Компьютерные технологии

Эксплуатационные документы должны создаваться в соответствии с концепциями, развиваемыми в CALS, обеспечивая повышенные удобства и эффективность освоения и эксплуатации сложной техники. Концепция создания и сопровождения электронной эксплуатационной документации получила название технологии IETM или ИЭТР (интерактивных электронных технических руководств).

В технологиях CALS к эксплуатационной документации IETM предъявляются повышенные требования. Это прежде всего представление документов в электронном виде, открытость пособий и руководств, т.е. их приспособленность к внесению изменений и конвертированию форматов, должная степень интерактивности и управления данными, адаптация учебного материала к конкретным запросам пользователей, малые затраты на создание документов для новых версий изделий.

Конкретизация задач ИЭТР представлена следующим списком:

– обеспечение пользователя справочным материалом об устройстве и принципах работы изделия;

– обучение пользователя правилам эксплуатации, обслуживания и ремонта изделия;

– обеспечение пользователя справочными материалами, необходимыми для эксплуатации изделия, выполнения регламентных работ и ремонта изделия;

– обеспечение пользователя информацией о технологии выполнения операций с изделием, потребности в необходимых инструментах и материалах, о количестве и квалификации персонала;

– диагностика состояния оборудования и поиска неисправностей;

– подготовка и реализация автоматизированного заказа материалов и запасных частей;

– планирование и учет проведения регламентных работ;

– обмен данными между потребителем и поставщиком. Типичный состав ИЭТР :

– описание устройства и функционирования изделия и его частей;

– правила эксплуатации изделия, включая ограничения, подготовку, собственно использование;

– диагностика оборудования и поиск неисправностей, ТОиР;

– регламент технического обслуживания, планирование и учет регламентных работ;

– каталоги запасных частей, ведомости ЗИПа;

– обмен информацией с заводом-поставщиком, автоматизированный заказ материалов и запасных частей;

– упаковка, транспортирование, консервация, хранение;

– утилизация.

4. CAD/CAM/CAE системы

В зависимости от того, какие задачи решает система автоматизированного проектирования, она может быть отнесена к одному из классов [10]:

1) CAD - системы, служащие для разработки чертежно-конструкторской документации. Такие системы часто называют

«электронным кульманом», они позволяют строить как плоские (двумерные) чертежи, так и объемные (трехмерные) геометрические модели. CAD системы, специализирующиеся на машиностроении, называют MCAD.

2) CAM - системы, служащие для разработки программ, управляющих технологическими процессами, например, обработкой деталей на станках-автоматах. Основные функции CAM-систем: разработка технологических процессов, синтез управляющих программ для технологического оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), моделирование процессов обработки, в том числе построение траекторий относительного движения инструмента и заготовки в процессе обработки, генерация постпроцессоров для конкретных типов оборудования с ЧПУ (NC -- Numerical Control), расчет норм времени обработки.

3) CAE - системы решают задачи инженерного анализа, к которым относятся прочностные и тепловые расчеты, анализ процессов литья и т.д.

Место CAD/CAM/CAE систем в жизненном цикле изделия показано на рисунке 6.

Прямоугольники, нарисованные пунктирными линиями, представляют два главных процесса, составляющих жизненный цикл продукта: процесс разработки и процесс производства. Процесс разработки начинается с запросов потребителей, которые обслуживаются отделом маркетинга, и заканчивается полным описанием продукта, обычно выполняемым в форме рисунка.

Рис. 6. Место CAD/CAM/CAE систем в жизненном цикле изделия.

Процесс производства начинается с технических требований и заканчивается поставкой готовых изделий.

Операции, относящиеся к процессу разработки, можно разделить на аналитические и синтетические. Как следует из рисунка 6, первичные операции разработки, такие как определение необходимости разработки, формулирование технических требований, анализ осуществимости и сбор важной информации, а также концептуализация разработки, относятся к подпроцессу синтеза. Результатом подпроцесса синтеза является концептуальный проект предполагаемого продукта в форме эскиза или топологического чертежа, отражающего связи различных компонентов продукта. В этой части цикла делаются основные финансовые вложения, необходимые для реализации идеи продукта, а также определяется его функциональность. Большая часть информации, порождаемой и обрабатываемой в рамках подпроцесса синтеза, является качественной, а следовательно, неудобной для компьютерной обработки.

Готовый концептуальный проект анализируется и оптимизируется -- это уже подпроцесс анализа. Прежде всего вырабатывается аналитическая модель, поскольку анализируется именно модель, а не сам проект. Несмотря на быстрый рост количества и качества компьютеров, используемых в конструировании, в обозримом будущем отказаться от использования абстракции аналитической модели мы не сможем. Аналитическая модель получается, если из проекта удалить маловажные детали, редуцировать размерности и учесть имеющуюся симметрию. Редукция размерностей, например, подразумевает замену тонкого листа из какого-либо материала на эквивалентную плоскость с атрибутом толщины или длинного и тонкого участка на линию с определенными параметрами, характеризующими поперечное сечение. Симметричность геометрии тела и нагрузки, приложенной к нему, позволяет рассматривать в модели лишь часть этого тела. Вообще говоря, вам уже приходилось заниматься подобным абстрагированием при анализе структур в курсе основ механики. Типичные примеры анализа: анализ напряжений, позволяющий проверить прочность конструкции, контроль столкновений, позволяющий обнаружить возможность столкновений движущихся частей, составляющих механизм, а также кинематический анализ, показывающий, что проектируемое устройство будет совершать ожидаемые движения. Качество результатов, которые могут быть получены в результате анализа, непосредственно связано с качеством выбранной аналитической модели, которым оно ограничивается.

Если результат оценки проекта оказывается удовлетворительным, начинается подготовка проектной документации. К ней относятся чертежи, отчеты и списки материалов. Чертежи обычно копируются, а копии передаются на производство

Информационные технологии дают новые возможности при анализе проектов. Так, если раньше для проверки правильности технологии надо было произвести пробную обработку детали, то теперь есть возможность моделировать процессы при помощи компьютера. Такую возможность дает САМ модуль САПР. При этом пользователь имеет возможность выполнять синтез технологических процессов и программ для оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), выбор технологического оборудования, инструмента, оснастки, расчет норм времени и т.п. Поэтому, как показано на рисунке, проект может быть опробован и затем отправлен на доработку или оптимизацию. Такой подход позволяет производителям экономить время, финансовые и трудовые ресурсы.

5. PDM- системы. Наряду с процессом проектирования при помощи САПР необходимо автоматизировать также управление проектированием, поскольку сам процесс проектирования становится все более сложным и зачастую приобретает распределенный характер. На крупных и средних предприятиях заметна тенденция к интеграции САПР с АСУП и системами документооборота. Для управления столь сложными интегрированными системами в их составе имеется специальное ПО -- системная среда САПР называемая в настоящее время системой управления проектными данными или системой PDM (Product Data management). История систем управления проектными данными непосредственно связана с развитием систем автоматизированного проектирования. Появление системных сред в САПР ознаменовало переход от использования отдельных не связанных друг с другом программ, решающих частные проектные задачи, к применению интегрированной совокупности таких программ.

Интегрирующим компонентом в 70-е г.г. стала единая БД САПР. Однако попытки использовать имевшиеся в то время СУБД не приводили к удовлетворительным результатам в силу разнообразия типов проектных данных, распределенного и параллельного характера процессов проектирования, с одной стороны, и недостаточной развитости баз данных, с другой стороны.

Специализированные СУБД, ориентированные на САПР, были созданы в 80-е годы. Однако они не учитывали или в недостаточной степени удовлетворяли требованиям обеспечения целостности данных, управления потоками проектных работ, многоаспектного доступа пользователей к данным.

И лишь на рубеже 80-90 г.г. появились системы управления проектными данными, названные в то время Framework или системными средами, а позднее они и получили наименование PDM.

На протяжении 90-х годов роль системных сред неуклонно повышалась из-за роста сложности проектируемых объектов и необходимости сокращать сроки проектирования.

PDM предназначены для информационного обеспечения проектирования и выполняют следующие основные функции:

- хранение проектных данных и доступ к ним, в том числе ведение распределенных архивов документов, их поиск, редактирование, маршрутизация, создание спецификаций;

- структурирование и визуализация данных;

- управление конфигурацией изделия, т.е. ведение версий проекта, управление внесением изменений;

- управление проектированием (проектами);

- защита информации;

- интеграция данных (поддержка типовых форматов, конвертирование данных).

Основной компонент систем PDM - банк данных (БнД). Он состоит из системы управления базами данных и баз данных (БД). Межпрограммный интерфейс в значительной мере реализуется через информационный обмен с помощью банка данных. PDM отличает легкость доступа к иерархически организованным данным, обслуживание запросов, выдача ответов не только в текстовой, но и в графической форме, привязанной к конструкции изделия. Поскольку взаимодействие внутри группы проектировщиков в основном осуществляется через обмен данными, то в системе PDM часто совмещают функции управления данными и управления параллельным проектированием.

К важнейшим функциям PDM относятся управление проектами и управление конфигураций изделий.

Управление проектами - вид деятельности, направленный на обеспечение эффективного выполнения сложных проектов, включающий определение состава исполнителей, планирование этапов проектирования и требуемых средств поддержки, контроль за исполнением планов и т.п. Поддерживается соответствующей подсистемой ERP или самостоятельной системой управления проектами

Управление конфигурацией - важная группа функций систем PDM: выработка требований к основным выходным параметрам изделия, сопоставление технических требований и получающихся значений выходных параметров, управление версиями проекта и внесением изменений в проект, что должно обеспечивать целостность проектных данных

Рассмотрим остальные функции PDM. Структура изделий обычно может быть представлена иерархически, в виде дерева. Иерархическая форма удобна при внесении и отслеживании изменений в модели, например, при добавлении и удалении сущностей, изменениях их атрибутов, введении новых связей. Поэтому одной из первоочередных функций PDM является поддержка интерактивной работы пользователя при создании моделей изделий (процессов), структурирование описаний проектируемых объектов, предъявление пользователю этой иерархической структуры вместе с возможностями навигации по дереву и получению нужной информации по каждой указанной пользователем структурной компоненте.

Например, элементы дерева, представляющего структуру изделия, могут соответствовать сборочным узлам, агрегатам, блокам, отдельным деталям. Навигация по дереву позволяет просматривать относящиеся к структурным единицам документы, геометрические модели, чертежи и другие атрибуты.

Интерфейс с пользователем поддерживается визуализацией данных проекта одновременно в нескольких окнах. Для визуализации данных разных аспектов в PDM имеется ряд браузеров. Типичные изображения структуры изделия, создаваемые браузерами, представляются иерархическим списком или графически в виде дерева изделия или его фрагментов. В других окнах могут быть помещены различные виды, такие как 2D чертеж или 3D изображение; описания моделей; принципиальные схемы; атрибуты объекта (исполнитель, номер версии, дата утверждения и т.п.). Иногда для визуализации и редактирования данных в PDM конкретной фирмы привлекаются браузеры и редакторы других изготовителей.

Для примера на рисунке 7 показан небольшой фрагмент дерева изделия. Обычно на экране дисплея рядом с названием компонента структуры высвечивается также присвоенный ему код. Выбор любого компонента (узла дерева) позволяет, во-первых, получить в появляющихся окнах требуемую информацию о компоненте. во-вторых, для компонента, являющегося сборкой, раскрыть следующий по иерархии фрагмент, в котором данный компонент будет представлен уже корневым узлом.

Рис. 7. Фрагмент дерева изделия

Целостность данных (Свойство данных, заключающееся в их корректности и полноте) поддерживается в процессе управления конфигурацией проекта, а также тем, что нельзя одновременно изменять один и тот же объект разным разработчикам, каждый из них должен работать со своей рабочей версией. Другими словами, необходимо обеспечение синхронизации изменения данных, разделяемых многими пользователями.

Для этого выполняется авторизация (Определение прав доступа к ресурсам) пользователей и разрабатываются средства ведения многих версий проекта. Во-первых, пользователи подразделяются на классы (администрация системы, руководство проектом и частями проекта, группы исполнителей-проектировщиков) и для каждого класса вводят определенные ограничения, связанные с доступом к разделяемым данным; во-вторых, доступ регламентируется по типам разделяемых данных. Данным могут присваиваться различные значения статуса, например, "правильно", "необходимо перевычисление", "утверждено в качестве окончательного решения" и т.п. Важно также обеспечивать автоматический учет влияния и распространения вносимых в проект изменений на другие части проектной документации.

Также каждому пользователю в зависимости от его роли назначается уровень прав доступа -- один из восьми возможных. На низшем уровне пользователь может только просматривать данные. На высшем уровне, присваиваемом старшему администратору, допускаются любые модификации данных любого проекта и архивов. В функции лица, являющегося системным администратором, входят упорядочение данных с их распределением по дискам, контроль за правами доступа пользователей, связь с внешними системами (управление импортом-экспортом данных) и др.

Следующими важными функциями PDM являются управление документами и документооборотом. Проектная документация характеризуется разноплановостью и большими объемами. В процессе проектирования используют чертежи, конструкторские спецификации или ведомости материалов (ВОМ- Bill of Material -Данные о составе изделий и нормах расхода сырья, материалов и компонентов на единицу измерения готовой продукции), пояснительные записки, ведомости применяемости изделий, различного рода отчеты и др. Кроме того, в интегрированных автоматизированных системах проектирования и управления в документооборот входит большое число документов, связанных с процедурами маркетинга, снабжения, планирования, администрирования и т.п. .

Интеграция данных на ранних этапах развития PDM связывалась только с организацией сквозного проектирования изделий в рамках конкретной САПР. В настоящее время в связи с развитием CALS- технологий основным содержанием проблемы интеграции стало обеспечение интерфейса САПР с другими автоматизированными системами. Проблема решается с помощью поддержки типовых форматов, например, путем конвертирования данных из общепринятых форматов во внутренние представления конкретных САПР.

В CALS-технологиях взаимодействие систем основано на стандартах STEP, поэтому в ряде PDM имеются конверторы из предложенного в STEP языка Express. Среди других форматов данных обычно используются IGES, DXF, VRML, SAL, EDIF, текстовые и 2D графические форматы и др.

Адаптация САПР к условиям конкретных предприятий может быть осуществлена с помощью языков расширения. Язык расширения -- язык программирования, позволяющий адаптировать и настраивать системную среду на выполнение новых проектов. Язык расширения должен обеспечивать доступ к различным компонентам системной среды, объединять возможности базового языка программирования и командного языка, включать средства процедурного программирования. Для большинства языков расширения базовыми являются Lisp или C.

PDM - это IT-решение инженерных проблем, оно отвечает на вопросы, которые конструктор никогда не задавал”, Сегодняшние PDM -системы - это приложения на основе СУБД, предназначенные для того, чтобы отслеживать данные о деталях и сборках. Agile, MatrixOne и ENOVIA (Dassault Systўmes), Windchill (PTC), Teamcenter (UGS) - крупнейшие разработчики PLM оказываются также и крупнейшими разработчиками PDM. Хотя есть и множество других игроков.

Детали и сборки, уже отданные в производство и составляющие основную массу документов, управляемых PDM-системой, не представляют большого интереса для конструктора, находящегося: в начале цепочки “от проектирования к производству”. Но отслеживание тысяч и тысяч деталей и узлов современного изделия - это задача огромной сложности, особенно когда в нее вовлечено множество подразделений производственной фирмы. В целом -это критичная задача для управления производством.

Частичное внедрение PDM-системы бывает хуже её отсутствия: никто не знает, где что находится. Долгое внедрение означает, что изменения в управлении и бюджете часто приходятся на середину проекта, усугубляя хаос.

В разных организациях данные об изделии управляются разными способами. Есть много моментов, сходных для различных компаний, но как только дело доходит до тонкой настройки - структура документооборота, кто за что отвечает, что именно отслеживать - сразу проявляются много- численные различия.

Так как PDM-системы управляют данными об изделии, а продают их зачастую непосредственно поставщики CAD-систем, то пользователи под- спудно ожидают, что PDM-системы окажутся такими же легкими в установке и использовании, как и CAD. Но ведь CAD-системы автоматизируют только процесс создания геометрии изделия, что обычно является сферой деятельности ограниченного круга людей. Внедрение этих систем не требует реорганизации документооборота во всех подразделениях компании, связанных с разработкой и производством.

В отличие от этого, для успешного внедрения PDM обычно необходимы изменения в документообороте, затрагивающие многих людей во всей организации. Если инженеры и менеджеры ожидают, что PDM- система будет приложением типа “plug-and-play”, их, конечно, можно простить. Однако с вводом в действие PDM всё обстоит не так. На самом деле многие PDM-системы покупатель не сможет установить самостоятельно - это должен сделать их поставщик.

Несмотря на некоторые сложности внедрения таких автоматизированных систем, работа производственного предприятия сегодня уже не может быть эффективной без PDM. Поэтому дальнейшее развитие и распространение данных систем является очевидным.

6. PLM-системы [6]. Управление данными в едином информационном пространстве на протяжении всех этапов жизненного цикла изделий возлагается на систему PLM (Product Lifecycle Management). Под PLM понимают процесс управления информацией об изделии на протяжении всего его жизненного цикла. Отметим, что понятие PLM-система трактуется двояко: либо как интегрированная совокупность автоматизированных систем CAE/CAD/CAM/PDM и ERP/CRM/SCM, либо как совокупность только средств информационной поддержки изделия и интегрирования автоматизированных систем предприятия, что практически совпадает с определением понятия CALS. Характерная особенность PLM -- возможность поддержки взаимодействия различных автоматизированных систем многих предприятий, т.е. технологии PLM являются основой, интегрирующей информационное пространство, в котором функционируют САПР, ERP, PDM, SCM, CRM и другие автоматизированные системы многих предприятий.

Перечисленные автоматизированные системы могут работать ав- тономно, и в настоящее время так обычно и происходит. Однако эф- фективность автоматизации будет заметно выше, если данные генерируемые в одной из систем, будут доступны в других системах, поскольку принимаемые в них решения станут более обоснованными.

Чтобы достичь должного уровня взаимодействия промышленных автоматизированных систем, требуется создание единого информационного пространства не только на отдельных предприятиях, но и, что более важно, в рамках объединения предприятий. Единое информационное пространство обеспечивается благодаря унификации как формы, так и содержания информации о конкретных изделиях на различных этапах их жизненного цикла.

Унификация формы достигается использованием стандартных форматов и языков представления информации в межпрограммных обменах и при документировании.

Унификация содержания, понимаемая как однозначная правильная интерпретация данных о конкретном изделии на всех этапах его жизненного цикла, обеспечивается разработкой онтологии (метаописаний) приложений, закрепляемых в прикладных CALS-протоколах.

Одной из важнейших проблем CALS-технологий является обес- печение единого смыслового содержания данных при использовании их на различных этапах жизненного цикла изделия. Классические подходы к реализации СУБД имеют весьма ограниченные семантические возможности. Они очень мало говорят о реальном смысловом значении данных и семантических требованиях к ним. Важность этой проблемы в CALS обусловлена тем, что различные системы могут использовать одни и те же данные - данные об одних и тех же объектах - но с разных точек зрения, при этом одни и тс же данные могут использоваться в одно и то же время при параллельном решении разных задач. Поэтому в CALS технологиях широко используются концептуальные модели данных, которые в большей степени отражают смысловое содержание информации.

Импорт и наследование данных - это важнейшая задача при автоматизации всех систем предприятия. Как правило, автоматизированные рабочие места имеют свою отлаженную систему передачи данных и должны быть интегрированы в общую оболочку без дополнительных усилий по вводу всей накопленной информации при переходе на новую единую платформу. На приемной стороне могут находиться любые уже существующие системы, которые воспринимают поступающую информацию в режиме реального времени. Установление таких интегрирующих справочных оболочек с так называемым бесшовным методом передачи информации особенно актуально для большинства крупных производств, где необходима централизованная база, вне зависимости от территориального распределения сети производств, административных филиалов и торговых представительств холдинга.

Таким образом, на предприятии возникает единое пространство информации: отпадает необходимость в большом количестве операторов, которые заносят справочные данные инженерных отделов в учетную систему, что существенно влияет на скорость обмена информацией, ограничивает человеческий фактор, исключая некорректное введение данных. Это позволяет определить ответственность за внесенные данные - ее должен нести непосредственный исполнитель - автор разработки, подпись которого стоит на спецификации. Не стоит также забывать, что совместно с исполняющей стороной внедрением PLM-системы должны заниматься не только сотрудники IT-отдела предприятия, но и непосредственные руководители соответствующих отделов: главный технолог, директор по производству либо руководитель АСУ. Заказчиком такого продукта, как правило, является топ-менеджмент предприятия, участие которого в процессе требуется только при внедрении учетной системы.

Основные параметры, ради контроля и регулирования баланса которых внедряется PLM, - это время производства, качество и стоимость продукции. Самая большая величина ошибки по стоимости конечного продукта обычно происходит в процессе прогнозирования, т. к. затраты на создание изделия прогнозируются на ранних этапах проектирования - именно в это время закладываются 80% конструкторских решений изделия. Результат же становится виден только при испытании изделия и его эксплуатации, тогда как на этапе производства можно повлиять уже только на 20% конечной стоимости изделия. Увеличение сроков этапа проектирования с целью создания изделия более высокого качества может привести к значительному удорожанию изделия и к потере конкуренто- способности.

Для эффективного решения проблем управления стоимостью ЖЦ в каждом этапе PLM существуют свои специализированные инструменты. В случае внедрения инновационной разработки по мере выполнения работ на всех этапах необходим постоянный мониторинг ключевых показателей инвестиционных и бизнес-планов.

Концепция PLM предполагает, что создается единая информационная база, описывающая три краеугольные компоненты: Продукт - Процессы - Ресурсы и взаимосвязи между ними. Наличие такой объединенной модели обеспечивает возможность быстро, эффективно увязывать все эти три компоненты, оптимизируя решение под требования бизнеса. Работа всех проектантов, конструкторов, технологов с единой моделью обеспечивает снижение издержек на многочисленные согласования, неизбежные при традиционной технологии работы, и исключает наличие дублирующих или взаимоисключающих документов. На практике это позволяет значительно сократить материальные и временные затраты на создание продукта и запуск его в производство, минуя многочисленные отладочные варианты, воплощаемые в реальности, то есть получить проект продукта, готового буквально с первых экземпляров к отправке потребителю. Мировая практика уже имеет примеры в даже таких сложных отраслях, как, например, авиастроение, когда самый первый собранный самолет нового проекта после проверочных испытаний был передан в реальную эксплуатацию. Конечно, такие идеальные случаи все-таки редки, но количество испытательно- доводочных вариантов продукции в современной автомобильной, авиационной, станкостроительной промышленности сократилось кардинально, а сроки на создание новых продуктов буквально в разы. Существуют целые классы технических объектов, в которых опытные образцы просто невозможны (например, целый завод) и «натурные эксперименты» на доводку их функционирования до оптимального уровня баснословно дороги.



МОДУЛЬ 5

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В РАСПРЕДЕЛЕННЫХ СИСТЕМАХ

1. Модели информационных процессов передачи, обработки, накопления данных

1.1 Обобщенная схема технологического процесса обработки информации

При производстве информационного продукта исходный информационный ресурс в соответствии с поставленной задачей подвергается в определенной последовательности различным преобразованиям. Динамика этих преобразований отображается в протекающих при этом информационных процессах. Таким образом, информационный процесс - это процесс преобразования информации. В результате информация может изменить и содержание, и форму представления.

Управляющие воздействия формируются на основе накопленной и функционирующей в системе управления информации, а также поступающих по каналам прямой и обратной связи сведений из внешней среды.

Таким образом, важнейшая функция любой системы управления - получение информации, выполнение процедур по ее обработке с помощью заданных алгоритмов и программ, формирование на основе полученных сведений управленческих решений, определяющих дальнейшее поведение системы.

Поскольку информация фиксируется и передается на материальных носителях, необходимы действия человека и работа технических средств по восприятию, сбору информации, ее записи, передаче, преобразованию, обработке, хранению, поиску и выдаче. Эти действия обеспечивают нормальное протекание информационного процесса и входят в технологию управления. Они реализуются технологическими процессами обработки данных с использованием электронных вычислительных машин и других технических средств.

Фазы преобразования информации в информационной технологии достаточно многочисленны. Однако если провести структуризацию технологии, обобщенная схема технологического процесса обработки информации может быть представлена схемой, показанной на рисунке 8.

Рис. 8. Обобщенная схема технологического процесса обработки информации

При обработке данных формируются четыре основных информационных процесса: сбор и регистрация, обмен, обработка, накопление и хранение информации. Рассмотрим их модели.

Сбор и регистрация информации

Сбор и регистрация информации происходят по-разному и в различных объектах.

Процесс перевода информации в выходные данные в технологических системах управления может быть полностью автоматизирован, так как для сбора информации о состоянии производственной линии применяются разнообразные электрические датчики, которые уже по своей природе позволяют проводить преобразования физических параметров, вплоть до превращения их в данные, записываемые на машинных носителях информации, без выхода на человеческий уровень представления. Это оказывается возможным благодаря относительной простоте и однозначности физической информации, снимаемой датчиками (давление, температура, скорость и т.п.).

В организационно-экономических системах управления информация, осведомляющая человека о состоянии объекта управления семантически сложна, разнообразна и ее сбор не удается автоматизировать. Поэтому в таких системах информационная технология на этапе превращения исходной (первичной) информации в данные в основе своей остается ручной. На рисунке 9 приведена последовательность фаз процесса преобразования информации в данные в информационной технологии организационно-экономических систем управления.

Рис. 9. Процесс преобразования информации в данные.

Сбор информации состоит в том, что поток осведомляющей информации, поступающей от объекта управления, воспринимается человеком и переводится в документальную форму (записывается на бумажный носитель информации). Составляющими этого потока могут быть показания приборов (например, пробег автомобиля по спидометру), накладные, акты, ордера, ведомости, журналы, описи и т.д.

Для перевода потока осведомляющей информации в автоматизированный контур информационной технологии необходимо собранную информацию передать в места ее ввода в компьютер, так как часто пункты получения первичной информации от них пространственно удалены. Передача осуществляется, как правило, традиционно, с помощью курьера, телефона.

Собранная информация для ввода должна быть предварительно подготовлена, поскольку модель предметной области, заложенная в компьютер, накладывает свои ограничения на состав и организацию вводимой информации. В современных информационных системах ввод информации осуществляется по запросам программы, отображаемым на экране дисплея, и часто дальнейший ввод приостанавливается, если оператором проигнорирован какой-либо важный запрос. Очень важными на этапах подготовки информации и ввода являются процедуры контроля.

Контроль подготовленной и вводимой информации направлен на предупреждение, выявление и устранение ошибок, которые неизбежны в первую очередь из-за так называемого "человеческого фактора". Человек устает, его внимание может ослабнуть, кто-то может его отвлечь - в результате возникают ошибки. Ошибки при сборе данных и подготовке информации могут быть и преднамеренными. Любые ошибки приводят к искажению вводимых данных, к их недостоверности, а значит, к неверным результатам обработки и в конечном итоге к ошибкам в управлении системой. При контроле собранных данных и подготовленной информации применяют совокупность приемов, как ручных, так и формализованных, направленных на обнаружение ошибок.

Вообще процедуры контроля полноты и достоверности информации и данных используются при реализации информационных процессов повсеместно и могут быть подразделены на визуальные, логические и арифметические.

Визуальный метод широко используется на этапе сбора и подготовки начальной информации и является ручным. При визуальном методе производится зрительный просмотр документа в целях проверки полноты, актуальности, подписей ответственных лиц, юридической законности и т.д.

Логический и арифметический, являясь автоматизированными методами, применяются на последующих этапах преобразования данных.

Логический метод контроля предполагает сопоставление фактических данных с нормативными или с данными предыдущих периодов обработки, проверку логической непротиворечивости функционально-зависимых показателей и их групп и т.д.

Арифметический метод контроля включает подсчет контрольных сумм по строкам и столбцам документов, имеющих табличную форму, контроль по формулам, признакам делимости или четности, балансовые методы, повторный ввод и т.п.

Для предотвращения случайного или намеренного искажения информации служат и организационные, и специальные мероприятия. Это четкое распределение прав и обязанностей лиц, ответственных за сбор, подготовку, передачу и ввод информации в системе информационной технологии. Это и автоматическое протоколирование ввода, и обеспечение санкционированного доступа в контур ИТ.

В настоящее время в нашей стране, как и во всем мире, персональные компьютеры все шире применяются на рабочих местах служащих, ответственных за сбор, подготовку и предварительный контроль первичной информации. В этом случае используются автоматизированные подготовка и контроль собранной необработанной информации и, таким образом, фазы подготовки и ввода объединяются.

Ввод первоначальной информации при создании информационной технологии в организационно-экономической системе в конечном итоге является ручным - пользователь ЭВМ "набирает" данные (алфавитно-цифровые) на клавиатуре, визуально контролируя правильность вводимых символов по отображению на экране дисплея. Каждое нажатие клавиши - это преобразование символа, изображенного на ней, в электрический двоичный код, т.е. в машинные данные. Этап ввода - заключительный этап процесса преобразования исходной информации в машинные данные. Конечно, сейчас есть, помимо клавиатуры, и другие устройства ввода, позволяющие убыстрить и упростить этот трудоемкий и изобилующий ошибками этап, например сканеры или устройства ввода с голоса. Однако указанные устройства, особенно последние, далеки от совершенства и имеют довольно высокую стоимость.

Для решения задач ИТ, помимо ввода осведомляющей информации об объекте управления, необходимо также подготавливать и вводить информацию о структуре и содержании предметной области (т.е. модель объекта управления), а также информацию о последовательности и содержании процедур технологических преобразований для решения поставленных задач (т.е. алгоритмическую модель). Суть подготовки информации такого вида состоит в написании программ и описании структур и данных на специальных формальных языках программирования. Этап разработки и ввода программ в настоящее время автоматизирован благодаря использованию развивающихся многофункциональных систем программирования. С их помощью существенно облегчаются процесс создания программ, их отладка и ввод. Тем не менее, сам процесс моделирования, т.е. разработки моделей предметной области решаемых задач и их алгоритмической реализации, остается творческим и на этапе разработки информационных технологий в своей основе практически неавтоматизируем.

Таким образом, после сбора, подготовки, контроля и ввода исходная информация (документы, модели, программы) превращается в данные, представленные машинными (двоичными) кодами, которые хранятся на машинных носителях и обрабатываются техническими средствами информационной технологии.

Передача информации

Информационный процесс обмена предполагает обмен данными между процессами информационной технологии. Из рисунка 10 видно, что процесс обмена связан взаимными потоками данных со всеми информационными процессами на уровне переработки данных.

Передача информации осуществляется различными способами: с помощью курьера, пересылка по почте, доставка транспортными средствами, дистанционная передача по каналам связи, с помощью других средств коммуникаций.

При дистанционной передаче по каналам связи, как показано на рисунке 10 можно выделить два основных типа процедур. Это процедуры передачи данных по каналам связи и сетевые процедуры, позволяющие осуществить организацию вычислительной сети. Процедуры передачи данных реализуются с помощью операции кодирования - декодирования, модуляции - демодуляции, согласования и усиления сигналов. Процедуры организации сети включают в себя в качестве основных операции по коммутации и маршрутизации потоков данных (трафика) в вычислительной сети. Процесс обмена позволяет, с одной стороны, передавать данные между источником и получателем информации, а с другой - объединять информацию многих ее источников.

Рис. 10. Передача данных по каналу связи.

Дистанционная передача по каналам связи сокращает время передачи данных, однако, для ее осуществления необходимы специальные технические средства, что удорожает процесс передачи. Предпочтительным является использование технических средств сбора и регистрации, которые, собирая автоматически информацию с установленных на рабочих местах датчиков, передают ее в ЭВМ для последующей обработки, что повышает ее достоверность и снижает трудоемкость.

Дистанционно может передаваться как первичная информация с мест ее возникновения, так и результатная в обратном направлении. В этом случае результатная информация фиксируется различными устройствами: дисплеями, табло, печатающими устройствами. Поступление информации по каналам связи в центр обработки в основном осуществляется двумя способами: на машинном носителе или непосредственно вводом в ЭВМ при помощи специальных программных и аппаратных средств. Дистанционная передача информации с помощью современных коммуникационных средств постоянно развивается и совершенствуется. Особое значение этот способ передачи информации имеет в многоуровневых межотраслевых системах, где применение дистанционной передачи значительно ускоряет прохождение информации с одного уровня управления на другой и сокращает общее время обработки данных.

Модель обмена данными включает в себя формальное описание процедур, выполняемых в вычислительной сети: передачи, маршрутизации, коммутации. Именно эти процедуры и составляют информационный процесс обмена. Для качественной работы сети необходимы формальные соглашения между ее пользователями, что реализуется в виде протоколов сетевого обмена. В свою очередь, передача данных основывается на моделях кодирования, модуляции, каналов связи. На основе моделей обмена производится синтез системы обмена данными, при котором оптимизируются топология и структура вычислительной сети, метод коммутации, протоколы и процедуры доступа, адресации и маршрутизации.

В подсистему обмена данными входят комплексы программ и устройств, позволяющих реализовать вычислительную сеть и осуществить по ней передачу и прием сообщений с необходимыми скоростью и качеством.

Физическими компонентами подсистемы обмена служат устройства приема - передачи (модемы, усилители, коммутаторы, кабели, специальные вычислительные комплексы, осуществляющие коммутацию, маршрутизацию и Доступ к сетям). Программными компонентами подсистемы являются программы сетевого обмена, реализующие сетевые протоколы, кодирование - декодирование сообщений и др.

Обработка информации

Обработка информации производится на ПЭВМ, как правило, децентрализовано, в местах возникновения первичной информации, где организуются автоматизированные рабочие места специалистов той или иной управленческой службы (отдела материально-технического снабжения и сбыта, отдела главного технолога, конструкторского отдела, бухгалтерии, планового отдела и т.п.). Обработка, однако, может производиться не только автономно, но и в вычислительных сетях, с использованием набора ПЭВМ программных средств и информационных массивов для решения функциональных задач.

Процесс обработки данных связан с преобразованием данных и их отображением.

Процедуры преобразования данных на логическом уровне представляют собой алгоритмы и программы обработки данных и их структур. Сюда включаются стандартные процедуры, такие, как сортировка, поиск, создание и преобразование статистических и динамических структур данных, а также нестандартные процедуры, обусловленные алгоритмами и программами преобразования данных при решении конкретных информационных задач. Моделями процедур отображения данных являются компьютерные программы преобразования данных, представленных машинными кодами, в воспринимаемую человеком информацию, несущую в себе смысловое содержание. В современных ЭВМ данные могут быть отражены в виде текстовой информации, в виде графиков, изображений, звука, с использованием средств мультимедиа, которые интегрируют в компьютере все основные способы отображения.

Процедура отображения данных - одна из важнейших в информационной технологии. Без возможности восприятия результата обработки информации человеческими органами чувств этот результат оставался бы вещью в себе (ведь мы не ощущаем машинное представление информации).

В современных информационных технологиях при воспроизведении информации предпочтение отдано графическим режимам работы дисплеев (в отличие от исторически более ранних текстовых режимов) как наиболее универсальным. Графический режим позволяет выводить на экран дисплея любую графику (ведь буквы и цифры тоже графические объекты), причем с возможностью изменения масштаба, проекции, цвета и т.д. звитие информационных технологий относительно ввода и вывода информации идет по пути создания объектно-ориентированных систем, в которых настройка систем, программирование функциональных задач, ввод и вывод информации осуществляются с помощью графических объектов, отображаемых на экране дисплея (примером могут служить широко распространенный графический интерфейс Windows, объектно- ориентированные языки Delphi, Java и т.д.).

Отображение информации на экране дисплея в виде графических объектов (графиков, геометрических фигур, изображений и т. д.) носит название компьютерной графики.

В ходе решения задач на ЭВМ в соответствии с машинной программой формируется результатная информация, которая в дальнейшем используется на этапе принятия решения.

Принятие решения в автоматизированной системе организационного управления, как правило, осуществляется специалистом с применением или без применения технических средств, но в последнем случае на основе тщательного анализа результатной информации, полученной на ЭВМ. Задача принятия решений осложняется тем, что специалисту приходится искать из множества допустимых решений наиболее приемлемое, сводящее к минимуму потери ресурсов (временных, трудовых, материальных и т.д.). Благодаря применению персональных ЭВМ и терминальных устройств повышается аналитичность обрабатываемых сведений, а также обеспечивается постепенный переход к автоматизации выработки оптимальных решений в процессе диалога пользователя с вычислительной системой. Этому способствует использование новых технологий экспертных систем поддержки принятия решений.

Модель обработки данных включает в себя формализованное описание процедур организации вычислительного процесса, преобразования данных и отображения данных. Под организацией вычислительного процесса понимается управление ресурсами компьютера (память, процессор, внешние устройства) при решении задач обработки данных. Эта процедура формализуется в виде алгоритмов и программ системного управления компьютером. Комплексы таких алгоритмов и программ получили название операционных систем.

Хранение и накопление информации

Хранение и накопление информации вызвано многократным ее использованием, применением условно-постоянной, справочной и других видов информации, необходимостью комплектации первичных данных до их обработки.

Назначение технологического процесса накопления данных состоит в создании, хранении и поддержании в актуальном состоянии информационного фонда, необходимого для выполнения функциональных задач системы управления. Хранение и накопление информации осуществляется в информационных базах в виде информационных массивов, где данные располагаются по установленному в процессе проектирования порядку.

С хранением и накоплением непосредственно связан поиск данных, т. е. выборка нужных данных из хранимой информации, включая поиск информации, подлежащей корректировке или замене. Процедура поиска информации выполняется автоматически на основе составленного пользователем или ПЭВМ запроса на нужную информацию.

Указанные функции, выполняемые в процессе накопления данных, реализуются по алгоритмам, разработанным на основе соответствующих математических моделей.

Процесс накопления данных состоит из ряда основных процедур, таких, как выбор хранимых данных, хранение данных, их актуализация и извлечение.

Информационный фонд систем управления должен формироваться на основе принципов необходимой полноты и минимальной избыточности хранимой информации. Эти принципы реализуются процедурой выбора хранимых данных, в процессе выполнения которой производится анализ циркулирующих в системе данных и на основе их группировки на входные, промежуточные и выходные определяется состав хранимых данных. Входные данные - это данные, получаемые из первичной информации и создающие информационный образ предметной области. Они подлежат хранению в первую очередь. Промежуточные данные - это данные, формирующиеся из других данных при алгоритмических преобразованиях. Как правило, они не хранятся, но накладывают ограничения на емкость оперативной памяти компьютера. Выходные данные являются результатом обработки первичных (входных) данных по соответствующей модели, они входят е состав управляющего информационного потока своего уровня и подлежат хранению в определенном временном интервале. Вообще, данные имеют свой жизненный цикл существования, который фактически и отображается в процедурах процесса накопления.

Процедура хранения состоит в том, чтобы сформировать и поддерживать структуру хранения данных в памяти ЭВМ. Современные структуры хранения данных должны быть независимы от программ, использующих эти данные, и реализовывать вышеуказанные принципы (полнота и минимальная избыточность). Такие структуры получили название баз данных. Осуществление процедур создания структуры хранения (базы данных), актуализации, извлечения и удаления данных производится с помощью специальных программ, называемых системами управления базами данных.

В процессе накопления данных важной процедурой является их актуализация. Под актуализацией понимается поддержание хранимых данных на уровне, соответствующем информационным потребностям решаемых задач в системе, где организована информационная технология. Актуализация данных осуществляется с помощью операций добавления новых данных к уже хранимым, корректировки (изменения значений или элементов структур) данных и их уничтожения, если данные устарели и уже не могут быть использованы при решении функциональных задач системы.

Процедура извлечения данных из базы необходима для пересылки требуемых данных либо для преобразования, либо для отображения, либо для передачи по вычислительной сети.

При выполнении процедур актуализации и извлечения обязательно выполняются операции поиска данных по заданным признакам и их сортировки, состоящие в изменении порядка расположения данных при хранении или извлечении.

На логическом уровне все процедуры процесса накопления должны быть формализованы, что отображается в математических и алгоритмических моделях этих процедур.

Модель накопления данных формализует описание информационной базы, которая в компьютерном виде представляется базой данных.

Процесс перехода от информационного (смыслового) уровня к физическому описывается трехуровневой системой моделей представления информационной базы: концептуальной, логической и физической схем.

Концептуальная схема информационной базы описывает информационное содержание предметной области, т.е. какая и в каком объеме информация должна накапливаться при реализации информационной технологии.

Логическая схема информационной базы должна формализовано описать ее структуру и взаимосвязь элементов информации. При этом могут быть использованы различные подходы: реляционный, иерархический, сетевой. Выбор подхода определяет и систему управления базой данных, которая, в свою очередь, определяет физическую модель данных - физическую схему информационной базы, описывающую методы размещения данных и доступа к ним на машинных (физических) носителях информации. Модель данных - формализованное описание информационных структур и операций над ними.

1.2 Технологии распределенных вычислений (РВ)

Современное производство требует высоких скоростей обработки информации, удобных форм ее хранения и передачи. Необходимо также иметь динамичные способы обращения к информации, способы поиска данных в заданные временные интервалы, чтобы реализовывать сложную математическую и логическую обработку данных.

Управление крупными предприятиями, управление экономикой на уровне страны требуют участия в этом процессе достаточно крупных коллективов. Такие коллективы могут располагаться в различных районах города, в различных регионах страны и даже в различных странах. Для решения задач управления, обеспечивающих реализацию экономической стратегии, становятся важными и актуальными скорость и удобство обмена информацией, а также возможность тесного взаимодействия всех участвующих в процессе выработки управленческих решений.

В эпоху централизованного использования ЭВМ с пакетной обработкой информации пользователи вычислительной техники предпочитали приобретать компьютеры, на которых можно было бы решать почти все классы их задач. Однако сложность решаемых задач обратно пропорциональна их количеству, и это приводило к неэффективному использованию вычислительной мощности ЭВМ при значительных материальных затратах. Нельзя не учитывать и тот факт, что доступ к ресурсам компьютеров был затруднен из-за существующей политики централизации вычислительных средств в одном месте.

...