Информационные системы и технологии

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Глава 1. Информационные системы и технологии

1.1 Информатика - предмет и задачи

информационный компьютеризация измерительный

Мир стоит на пороге новой цивилизации. По многочисленным признакам, которые стали все наиболее отчетливо проявляться в последние годы ХХ века, эта цивилизация будет представлять собой высокоавтоматизированное информационное общество, основанное на широкомасштабном использовании информации и научных знаний. Информация станет главным ресурсом развития человека и общества в ХХI веке, а новые информационные технологии будут являться не только средством, но и катализатором этого развития.

Об информации сегодня говорят, как о стратегическом ресурсе общества, определяющем уровень развития государства, его экономический потенциал и положение в мировом сообществе. Так, объем затрат на развитие информационной сферы в США сегодня превышает затраты на развитие топливно-энергетического комплекса этой страны, а прибыль от этой сферы больше, чем от сферы развлечений и досуга.

Специалисты считают, что в начале ХХI века в цивилизованных странах произойдет смена основной информационной среды. Удельные объемы информации, получаемой обществом по традиционным информационным каналам (ра-дио, телевидение, почта, связь), неуклонно сокращаются, а по компьютерным сетям возрастают, к 2005 году они будут равны между собой, к 2030 году доля информации, получаемая по компьютерным сетям, возрастет до 0,90 - 0,95.

Информатика - достаточно новая научная дисциплина. Своим появлением она обязана развитию глобального процесса информатизации общества, который, в свою очередь, является проявлением общей закономерности развития цивилизации. Термин «информатика» возник во Франции в 60-х годах от французского слова Informatique, образованного в результате объединения терминов Information (информация) и Automatique (автоматика), что выражает ее суть как области науки, занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью ЭВМ. В переводе с французского языка информатика означает «автоматизированная переработка информации». В англоязычных странах этому термину соответствует синоним Computer Science (наука о компьютерной технике). В нашей стране подобная трактовка термина «информатика» утвердилась с момента принятия решения в 1983 году на сессии годичного собрания АН СССР об организации нового отделения информатики, вычислительной техники и автоматики. Сегодня в России, несмотря на общеизвестные проблемы, связанные, в основном, с экономикой, успешно работает Институт информатики РАН.

Как наука информатика переживает сейчас период своего бурного развития и быстро расширяет свою предметную область. Из технической дисциплины о методах и средствах обработки данных при помощи вычислительной техники информатика превращается в науку об информации и информационных процессах не только в технических системах, но также в природе и обществе. Сегодня вокруг информатики формируется целый комплекс новых направлений научных исследований в области информации. К их числу относятся социальная информатика (наука о процессах информатизации общества), биологическая информатика (наука об информационных процессах в биологических системах) и др.

Определений информатики как науки очень много, но их обобщение позволяет использовать следующую трактовку, которой мы и будем придерживаться в дальнейшем.

В самом общем понимании информатика - наука о наиболее общих закономерностях построения и преобразования информационной модели мира, определяющей роль человека и технических средств в процессах обработки информации в технических, биологических и социальных системах.

В современном понимании информатика представляет собой комплексное научное направление, имеющее междисциплинарный характер. Она активно содействует развитию ряда других научных направлений и тем самым выполняет в определенной степени и интегративную функцию в среде ряда других направлений развития научного знания, как естественнонаучных, так и гуманитарных наук.

Выделение информатики как самостоятельной области человеческой деятельности в первую очередь связано с развитием компьютерной техники. В связи с этим под информатикой иногда понимается область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров.

Сегодня информатика - это комплексная инженерная дисциплина, изучающая все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки функционирования на ЭВМ систем переработки информации, их применения в различных областях человеческой деятельности.

Отметим сходство и различие между информатикой и кибернетикой.

В связи с этим напомним, что кибернетика - это наука об общих принципах управления в различных системах: технических, биологических, социальных и др. Управление немыслимо без использования информации, процессы управления неотделимы от информационных процессов. В связи с этим существует довольно распространенное мнение, что информатика является всего лишь одним из направлений кибернетики. Действительно, между информатикой и кибернетикой провести четкую границу не всегда возможно в связи с ее неопределенностью и размытостью. Кибернетика и информатика различаются в расстановке акцентов. В отличие от кибернетики, внимание которой сосредоточено в основном на исследовании систем и процессов управления, главными объектами изучения для информатики являются информационные системы, а также методы и средства хранения, передачи и использования информации в различных условиях, получивших в последние годы обобщенное название информационной среды. Информатика занимается изучением процессов преобразования и создания новой информации более широко, практически не решая задачи управления различными объектами, как это делает кибернетика. Информатика появилась благодаря развитию компьютерной техники, базируется на ней и совершенно немыслима без нее. Кибернетика же развивается сама по себе, строя различные модели и рассматривая различные принципы и алгоритмы управления, активно используя достижения компьютерной техники.

Прежде чем предпринять какие-то действия, необходимо провести работу по сбору и переработке информации, ее осмыслению и анализу. Отыскание рациональных решений в любой сфере требует обработки больших объемов информации, что подчас невозможно без привлечения специальных технических средств. Так, например, общая сумма знаний менялась вначале очень медленно, но уже с 1900 г. она удваивалась каждые 50 лет, к 1950 г. удвоение происходило каждые 10 лет, к 1970 г. - уже каждые 5 лет, с 1990 г. - ежегодно. Появились противоречия между ограниченными возможностями человека по восприятию и переработке информации и существующими мощными потоками и массивами хранящейся информации.

Мы все являемся свидетелями беспрецедентного в истории человечества и удивительного по своему содержанию социального феномена. Его суть заключается в том, что развитие информационной техники и информационных технологий существенно опережает возможности человека по их эффективному использованию. В связи с этим возникает проблема перестройки всей системы образования. Ведь система образования отстает от фундаментальной науки на 5-10 лет, что при высоких темпах информатизации недопустимо. Сегодня требуется формирование у будущего специалиста нового, информационного мировоззрения, а также существенное повышение информационной культуры.

На любом металлургическом предприятии кроме энергии и сырья используется также информация - жизненно важный продукт, необходимый для того, чтобы быть в курсе всей деятельности предприятия и руководить ею, обеспечивать нормальное функционирование предприятия. Заметим, что объем информации, циркулирующей на крупных металлургических предприятиях, за последние 5 лет возрос примерно на порядок.

Сегодня, несмотря на все трудности, металлургический комплекс Российской Федерации включает около 200 предприятий черной и 130 предприятий цветной металлургии. В комплексе занято около 1,5 млн. человек. В 1998 году по сравнению с 1990 годом объем производства проката составил 54 %, труб 24 %, алюминия 103 %, меди 80 %, никеля 70 %, титана 50 %, при этом потребность проката снизилась в 3,8 раза. Несмотря на все эти изменения предприятия металлургии и сегодня играют важную роль в формировании макроэкономических показателей экономики страны. На них сосредоточено 12,1 % стоимости основных фондов промышленности и занято 9 % производственного потенциала, они производят 14 % промышленной продукции, обеспечивают около 20 % налоговых поступлений промышленности. Доля металлургии в валовом объеме, например, Свердловской области, значительно выше, чем в среднем по стране, за последние 10 лет она возросла с 30 % до 50 %. Огромные производственные мощности России остаются нереализованными.

Главная цель развития металлургического комплекса страны состоит в сохранении и расширении рынков металлопродукции на базе повышения конкурентоспособности продукции. Конкурентоспособность предприятий, при прочих равных условиях (высокие технологии, богатое сырье, ресурсосбережение и экология), будет определяться соответствием качества и объема промышленной информации рациональным технологическим требованиям. Это в равной степени относится к производству проката из титана на Верхнесалдинском металлургическом производственном объединении, труб на Первоуральском новотрубном заводе, листа на Магнитогорском металлургическом комбинате.

Отечественный и зарубежный опыт убедительно доказывает, что развитие предприятий металлургического комплекса, решение проблемы качества и конкурентоспособности металлопродукции на мировом рынке требуют коренного совершенствования систем сбора, хранения, обработки, передачи и использования информации, используемых как для управления технологическими процессами, так и управления производством в целом.

Как нервные импульсы заставляют работать мышцы, так и информация приводит в движение оборудование и людей на металлургическом предприятии. Информационные потоки, циркулирующие на промышленном предприятии с помощью систем связи хранения и передачи информации, образуют его «нервную систему». Первоочередная задача для крупнейших предприятий металлургии - это создание информационных систем анализа сквозной технологии от добычи руды до получения готовой продукции.

Основное внимание в дальнейшем мы будем уделять использованию информатики на металлургических предприятиях. Главной целью изложения будет являться формирование определенного мировоззрения в информационной сфере и освоении информационной культуры, т.е. умения целенаправленно работать с информацией. Предварительно отметим, что в любой области экономической и социальной деятельности, на любом металлургическом предприятии, занимающемся производством и распределением продукции, создается и используется информация.

Заметим, что под информацией обычно понимают сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии.

Система информации существует в естественном виде, она образует информационную среду. При наличии систем автоматики, современной электронной вычислительной техники или даже без них информация существовала и существует, она непрерывно циркулирует. Совокупность информационных потоков и обменов составляет систему информации.

Система информации простирается далеко за пределы предприятия, поскольку она охватывает все данные, имеющие отношение к деятельности этого предприятия и представляющие для него интерес. Таким образом, система информации оказывается связанной с информационной средой и вне данного предприятия.

Несмотря на наличие мощных технических средств, при использовании информации иногда все еще прибегают к кустарным методам - каждая производственная ячейка создает свою собственную небольшую систему информации аналогично тому, как на заре электричества отдельные предприятия располагались вдоль рек, получая энергию от своих турбин. Теперь снабжение энергией производится централизованно - от сетей распределения электричества, газа, тепловой энергии. Так и в сфере информационной деятельности наступила эра автоматизированных информационных центров, которые предусматривают обращение на больших расстояниях к банкам данных и банкам знаний, обеспечивают возможность коллективного использования информационных ресурсов.

Внесло ли это какие-либо изменения в информационную сферу металлургического предприятия? Конечно. Независимо от того, идет ли речь о местном (локальном) устройстве обработки или об удаленном устройстве, используемом несколькими потребителями, необходимость в системе сбора, первичной обработке данных не только не отпадает, а, наоборот, увеличивается в связи с быстрым развитием автоматизированных информационных систем. Опыт массового внедрения в промышленность в 70-90-е гг. вычислительной техники без надежного информационного фундамента привел не только к потере их потенциального эффекта, но и в ряде случаев - к дискредитации на производстве систем управления с применением ЭВМ.

Современные информационные технологии управления характеризуются, прежде всего, широкой компьютеризацией измерительных операций. В компьютерных системах получают распространение многооконный интерфейс, специальные интерпретирующие языки, традиционные операционные системы дополняются рядом новых компонентов в виде прикладных программ, модулей для разработки и отладки программ, обслуживания аппаратных средств для объектноориентированной среды управления, совершенствуется человеко-машинный интерфейс в диалоговых информационных системах, широко используются средства телекоммуникаций. Информационные системы создаются с открытой архитектурой для реконфигурации и наращивания дополнительных функций управления. Для передачи и обмена информацией между территориально распределенными подсистемами в условиях мощных промышленных помех применяются беспроводные и оптоволоконные световые линии связи, а хранение информации успешно осуществляется в банках данных.

К эволюции информационных технологий управления в металлургической промышленности относятся замена классических щитов контрольно-измерительных приборов с множеством вторичных приборов и одноконтурных, локальных регуляторов на распределенные компьютерные рабочие модули с цветными дисплеями на базе локальных информационных сетей. Широко внедряются модели самых разных классов и видов, осуществляется диалог промышленного персонала (лица, принимающего решение) с информационной средой, начаты разработки перспективных информационных систем на базе искусственного интеллекта, в частности, - экспертных систем управления технологиями.

Заметим, что объем средств, затрачиваемых на создание и функционирование информационных систем, значителен, очень часто напрямую зависит от размера предприятия и составляет (исходя как из мирового, так и из российского опыта) от одного до трех процентов от объема годового оборота металлургического предприятия.

С точки зрения производства технических средств информатизации и их технологии, мы отстали от передовых развитых стан. А вот с точки зрения создания информационных систем, наши передовые предприятия металлургии могут оказаться впереди этих стран. Действительно, у большинства предприятий средства на замену появились только во времена появления 386-го процессора. Именно поэтому многие российские предприятия были укомплектованы гораздо лучше аналогичных западных фирм. Тот же путь предстоит пройти и информационным системам на российских предприятиях: сегодня имеется возможность применять такие технические средства информатизации, которые получат на западе распространение только в XXI веке. Здесь справедлива истина - скупой платит дважды. Сегодня необходимо вкладывать средства в передовые информационные технологии.

Для характеристики роли отдельных информационных технологий рассмотрим общую структуру информационной системы.

1.2 Структура информационной системы

Сотрудник отдела снабжения и сбыта, подтверждающий получение заказа, технический директор, определяющий техническую политику предприятия, любой металлургический агрегат, «выдающий продукцию», - все это является источником информации.

Последствия поведения или функционирования каждого из них в соответствующей сфере деятельности (заказ, принятие решения о техническом перевооружении, состав получаемого материала и т.п.) порождают то, что принято называть событием в самом широком смысле этого слова.

События по-разному отражаются на функционировании предприятия: одни остаются без внимания, другие представляются на усмотрение профессионально компетентных лиц, которые располагают большой свободой действий для локального управляющего воздействия в соответствии с полученной информацией; информация о третьей разновидности событий используется в соответствии с установленными правилами, что в определенный момент времени вызывает управляющее воздействие на уровне основных ресурсов, участвующих в рассматриваемом процессе.

Подобно термину «событие», термин «управляющее воздействие» здесь понимается в самом широком смысле: он может означать поставку сырья, изъятие изделия из каталога выпускаемой продукции, составление отчета, перестановку оборудования, ремонт металлургического агрегата, управление технологическим режимом данного конкретного металлургического агрегата и т.п. Таким образом, в общем случае под управлением понимается совокупность воздействий на систему, переводящих ее в требуемое целевое состояние.

Эти управляющие воздействия влияют на ход событий и сами в соответствующие моменты времени проявляются через другие события, так что цикл замыкается.

Таким образом, мы имеем здесь дело с тем, что принято называть системой информации. Из этой системы мы рассмотрим лишь установившийся информационный цикл (рис. 1.1). Событие генерирует информацию, которая затем используется с промежуточной обработкой или без нее; это использование вызывает управляющее воздействие.

С этим процессом мы встречаемся во всех системах управления. Система информации представляет собой информационную среду, которая позволяет определить: где, когда, при каких обстоятельствах произошло событие? Каким образом его воспринять, уловить, зафиксировать? Где, когда и как следует применить управляющее воздействие?

Использование информации подразумевает ряд воздействий, выполняемых искусственно созданной автоматизированной информационной системой. Следовательно, автоматизированная информационная система создается человеком искусственным путем. В дальнейшем уточним это понятие.

Рассмотрим основные процессы в информационной системе.

Автоматизированная информационная система в общем случае осуществляет следующие операции (рис. 1.1):

1) сбор, первичная обработка и оценка достоверности информации;

2) преобразование информации, т.е. возможное преобразование информации (перекодирование, перезапись), когда способ представления информации или ее носитель не совместимы с блоком ее использования;

3) передача информации в пункт хранения;

4) хранение информации;

5) возможная вторичная обработка, когда полученную информацию нельзя использовать непосредственно, т.е. когда она в том виде, в каком есть, не может вызвать требуемого управляющего воздействия;

6) передача информации и выдача информации пользователю (представление информации);

7) компьютерная поддержка принятия решений;

8) использование информации лицом, принимающим решение, для осуществления задач управления.

Следует отметить особую роль моделей разного класса и вида на всех этапах. Известный русский академик А.Н. Крылов в 1937 г. еще в период зарождения вычислительной техники и информатики предупреждал, «что если в вычислительное устройство загрузить информационный мусор, то на выходе вычислителя получим также мусор». Последующий опыт показывает, что только использование адекватных моделей разного класса (математических моделей технологических процессов, моделей знаний, моделей данных и т.п.) может обеспечить успешность и эффективность функционирования информационных систем.

В дальнейшем мы будем рассматривать преимущественно автоматизированные информационные системы, а предметом нашего рассмотрения является бурно развивающийся раздел информатики - компьютерная информатика, на наш взгляд, в большинстве случаев неоправданно отождествляемая с самой информатикой.

Под компьютерной информатикой мы будем понимать естественнонаучную дисциплину, занимающуюся вопросами сбора, обработки, передачи, хранения, отображения и использования информации с применением средств вычислительной техники.

Особо отметим, что на всех этапах, указанных на рис. 1.1, современные информационные системы предусматривают широкое использование компьютерной техники.

Конкретизируем понятие автоматизированной информационной системы.

Автоматизированная информационная система - это искусственно созданная человеком взаимосвязанная совокупность средств (в том числе и компьютерных), методов и персонала, используемых для получения, хранения, обработки, манипулирования и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели.

Иными словами, информационная система - это человеко-компьютерная система для поддержки принятия решений и производства информационных продуктов, использующая компьютерную информационную технологию.

При всем многообразии информационных систем главная их цель, как следует из рис. 1.1, одна: предоставить достоверную информацию в определенное время, определенному лицу, в определенном месте и за определенную плату.

Отметим различие между компьютерными и информационными системами.

Компьютеры, оснащенные специализированными программными средствами, являются технической базой для информационных систем. Информационная система включает и персонал, взаимодействующий с компьютерами.

В силу исключительной сложности большинства металлургических технологий, осуществление управления ими даже при высоком уровне компьютеризации и моделирования металлургических систем без участия человека невозможно. В связи с эти отметим важную роль человека (промышленного персонала, лица, принимающего решение) при окончательном принятии решения в металлургии. Именно поэтому участие человека в современных информационных системах, особенно при принятии решений, как мы покажем в дальнейшем, жизненно необходимо.

Различают фактографические и документальные информационные системы.

В фактографических информационных системах регистрируются факты - конкретные значения данных об объектах реального мира. Структурированность информации в фактографических информационных системах позволяет им однозначно отвечать на запросы пользователя типа: «Какой объем продукции определенного типа произведен на предприятии за последнюю рабочую смену?», «Каково тепловое состояние доменной печи, оцениваемое по тем или иным параметрам?».

Документальные информационные системы обслуживают принципиально иной класс задач, которые не предполагают однозначного ответа на поставленный вопрос. Они оперируют неструктурированными текстовыми документами (статьи, книги, тексты законов и т.д.) и снабжены тем или иным формализованным аппаратом поиска. Цель такой системы, как правило, - выдать в ответ на запрос пользователя список документов, в какой-то мере удовлетворяющих сформулированным в запросе условиям. Например, выдать список всех статей, в которых встречается слово «теплообмен».

Деятельность любого промышленного предприятия, в том числе и металлургического, можно условно разделить на две части: первая - это непосредственно производственный процесс, вторая - финансово-экономическая деятельность предприятия. Требования к информационным системам по финансово-экономической деятельности не имеют, пожалуй, особой специфики для различных областей, но производственная деятельность крупного металлургического производства, включающего множество технологических циклов и потребляющего разное сырье (как исходное, так и промежуточное), всегда ставит задачу контроля технологических цепочек на всех этапах. В металлургии сбои в технологическом цикле могут иметь как тяжелые финансовые последствия, так и приводить к крупным авариям. Соответственно контроль должен осуществляться в реальном времени и непрерывно, что выдвигает требования к производительности информационных систем, гарантии качества услуг и их надежности. Впрочем, надежность и защищенность систем не в меньшей степени требуются и для финансово-экономической деятельности, так как объем входящих и исходящих финансовых потоков, а также циркулирующих внутри предприятия весьма велик.

Любое более-менее серьезное предприятие металлургической отрасли нередко представляет собой конгломерат нескольких, в известной степени независимых друг от друга, но связанных производств. В зависимости от размеров предприятия и области металлургии, в которой оно специализируется, количество этих производств может варьироваться. Относительная автономность всех производств тем не менее подразумевает их слаженную работу и сопряженность технологических циклов. В связи с этим необходимо создание ряда независимых друг от друга информационных систем и обеспечение их интеграционного взаимодействия друг с другом.

Главная цель информационных систем в металлургии - это создание эффективной и надежной информационной структуры анализа сквозной технологии, пригодной к промышленному использованию. Под сквозной технологией в черной металлургии для предприятий с полным металлургическим циклом обычно понимают комплекс технологических операций в системе подготовка руд к плавке - доменный передел - сталь - металлопрокат. В мировой практике принято рассматривать комплексные системы автоматизации предприятий в виде 5-уровневой пирамиды. Структуру информационной системы крупного промышленного предприятия обычно представляют в виде пирамиды

Исторически процесс информатизации проникал на производство с двух сторон - «сверху» и «снизу».

«Сверху» (самый верхний, пятый уровень) в офисах создаются информационные структуры, отвечающие за работу предприятий в целом. Это автоматизация бухгалтерского учета, управления финансами и материально-техническим снабжением, организацией документооборота, анализом и прогнозированием и др.

Размещено на Allbest.ru