Компьютерные технологии

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Владимирский государственный университет

имени Александра Григорьевича и Николая Григорьевича Столетовых»

(ВлГУ)

Кафедра “Экология”

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«КОМПЬЮТЕРНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ»

(Часть 2)

Составитель: П.С. Сабуров

Владимир 2012

УДК 004.7

ББК 32.97

Рецензент

Доктор технических наук, профессор кафедры «Информатика и защита информации» Владимирского государственного университета

Монахов М.Ю.

Учебное пособие к курсу лекций по дисциплине «Компьютерные технологии» Часть 2 / Сост. П.С. Сабуров., Владим. гос. ун-т., Владимир, 2012. - с. 103.

Подготовлено в соответствии с рабочей программой дисциплины

«Компьютерные технологии», содержит материал для подготовки к экзамену.

Предназначены для инженерно?технических специальностей Владимирского государственного университета имени А.Г. и Н.Г. Столетовых.

Ил. 21. Библиогр. 11 назв.

УДК 004.7

ББК 32.97

Владимирский государственный университет имени А.Г. и Н.Г. Столетовых (ВлГУ)



Аннотация

информационный технология компьютерный программный

Данное учебное пособие предназначено для студентов I-II курсов, обучающихся по дисциплине “Компьютерные технологии”, может быть применено в качестве лекционного курса и для самостоятельной работы (содержит ссылки на дополнительные источники информации, в т.ч. Internet). В пособии изложены основы аппаратных средств персональных компьютеров, принцип функционирования его составляющих, разновидности компьютерных сетей, современные программные и информационные технологии и др.



МОДУЛЬ 4

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В РАЗЛИЧНЫХ ОБЛАСТЯХ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ

1. Информационные технологии в системах организационного управления

ЭВМ при выборе решений в области технологии, организации, планирования и управления производством

Применение компьютерных информационных технологий позволяет в ряде случаев при сравнительно небольших затратах получать ценные управленческие решения. Составление экономико-математических моделей и проведение расчетов с помощью компьютера позволяют быстро и относительно недорого проводить разработку и сравнение многочисленных вариантов планов и управленческих решений.

Многовариантность выбора - одно из ценнейших качеств рассматриваемых методов. Однако в настоящее время практическое применение экономико-математических методов в управление и планировании производственной деятельностью, несмотря на оснащение управленческих служб средствами вычислительной техники, далеко не соответствует имеющемуся в этой области научному запасу.

Трудности практического внедрения экономико-математических методов связаны со многими объективными и субъективными причинами, но прежде всего обусловлены сложностью экономических процессов и явлений, невозможностью расчленения больших систем на обозримые части с целью их автономного рассмотрения, а также необходимостью учитывать наряду с технологическими аспектами и поведение людей.

Поэтому практически приемлемым путем является включение компьютерных решений конкретных типовых задач в процесс принятия управленческих решений руководителем. При этом необходимо сочетать опыт и трудноформализуемые знания руководителя, хорошо знающего производственную и хозяйственную стороны управленческой деятельности, с производительностью и многовариантностью компьютерно-математических методов.

В настоящее время имеются отработанные методы решения ряда типовых задач по организации и планированию производства, для которых могут быть применены компьютерные технологии. Все эти задачи могут быть классифицированы следующим образом.

1. Задачи в области организации производства. К ним относятся, например, задачи организации проектирования, ремонта машин, транспорта и складского хозяйства, задачи управления качеством, расчета потребности в ресурсах (трудовых, материальных, технических) с распределением во времени на основе календарного плана производства и т.п.

2. Задачи планирования производства. К ним относятся, например, задачи планирования производства товарной продукции, технического развития и повышения эффективности производства, труда и заработной платы, механизации и материально-технического обеспечения производства, задачи анализа производственно-хозяйственной деятельности и т. п.

Такие отработанные решения определенных типовых задач базируются на методах имитационного моделирования, линейного программирования, вероятностного моделирования и других методах.

Возможность практического решения указанных задач в настоящее время расширяется в связи с компьютеризацией всех звеньев управленческого аппарата, созданием локальных и объединенных вычислительных сетей, организацией локальных и централизованных информационных баз данных и обеспечением к ним оперативного доступа.

Возможности использования новых информационных технологий в системах организационного управления

Современные информационные технологии определяются как непрерывные процессы обработки, хранения, передачи и отображения информации, направленные на эффективное использование информационных ресурсов, средств вычислительной техники и передачи данных при управлении системами различного класса и назначения.

ИТ существенно увеличивают степень автоматизации всех информационных процессов, что является предпосылкой для ускорения темпов научно-технического прогресса, повышения производительности и эффективности управленческого труда.

Основу современных информационных технологий составляют «четыре технических достижения:

1) развитие носителей информации, позволяющих хранить практически неограниченные объемы информации;

2) развитие средств связи, обеспечивающих доставку информации в любую точку земного шара без существенных ограничений во времени;

3) возможность автоматизированной обработки информации в местах ее возникновения с помощью персональной ЭВМ;

4) возможности удаленного доступа и обработки информации, хранящейся в распределенных базах и банках данных.

ИТ развивались в процессе целенаправленной интеграции средств хранения, обработки, передачи и представления информации в комплексные системы, обеспечивающие циркуляцию требуемых потоков данных в рамках определенных организационных систем.

На современном этапе автоматизированная обработка данных в организационных системах характеризуется переходом от централизованной обработки информации к распределенной (децентрализованной), на основе широкого применения персональных ЭВМ.

Объединение ЭВМ в сети (локальные и региональные) позволяет пользователям сочетать преимущества автономной распределенной обработки информации с возможностями индивидуального доступа к общим информационным ресурсам отдела, предприятия, района и т.д.

Ввод и обработка информации на рабочем месте сотрудника (руководителя и специалиста) с использованием ПК позволяет повысить качество, точность, своевременность и актуальность подготавливаемых документов и увеличить скорость их подготовки.

Объединение автоматизированных рабочих мест сотрудников в локальные вычислительные сети (ЛВС) позволяет снизить затраты на информационный обмен, решить задачу оптимального использования вычислительных мощностей и ресурсов. Включение в качестве элемента ЛВС высокопроизводительной ЭВМ с внешними запоминающими устройствами большого объема позволяет централизовать информацию, необходимую для совместной обработки всеми пользователями сети и исключить дублирование такой информации.

Технические средства "электронной почты" и вычислительных систем позволяют внедрять в организационных системах безбумажные технологии, при которых часть информационных потоков и массивов (файлов) переносятся на бумажный носитель лишь в строго регламентированных случаях, связанных в основном с подготовкой и представлением в официальных итоговых отчетов.

В современном учреждении выполняется несколько десятков видов работ, включающих:

§ осуществление информационных коммуникаций внутри организации и между организациями;

§ изучение, поиск, накопление и генерирование информации (чтение документов, подготовка отчетов, писем, ответов на письма, поиск необходимых данных, ведение архивов и т.п.);

§ анализ данных и принятие решений;

§ управление функционированием организации;

§ информационное обслуживание руководителей и т. д.

Основными элементами современного "электронного" учреждения являются автоматизированные рабочие места (АРМы) пользователей, системы редактирования текстов, базы данных и средства управления ими (СУБД), информационно-вычислительные сети, электронная почта, средства печати и копирования документов и др.

Автоматизированное рабочее место (АРМ) - вычислительная система, предназначенная для автоматизации профессиональной деятельности.

Производительность труда при использовании АРМ на рутинных операциях, применяемых при подготовке и передаче документов увеличивается в несколько раз за счет применения специального программного обеспечения.

Примеры функций пользователей - сотрудников, реализуемые на АРМе соответствующего типа являются:

§ подготовка документов, содержащих текстовые, табличные и графические фрагменты на основе анализа доступной информации;

§ хранение и поиск информации;

§ прием/передача документов (или их фрагментов) внутри учреждения и за его пределы;

§ обеспечение режима использования и надежного хранения документов.

Функции АРМов руководителей организации и ее подразделений существенно отличаются от функций АРМ сотрудника (служащего, специалиста).

К основным функциям руководителя относятся: долгосрочное и оперативное планирование работ, общение со смежными подразделениями, проведение рабочих совещаний, выдача поручений и контроль за их выполнением, регистрация и исполнение поручений руководства, оценка деятельности сотрудников, подразделения и организации в целом и другие функции. Большинство этих функций может быть успешно реализовано при наличии соответствующего прикладного программного обеспечения АРМ руководителя.

Таким образом, внедрение информационных технологий в процесс управления организациями не ограничивается только автоматизацией сбора, хранения и представления данных, а распространяется также на анализ информации и поддержку принятия решений. В большинстве случаев решения принимаются на основе математического моделирования технико-экономической ситуации в конкретной предметной области. Рассматриваемое в таком аспекте АРМ руководителя становится усилителем его интеллекта, помогает находить достаточно эффективные (неубыточные) управленческие решения в сложных, динамически изменяющихся ситуациях.

Необходимость в обмене информацией в различных сферах управленческой деятельности, получении новых сведений в результате коллективного обсуждения проблем привели к таким формам общения, как конференции, семинары, совещания.

Практически ни одна серьезная сделка, ни один договор не могут быть заключены без обсуждения на различных уровнях промежуточных результатов, итогов, вариантов решения, заслушивания оппонентов и принятия соответствующих решений. Эта идея была реализована новом виде информационного обслуживания - телеконференции. Участники таких конференций, удаленные друг от друга на сотни и тысячи километров, благодаря современной электронике могут видеть друг друга, обмениваться данными и графической информацией дискутировать в условиях, максимально приближенных к реальной конференции.

Организация телеконференций требует привлечения весьма разнообразной аппаратуры: терминалов, факсимильной связи, телевизионных камер, видеомагнитофонов, компьютеров, модемов, акустической аппаратуры.

Новейшей технологией информационного обслуживания организаций являются создание использование автоматизированных информационных систем интеллектуального типа (экспертные системы, функционирующие в режиме реального времени, ситуационные комнаты, интеллектуальные системы поддержки принятия решения и т.д.).

2. Информационные технологии в обучении

Создание и совершенствование компьютеров привело и продолжает приводить к созданию новых технологий в различных сферах научной и практической деятельности. Одной из таких сфер стало образование. Нетрадиционные информационные системы, связанные с обучением, называют информационно-обучающими.

Автоматизированная обучающая система (АОС) - комплекс программных, технических и учебно-методических средств, предназначенных для активного индивидуального обучения человека на основе программного управления этим обучением.

Благодаря своим конструктивным и функциональным особенностям современный персональный компьютер находит применение в обучении самым разнообразным дисциплинам и служит базой для создания большого числа новых информационных технологий обучения.

Компьютерная технология повышает интерес к обучению. В настоящее время существует огромное множество обучающих программ по самым разным предметам, ориентированных на самые различные категории учащихся, начиная с детских садов и заканчивая персоналом атомных электростанций.

Типы обучающих программ

Основанием для классификации служат обычно особенности учебной деятельности обучаемых при работе с программами. Обычно выделяют четыре типа обучающих программ:

§ тренировочные и контролирующие;

§ наставнические;

§ имитационные и моделирующие;

§ развивающие игры.

Тренировочные программы предназначены для закрепления умений и навыков. Предполагается, что теоретический материал уже изучен. Эти программы в случайной последовательности предлагают учащемуся вопросы и задачи и подсчитывают количество правильно и неправильно решенных задач (в случае правильного ответа может выдаваться поощряющая реплика, при неправильном ответе можно получить помощь в виде подсказки).

Наставнические программы предлагают ученикам теоретический материал для изучения. Задачи и вопросы служат в этих программах для организации человеко-машинного диалога, для управления ходом обучения. Так, если ответы, даваемые учеником, неверны, программа может "откатиться назад" для повторного изучения теоретического материала.

Программы наставнического типа являются прямыми наследниками средств программированного обучения 60-х годов в том смысле, что основным теоретическим источником современного компьютерного или автоматизированного обучения следует считать программированное обучение. В публикациях зарубежных специалистов и сегодня под термином "программированное обучение" понимают современные компьютерные технологии. Одним из основоположников концепции программированного обучения является американский психолог Б.Ф.Скиннер.

Главным элементом программированного обучения является программа, понимаемая как упорядоченная последовательность рекомендаций (задач), которые передаются с помощью программированного учебника и выполняются обучаемыми. Существует несколько разновидностей программированного обучения.

§ линейное программированное обучение. Линейная программа характеризуется следующими особенностями:

§ разветвленная программа. Разветвленная программа основана выборе одного правильного ответа из нескольких данных, она

Если основой линейной программы является стремление избежать ошибок, то разветвленная программа не направлена на ликвидацию ошибок в процессе обучения: ошибки трактуются как возможность обнаружить недостатки в знаниях обучаемых, а также выяснить, какие проблемы обучаемые уяснили недостаточно. Постепенно (линейное и разветвленное программированное) уступили место смешанным формам.

Существует и продолжает разрабатываться большое количество инструментальных программ такого вида. Общим их недостатком является высокая трудоемкость разработки, затруднения организационного и методического характера при использовании в реальном процессе обучения.

Моделирующие программы основаны на графических иллюстративных возможностях компьютера, с одной стороны, и вычислительных, с другой, и позволяют осуществлять компьютерный эксперимент. Такие программы предоставляют возможность наблюдать на экране дисплея некоторый процесс, влияя на его ход подачей команды с клавиатуры, меняющей значения параметров.

Развивающие игры предоставляют в распоряжение ученика некоторую воображаемую среду, существующий только в компьютере мир, набор каких-то возможностей и средств их реализации. Использование предоставляемых программой средств для реализации возможностей, связанных с изучением мира игры и деятельностью в этом мире, приводит к развитию обучаемого, формированию у него познавательных навыков, самостоятельному открытию им закономерностей, отношений объектов действительности, имеющих значение.

Наибольшее распространение получили обучающие программы первых двух типов в связи с их относительно невысокой сложностью, возможностью унификации при разработке многих блоков программ. Если программы 3-го и 4-го типов требуют большой работы программистов, психологов, специалистов в области изучаемого предмета, педагогов- методистов, то технология создания программ 1-го и 2-го типов сегодня сильно упростилась с появлением инструментальных средств или наполняемых автоматизированных обучающих систем.

В процессе контроля знаний широкое распространение получило компьютерное тестирование. В ряде стран тестирование вытеснило традиционные формы контроля - устные и письменные экзамены и собеседования.

Типы компьютерных тестовых заданий определяются способами однозначного распознавания ответных действий тестируемого в соответствии с моделью знаний.

Учебная мультимедиа и гипермедиа-технология представляет собой развитие технологии программированного обучения, хотя упор делается не на адаптивность обучения и его методическое обоснование, а на внешнюю иллюстративно-наглядную сторону. Современные графические и звуковые

возможности компьютера обусловили появление средств гипер- и мультимедиа.

Мультимедиа технология - представление информации в форме видеоизображения с применением мультипликации и звукового сопровождения.

Гипермедиа технология - компьютерное представление данных различного типа, в котором автоматически поддерживаются смысловые связи между выделенными понятиями, объектами или разделами.

Научные исследования в данной области связаны с разработкой технологий создания учебных курсов большего размера на основе возможностей мульти- и гипермедиа. Под управлением компьютера система мультисред может производить в едином представлении объединение текста, графики, звуков, видеообразов и мультипликации. Технология мультимедиа в последнее время широко применяется для создания электронных книг и учебников.

Развитием идей мультимедиа являются технологии компьютерной виртуальной реальности. В этом случае с помощью специальных экранов, датчиков, шлемов, перчаток и т.п. полностью моделируется управление, например, самолетом, так что у обучаемого возникает полная иллюзия того, что он находится в кабине самолета и им управляет.

Автоматизированные системы научных исследований

Автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) представляют собой программно-аппаратные комплексы, обрабатывающие данные, поступающие от различного рода экспериментальных установок и измерительных приборов, и на основе их анализа облегчающие обнаружение новых эффектов и закономерностей. Типовая структура АСНИ показана на рисунке 1.

Блок связи с измерительной аппаратурой преобразует к нужному виду информацию, поступающую от измерительной аппаратуры.

В базе данных хранится информация, поступившая из блока связи с измерительной аппаратурой, а также заранее введенная с целью обеспечения работоспособности системы.

Расчетный блок, выполняя программы из пакета прикладных программ, производит все математические расчеты, в которых может возникнуть потребность в ходе научных исследований.

Расчеты могут выполняться как по требованию исследователя, так и блока имитационного моделирования. При этом на основе математических моделей воспроизводится процесс, происходящий во внешней среде.

Экспертная система моделирует рассуждения специалистов данной предметной области. С ее помощью исследователь может классифицировать наблюдаемые явления, диагностировать течение следуемых процессов.

АСНИ получили широкое распространение в молекулярной химии, минералогии, биохимии, физике элементарных частиц и многих других науках.

Системы автоматизированного проектирования

Близкими по своей структуре и функциям к системам автоматизации научных исследований оказываются системы автоматизированного проектирования (САПР).

САПР - комплекс программных и аппаратных средств, предназначенных для автоматизации процесса проектирования человеком технических изделий или продуктов интеллектуальной деятельности.

Проектирование новых изделий - основная задача изобретателей конструкторов, протекает в несколько этапов, таких как нормирование замысла, поиск физических принципов, обеспечивающих реализацию замыслов и требуемые значении конструкции, поиск конструктивных решений, их расчет и обоснование, создание опытного образца, разработка технологий промышленного изготовления. Если формирование замысла и поиск физических принципов пока остаются чисто творческими, не поддающимися автоматизации этапами, то при конструировании и расчетах с успехом могут быть применены САПР, типовая схема которой показана на рисунке 2.

База данных, блок имитационного моделирования, расчетный блок и экспертная система выполняют функции, аналогичные функциям соответствующих блоков АСНИ. Вместо блока связи с измерительной аппаратурой в САПР имеется блок формирования заданий. Проектировщик вводит в блок техническое задание на проектирование, в котором указаны цели, которые необходимо достичь при проектировании, и все ограничения, которые нельзя нарушить. Блок подготовки технической документации облегчает создание технической документации для последующего изготовления изделия.

Аппаратное обеспечение САПР составляет ЭВМ с набором устройств, необходимых для ввода и вывода графической информации (графопостроитель, световое перо, графический планшет и др.).

В настоящее время САПР является неотъемлемым атрибутом крупных конструкторских бюро и проектных организаций, работающих в различных предметных областях. Это важная сфера приложения идей и методов информатики. САПР широко применяется в архитектуре, электротехнике, электронике, машиностроении, авиакосмической технике и др.

Геоинформационные системы и технологии

Геоинформационные системы (ГИС) и ГИС- технологии объединяют компьютерную картографию и системы управления базами данных. Концепция технологии ГИС состоит в создании многослойной электронной карты, опорный слой которой описывает географию территории, а каждый из остальных слоев - один из аспектов состояния территории. Тем самым ГИС-технологии определяют специфическую область работы с информацией.

Технология ГИС применима везде, где необходимо учитывать, обрабатывать и демонстрировать территориально распределенную информацию. Пользователями ГИС-технологии могут быть как организации, чья деятельность целиком базируется на земле владельцы нефтегазовых предприятий, экологические службы, жилищно-коммунальное хозяйство, так и многочисленные коммерческие предприятия - банки, страховые, торговые и строительные фирмы, чья успешная работа во многом зависит от правильного и своевременного учета территориального фактора.

В основе любой ГИС лежит информация о каком-либо участке земной поверхности: континенте, стране, городе, улице.

БД организуется в виде набора слоев информации. Основной шрифт содержит географически привязанную карту местности (топооснова). На него накладываются другие слои, несущие информацию об объектах, находящихся на данной территории: коммуникации, в том числе линии электропередач, нефте- и газопроводы, водопроводы, промышленные объекты, земельные участки, почвы, коммунальное хозяйство, землепользование и др.

В процессе создания и наложения слоев друг на друга между ними устанавливаются необходимые связи, что позволяет выполнять пространственные операции с объектами посредством моделирования и интеллектуальной обработки данных.

Как правило, информация представляется графически в векторном виде, что позволяет уменьшить объем хранимой информации и упростить операции по визуализации. С графической информацией связана текстовая, табличная, расчетная информация, координатная привязка к карте местности, видеоизображения, аудиокомментарии, БД с описанием объектов и их характеристик.

Многие ГИС включают аналитические функции, которые позволяют моделировать процессы, основываясь на картографической информации.

Программное ядро ГИС можно условно разделить на две подсистемы: СУБД и управление графическим выводом изображения. В качестве СУБД используют SQL-серверы.

Рассмотрим типовую схему организации ГИС-технологии, в настоящее время сложился основной набор компонентов, составляющих ГИС. К ним относятся:

1) приобретение и предварительная подготовка данных;

2) ввод и размещение данных;

3) управление данными;

4) манипуляция данными и их анализ;

5) производство конечного продукта.

Функциональным назначением данных компонентов является:

Приобретение и подготовка исходных данных; включает манипуляции с исходными данными карт - материалами на твердой или бумажной основе, данными дистанционного зондирования, результатами полевых испытаний, текстовыми (табличными) материалами, с архивными данными.

Ввод и размещение пространственной и непространственной составляющих данных включает конвертирование информации во внутренние форматы системы и обеспечение структурной и логической совместимости всего множества порождаемых данных.

Управление данными предполагает наличие средств оптимальной внутренней организации данных, обеспечивающих эффективный доступ к ним.

Функции манипуляции и анализа представлены средствами, предназначенными для содержательной обработки данных в целях обработки и реорганизации данных. С точки зрения пользователя, эти функции являются главными в ГИС-технологиях, потому что позволяют получать новую информацию, необходимую для управления, исследовательских целей, прогнозирования.

Производство конечного продукта включает вывод полученных результатов для конечных потребителей ГИС. Эти продукты могут представлять карты, статистические отчеты, различные графики, стандартные формы определенных документов.

Кроме этого, каждый картографический объект может иметь атрибутивную информацию, в которой содержится информация, которая не обязательно должна отображаться на карте (например, число жильцов какого-либо дома и их социальный статус).

Подавляющее большинство ГИС-систем различают геометрическую и атрибутивную компоненты баз данных ГИС. Их часто называют также пространственными (картографическими, геометрическими) и непространственными (табличными, реляционными) данными.

Картографичекая информация представляется точками, кривыми и площадными объектами.

Атрибутивная информация содержит текстовые, числовые, логические данные о картографических объектах. Большинство современных ГИС-инструментариев позволяют хранить информацию в составе БД, как правило, реляционных.

Атрибутивная информация хранится в виде отдельных табличных файлов, как правило, в форматах реляционных баз данных систем DBF, PARADOX, ORACLE, INGRESS. Такой способ характерен как для западных коммерческих продуктов, так и современных отечественных разработок.



3. Автоматизированные системы управления на предприятии

3.1 Обеспечение информационных систем на предприятии

В современных условиях участниками жизненного цикла конкретного изделия могут быть юридически и территориально не связанные друг с другом предприятия. CALS-технологии призваны служить средством, интегрирующим существующие па предприятиях автоматизированные системы обработки информации в единую функциональную систему. Главная задача создания и внедрения CALS-технологий - обеспечение единообразных описаний и смысловой интерпретации данных независимо от места и времени их получения в общей информационной системе. CALS- технологий не отвергают существующие автоматизированные системы обработки информации (САПР, АСТПП, АСУ, АСУП и др.), а служат средством их интеграции и эффективного взаимодействия. При этом внедряется и поддерживается стандартизация проектной, технологической и эксплуатационной документации, понятийного аппарата и языков представления данных.

По аналогии с системами автоматизированного проектирования в составе CALS различают лингвистическое, информационное, математическое, программное, методическое и техническое обеспечение системы.

К лингвистическому обеспечению CALS относятся языки и форматы данных о промышленных изделиях и процессах, используемые для представления и обмена информацией на всех этапах жизненного цикла изделий.

Информационное обеспечение составляют базы данных, содержащие сведения о промышленных изделиях. Эти данные используются различными системами в процессе проектирования, производства, эксплуатации и утилизации изделий. В состав информационного обеспечения входят также серии международных и национальных CALS-стандартов и спецификаций.

Математическое обеспечение CALS включает, модели и алгоритмы взаимодействия различных систем и их компонентов в CALS-технологиях. К этим моделям относятся методы структурного и имитационного моделирования, методы планирования и управления процессами, распределения ресурсов и т.п.

Программное обеспечение CALS представлено программными комплексами, предназначенными для поддержки единого информационного пространства на всех этапах жизненного цикла изделий. Это системы управления документами и документооборотом, управления проектными данными, обеспечения взаимодействия предприятий в электронном бизнесе, подготовки интерактивных электронных технических руководств и некоторые другие.

Методическое обеспечение CALS представлено методиками осуществления таких процессов, как структурирование сложных объектов, их функциональное и информационное моделирование, параллельное (совмещенное) проектирование и производство, объектно-ориентированное проектирование, создание онтологии приложений.

К техническому обеспечению CALS относят аппаратные средства получения, храпения, обработки и визуализации данных при информационном сопровождении изделий. Взаимодействие частей виртуальных предприятий, систем, поддерживающих разные этапы жизненного цикла изделий, происходит через линии передачи данных и сетевое коммутирующее оборудование.

На рисунке 3 представлены виды программного обеспечения информационных систем и их место в жизненном цикле изделия.

Рис. 3. Этапы жизненного цикла промышленных изделий и системы их автоматизации

Ниже представлена расшифровка названий автоматизированных систем:

- CAE - Computer Aided Engineering (автоматизированные расчеты и анализ);

- CAD - Computer Aided Design (автоматизированное проектирование);

- САМ - Computer Aided Manufacturing (автоматизированная технологическая подготовка производства);

- CAPP -- система проектирования технологических процессов (ТП), которая позволяет с различной степенью автоматизации проектировать единичные, групповые и типовые технологические процессы по многим направлениям: механообработка, гальваника, сварка, сборка, термообработка и т.д.;

- PDM - Product Data Management (управление проектными данными);

- ERP - Enterprise Resource Planning (планирование и управление MRP-2 - Manufacturing (Material) Requirement Planning (планирование производства);

- MES - Manufacturing Execution System (производственная исполнительная система);

- SCM - Supply Chain Management (управление цепочками поставок);

- CRM - Customer Relationship Management (управление взаи- моотношениями с заказчиками);

- SCADA - Supervisory Control And Data Acquisition (диспетчерское управление производственными процессами);

- CNC - Computer Numerical Control (компьютерное числовое управление);

- SFA -- это Sales Force Automation (Автоматизация деятельности по продажам);

- IETM - Interactive Electronic Technical Manuals (интерактивные электронные технические руководства)

- СРС - Collaborative Product Commerce (совместный электронный бизнес). [Соломенцев]

- PLM - Product Lifecycle Management (Управление данными жизненного цикла изделий).

3.2 Иерархия автоматизированных систем на предприятии [6]

Специфика задач, решаемых на различных этапах жизненного цикла изделий, обусловливает разнообразие применяемых АС.

Управление в промышленности, как и в любых сложных системах, имеет иерархическую структуру. В общей структуре управления выделяют несколько иерархических уровней, показанных на рисунке 4. Автоматизация управления на различных уровнях реализуется с помощью автоматизированных систем управления (АСУ).

Рис. 4. Общая структура управления

Информационная поддержка этапа производства продукции осуществляется автоматизированными системами управления предприятием (АСУП) и автоматизированными системами управления технологическими процессами (АСУТП).

К АСУП относятся системы планирования и управления предприятием ERP (Enterprise Resource Planning), планирования производства и требований к материалам MRP-2 (Manufacturing Requirement Planning) и упомянутые выше системы SCM. Наиболее развитые системы ERP выполняют различные бизнес-функции, связанные с планированием производства, закупками, сбытом продукции, анализом перспектив маркетинга, управлением финансами, персоналом, складским хозяйством, учетом основных фондов и т.п. Системы MRP-2 ориентированы, главным образом, на бизнес-функции, непосредственно связанные с производством. В некоторых случаях системы SCM и MRP-2 входят как подсистемы в ERP, в последнее время их чаще рассматривают как самостоятельные системы.

Промежуточное положение между АСУП и АСУТП занимает производственная исполнительная система MES (Manufacturing Execution Systems), предназначенная для решения оперативных задач управления проектированием, производством и маркетингом.

В состав АСУТП входит система SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition), выполняющая диспетчерские функции (сбор и обработка данных о состоянии оборудования и технологических процессов) и помогающая разрабатывать ПО для встроенного оборудования. Для непосредственного программного управления технологическим оборудованием используют системы CNC (Computer Numerical Control) на базе контроллеров (специализированных компьютеров, называемых промышленными), которые встроены в технологическое оборудование с числовым программным управлением (ЧПУ). Системы CNC называют также встроенными компьютерными системами.

Очевидно, что некоторые автоматизированные системы используются только на производственных предприятиях. К ним отнесят CAD, САМ, CAE, CAPP, PDM, SCADA, CNC, MES, IETM, PLM системы. Условно можно объединить их в группу так называемых «производственных» автоматизированных систем. Прочие системы могут использоваться практически на любых предприятиях, поэтому их можно назвать системами общего назначения.

Если перегруппировать с учетом этого разделения автоматизированные системы, то получим схему, представленную на рисунке 5.

Рис. 5. Этапы жизненного цикла промышленной продукции и используемые автоматизированные системы

В свою очередь, производственными автоматизированными системами, в первую очередь представляющими интерес с точки зрения технологии машиностроения, являются CAE, CAD ,CAM, PDM, CAPP, IETM и PLM системы. Они будут рассмотрены подробнее далее.

3.3 Общепроизводственные системы

Рассмотрим вкратце общепроизводственные автоматизированные системы.

1. SCM - системы. Используются на большинстве этапов жизненного цикла, начиная с определения предприятий-поставщиков исходных материалов и компонентов и кончая реализацией продукции. Цепь поставок обычно определяют как совокупность стадий увеличения добавленной стоимости продукции при ее движении от компаний-поставщиков к компаниям-потребителям. Иначе говоря, чем больший путь проходит изделие начиная с момента приобретения сырья и заканчивая моментом введения в эксплуатацию конечным потребителем, тем больше его стоимость. Системы SCM предназначены для автоматизации и управления всеми этапами снабжения предприятия и для контроля всего товародвижения на предприятии. Система SCM позволяет значительно лучше удовлетворить спрос на продукцию компании и значительно снизить затраты на логистику и закупки.

Исследователи, как правило, выделяют шесть основных областей, на которых сосредоточено управление цепочками поставок: производство, поставки, месторасположение, запасы, транспортировка и информация.

SCM-решения создают оптимальные планы использования существующих технологических линий, подробно расписывающие, что, когда и в какой последовательности надо изготавливать с учетом ограничений мощностей, сырья и материалов, размеров партий и необходимости переналадки оборудования на выпуск нового продукта. Это помогает добиться высокого удовлетворения спроса при минимальных затратах.

В SCM-системах нового поколения поддерживаются технологии отслеживания статуса товара (детализированные до уровня ассортиментной единицы и даже отдельной упаковки) на любом этапе прохождения его по цепочке поставок.

В тех отраслях, в которых 40-60% затрат приходится на закупки, оптимизация бизнес-процессов такого рода обеспечивает конкурентное преимущество и определяет прибыльность бизнеса в целом.

SCM-модули оптимизации закупок помогают реализовать стратегию поиска поставщиков на основе анализа затрат.

Внедрение SCM-решений по управлению логистикой и ее оптимизации позволяет снизить расходы на хранение, транспортировку и дистрибуцию продукции.

2. CRM -системы. Компания Microsoft дает такое определение CRM

— современная бизнес-стратегия, нацеленная на рост и повышение доходности бизнеса компании, путем повышения лояльности клиента на протяжении всего цикла взаимодействия с ними. В целом, CRM - это стратегия, при которой компания собирает, хранит и анализирует информацию о своих клиентах на всех стадиях развития отношений с ними, используя полученные знания в интересах своего бизнеса и формируя отношения с клиентами на взаимовыгодной основе. Такой подход позволяет правильно строить отношения с каждым клиентом, что помогает привлекать новых клиентов и удерживать имеющихся. Все это положительно отражается на конкурентоспособности компании и ее финансовых результатах. Системы CRM используется на этапах маркетинговых исследований и реализации продукции, с ее помощью выполняются функции управления отношениями с заказчиками и покупателями, проводится анализ рыночной ситуации, определяются перспективы спроса на планируемые изделия.

SFA - программное обеспечение, которое автоматизирует деятельность по продажам такую как управление контактами, доставку информации, конфигурацию заказов и т.д. и т.п. В настоящее время обычно SFA рассматривается как одно из направлений деятельности в рамках стратегии CRM

CRM -- это то, что отличает бизнес, ориентированный на производство, от бизнеса, ориентированного на продажу. А именно такой бизнес и имеет шанс на успех в сегодняшнем мире перепроизводства. Поэтому производители ПО активно развивают CRM - приложения. Например, в программном продукте SAP CRM реализовано 90 предварительно настроенных, интегрированных бизнес -сценариев в области CRM на основе 280 бизнес-процессов для следующих областей:

? маркетинг;

? продажи;

? сервис;

? аналитика;

? центр взаимодействия;

? мобильные приложения;

? электронная коммерция;

? управление каналами продаж.

Эти интегрированные процессы охватывают все каналы коммуникации с клиентами в сфере продаж, маркетинга и обслуживания клиентов. Они позволяют принимать решения, оказывающие серьезное влияние на деятельность предприятия.

3. MRP, ERP - системы [4]. MRP системы дают возможность оптимального управления заказами на готовую продукцию, производством и запасами сырья и материалов. С их помощью можно управлять загрузкой производственных мощностей, закупая именно столько материалов и сырья, сколько необходимо для выполнения текущего плана заказов и именно столько, сколько возможно обработать за соответствующий цикл производства с существующими мощностями. Это позволяет разгрузить склады сырья и комплектующих, а также оптимизировать закупки и поставки.

MRP-I впервые позволила многим компаниям автоматически планировать бизнес и управлять производством, но эта система имела целый ряд недостатков. Ключевым недостатком таких систем было то, что они не учитывали возможностей производства, считая производственные мощности неограниченными. Кроме того, данный тип систем со временем морально устарел и не мог уже отвечать тем требованиям, которые предъявляли законы бизнеса.

На смену MRP пришли системы, работающие по стандартам MRP II. Они помогали производителю ответить на следующие вопросы:

- Что мы собираемся производить?

- Что для этого нужно?

- Что мы имеем в данный момент?

- Что мы должны получить в итоге?

Такой подход обеспечивал высокоэффективное управление производством. Но законы бизнеса продолжали изменяться и со временем стало ясно, что качественное производство не является гарантией победы в конкурентной борьбе. В настоящее время для производство и компьютерная система управления должны быть включены в общее финансовое управле- ние и планирование действий компании. Именно поэтому MRP системы сейчас являются составной частью ERP.

В основе ERP-систем лежит принцип создания единого хранилища данных, содержащего всю корпоративную бизнес-информацию и обеспечивающего одновременный доступ к ней любого необходимого количества сотрудников предприятия, наделённых соответствующими полномочиями. Изменение данных производится через функции (функциональные возможности) системы. Основные функции ERP систем:

? ведение конструкторских и технологических спецификаций;

? управление спросом и формирование планов продаж и производства;

? управление запасами и закупочной деятельностью;

? планирование производственных мощностей;

? финансовые функции;

? функции управления проектами.

По мере развития ERP систем, началось «поглощение» ими, помимо MRP, так же и SCM и CRM приложений. Предлагаемые сегодня разработчиками ERP системы могут охватывать все непроизводственные составляющие информационной системы предприятия.

Существует ряд факторов, препятствующих массовости ERP: небольшие компании не могут позволить себе инвестировать достаточно денег в ERP и адекватно обучить всех сотрудников; внедрение является достаточно дорогим; система может страдать от проблемы «слабого звена»

— эффективность всей системы может быть нарушена одним департаментом или партнёром; проблема совместимости с прежними системами.

Для того, чтобы как-то обойти эти ограничения, разработчики ПО представляют широкий спектр продуктов, предназначенных разным пользователям (таблица 1) [4].

Крупные интегрированные ERP продукты, решающие огромный спектр задач предприятия, также называют системами управления данными в интегрированном информационном пространстве CPC (Collaborative Product Commerce)

Таблица 1

Классы ИС	Название	Фирма разра- ботчик	Стоимос ть	Типичный портрет предприятия- заказчика
1	2	3	4	5
Крупные интегрированные системы (комплексное управление, учет, управление производством)	R3, Baan IV, Oracle Applicati on	SAP, Baan, Oracle	Свыше 500000 дол.	Наличие корпоративных центров управления От 50 до нескольких тысяч пользователей Количество транзакций ограничено только возможностями аппаратного обеспечения
Средние интегрированные системы (комплексное управление, учет, управление производством)	JD Edwards, SyteLine, Галактик а, Парус	Robertson &Blums, SOCAP, Галактика, Парус.	200000 - 500000 дол.	1--300 пользователей До 10 млн. транзакций в год Финансовый, налоговый и управленческий учет Поддержка территориально- распределенных услуг Масштабируемость
Малые интегрированные системы (комплексный учет и управление финансами)	Concord XAL, Scala, Platinum SQL, NS- 2000 1C	Columbus IT PartnerScal a, Platinum Software Corporatio n, Никос- Софт	50 000 - 300000 дол.	1--100 пользователей До 1 млн. транзакций в год Требуется только российская бухгалтерия Отсутствует территориальная распределенность
Локальные системы (учетные системы по направлениям деятельности)	БЭСТ Инфин	1C, Россия, Интеллект -Сервис, Инфин	5000 -50 000 дол.

3.4 Производственные автоматизированные системы

1. MES - автоматизированная система управления и оптимизации производственной деятельности, которая в режиме реального времени инициирует, отслеживает, оптимизирует и документирует производственные процессы от начала выполнения заказа до выпуска готовой продукции [9]. Часто составленный оперативный план (производственное расписание) нарушается срочными заказами, переделкой брака, больничными листами, поломкой оборудования и непредвиденным изменением спроса. В действующем производстве регулярно. Каждое из этих событий способно проделать огромную брешь в производственном плане. Плановик может бесконечно долго вручную перераспределять заказы и изменять их приоритеты, чтобы успеть выполнить заказы в срок.

Проблема большинства систем автоматизированного планирования (ERP, MRP) в том, что ресурсы (время, люди, финансы и т.д.) оцениваются ориентировочно. В результате, если какая-либо операция в технологической цепочке будет задержана, то материалы будут заказаны слишком рано. Если система планирования не учитывает возникающие в процессе производства узкие места и не компенсирует отклонения от составленного расписания, то неизбежны перегрузка ресурсов, удлинение очередей работ и увеличение объема незавершенного производства. В результате темп выполнения заказов замедляется и сроки поставки готовой продукции срываются.

Метод конечного планирования учитывает фактическое состояние ресурсов производства в каждый момент времени. Выполнение операций планируется только тогда, когда соответствующие ресурсы свободны. В результате материалы заказываются точно к сроку, объемы складских запасов уменьшаются, объем работ распределяется равномерно, ресурсы не перегружаются, время выполнения заказов становится более предсказуемым, а даты поставки реальными. В этом случае руководители производства тратят значительно меньше времени на контроль и оперативное управление производством и могут сконцентрироваться на решении стратегической задачи синхронизации объемов выпуска с рыночным спросом на продукцию MES системы, оперируя исключительно производственной информацией, позволяют корректировать либо полностью перерассчитывать производственное расписание в течение рабочей смены столько раз, сколько это необходимо. В ERP системах по причине большого объема административно-хозяйственной и учетно-финансовой информации, которая, непосредственного влияния на производственный процесс не оказывает, перепланирование может осуществляться не чаще одного раза в сутки.

Функции, выполняемые MES-системами, могут быть интегрированы с другими системами управления предприятием, такими как Планирование Цепочек Поставок (SCM), Продажи и Управления сервисом (SSM), Планирования Ресурсов Предприятия (ERP), Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП), что обеспечит своевременное и всеобъемлющее наблюдение за критическими производственными процессами.

2. SCADA -системы. SCADA -- диспетчерское управление и сбор данных.

Под термином SCADA понимают инструментальную программу для разработки программного обеспечения систем управления технологическими процессами в реальном времени и сбора данных.

Основные задачи, решаемые SCADA-системами:

Обмен данными с УСО (устройства связи с объектом, то есть с промышленными контроллерами и платами ввода/вывода) в реальном времени.

Обработка информации в реальном времени.

Отображение информации на экране монитора в понятной для человека форме (HMI сокр. от англ. Human Machine Interface -- человеко- машинный интерфейс).

Ведение базы данных реального времени с технологической информацией.

Аварийная сигнализация и управление тревожными сообщениями.

Подготовка и генерирование отчетов о ходе технологического процесса.

Осуществление сетевого взаимодействия между SCADA ПК.

Обеспечение связи с внешними приложениями (СУБД, электронные таблицы, текстовые процессоры и т. д.). В системе управления предприятием такими приложениями чаще всего являются приложения, относимые к уровню MES.

SCADA обеспечивает самый нижний уровень управления, являясь основой автоматизированных производств. Простейшим примером может быть система автоматического пожаротушения. Датчики улавливают запах дыма или повышение температуры и автоматически посылают сигнал тревоги в соответствующие службы, либо включают пожарные распрыскиватели. Аналогично датчики могут действовать, например, в случае остановки конвейера на производстве.

3. Функции обучения обслуживающего персонала выполняют интерактивные электронные технические руководства IETM (Interactive Electronic Technical Manuals) [6]. С их помощью выполняются диагностические операции, поиск отказавших компонентов, заказ дополнительных запасных деталей и некоторые другие операции на этапе эксплуатации систем. Одним из важнейших компонентов CALS является обеспечение персонала эксплуатационной и ремонтной документацией, выполненной в электронном виде. Характерным свойством такой документации является ее интерактивность, т.е. возможность для обслуживающего и ремонтного персонала получать необходимые сведения о процессах и процедурах в форме прямого диалога с компьютером, Для реализации такой возможности, а также для презентаций проектов и для обучения персонала, занимающегося обслуживанием и эксплуатацией изделий, создаются технические руководства IETM -- Interactive Electronic Technical Manual (или IETP -- Interactive Electronic Technical Publication) и учебные пособия (ICW -- Interactive Courseware). В них содержатся описания изделий, технологии эксплуатации, поясняются приемы обслуживания, методы диагностики и ремонта. В частности, в технических руководствах должны быть сведения о планировании регламентных работ, типовых отказах, способах обнаружения неисправностей и замены неисправных компонентов, испытательном оборудовании, способах заказа материалов и запасных частей и т.п.

...