Классификация автоматизированных систем управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«УФИМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЭКОНОМИКИ И СЕРВИСА»

Кафедра «Информатика и ИТК»

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

на тему: Классификация автоматизированных систем управления

по дисциплине: Информационные технологии в управлении

Проверил: Абросимова М.А.

Выполнил: Бадретдинова И.З.

г. Уфа - 2015

Содержание

Введение

1. Общая характеристика АИС

1.1 Предпосылки возникновения АИС

1.2 Классификация АИС

2. Структура АИС

2.1 Понятие структуры АИС

2.2 Организационная структура объекта управления и АИС

2.3 Функциональные задачи и подсистеме АИС

Заключение

Список литературы

Введение

В нашей стране накоплен огромный опыт использования автоматизированных систем управления (АИС) в различных сферах народного хозяйства. Сформировались четыре поколения АИС. Для первого поколения характерной чертой являлась автоматизация планово-экономических расчетов с ориентацией на традиционные методы управления производством. Реализация АИС осуществлялась на ЭВМ второго поколения (М-222, «Минск-32» и др.) с пакетной обработкой информации и программированием в машинных кодах. Решаемые функциональные задачи имели локальный характер и не были увязаны между собой. Отсутствие стандартных периферийных устройств затрудняло внедрение АИС, заставляло проектировщиков создавать оригинальные, но зачастую неперспективные устройства. АИС первого поколения копировали ручные методы управления, имели разомкнутый характер и были ориентированы на конкретный объект. В этих системах использовались простые неоптимизационные алгоритмы. Хранение информации осуществлялось в виде независимых линейных файлов, отсутствовали банки данных и алгоритмические языки высокого уровня.

В АИС второго поколения автоматизировались комплексы задач. Самостоятельное развитие получили АИС конкретного назначения: АСУП, АСУ ТП, САПР. Часть функциональных задач решалась с оптимизацией. Возник информационно-советующий способ управления производством с решением оперативных задач в диалоговом режиме. В качестве технических средств АИС стали применяться вычислительные комплексы второго поколения (ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ и др.), базирующиеся на диалоговых операционных системах (ОС ЕС, ОС РВ) с использованием функциональных пакетов прикладных программ и систем управления базами данных. Совершенствовалась и технология программирования, стали применяться библиотеки типовых проектных решений, пакеты прикладных программ. Получила развитие система автоматизации проектирования АИС с использованием алгоритмических языков высокого уровня. Были разработаны общеотраслевые методические материалы по созданию АИС. При организации вычислительного процесса получил применение многопрограммный режим работы вычислительной системы с использованием банков данных, реализованных на основе СУБД и накопителей прямого доступа на магнитных дисках. Однако АИС различных уровней управления имели разобщенный характер, слабо использовались инструментальные средства автоматизации проектирования АИС, недостаточно развивались АИС технологического типа.

Современные АИС можно отнести к АИС третьего поколения. По содержанию решаемых задач и структуре построения они являются интегрированными системами, охватывают стадии создания изделий от возникновения идеи до серийного производства, а также уровни управления от организационно-экономического до технологического. При решении функциональных задач широко применяются методы оптимизации, имитационного моделирования, экспертных систем. В качестве технических средств получили использование многомашинные, многопроцессорные комплексы на ЭВМ третьего поколения, образующие с помощью информационно-вычислительных сетей распределенные системы обработки информации. В основе функционирования этих систем и обслуживания пользователей лежат стандартные сетевые протоколы взаимодействия.

При создании АИС получили распространение программно-технологические комплексы, позволяющие автоматизировать процесс проектирования АИС и ее обеспечивающих подсистем. Разработке АИС предшествовало совершенствование организационных и технологических основ производства и хозяйственного механизма предприятия. При реализации АИС стали применяться АРМ на базе персональных ЭВМ, распределенные базы данных, алгоритмические и программные средства высокого уровня, ориентированные на конечного пользователя. Таким образом, уже в АИС третьего поколения нашли отражение элементы новой информационной технологии.

АИС четвертого поколения--это гибкие, адаптивные интегрированные системы с элементами искусственного интеллекта. Они должны реализовать безбумажное, безлюдное управление объектом с подстройкой к изменяющимся внешним условиям и ресурсам. Эти системы должны обладать значительной долей универсальности с настройкой на класс управляемых объектов. Их реализация возможна на супер-ЭВМ четвертого поколения, объединенных сетью с мини- и микроЭВМ. В АИС четвертого поколения должно происходить накопление знаний. В их структуре должны найти программную реализацию экспертные системы, системы управления банками знаний и инструментальные на основе языков высокого уровня, позволяющие развивать и наращивать возможности АИС в зависимости от целей их применения и условий использования. Необходимо совершенствовать и технологию создания программно-технических комплексов на основе интеллектуальных систем автоматизированного проектирования. АИС четвертого поколения при создании и функционировании должны базироваться на новой информационной технологии.

Новые поколения АИС немыслимы также без информационной технологии принятия управленческого решения. Поэтому формирование инженера по автоматизированным системам управления, прежде всего, означает подготовку специалиста широкого профиля, что обусловлено необходимостью его глубоких знаний и большим разнообразием объектов управления: производство с различными особенностями технологического процесса, в том числе с гибкой технологией, интегрированные производственные комплексы, системы управления в социальной сфере. Специалист в области АИС должен, прежде всего, знать системный подход, уметь ставить и решать задачи управления с учетом специфики управляемого объекта. Необходима быстрая адаптация выпускника вуза к условиям производства, т. е. целевая ориентация.

Основной проблемой создания АИС является получение высокой эффективности от разрабатываемой системы. Необходимо уделять особое внимание совершенствованию организационной структуры управления предприятием» рациональному использованию вычислительных ресурсов, увеличению доли решаемых оптимизационных задач, интегральной автоматизации производства на всех уровнях управления, унификации и типизации проектных решений, автоматизации проектирования АИС.

Решение этих задач невозможно без подготовки высококвалифицированных специалистов в этом направлении. В Советском Союзе с 1968 г. осуществляется подготовка инженеров по специальности 0646 -- АИС. Использование выпускников, на производстве показало, что необходимо готовить специалиста широкого профиля, который бы легко адаптировался к различным объектам автоматизации - от технологического до организационно-экономического уровня. С увеличением объемов производства, ростом численности сотрудников, интеграции технологических процессов усложняется процесс принятия решения руководителем на основе предварительно обработанной и подготовленной информации. В этих условиях АИС может рассматриваться как система обработки информации. Вполне логичной явилась интеграция этой специальности 0646 со специальностью 0640 «Автоматизация и механизация процессов обработки и выдачи информации» и возникновение на их основе новой специальности 2202 «Автоматизированные системы обработки информации и управления». В рамках новой специальности подготовка инженеров должна вестись с учетом того, что автоматизированные системы управления уже вступили на новый уровень своего развития, который базируется на информационной технологии. Обучение информационной технологии специалиста инженера-системотехника по АИС является залогом успешного построения, проектирования и эксплуатации автоматизированных систем управления.

1. Общая характеристика АИС

1.1 Предпосылки возникновения АИС

В настоящее время наука превращается в ведущий фактор дальнейшего совершенствования общественного производства. Научно-техническая революция, происшедшая во второй половине текущего столетия, преобразовала не только общественное производство, но и жизнь людей. Потребности человека привели к резкому расширению номенклатуры выпускаемых изделий, к повышению качества и надежности создаваемых машин. Уже в 60-е годы наметились существенные изменения масштабов производства, усложнились задачи управления технологическим процессом, промышленным предприятием, экономикой в целом. Сократился жизненный цикл выпускаемых аппаратов и машин, что вызвало переход к новым гибким технологиям, позволяющим при изменении технологического процесса либо при перенастройке оборудования изменять характер и номенклатуру выпускаемых изделий. Однако даже при постоянстве выпускаемой продукции наиболее актуальной является проблема повышения производительности труда. В этих условиях совершенно естественной является автоматизация производства, которая невозможна без широкого использования средств вычислительной техники. Появление первых вычислительных машин заставило инженеров, ученых переосмыслить весь процесс управления производством и перейти к автоматизированному управлению.

Современный руководитель получает такой объем информации, который намного превышает его психологические возможности. Поэтому уже в 60-е годы наблюдался значительный рост управленческого персонала. Нужно было искать новые принципиальные пути решения проблемы. Таким путем явился переход к автоматизированному управлению, которое лежит в основе современных автоматизированных систем управления; причем в качестве объекта управления здесь могут выступать операция» участок, цех, производство, объединение, отрасль, народное хозяйство страны. Если в качестве управляемого процесса используется технологический, то это автоматизированная система технологического типа. Если же в качестве управляемого процесса используется производственно-экономический, то это организационно-экономическая система [4].

На начальном этапе развития автоматизированные системы управления копировали ручное управление, и поэтому в их основе лежала организационная структура управления производством, принятая до создания АИС. Этим объяснялись и первые неудачи, возникшие при внедрении АИС, поскольку зачастую АИС автоматизировали тот беспорядок, который имел место в управлении производством до их создания, и способствовали дезорганизации производства. Тем не менее, для тех функциональных задач, где имелись достаточно формализованные алгоритмы решения (задачи финансово-бухгалтерского учета» материально-технического снабжения и др.)» внедрение АИС позволило значительно улучшить отчетность» контроль прохождения документации, своевременность принятия решений, и во многих случаях это дало значительный экономический эффект. Именно в 60-е годы возникло первое поколение автоматизированных систем управления, для которых было характерно следующее: выбор организационно-экономических задач учетного характера для их решения, отсутствие оптимизационных задач, копирование ручного способа управления, использование достаточно мощных по тому времени вычислительных средств для решения несложных задач. Хотя это не могло способствовать прогрессу в создании автоматизированных систем, но накопленный опыт внедрения их в этот период уже показал, что необходимо: 1) перед внедрением АИС провести тщательную ревизию организационной структуры управления предприятием, приспособить эту структуру под автоматизированную систему; 2) использовать вычислительные средства, которые незначительно превосходят потребности решаемых функциональных задач по вычислительным ресурсам; 3) охватить в комплексе объект управления, т. е. пытаться объединить в одной системе управление технологическим процессом и организационно-экономической деятельностью предприятия; 4) увеличить долю решаемых оптимизационных задач, от которых можно ожидать наибольший экономический эффект. Опыт разработки и внедрения АИС предприятиями показал высокую экономическую эффективность (хорошая организация труда и производства, повышение точности планирования, обеспечение большей ритмичности предприятия, уменьшение доли ручного труда) применения систем на крупных объединениях. Средний срок окупаемости АИС такого типа составил в среднем два года.

Было создано значительное количество автоматизированных систем отраслевого назначения, в которых объектом автоматизации являлась отрасль промышленности. В качестве объекта управления выступало министерство со своими подразделениями, при котором создавался информационно-вычислительный центр. Большие успехи были достигнуты в области перспективного планирования, капитального строительства, прогнозирования развития отрасли, а также в таких типовых подсистемах, как материально-техническое снабжение, финансово-бухгалтерский учет и др. Однако эти системы ограничивались лишь учетными информационными задачами, в них не реализовывался замкнутый контур управления, имел место отрыв АИС предприятием от АИС технологическим процессом. Эти задачи предстояло решить в дальнейшем с помощью интегрированных систем управления, наряду с организационно-экономическими задачами решались и технологические. Одновременно с широким развитием АИС возникла острая нехватка кадров в этой области. Поэтому в 1968 г. организуется Подготовка инженеров-системотехников в области проектирования и эксплуатации автоматизированных систем управления широкого назначения. В этот период стало ясно, что разработка и проектирование АИС--это системная задача. Для разработки АИС необходимо хорошо знать экономико-математические методы управления, отлично представлять организацию производства, знать основы теории автоматизированного управления производством, информатику, уметь проектировать системы на базе современных средств автоматизации проектирования.

Но обычными ручными средствами создать автоматизированную систему управления трудно. Большие сроки ее создания (пять лет) противоречили времени морального старения средств вычислительной техники, которые менялись в среднем через семь лет. Морально совершенной системе оставалось функционировать два-три года, что было явно недостаточно. В этих условиях возникла проблема создания средств автоматизации проектирования автоматизированных систем управления. Был выдвинут ряд позиций, связанный с разработкой типовых проектных решений по отдельным функциональным задачам, по техническому обеспечению, по элементам программного обеспечения АИС; появились базовые варианты автоматизированных систем управления. Однако в целом темпы развития автоматизированных систем и главным образом темпы их создания и проектирования оказались недостаточными. Нужно было обратить особое внимание на интегрированность системы, на автоматизацию всех функций системы от технологического процесса до организационного управления и в дальнейшем развивать автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП). Первые АСУ ТП были введены в период с 1966 по 70-е годы. Наибольшее количество таких систем было внедрено в химической и нефтехимической промышленности, в черной и цветной металлургии, в энергетике, что показало высокую их эффективность. Срок окупаемости в среднем составил 1--2 года. Созданные АСУ ТП по своему характеру были автоматизированными системами: в них значительная роль отводилась оператору, который по информации, предоставляемой ЭВМ, принимал решения сам либо реализовал решения, подсказанные ЭВМ.

Наряду с созданием АСУ ТП предусматривалось серийное производство роботов для автоматизации и механизации процессов механообработки, литья, сварки, сборки, окраски, гальванопокрытий, прессовых и погрузочно-разгрузочных работ. Внедрение робототехнических систем позволяло освободить от тяжелых работ около 250 тысяч человек. Повсеместное внедрение АСУ ТП в комплексе с промышленными робототехническими системами позволяет в ближайшее время перейти к цехам и предприятиям-автоматам, которые будут обладать наивысшей производительностью и экономической эффективностью.

Создание интегрированных автоматизированных систем управления, сочетающих в себе элементы АСУ ТП, АСУП, автоматических систем, является исключительно сложной задачей. Эта стыковка, прежде всего, оказывается возможной на информационном уровне, так как решение, принимаемое руководителем с помощью АСУП, выдается в форме документа, а решение, выработанное в АСУ ТП, поступает в виде электрического сигнала на исполнительный механизм. Внедрение АСУ ТП позволяет автоматизировать управление наиболее крупными технологическими комплексами, создать системы программного и оптимального управления, а внедрение АСУП--оптимизировать процессы планирования производства, выработки оперативных управляющих воздействий. Разница между этими системами, прежде всего, в горизонтах планирования, в частоте выдачи управляющих сигналов. Автоматизацию управления производством нельзя отрывать от автоматизации самого производства. Этим и вызывается необходимость проведения совместных работ по автоматизированному и автоматическому управлению на всех уровнях народного хозяйства.

Эволюция развития систем управления проходила следующим образом: на определенных этапах автоматизированное управление рассматривалось как высшая ступень; однако по мере освоения, познавания законов управления от человека управление переходило к автоматам, и автоматизированное управление уступало место автоматическому. В этом смысле автоматическое управление можно считать тем пределом, к которому должно стремиться автоматизированное. Однако, учитывая интегрально весь комплекс решаемых задач, можно считать, что автоматизированное управление с участием человека, принимающего решение, никогда не может быть исключено ни из сферы производства, ни из сферы управления им, так как всегда останется необходимость принятия творческих решений в условиях недостаточной или неопределенной информации. Поэтому проблему создания АИС нужно рассматривать в тесной взаимосвязи с проблемой создания автоматических систем управления, поскольку автоматическая система является нижним уровнем АСУ ТП, АСУ ТП тесно связана с АСУП, а в совокупности они образуют единую комплексную систему управления производством. В условиях ускорения научно-технического прогресса и перехода экономики на интенсивный путь развития необходимо незамедлительное внедрение результатов научных исследований в производство. Цикл от идеи до создания серийного изделия должен быть резко сокращен, а поэтому проведение научных исследований должно проходить также интенсивным путем, что возможно за счет лучшей их организации и внедрения средств автоматизации. Современное научное исследование обычно характеризуется широким использованием уникального оборудования, широкомасштабностью проводимого эксперимента, выдвижением новых математических моделей и аналогий. Поэтому весьма важным является оперативность проверки выдвигаемых теорий, возможность принятия решений исследователем в реальном масштабе времени проведения эксперимента.

В 60-х годах возникла необходимость автоматизации научных и, прежде всего, экспериментальных исследований, где ставились конкретные задачи, связанные с проведением физических, химических, биологических, медицинских экспериментов. Решение этих задач оказалось возможным лишь при широком использовании средств вычислительной техники. Использование автоматизированных систем управления экспериментом резко повысило оперативность его проведения, возникла возможность выполнять эксперименты, которые ранее провести было невозможно.

В качестве технической базы автоматизированных систем управления экспериментом стали применяться многомашинные комплексы, на нижнем уровне которых использовались автоматические регистрирующие устройства; на среднем уровне -- управляющие вычислительные машины; на верхнем -- универсальные электронные вычислительные машины, обеспечивающие обработку результатов эксперимента. Такая трехуровневая структура организации технических средств была следствием трехуровневого разделения решаемых функциональных задач. Повышение качества производимых изделий тесно связано с принципами их аттестации, испытаниями в экстремальных условиях. Автоматизация такого процесса позволяет получить значительный экономический эффект в сфере производства, а потоку развитие получили автоматизированные системы комплексных испытаний. По характеру функционирования они во многом совпадают с автоматизированными системами управления экспериментом и технологическими процессами. При испытаниях реализуются типовые алгоритмы управления. Однако доля автоматизированного управления в основном падает на исследовательскую часть, когда в процессе испытаний выявляются некоторые новые, ранее неизвестные закономерности в поведении изделий, что позволяет перейти к новому уровню качества, тем самым обеспечивая развитие производства. Таким образом, возникшие в 60-е годы основные предпосылка появления АИС (усложнение функций управления производством, рост объема производственной информации, необходимость решения оптимизационных задач, развитие средств вычислительной техники) привели к созданию нескольких поколений АИС.

автоматизированный управление организационный подсистема

1.2 Классификация АИС

Автоматизированная система управления представляет собой совокупность коллектива людей и комплекса технических средств, т. e. является человеко-машинной системой, которая базируется на экономико-математических методах управления, использовании средств электронной вычислительной техники и совместно с математическим, программным, информационным и техническим обеспечением и реализует заданную функцию управления. АИС относится к классу больших систем, поскольку объединяет в своей структуре огромное количество элементов. Она является также сложной системой, так как связи между отдельными элементами зачастую остаются неясными и требуется непрерывное их совершенствование и дальнейшее развитие системы. Подход к рассмотрению большой или сложной системы может осуществляться на трех модельных уровнях. Концептуальный уровень дает содержательное, качественное описание системы. Логический уровень позволяет на основе математического аппарата формализовать, логически определить место отдельных элементов системы в пространстве и оценить их взаимодействие во времени. Физический уровень модельного рассмотрения позволяет судить о возможностях реализации системы на основе различных программно-аппаратных средств.

В основе построения АИС лежит организационная схема управления заданным объектом. В настоящее время эта схема является принятой на уровне отрасли, предприятия, цеха, участка и т. д. Организационная структура самого предприятия является основой для создания организационной структуры АИС, однако при переходе к автоматизированной системе управления требуется совершенствование организационной структуры объекта, и в этом смысле должна проводиться значительная работа по упорядочению процесса управления до автоматизации. Весьма важными оказываются и функции, выполняемые автоматизированной системой, поэтому наряду с организационным актуальным является функциональный аспект. Исторически в автоматизированных системах управления выделялись наиболее характерные функциональные части системы, которые получили название функциональных подсистем. Они зачастую разрабатывались последовательно во времени, что приводило к дублированию используемой информации в информационной базе, к усложнению алгоритмов обработки информации и увеличивало требуемый вычислительный ресурс. При приобретении опыта создания и внедрения АИС оказалось более полезным расчленять систему на функциональные задачи. Совокупность взаимоувязанных функциональных задач составляет функциональную структуру системы. Функциональный подход к рассмотрению системы позволяет провести анализ выполняемых функций, наметить пути развития системы и ее дальнейшего совершенствования.

С развитием производства усложняются и технологические процессы, и процессы управления предприятием, расширяется спектр производственных задач, составляющих основу функционирования задач АИС. Это приводит к развитию системы по горизонтали. АИС должна быть открытой системой, т. e. должна позволять в созданном и внедренном виде дополнять набор решаемых функциональных задач, что исключительно важно в гике перспектив развития АИС. Существенное влияние на развитие систем оказало и совершенствование средств вычислимой техники. С одной стороны, это приводило к все более быстродействующим, высокопроизводительным вычислительным системам, что позволяло решать информационные задачи большой размерности, с другой -- появлялись периферийные средства, что позволило работать руководителю-оператору в режиме диалога. Процесс диалогового управления дал возможность уменьшить ошибочность управленческого решения и вскрыл новые возможности по оперативности и точности результата.

Современный этап развития АИС характеризуется переходом от централизованной структуры к децентрализованной, появились вычислительные средства--персональные ЭВМ, которые позволяют строить распределенную вычислительную систему с распределением функций памяти, средств обработки информации, периферийных устройств. Все это заставляет переосмыслить уже установившиеся принципы разработки АИС и перейти к созданию новых типовых проектных решений по отдельным элементам системы. Таким образом, организационный, функциональный и технический аспекты структуры АИС являются взаимонезависимыми, однако в реально созданной системе они тесно взаимосвязаны и составляют единое Целое.

При построении АИС необходимо определить типовые объекты управления и настроенные на них базовые варианты автоматизированных систем. Типизация объектов управления в условиях социалистического планового хозяйства является вполне реальной. В общем виде любое производство определяется технологическим процессом, под которым мы понимаем определенное взаимодействие орудий и предметов труда, обслуживающей и транспортной систем, что обеспечивает выпуск продукции заданного качества. В основе технологического процесса лежит Перемещение предметов труда от одной стадии обработки к другой, и это может быть отображено в виде материального патока I производственном пространстве.

В соответствии с характером материального потока технологические процессы могут быть разделены на непрерывные и дискретные. В непрерывных технологических процессах как материальный поток, так и отражающая его информация являются непрерывными по своему характеру. В соответствии с этим возникает понятие непрерывного производства, к которому можно отнести предприятия нефтеперерабатывающей, газовой, энергетической, химической промышленности. Продукцией непрерывного производства является некоторое вещество либо энергия, а параметрами технологии--непрерывные величины (концентрация, давление, температура и т. д.). Для дискретных технологических процессов характерным является дискретность выходной продукции. Соответственно и технологическому процессу присущ дискретный характер. К производству дискретного типа можно отнести предприятия приборостроительной, машиностроительной промышленности. Материальный поток здесь дискретен либо может считаться непрерывным. Соответственно технологические процессы характеризуются дискретными параметрами (числом заготовок, полуфабрикатов на межоперационных складах, выпускаемых изделий, а также бракованных изделий). Каждая операция также может быть представлена дискретными величинами в смысле начала и конца времени выполнения, адреса и т. д. Информация о таком производстве носит дискретный характер. В реальных условиях может иметь место производство непрерывно-дискретного типа, сочетающее в себе особенности непрерывного и дискретного производства (например, производства в пищевой, металлургической промышленности и др.). Обычно дискретному производству соответствуют мелкосерийное и единичное производства. Непрерывно-дискретное производство -- это поточно-массовое, крупносерийное производства.

Независимо от типа производства любая автоматизированная система состоит из двух основных частей: управляющей части и объекта управления. Для классификации автоматизированных систем управления необходимо выбрать ряд основных классификационных признаков: уровень управления, характер объектов управления, характер решаемых задач, структуру, выполняемые функции, степень использования выходных результатов, характер производства. Учитывая, что детальная классификация АИС приведена в других изданиях, остановимся подробнее лишь на интегрированных АИС и выделим основные уровни управления с учетом характера производства.

ГОСТ определяет АИС как систему «человек--машина», обеспечивающую эффективное функционирование объекта, в которой сбор и переработка информации, необходимой для реализации функций управления, осуществляется с применением средств автоматизации и вычислительной техники [З].

Интегрированные системы включают в себя АИС организационно-экономического типа и АИС технологическими процессами. Интегрированная система управления может интегрироваться как по вертикали, так и по горизонтали. Ее отличительной особенностью является единый подход к процессу управления, причем в качестве управляемого объекта выступают аппараты, машины, технологические процессы, а также коллективы людей в экономических и социальных системах, Интегрированные системы управления дают наибольший экономический эффект и являются исключительно перспективными, однако серьезной проработки информационного, математического, программного и технического обеспечении. По характеру производства выделяют интегрированные АИС с непрерывным, дискретным и непрерывно-дискретным типом производства. Если рассмотреть систему управления производством в виде подсистем, отображающих иерархическую структуру уровней управления, то можно выделить шесть уровней объектов, которые отличаются не только самим объектом, но и контролируемыми, управляющими параметрами, а также теми средствами и алгоритмами управления, которые в них используются.

Первый уровень -- рабочее место, где осуществляется управление отдельными станками или технологическими установками; в качестве технических средств используют регулятора устройства защиты, блокировки. Могут быть использованы специализированные логические блоки, построенные на микропроцессорных наборах. Все это позволяет исключить человека из контура управления. Здесь реализуется автоматическое управление объектом. На втором уровне -- участке -- решаются задачи управления комплексом станков, машин, обслуживающим персоналом. Все они связаны технологическим процессом. На третьем уровне - уровне цеха, где осуществляется управление технологическими участками, серьезное место занимают технико-экономические задачи, связанные с планированием производства, с контролем выполнения производственных заданий, контролем технологического процесса, с выработкой управляющих воздействий на первый уровень. Технической базой здесь могут служить системы сбора и обработки информации с использованием управляющих вычислительных машин. На четвертом, пятом и шестом уровнях, т. е. на уровнях предприятия, отрасли и народного хозяйства, где целью АИС является соответственно повышение эффективности функционирования предприятия, взаимодействие подразделений министерств подчиненных предприятий, а также отраслей промышленности, в основном решаются вопросы организационно-экономического характера. Это--составление производственных программ предприятий, планирование деятельности и формирование документации, решение задач качества выпускаемой продукции. Здесь широко используются ЭВМ разного уровня, средства оргтехники. Основная роль при принятии решений отводится человеку. Таким образом, мы получаем иерархическую структуру системы деления.

Для правильного построения такой системы необходимы четкая взаимосвязь целей системы с критериями ее функционирования, рациональное формирование структуры управления на каждом уровне, определение рационального уровня автоматизации функций управления, установление минимума влияния внешней среды на качество функционирования системы, т. е. обеспечение устойчивости системы в целом. Трудность построения АИС в том, что она является разомкнутой системой, и в ней могут быть слабо использованы разработанные в теории управления методы синтеза сложных систем.

2. Структура АИС

2.1 ПОНЯТИЕ СТРУКТУРЫ АИС

Свойства любой системы и проявление ее функций во времени определяются в значительной степени ее структурой. Под структурой понимают совокупность элементов системы и связей между ними, отражающих их взаимодействие. Накопленный опыт разработки и эксплуатации АИС в настоящее время позволяет определить основные принципиальные схемы функционирования АИС и структурный состав подсистем. Структура АИС должна обеспечить выполнение процесса автоматизированного управления с заданным критерием качества.

Рис. 1.1. Блок-схема автоматизированного управления производством

Автоматизированное управление реализуется на основе взаимодействия автоматизированной системы управления и объекта управления (рис. 1.1). Связи между АИС и объектом управления могут носить материальный, технологический или информационный характер. При материальном представлении мы имеем движение предметов труда по технологическим операциям и изучаем материальные потоки. Информационное представление является кибернетическим и позволяет с самых общих позиций оценить процесс автоматизированного управления. При информационном подходе связи отображают информацию, которая имеет место в системе. От производства П поступает осведомительная информация ОИ. В АИС хранится нормативная (условно-постоянная) информация НИ, и от АИС на объект управления формируется управляющая информация УИ. В условно-постоянной информации содержится совокупность данных, документов об объекте, которыми регламентируются действия по управлению. Так как процесс управления сопровождается непрерывной обработкой информации, то должна быть принята некоторая схема обработки информации, которая зависит от конкретных задач управления, сложности объекта, имеющихся вычислительных ресурсов и т. д. Осведомительная информация--это информация, поступающая функционирования объекта управления. Она должна содержать данные по отклонению производственного процесса от немого режима. Эта информация по своему характеру является оперативной; она передается и обрабатывается на ЭВМ по возникновения и зачастую преобразуется в форму, удобную представления на машинном носителе или для передачи по каналу связи. Ввод информации с объекта может осуществляться автоматически от датчиков, если в качестве управляемого процесса выступает технологический процесс, либо с помощью оператора, который задает некоторые обобщенные данные по функционированию производства, как организационно-экономического объекта управления.

Управляющая информация по своему характеру является оперативной. В зависимости от уровня объекта управления меняются характер управляющей информации и частота ее поступления. Чем выше уровень объекта, тем выше ценность информации и меньше частота поступления. Таким образом, процесс автоматизированного управления включает в себя получение информации о ходе производства, выработку управляющих решений с помощью АИС, выдачу управляющей информации для изменения состояния производства. Этот цикл идет непрерывно.

Процесс управления реализуется с обратной связью, которая проявляется в том, что изменение состояния производства, возникшее из-за внешних возмущений либо вследствие управляющих воздействий, непрерывно передается в АИС для получения и выработки управляющего решения. Блок-схема (Рис. 2.1) может быть раскрыта далее, если перейти к выявлению организационной структуры объекта управления и структуры АИС. Остановимся более подробно на понятии структуры.

Структура любой системы может изучаться извне для оценки отдельных частей системы, т. е. подсистем и отношений между ними. При этом устанавливаются основные части системы. Такое изучение системы применительно к АИС позволяет выделить две основные части: функциональную и обеспечивающую. Структура системы может изучаться и изнутри, когда проводится анализ отдельных свойств, позволяющих системе достигать заданной цели. При этом изучаются функции системы. Наметился ряд подходов к изучению структуры, основными из которых можно считать структурный и функциональный. При структурном подходе выявляются состав выделенных элементов системы и связи между ними. Совокупность элементов и связей, взятых во взаимодействии, позволяет судить о структуре системы в целом, причем эти связи могут быть описаны на различных уровнях. Самое общее описание -- это концептуальное, содержательное, качественное, когда не осуществляется никакой формализации, но имеется полное представление о действиях и составе системы. Менее общим является топологическое описание, позволяющее определить в самых общих понятиях составные части системы и перейти к формализации. Дальнейшее уточнение приводит к логическому описанию, когда на уровни алгебры логики некоторых математических представлений можно логически описать свойства системы, чтобы перейти к их реализации. Наиболее конкретным уровнем модельного представления является физическое представление структуры, когда мы переходим к реализации структуры на каких-то конкретных элементах. Такое представление может привести к так называемой технической структуре АИС, т. е. к комплексу технических средств. Физический уровень представления позволяет найти значение параметров отдельных частей системы и реализовать систему на требуемом техническом уровне.

Менее общим считают функциональный подход, когда рассматриваются отдельные функции, алгоритмы поведения системы. Под функцией обычно понимают свойства системы, приводящие к достижению цели. Если общую цель системы разбить на подцели, то при функциональном подходе получаем разбиение общей системы на отдельные составляющие по функциям, т. е. происходит выделение функциональных подсистем. Функциональный подход позволяет осуществить количественную оценку свойств. В частности, свойства могут быть выражены в виде некоторых характеристик элементов подсистем либо характеристик системы в целом. Исходя из функционального подхода, АИС может быть декомпозирована на функциональные подсистемы и задачи. Это особенно важно при проектировании АИС из-за сложности ее структуры.

Однако деление системы даже по одному функциональному признаку не является однозначным. Прежде всего, должны быть выделены границы между частями системы, что осуществляется зачастую субъективно. Выбор принципа выделения отдельных функциональных подсистем должен удовлетворять достаточно четко сформулированным критериям: во-первых, обеспечивать их максимальную автономность: во-вторых, учитывать особенности применяемых экономико-математических методов и моделей; в-третьих, учитывать функциональные особенности подсистем по характеру решаемых задач и используемой для решения этих задач информации. Очень важным является нахождение оптимального варианта деления системы на функциональные части. При управлении предприятием такое деление может быть выполнено по уровням управления, фазам и существующим организационным подсистемам. Опыт разработки АИС показывает, что выделение функциональных подсистем по традиционным организационным принципам, сложившимся до внедрения АИС, является нецелесообразным. Более рациональным является разделение функциональной части АИС на функциональные задачи. Функциональная задача определяется конкретной задачей управления и, что не менее важно, вычислительным процессом, позволяющим реализовать вычислительную задачу, которая является отображением реальной задачи управления. Таким образом, функциональная структура АИС является составной частью структуры, определяет основные функции, и процесс функционирования АИС во времени, как процесс взаимодействия элементов, обеспечивающих устойчивую бесперебойную работу объекта управления, удовлетворяющую заданным ограничениям и критериям качества. Однако функциональная часть системы не может работать без обеспечивающей части.

Обеспечивающая часть -- это совокупность организационного, информационного, математического, алгоритмического, программного, лингвистического, эргономического, правового обеспечений. Разработка обеспечивающих подсистем является самостоятельной задачей, и эту работу выполняют выпускники ряда учебных специальностей. Таким образом, как структурный, так и функциональный подходы приводят к делению структуры АИС на отдельные подсистемы. ГОСТ определяет подсистему АИС как часть автоматизированной системы управления, выделенную по определенному аспекту деления. В соответствии с этим функциональная часть АИС состоит из комплекса административных, организационных и экономико-математических методов, обеспечивающих решение задач планирования, учета и анализа показателей для принятия управленческих действий в подсистемах АИС.

Структура АИС имеет иерархический характер. В ней могут быть выделены определенные уровни иерархии, что наглядно проявляется в интегрированной системе управления, обобщенная блок-схема которой представлена на рис. 2.2. На нижнем уровне имеется система автоматического управления (САУ), выше располагаются автоматизированная система управления технологическим процессом (АСУ ТП), автоматизированная система управления предприятием (АСУП), отраслевая автоматизированная система управления (ОАСУ), общегосударственная автоматизированная система управления (ОГАС). Для любой из этих систем может быть произведена декомпозиция: в структуре выделяются уровни управления, которые отличаются друг от друга периодичностью принимаемых управленческих решений, уровнем интеграции обработки данных, общностью алгоритмов автоматизированных функций управления. Уровни управления в определенной степени зависят и от характера объекта. Если в качестве объекта управления выступает предприятие, то основными уровнями управления являются перспективное планирование и прогнозирование деятельности предприятия управление подготовкой производства, технико-экономическое управление, общезаводское производственное планирование и управление, оперативное управление. В соответствии с этими уровнями управления могут быть определены функции управления и. как следствие, установлены функциональные задачи и функциональные подсистемы. Если на каком-то уровне управления выделена задача управления, то для ее решения с использованием АИС необходимо поставить цель, разработать идеальную модель функционирования объекта, которая устанавливала бы оптимальный способ достижения цели: регулярного получения модели фактического состояния объекта и, при сравнении ее с идеальной, нахождения отклонения реальной траектории движения от идеальной, установления информации, направленной на устранение отклонения фактического состояния системы от идеальной модели. Решение этих задач предполагает расчленение процесса управления на отдельные фазы: планирование, учет, регулирование. Кроме того, могут иметь место вспомогательные фазы: нормирование, контроль и анализ хода производства. Деление системы управления на фазы управления позволяет к разработке алгоритмов. Получение общих алгоритмов дает возможность расчленить процесс управления между сложившимися службами предприятия. Поэтому возникает новая организационная структура управления объектом в условиях АИС.

Наряду с экономико-алгоритмической общностью задач, включаемых в функциональную подсистему, мы получаем информационную общность, что позволяет минимизировать внешние связи данной подсистемы. Такой подход позволяет выделить типовые функциональные подсистемы, которые реализуются на современных технических средствах с минимальными затратами.

Наряду с организационной и функциональной существенной является техническая структура АИС, определяемая возможностями современных средств вычислительной техники. Исторически техническая структура сформировалась как структура децентрализованная, иерархическая, и выделился ряд уровней иерархия. На рис. 2.3 представлена обобщенная схема АСУП для трехуровневого управления. Подсистема третьего уровня обслуживает производственный участок (ПО), где используются средства местной автоматики: управляющая вычислительная машина (УВМ), воздействующая через исполнительный механизм (ИМ) на производственный участок. Исходная информация ДМ функционирования поступает в ЭВМ через датчики (Д), которые снимают непрерывную информацию с производственного объекта. Требуемый режим функционирования предписывается подсистемой второго уровня через УВМ либо регулятор (Р). В зависимости от сложности производственного объекта локальные автоматические устройства могут функционировать в одноконтурных или в многоконтурных схемах управления. Подсистема второго уровня обеспечивает стабилизацию управляющих параметров и поддержание их на заданном уровне, осуществляет контроль за состоянием производственных объектов. Она здесь выступает как промежуточная, используются средства сбора и передачи информации (ПСПИ), средства выдачи данных (ПВД), которые являются однотипными для подсистем первого и второго уровней. Управляющая вычислительная машина определяет зону оптимального режима работы технологического оборудования, выдает обобщенные показатели хода производства, обеспечивает передачу их в подсистему верхнего уровня. Наивысшим органом управления является подсистема первого уровня, объединяющая работу локальных автоматических систем и систем управления второго уровня. Она решает задачи, связанные с оптимизацией работы всего предприятия, а поэтому здесь используются наиболее мощные вычислительные машины, которые превосходят ЭВМ второго уровня и по своим ресурсам обеспечивают решение всех возникающих задач. Отчетность о деятельности АИС и текущая информация передаются в отраслевую систему управления. Такая иерархическая структура системы связана, прежде всего, с возможностями работы высокопроизводительных вычислительных машин, которые могут централизованно обслуживать крупные предприятия, а порой и совокупность предприятий. С точки зрения используемых технических средств, в нашей стране существуют три основных направления развития вычислительных машин. Первое направление -- это выпуск микроЭВМ (например, «Электроника 60»). Они выпускаются с различным комплектом периферийной техники, обеспечивают работу непосредственно с объектом, стыкуются с, машинами большей мощности и тем самым являются достаточно универсальным средством для автоматизации технологических процессов, экспериментальных исследований, комплексных испытаний аппаратуры. Второе направление -- это развитие мини-ЭВМ серии СМ. Эти машины по своему характеру являются управляющими вычислительными машинами. Они работают в совокупности с аппаратурой съема информации, могут входить в состав информационно-вычислительных комплексов, где для связи с объектом используется аппаратура типа «КАМАК». Данные машины имеют средства для работы в режиме разделения времени, что позволяет организовывать на их базе дисплейные классы, в которых разработчики -- исследователи и проектировщики могут работать независимо друг от друга. Мини-ЭВМ этого типа получили широкое распространение в оперативном управлении производством, в управлении технологическими процессами, организационно-экономической деятельности предприятия на уровне цеха. Третье направление -- это производство мощных универсальных вычислительных машин единой серии типа ЕС. Они обладают высокой производительностью, возможностями работы в различных операционных системах. Использование новых типов операционных систем позволяет создавать ряд виртуальных машин на базе машин ЕС 1060, организовывать режим коллективного доступа, объединять эти машины в вычислительные системы коллективного пользования. В последние годы получают развитие персональные ЭВМ, которые позволяют перейти к децентрализованной структуре АИС; она, в свою очередь, дает возможность уменьшить связи между отдельными подсистемами и осуществить обработку информации непосредственно в месте ее возникновения. В целом структура системы при этом упрощается, на различных участках системы могут быть использованы однотипные алгоритмы обработки информации. Распределительная система приводит и к распределенной информационной базе. Построение автоматизированных систем управления с такой структурой является перспективным направлением развития АИС. Исходя из структуры системы, можно применительно к АИС выделить три основных аспекта: организационную структуру АИС, определяющую связи между отдельными организационными подразделениями предприятия в условиях автоматизированного управления; функциональную структуру, которая определяет взаимосвязи и выделяет функции АИС, и техническую структуру, отражающую комплекс технических средств, одной и той же организационной структуры могут быть разданы разные функциональные и технические структуры. Однако для конкретной системы они тесно связаны, поскольку оптимальная техническая структура может быть создана применительно к определенным организационным и функциональным задачам. Оптимизация структуры является сложной теоретической задачей, а поэтому актуальной является проблема формализации структуры АИС, т. е. переход от концептуального модельного описания к описанию логическому, на уровне которого можно применить известный математический аппарат.

2.2 Организационная структура объекта управления и АИС

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