Проектирование информационно-управляющих систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Российской Федерации

Таганрогский государственный радиотехнический университет

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

Ю.И. Рогозов, В.И. Финаев

Таганрог 2002



УДК 62-52(75)

Ю.И.Рогозов, В.И.Финаев. Проектирование информационно-управляющих систем: Учебное пособие. Таганрог: Изд-во ТРТУ, 60. с.

ISBN интегрированный автоматизация проектирование управление

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 552800 «Информатика и вычислительная техника» и направлению 657900 «Автоматизированные технологии и производства». В пособии изложены сведения, особо полезные для студентов, изучающих дисциплины «Теоретические основы построения автоматизированных систем управления», «Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления», «Интегрированные системы проектирования и управления», «Автоматизация технологичекских процессов и производств». В учебном пособии приведены системные методы проектирования информационно-управляющих систем.

Табл. 1. Ил. 14. Библиогр.: 15 назв.

Печатается по решению ред.изд. совета Таганрогского государственного радиотехнического университета.

Рецензенты:

Региональный (областной) центр новых информационных технологий, директор центра, д.т.н., профессор В.М.Курейчик;

А.В. Маргелов, д. т. н., профессор, ведущий научный сотрудник ТНИИС.

Таганрогский государственный радиотехнический университет, 2002 ISBN



Содержание

Введение

1. Основные понятия и определения

1.1 Информационно-управляющие системы, их классификация

1.1.1 Определения

1.1.2 Критерии эффективности

1.1.3 Принципы разработки информационно-управляющих систем

1.1.4 Классификация

1.2 Структура информационно-управляющих систем и ее анализ

1.2.1 Организация подсистем

1.2.2 Координация и централизация

1.2.3 Организационная структура

1.2.4 Эффективные системы управления

1.2.5 Системный анализ, как методологическая основа проектирования

1.2.6 Принципы проектирования структуры органов управления

1.3 Информационный анализ АСУ

2. Методология проектирования информационно-управляющих систем

2.1 Начальные этапы разработки

2.2 Организация разработки информационно-управляющих систем

2.3 Системные спецификации

2.4 Рабочая документация по проектированию

2.4.1 Техническое задание на информационно-управляющую систему

2.4.2 Технический проект на информационно-управляющую систему

2.4.3 Рабочий проект информационно-управляющей системы

3. Функциональные подсистемы АСУ

3.1 Подсистема оперативного планирования и управления основным производством

3.2 Подсистема материально-технического обеспечения

3.3 Подсистема технико-экономического планирования

4. Комплекс технических средств информационно-управляющей системы

4.1 Требования к комплексу технических средств

4.2 Структура КТС

Библиографический список



Введение

Увеличение масштабов и повышение эффективности производства, появление новых предприятий и организаций, перепрофилирование предприятий в условиях рынка сопровождаются ростом сложности процессов управления.

Это обусловлено ростом числа производственных и информационных связей между отдельными предприятиями и учреждениями. Выпускаемые изделия и продукты могут отличаться высокой технологичностью. Производственные системы имеют большое количество элементов, характеризующихся сложной взаимосвязанностью в процессе производственно-хозяйственной деятельности, неопределенностью результатов выполнения многих процессов и т. д. Сложности возникают еще и потому, что в задачи управления предприятиями входят и проектирование, и управление процессами этого изменения и развития. Увеличение объема информации, охватывающей все стороны производства, с ростом самого производства приводит к значительному усложнению задач управления.

Эффективное решение задач управления в подобных условиях немыслимо без привлечения средств вычислительной техники и всевозможных информационно-управляющих систем, в число которых входят автоматизированные системы управления (АСУ).

Задачи создания информационно-управляющих систем являются актуальными и решаются многими предприятиями и организациями.

Информационно-управляющие системы и АСУ создаются для совершенствования управления отраслями и отдельными предприятиями на основе применения математических методов, современных средств вычислительной техники и средств связи для наилучшего использования производственных фондов, увеличения выпуска продукции, снижения ее себестоимости, повышения производительности труда, рентабельности производства и роста прибылей.

Проектирование информационно-управляющих систем требует постановки задачи проектирования в различных аспектах: информационном, техническом, математическом и эргономическом.

Следует отметить, что нет единого подхода к решению подобных задач и не существует специализированного программного продукта, наиболее адаптированного к нуждам конкретных предприятий.

Существующие пакеты прикладных программ для решения комплексных задач управления промышленными предприятиями (например, система SAР R/3) отвечают требованиям универсальности и системности. Эти пакеты изготовлены и распространяются известными фирмами и внедрены (или приняты к внедрению) на многих предприятиях. Однако следует отметить, во-первых, значительную стоимость данных пакетов, а во-вторых, что особенно важно, необходимость достаточно длительного процесса адаптации программного пакета для решения задач предприятия. Предприятие вынуждено перестраивать стиль своей работы к возможностям пакета. Этот последний недостаток обычно скрывается фирмами-производителями прикладных программных пакетов, претендующих на универсальность. Процесс адаптации может быть очень длительным и «болезненным», т.к. всякая промышленная отрасль, предприятия отрасли имеют свои особенности, которые невозможно учесть в «универсальном» прикладном программном продукте.

Поэтому для отрасти, для крупных предприятий целесообразно разрабатывать и внедрять собственные информационно-управлящие системы. В этих системах будут учтены все особенности функционирования отрасли и предприятий. В этом случае процесс адаптации трансформируется в процесс внедрения автоматизированной системы. Разработка информационно-управляющей (автоматизированной) системы начинается с постановки задачи проектирования, решения исследовательских задач.

Решение задачи создания информационно-управляющей системы состоит из многих этапов:

- аналитического исследования функционирования предприятия;

- подготовки технических заданий;

- создания пилот-проекта информационно-управляющей системы;

- внедрения информационно-управляющей системы.

Подобный подход позволяет создать именно такую автоматизированную систему управления предприятием, которая будет полностью соответствовать его назначению, решать комплексно все задачи управления, а само проектирование и внедрение информационно-управляющей системы будет осуществлено с наименьшими затратами.

На начальном этапе, перед написанием технических заданий, проводится аналитическое исследование функционирования предприятия и его подразделений с целью постановки задач проектирования.

В постановку задач проектирования входит разработка модели функционирования предприятия.

Из практики известно, что при исследовании любых сложных объектов с целью дальнейшего построения автоматизированных систем управления необходимо вначале разработать математическую модель. Исследование модели математическими методами позволяет получить рекомендации относительно поведения реального объекта.

Цель моделирования функционирования предприятия и его подразделений многосторонняя. Это получение обоснованного представления о характеристиках объектов исследования, поведении при действии возмущающих и управляющих воздействий, а также при изменении структуры объектов.

Выполнение формализации функционирования предприятия и его подразделений позволяет принять решение о структуре информационно-управляющей системы предприятия.

Постановка задачи, отвечающая цели предприятия, формализация условий функционирования, достаточно полная математическая модель функционирования приведут к такому техническому заданию, в котором будут учтены требования автоматизации не только реального времени, но и перспективного развития.

Дальнейшая реализация пилот-проекта информационно-управляющей системы будет непосредственно связана с выполнением условий технического задания.

Следует сделать вывод, что на начальном этапе проектирования любой автоматизированной системы необходимо поставить цель согласования обобщенной организационной структуры предприятия. Основная задача заключается в поиске такой организационной структуры, которая бы была унифицированной в аспекте проводимых реорганизаций, а также могла бы претендовать на статус стандартной структуры для всей отрасли.

Для внедрения и эксплуатации информационно-управляющих систем необходимо создание современных технических средств сбора, организации передачи и обработки информации, а также специально подготовленных кадров.

В первом разделе учебного пособия приведены основные системные понятия и определения информационно-управляющих систем. Рассмотрена структура автоматизированных систем, особенности информационного анализа.

Во втором разделе рассмотрена методология проектирования информационно-управляющих систем, организация разработки, требования к рабочей документации.

В третьем разделе рассмотрены примеры типовых функциональных подсистем АСУ: подсистема оперативного планирования и управления основным производством; подсистема материально-технического обеспечения; подсистема технико-экономического планирования.

В четвертом разделе изложены требования к комплексу технических средств (КТС) АСУ.



1. Основные понятия и определения

1.1 Информационно-управляющие системы, их классификация

1.1.1 Определения

Под системой обычно понимают множество элементов, находящихся в отношениях и связях друг с другом, которое образует определенную целостность, единство [1 - 3].

Представление о системе связывается с такими понятиями, как элемент, целостность, структура, связь, отношение, подсистема. Понятие «система» предполагает рассмотрение объекта как целого, состоящего из совокупности элементов. Любую систему можно расчленить (не обязательно единственным образом) на конечное число частей, называемых подсистемами. Каждую подсистему, в свою очередь, можно разделить на конечное число более мелких подсистем, вплоть до получения подсистем первого уровня -- так называемых элементов системы.

Под структурой системы понимают относительно устойчивый порядок внутренних пространственных связей между ее отдельными элементами, определяющий функциональное назначение системы и ее взаимодействие с внешней средой [4].

Под целостностью (эмерджетностью) системы понимается принципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств составляющих ее элементов и невыводимость из последних свойств целого (т.е. системы).

Известны три типа связей между элементами: функционально необходимые, сингерические (которые при кооперативных действиях некоторых частей обеспечивают увеличение их общего эффекта до величины, большей суммы эффектов от тех же независимо действующих частей), избыточные (являются излишними или противоречивыми).

Изменение состояния системы влияет на состояние ее выходов. Желаемое состояние выходов называется целью системы, а функция, определяющая изменение состояния выходов, -- целевой функцией системы. Для оценки отклонения фактического состояния выходов от желаемого вводится критерий цели.

В наиболее общем плане все многообразие систем можно подразделить на материальные и абстрактные системы.

Системой управления называется система, в которой реализуется процесс управления путем взаимодействия объекта управления и управляющей части.

Различают автоматические и автоматизированные (информационно-управляющие) системы управления. В системах автоматического управления (САУ), состоящих из объекта управления и управляющего устройства (управляющей части), человек непосредственного участия в процессе управления не принимает.

В автоматизированных системах управления (АСУ) предполагается обязательное участие людей в процессах управления. Сбор, анализ и преобразование информации в информационно-управляющих системах выполняется с помощью вычислительной техники.

Имеется несколько определений АСУ [5]:

- система управления с применением современных автоматических средств обработки данных (ЭВМ, автоматических устройств накопления, регистрации, отображения и др.) и экономико-математических методов для решения основных задач управления производственно-хозяйственной деятельностью предприятия;

- система управления производственно-хозяйственной деятельностью предприятия, включающая интегрированные системы обработки данных, главной целью которых является автоматизация процессов, сбора и переработки информации на предприятии и усовершенствование, формы организации их выполнения;

- система, в контуре управления которой функционируют совместно человек и технические средства, осуществляющие сбор и содержательную обработку информации по разветвленным алгоритмам с целью принятия оптимальных решений по управлению процессом или производством.

- АСУ - человеко-машинная система, использующая современные экономико-математические методы, средства электронно-вычислительной техники и связи, а также новые организационные принципы управления для отыскания и реализации на практике наиболее эффективного управления соответствующим объектом (системой).

АСУ обладают всеми наиболее характерными чертами сложных технических систем. К ним следует отнести:

- большой масштаб систем по числу составляющих элементов и выполняемых функций;

- наличие функциональной целостности, общего назначения и цели;

- сложную многоуровневую иерархическую структуру;

- высокую степень автоматизации, определяющую известную степень самостоятельности поведения системы;

- статистически распределенные во времени внешние воздействия.

В экономических (организационных) информационно-управляющих системах в качестве элементов можно рассматривать:

- средства производства (установки, оборудования, инструмент);

предметы труда (сырье, материалы, полуфабрикаты),

- трудовые ресурсы (рабочие, инженерно-технические работники, служащие);

- техническую и технологическую документацию (чертежи, инструкции, стандарты, управляющие и отчетные документы и пр.).

Все составные части АСУ требуют привлечения специалистов различных областей знаний. Работы в области автоматизации процессов управления требуют глубокого анализа сущности автоматизируемых процессов, выделения объектов автоматизации, правильного формулирования целей управления и определения этапности автоматизации с учетом реальных сроков, возможностей технической реализации и экономических факторов.

Объектом управления в информационно-управляющей системе может быть рабочее место, конвейер, участок, цех. предприятие, объединение и т.д. К объекту управления относят ту часть элементов, которые непосредственно участвуют в процессе материального производства и его обслуживания. К управляющей части системы относят множества элементов, необходимых для осуществления процесса управления объектом. Это управленческий персонал, технические средства и методы управления.

Управляющая часть системы оперирует с документами. Поэтому для эффективного управления производственной системой необходим непрерывный обмен информацией между объектом управления и управляющей частью.

В управляющую часть информация поступает от вышестоящих организаций (государственный план и директивные указания) и от объекта управления (сведения о поступлении материалов, деталей, комплектующих изделий, притоке рабочей силы; о выпуске продукции и ее качестве, затратах материалов и труда; о причинах, нарушающих нормальное протекание производственных процессов - срыве поступления материалов, поломках оборудования, браке). Управляющая часть вырабатывает управляющие воздействия на объект управления и отчетную информацию для вышестоящих организаций.

Процесс выработки управляющего воздействия на объект управления имеет следующие этапы: определение цели воздействия и установление возможных изменений в других подсистемах; разработка путей, методов и средств воздействия; создание организационной системы; принятие решения, его внедрение; контроль хода внедрения; коррекция воздействия в ходе реализации принятого решения.

Современные информационно-управляющие системы представляют собой сложные человеко-машинные системы, в которых сочетается машинная переработка информации с координирующей деятельностью человека-оператора. За человеком остаются наиболее сложные, не поддающиеся формализации задачи, такие, например, как постановка проблемы, принятие решения в условиях неполной информации и неопределенности, контроль переработки информации. Поэтому важной задачей при создании информационно-управляющей системы является правильное распределение функций между человеком и ЭВМ.

Функционирование информационно-управляющей системы связано и с решением ряда проблем правового, а также психологического и социологического характера. Оптимальная структура системы связана с пределами личной компетенции, формами санкций, поощрений и т. д. Эти вопросы должны решаться на правовой основе в виде должностных инструкций и предписаний, утвержденных и обязательных для исполнения.

Основная цель автоматизации организационного управления - обеспечение оптимального функционирования объекта управления (предприятия, объединения, отрасли и т. п.) путем правильного выбора целей и средств их достижения с учетом имеющихся ограничений, наилучшего распределения заданий между отдельными частями, из которых состоит объект, и обеспечения их четкого взаимодействия.

1.1.2 Критерии эффективности

Рассмотрим, как можно оценить эффект от внедрения информационно-управляющей системы. В условиях хозрасчетного метода управления предприятием (объединением) в качестве критерия обычно используют прибыль. Этот критерий лучше других возможных показателей отражает рост национального дохода, способствует ускорению ввода в действие объектов и мощностей, улучшению использования производственных фондов, увеличению объема реализованной продукции. Показатель прибыли служит основой взаимоотношений с бюджетом, а также основным источником формирования фондов предприятия. Использование прибыли в качестве критерия оптимальности сводит к минимуму количество требуемых ограничений. Эффективность внедрения АСУ можно оценивать исходя из роста прибыли.

Можно использовать также в качестве критерия эффективности минимум удельных затрат труда на выполнение планов или себестоимости изготовленной продукции либо максимум чистого или валового продукта предприятия.

В некоторых задачах, реализуемых с помощью АСУ, вполне возможны и целесообразны свои локальные критерии, отличающиеся от общего критерия системы, например, стабильность использования ресурсов.

При решении многих задач надо считаться с наличием не одного, а ряда критериев. Учет многокритериальности задачи может быть сведен к формированию некоторого комплексного критерия, представляющего собой, например, сумму отдельных критериев, каждый из которых наделяется определенным «весовым» коэффициентом.

1.1.3 Принципы разработки информационно-управляющих систем

В основу разработки информационно-управляющих систем и АСУ положены следующие принципы [6]: новых задач, системного подхода, первого руководителя, непрерывного развития системы, автоматизации документооборота, согласованности пропускных способностей отдельных частей системы, типовости, однократности ввода данных и др.

Эффективность информационно-управляющих систем повышается при решении задач, которые при традиционной ручной технологии управления невозможно решить либо они решаются частично (принцип новых задач). К ним относятся задачи оптимизации. На уровне предприятия это задачи определения оптимального производственного плана, оптимального оперативно-календарного планирования, оптимального управления материальными ресурсами предприятия, оперативного анализа хода производственного процесса. На уровне отрасли это задачи перспективного планирования развития отрасли на пятилетку, расчета оптимального плана выпуска продукции на год, распределения материальных ресурсов между предприятиями отрасли. На межотраслевом уровне к задачам оптимизации относятся размещение новых производств, привязки поставщиков к потребителям, разработки проектов развития территориально-производственных комплексов и т. п.

Второй принцип - это системный (комплексный) подход к созданию информационно-управляющих систем. Проектирование должно основываться на системном анализе как объекта, так и управляющей части.

Принцип первого руководителя состоит в том, что разработку и внедрение информационно-управляющих систем нужно производить под непосредственным руководством первого руководителя соответствующего объекта. Практика свидетельствует, что всякая попытка передоверить дело создания информационно-управляющих систем второстепенным лицам неизбежно приводит к тому, что система ориентируется на рутинные задачи управления и не дает ожидаемого эффекта.

Согласно принципу непрерывного развития системы необходимо при проектировании информационно-управляющих систем предусмотреть возможность быстро реагировать на возникновение новых задач управления и совершенствование старых в процессе развития экономики и отдельных предприятий.

Принцип автоматизации документооборота означает, что надо автоматизировать не только те или иные расчеты, но и оформление выходных документов, сбор исходных данных и в определенной мере передачу их и управляющих воздействий.

Согласно принципу согласованности пропускных способностей желательно равенство пропускных способностей последовательных звеньев. Информационный результат, выдаваемый предшествующим устройством, является исходной информацией для последующего. Поэтому устройства должны быть согласованы также по используемым в системе носителям и по кодам.

Принцип типовости важен при разработке программ и сводится к максимальному использованию стандартных подпрограмм и типизации программ решения задач.

Значение для информационно-управляющих систем имеет принцип однократности ввода данных в машину, согласно которому многократное использование любого рода сведений при решении задач на ЭВМ не должно приводить к повторному вводу каких-то данных в память ЭВМ.

Особое значение для большинства информационно-управляющих систем имеет проблема надежности. Для повышения надежности работы систем управления применяют высоконадежные технические средства, автоматическое резервирование важнейших узлов и блоков, введение автоконтроля и т.д.

Информационно-управляющие системы должны обладать также повышенной живучестью. Под живучестью информационно-управляющих систем понимают способность системы к определенной компенсации последствий нарушений и повреждений отдельных ее устройств, позволяющую системе продолжать выполнение основных функций при утрате или временном снижении некоторых второстепенных показателей (точности, быстродействия, объема обрабатываемой информации).

При разработке информационно-управляющих систем крайне важно использовать экономические законы, создавать благоприятные условия для их проявления. Информационно-управляющие системы должна основываться на закономерностях, присущих науке управления.

1.1.4 Классификация

Классификация информационно-управляющих систем затруднена разнообразием объектов управления, на которых эти системы могут применяться.

Необходимо при классификации определить принцип управления объектом. В системе управления можно выделить три принципа: отраслевой, территориально-отраслевой и территориальный. Принцип отраслевого управления положен в основу управления тяжелой промышленностью. Принцип территориально-отраслевого управления применяется в легкой промышленности и некоторых непромышленных отраслях. Принцип территориального управления характерен для управления министерствами, ведомствами, а также деятельностью исполнительных органов местного управления, также строят АСУ по территориальному признаку: город, область, республика, страна.

Следующий признак классификации - уровень иерархии в управлении, для которого применяется данная система. К таким уровням можно отнести: федеральный, областной, городской, районный для территориальных систем и отрасль, подотрасль, объединение, предприятие, производство, цех, участок, установка. В зависимости от уровня иерархии информационно-управляющие системы подразделяются на:

- автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП);

- автоматизированные системы управления предприятиями (АСУП);

- отраслевые АСУ (ОАСУ);

- общегосударственная автоматизированная система (ОГАС).

АСУП и ОАСУ должны быть совместимы по целевым функциям, методам обработки информации, техническим средствам.

Важным признаком является функциональное назначение системы или ее место в общей организационной структуре управления. По функциональным признакам выделяют, например, автоматизированные системы плановых расчетов, материально-технического снабжения, государственной статистики; по производственному признаку - системы управления промышленными объектами, подготовкой производства и др.; по ресурсным признакам - системы управления объектами обеспечения различными ресурсами и услугами. В свою очередь, такие системы также могут быть многоуровневыми и подобно отраслевым и территориальным системам они входят в ОГАС.

По типу процесса, являющегося объектом автоматизации, можно рассматривать информационно-управляющие системы (по назначению):

- управления технологическими процессами (АСУТП);

- управления организационными процессами (АСОУ);

- проектирования (АСПРО);

- планирования и управления испытаниями (АСПИ);

- управления научно-техническим прогрессом (АСУНТ).

В современных условиях выделяют два основных типа АСУ: системы управления технологическими процессами, системы организационного управления [6], интегрированные (комплексные) системы. Первые имеют дело с технологическими процессами в широком смысле слова, вторые - с объектами экономической и социальной природы. В АСУТП основной формой передачи информации являются различные сигналы (электрические, механические, пневматические, оптические и др.). В системах управления организационными процессами основная форма передачи информации - документ. Слияние АСУТП и АСОУ дает единые интегрированные (комплексные) АСУ. В этих системах большая часть информации циркулирует в виде кодированных сигналов и специальных типов документов на машинных носителях записи.

По характеру производства различают АСУТП для непрерывных производств, для производств с дискретным технологическим циклом и для производств со смешанными, непрерывно-дискретными технологическими процессами.

АСУТП первого типа создаются на предприятиях химической, энергетической, нефтеперерабатывающей и ряда других отраслей промышленности с непрерывными технологическими процессами. Причем параметры процессов представляют собой также непрерывные величины (давление, температура, расход жидкости и пара, концентрация смеси компонент, влажность и т. п.), измеряемые датчиками главным образом с непрерывным выходным сигналом.

АСУТП второго типа внедряются на предприятиях машиностроительной, приборостроительной, радиотехнической, электротехнической и других отраслей промышленности, где производство имеет дискретный характер. На таких предприятиях используется на рабочих местах универсальное оборудование, за каждым рабочим местом закрепляется множество операций; для дискретного производства присуще наличие большого количества изделий и деталей, отличающихся трудоемкостью изготовления, технологическими маршрутами, длительностью производственного цикла, а также дискретность параметров процессов. Дискретная информация о параметрах процессов формируется вручную с помощью документов (накладных, нарядов) и различных устройств ручного ввода цифровой и алфавитно-цифровой информации, а частично от датчиков.

К производствам непрерывно-дискретного типа относятся предприятия металлургической, цементной, пищевой и других отраслей промышленности.

1.2 Структура информационно-управляющих систем и ее анализ

1.2.1 Организация подсистем

Организация протекающих внутри системы информационных и управляющих процессов основана на принятой для этого внутренней структуре. При изучении характера структур любую систему можно рассматривать как некоторую совокупность взаимосвязанных элементов (объектов, понятий, процессов). Каждая такая система Sj является обособленной и может рассматриваться как некоторая часть (подсистема) более общей системы S (метасистемы): SjS.

Взаимосвязь между системами S и Sj строится по принципу иерархии, предусматривающей подчиненность подсистемы Sj метасистеме S как в структурном местоположении, так и в распределении управляющих функций.

Разделять систему можно несколькими способами получая, различное число частей (подсистем). Полученное в результате такого членения множество всех подсистем будем называть М - множеством системы S. Метасистему S можно представить в виде дерева, на котором выделяются отдельные подсистемы, относящиеся к разным уровням (рис. 1.1). Наличие полученных при этом подсистем и взаимосвязей между ними и образует структуру системы S0, определяемую совокупностью связей (отношений) между подсистемами, принадлежащими некоторому множеству, и зависит от того, какое из возможных множеств системы выбрано для структурной схемы.

Рис. 1.1

В информационно-управляющих системах организовывать подсистемы можно по функциональному и организационному признаку или по составу системных элементов. Деление по функциональным признакам ведется в соответствии с имеющимися функциями системы, а по организационным - с учетом специфических особенностей иерархической структуры системы. Членение системы по составу элементов производится с учетом структуры самих элементов при выполнении ими функций. Подсистему можно рассматривать как некую часть системы, сформированную и выделенную по определенному признаку, охватывающую соответствующую группу задач и имеющую самостоятельную частную цель.

Под иерархичностью структуры системы управления понимается пирамидальный принцип ее построения с подчинением низших ступеней высшим. Функции контроля и управления распределяются на несколько уровней с приоритетом управляющих сигналов старших уровней. Иерархическое строение системы обеспечивает повышенную устойчивость к внешним возмущениям, позволяет локализовать конфликты, возникающие внутри системы, является основным условием согласования элементов системы с ее глобальными целями. Пример иерархической структуры управления отраслью промышленности приведен на рис. 1.2.

Поскольку многоступенчатые системы управления сложными объектами имеют разветвленную структуру связей как внутри отдельных подсистем, так и между ними, то каждую функцию управления можно представить как ряд последовательно связанных между собой задач, которые решаются на соответствующих ступенях иерархической системы. Структуру АСУ следует строить по принципу минимизации числа ступеней иерархии с учетом наиболее простых схем взаимосвязи между элементами системы. Но вместе с тем необходимо предусмотреть условия полной самостоятельности каждой подсистемы и обособленных объектов.

Рис. 1.2

Важное значение при управлении иерархической системой имеет проблема координации.

1.2.2 Координация и централизация

Координация как функция управления представляет собой процесс, направленный на обеспечение пропорционального и гармоничного развития совокупности различных сторон объекта (технической, производственной и др.) при оптимальных для данных условий трудовых, денежных и материальных затратах. Координирование подсистем означает такое воздействие на подсистемы, которое заставляет их действовать согласованно.

Процесс координирования в общем случае подразделяется на две части: установление операционных правил, предписывающих членам организации, как они должны действовать (выбор способов координации), и практическое обеспечение выполнения этих правил в деятельности организации (выбор конкретных значений координирующего воздействия).

Централизация - это концентрация принятия решений на высшем уровне, децентрализация - делегирование ответственности за ряд основных решений на более низкие уровни иерархии. Централизация непосредственно решает проблему координации и управления деятельностью подразделений, помогает устранять дублирование функций и нежелательное «соперничество» между руководителями подразделений при принятии решений. Децентрализация целесообразна тогда, когда требуется быстрая реакция организации в смысле перестройки ее локальных и глобальных критериев деятельности. Децентрализация способствует принятию решений на том уровне, где легче всего выработать наилучшие решения и получить всю необходимую информацию. Проблему соотношения централизации и децентрализации следует рассматривать с позиций рационального сочетания автономии и координации.

1.2.3 Организационная структура

Теория иерархических систем управления имеет ряд специфических проблем, основной из которых является формирование целей подсистем. Результат функционирования системы существенно зависит от уровня взаимной информированности разных звеньев иерархии о целях этих звеньев. Директивное задание целей подсистемам, по-видимому, невозможно. Как правило, полная информированность высших уровней иерархии о целях отдельных звеньев отсутствует. Поэтому для руководства важно априори оценить цели отдельных подсистем.

АСУ, как и любая система управления, состоит из четырех основных компонентов:

- объективно необходимых функций (работ) управления: планирование, учет и регулирование;

- структуры подразделений аппарата управления;

- производственно-экономической информации;

- технических средств сбора и преобразования информации.

Главная проблема -- распределение задач и полномочий между звеньями структуры системы управления.

В организационной структуре можно выделить служебные, функциональные, информационные и технические связи.

Служебная связь (линейная) - связь между выше- и нижестоящими элементами.

Функциональная связь - связь между выше- и нижестоящими элементами, но при этом вышестоящий элемент уже не решает того, что должен делать нижестоящий (указания, рекомендации).

Информационная связь -- связь между элементами, обычно стоящими на одном уровне и обменивающимися осведомительной информацией.

Техническая связь - связь между работниками, выполняющими одну и ту же функцию. Определяющими являются служебные и функциональные связи.

В зависимости от вида связей элементы структуры делятся на линейные, функциональные и обслуживающие. Линейные элементы реализуют весь объем функций управления: они выполняют основные управляющие функции, несут всю полноту власти и ответственности за итоги деятельности и использование рекомендаций и советов вспомогательных элементов. Функциональные элементы изучают отдельные функции управления (планирование, прогноз, анализ) и выступают в роли экспертов линейных элементов. Обслуживающие элементы (канцелярия, архив) обеспечивают работу основных и функциональных элементов. В реальной структуре управления помимо указанных трех типов элементов выделяется еще ступень руководства, под которой понимают совокупность звеньев, расположенных на одном уровне. Количество нижестоящих элементов, подчиняющихся вышестоящему, называется радиусом действия руководителя.

Структуры реальных систем управления можно разделить на три основных типа в зависимости от вида связей между элементами: линейная функциональная, линейно-функциональная, матричная.

При линейной структуре, показанной на рис.1.3, каждый элемент имеет только одного непосредственного начальника. Связи - линейные. Такая структура предполагает четкое распределение полномочий и обязанностей каждого элемента. К недостаткам такой структуры относится: трудность координации между элементами на первой ступени. Линейная структура используется в системах со сравнительно простыми функциях элементов, а также при одинаковых функциях элементов одного уровня (например, в армии, церкви и т. д.).

Рис. 1.3



При функциональной структуре, приведенной на рис.1.4, предполагается введение специализации руководителей. В этой структуре не решена проблема координации, т.к. каждый нижестоящий элемент получает указание от нескольких руководителей, и поэтому не всегда можно определить порядок их выполнения. По мере усложнения управления возникают новые функциональные подслужбы и исполнители получают еще большее число руководителей.

Рис. 1.4

При линейно-штабной структуре, приведенной на рис.1.5, за основу принимается линейная структура, но к каждому руководителю прикрепляется группа (штаб) квалифицированных специалистов. При этом обеспечивается высокое качество принимаемых решений, но при усложнении функций управления штаб увеличивается.

Рис. 1.5

В линейно-функциональной структуре, приведенной на рис.1.6, можно реализовать основные достоинства как линейной, так и функциональной структур. Для этого помимо линейных связей вводятся и функциональные связи между штабами. При усложнении управления и дальнейшей специализации отдельных функций число связей возрастает и возникает проблема координации и согласования указаний различных функциональных служб штаба. Эту проблему должны решать линейные элементы.

Рис. 1.6

При матричной структуре управления, вид которой приведен на рис.1.7, на время выполнения отдельных проектов создаются подвижные группы из специалистов отдельных функциональных служб. Каждый специалист находится в двойном подчинении. Функциональные службы отвечают за профессиональную подготовку своих специалистов и подбирают исполнителей для каждой конкретной темы, а руководитель проекта непосредственно отвечает за выполняемую работу во время проектирования

1.2.4 Эффективные системы управления

Известны два основных подхода к созданию эффективных систем управления. Первый основан на модели процесса управления. Согласно этому подходу (называемому иногда дескриптивным), подробнейшим образом изучают действующую управляющую часть системы (функции отдельных служб и работников, существующий документооборот и т. п.) и строят модель процесса управления - формализованное представление деятельности аппарата управления по сбору, передаче, хранению и обработке документов.



Рис. 1.7

Второй подход основан на модели объекта управления. Такая модель (которую называют прескриптивной) реализует предъявляемые к конкретному объекту требования и цели его функционирования и позволяет сформировать отвечающий им процесс управления.

Даже на основе результатов исследования объективных закономерностей и условий функционирования объекта обычно не удается построить единую экономико-математическую модель объекта управления. Создается комплекс взаимосвязанных моделей, каждая из которых отражает закономерности функционирования той или иной подсистемы или решение конкретной планово-экономической задачи системы.

1.2.5 Системный анализ как методологическая основа проектирования

Методологической основой проектирования организационных структур управления служит системный анализ. Одной из исходных посылок этой методологии является необходимость построения организационной структуры, ориентированной на определение целей и подцелей, методы решения той или иной задачи. Организационная структура строится на основе структуры решений и требуемых для их реализации ресурсов [7].

Системный анализ осуществляется в следующем порядке.

Первый этап - постановка задачи, включающая определение изучаемого объекта, постановку целей и задание критериев.

Второй этап - осуществление первичной структуризации исследуемой системы. При определении границ системы в нее стараются включить все элементы, оказывающие сколько-нибудь существенное воздействие на функционирование. Принимают во внимание воздействие внешней среды на систему, обратное влияние считается несущественным. Первичная структуризация состоит в ориентировочном членении системы на составные части (подсистемы и элементы). Структуризация системы является важной отличительной чертой системного анализа.

Третий этап - составление математической модели исследуемой системы. Элементы системы и воздействие на нее описывают с помощью определенных параметров. С введением параметра задается область его применения. Выявив параметры, определяют связи между ними, которые могут задаваться равенствами и неравенствами, таблицами, включающими все случаи сочетания значений параметров, и другими способами. При этом учитывают изменение значений параметров во времени и наличие во многих случаях не детерминированных, а вероятностных зависимостей.

На четвертом этапе исследуют построенные модели и прогнозируют развитие системы, для чего на построенных моделях «проигрывают» (обычно с помощью ЭВМ) варианты тех или иных воздействий внешней среды и выявляют возможные результаты.

Пятый этап - анализ результатов прогнозирования, полученных на предыдущем этапе, проверка их соответствия целям и критериям, разработка рекомендаций по необходимому совершенствованию.

Далее снова повторяют четвертый и пятый этапы, вплоть до получения приемлемого результата.

1.2.6 Принципы проектирования структуры органов управления

Основные принципы, которые необходимо учитывать при проектировании структуры органов управления, следующие [8]:

- структура управления должна строиться с минимально возможным числом уровней иерархии;

- система управления должна быть адаптивной, т. е. способной изменять свою структуру в определенных пределах в соответствии с изменяющимися общими и частными целями управления, с изменением условий, в которых осуществляется управление, и качества отдельных элементов системы, а также с накоплением опыта функционирования;

- в системе управления необходимо добиваться кратчайших путей прохождения информации;

- за выполнение каждой элементарной функции управления должен полностью отвечать один работник органа управления; при сведении нескольких элементарных функций управления к одной укрупненной все исполнители элементарных функций должны подчиняться исполнителю укрупненной функции;

- экономическая целесообразность структуры системы управления предполагает выполнение работником органа управления только такой работы, которая соответствует их деловой квалификации; выполнение работы специалистом, квалификация которого выше требуемой в данном случае, снижает экономическую эффективность системы;

- распределение функций управления между исполнителями и построение уровней иерархии должны предусматривать некоторую рациональную степень централизации, при которой, с одной стороны, достигаются достаточная специализация и полнота использования технических средств управления, а с другой - обеспечивается достаточная оперативность управления, свойственная децентрализации вообще.

1.3 Информационный анализ АСУ

Под информационным анализом понимают изучение состава документов и определение объема формируемой и используемой информации, а также разработку схемы документооборота предприятия и модели информационных связей.

Анализ потоков и состава документированной информации на предприятии выполняется в два этапа:

- изучают и упорядочивают документы и содержащуюся в них информацию, классифицируют и описывают характеристики документов и показателей;

- анализируют применяемую на предприятии документированную информацию и разрабатывают рекомендации по устранению бесполезной ее избыточности и по рационализации информационных связей и структуры документов.

Для анализа документированной информации необходимо определить состав исходного множества применяемых на предприятии документов и содержащихся в них наименований показателей, а также классифицировать документы и показатели на группы по сходным частным признакам.

Анализ информационных характеристик объекта автоматизации проводится на основе собранных материалов обследования после их предварительной обработки и систематизации. Работы по анализу рекомендуется проводить в следующей последовательности:

- составление перечня документов, формируемых в каждом структурном подразделении или функциональной подсистеме, и группировка документов по основным классификационным свойствам;

- анализ терминологии, применяемой в документах, и обеспечение смыслового единства информации;

- систематизация, группировка и анализ применяемых показателей;

- классификация показателей, разработка системы кодирования и шифрации документов и показателей;

- построение схем документообразования (схем взаимосвязи документов) и определение уровня документов внутри подразделения (начальный, промежуточный, конечный);

- построение маршрутов движения документов в структурных подразделениях и функциональных подсистемах,

- анализ маршрутов движения документов и выявление элементов нерациональной организации информационных потоков,

- построение схем взаимосвязи показателей и их анализ;

- анализ алгоритмов формирования показателей;

- построение схемы документооборота в целом по предприятию - составление информационной модели объекта;

- расчет объемов и интенсивностей потоков информации в структурных подразделениях, функциональных подсистемах и в целом по предприятию за месяц, квартал и год;

- разработка рекомендаций по устранению дублирования документов и показателей, унификации и стандартизации форм документов, рационализации маршрутов движения документов и схем формирования показателей.

Определение общего перечня форм документов, циркулирующих в отдельных структурных подразделениях, и группировка документов по основным классификационным признакам - одна из первых задач информационного анализа АСУ.

Все документы делят на внутренние, разрабатываемые на предприятии, и внешние, поступающие из внешней среды. Это позволяет определить документы, которые можно усовершенствовать, для которых можно изменить маршруты движения, и документы, для которых реализация этих процедур затруднительна.

Значение при проектировании технологического процесса обработки данных имеет периодичность составления и обработки документов на предприятии.

При анализе информационных потоков производят группировку документов, циркулирующих на предприятии, в зависимости от способа их получения. Выделяют две группы документов: первичные и сводные.

Первичные документы можно классифицировать по следующим признакам:

- размещению в них показателей - анкетные, зональные, табличные, комбинированные;

- количеству отражаемых хозяйственных операций - однострочные и многострочные;

- способу охвата хозяйственных операций - разовые и накопительные;

- полноте информации - с обязательным минимумом реквизитов и с частью обязательных реквизитов;

- степени механизации процессов заполнения документов - полностью механизированные, частично механизированные и заполняемые вручную;

- по способу обработки документов - обрабатываемые вручную, на клавишных вычислительных машинах, на перфорационных вычислительных машинах, на ЭВМ.

Классификация и группировка первичных документов по этим признакам позволяют провести их анализ для унификации. Процесс унификации документов состоит в сокращении количества их реквизитов, устранении повторяющихся показателей и перенесении постоянных и нормативных показателей в «память» системы. Интерес представляет группировка документов по их участию в формировании новых документов.

После систематизации форм документов в соответствующей картотеке или справочнике форм и их группировки по основным признакам необходимо произвести шифрацию документов. При разработке системы шифрации и кодирования необходимо учесть следующие основные требования автоматизированных систем обработки данных:

- минимальная разрядность кода;

- определение по шифру номера подразделения, где формируется документ;

возможность классификации документа по назначению - плановый, учетный, нормативный, ответный, контрольный.

Документы, идентичные по форме и применяемые для подразделений одного и того же уровня иерархии управления, вносятся в картотеку документов один раз с указанием шифров всех подразделений, где они формируются. Составляется картотека показателей, применяемых в документах. Наименование показателей образуется из наименований реквизитов-оснований и реквизитов-признаков, входящих в наименование документа. Шифры наименованиям показателей присваиваются в соответствии с классификатором наименований показателей.

Для анализа маршрутов движения документов, технологии их обработки и рационализации документооборота по каждому подразделению строятся организационные схемы внутриструктурных потоков информации. Эта схема представляет собой таблицу, где в строках указаны документы и перечень операций по их обработке, а в столбцах - управленческий персонал, выполняющий операции обработки документов. Пример схемы внутриструктурных потоков информации для производственного предприятия приведен на рис. 1.8.

Разрабатываются схемы взаимосвязи документов, пример которой приведен на рис.1.9.

Чтобы детально проанализировать маршруты движения документов, для каждой функции подсистемы на основании схем взаимосвязей документов (см. рис.1.9) и организационных схем внутри структурных потоков информации строят схемы организации и движения информации в функциональных подсистемах, пример которой приведен на рис.1.10. Это позволяет представить путь движения документа от одного структурного подразделения к другому и формирование каждого документа внутри тех или иных подразделений. Условные обозначения показывают, где возникает документ, где он хранится после завершения всего цикла обработки, целый ряд других операций (например, утверждение, согласование документа), количество издаваемых экземпляров и т. д.

Схема дает возможность выявить:



Рис. 1.8

- дублирование операций, когда аналогичные по содержанию документы возникают в разнородных структурных подразделениях на основании одного и того же массива информации (элементы дублирования можно устранить изменением маршрута движения документов, созданием при формировании документа нужного числа копий и т. д.);

- сложный маршрут движения документов с возвратами к исходным пунктам (эту нерациональность можно устранить перераспределением функций, их объединением и т. д.; правильное перераспределение функций меняет информационный поток, сокращает длительность прохождения документа, устраняет возвратные петли и т. д.):

- несоответствие структуры и функций отдельных подразделений (при этом пути движения документов имеют изломы, так как документ передается в одно структурное подразделение и участвует в формировании какого-либо еще документа в другом подразделении).

...