

Технологический (производственный) процесс

Д

Д

Д

Д

ИО

ИО

ИО

ИО



Root EntryЙZZ Заголовок 1 ZZ Заголовок 2\\ Заголовок 3Ў: 15Times New RomanCourier New

Приложенные файлы

  • doc 8829910
    Размер файла: 772 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий