Пьявченко Т.А., Финаев В.И. Автоматизированные информационно-управляющие системы

Подождите немного. Документ загружается.

другое. Говорят, что система обладает каким-то поведением, и

выясняют его характер, алгоритм.

Под

целостностью (эмерджетностью) системы понимается

принципиальная несводимость свойств системы к сумме свойств

составляющих ее элементов и невыводимость из последних свойств

целого (т.е. системы).

Понятие

равновесия определяют как способность системы в

отсутствии внешних возмущений (или при постоянных воздействиях)

сохранять свое состояние сколь угодно долго. Это состояние

называется состояние равновесия.

Под

устойчивостью понимают способность системы возвращаться

в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния

выведена под влиянием внешних возмущающих воздействий или

внутренних воздействий, если в системе есть активные элементы.

Состояние равновесия, в которое система способна возвращаться,

называют устойчивым состоянием равновесия.

Понятие

развитие объясняет сложные термодинамические и

информационные процессы в природе и обществе.

Исследование процессов развития, соотношения развития и

устойчивости, изучение механизмов, лежащих в их основе, - наиболее

сложные задачи теории систем.

Понятие структуры системы реализуется через элементы и связи

системы. Структура - это устойчивое единство элементов и отношений в

системе. Под организацией понимается, с

одной стороны, свойство

системы, проявляющееся в сохранении устойчивости ее структуры

при различных взаимодействиях, с другой стороны, - совокупность

внутренней структуры и внешних функций (поведения), присущих

системе.

Изменение состояния системы влияет на состояние ее выходов.

Желаемое состояние выходов называется

целью системы, а функция,

определяющая изменение состояния выходов, —

целевой функцией

системы. Для оценки отклонения фактического состояния выходов от

желаемого вводится

критерий цели.

Исходя из двух трактовок системы можно по типу элементов их

классифицировать на физические (материальные) и абстрактные

(концептуальные) [21].

Рассмотрим кратко классификацию создаваемых человеком

физических систем по наиболее важным признакам:

а) по характеру входов и выходов системы делятся на

вероятностные и детерминированные;

б) по связям системы делятся на замкнутые и открытые, последние

связаны с внешней средой входами и выходами.

По сложности организации системы делятся на простые, сложные и

большие системы, отличающиеся степенью сложности структуры и

функционирования.

К простым системам относят такие, которые независимо от их

масштабности можно описать с помощью детерминированных

математических моделей и методов.

Сложные системы (СС) имеют сложную структуру со

стохастическими связями (включая обратные связи), многоаспектное

функционирование, а также стохастические входы и выходы.

Большие системы (БС) обладают теми же признаками, что и СС, но

кроме этого им присущи:

а) наличие целей и систем управления (самоуправления, адаптации);

б) наличие комплекса проблем состязательного и конкурирующего

характера;

в) несчетное разнообразие по связям, функциям и

информационным состояниям.

Из множества СС (БС) в системотехнике и теории управления

рассматриваются организационные (человеко-машинные) системы с

человеком - оператором и коллективами людей и технические.

В свою очередь, организационные системы можно разделить на три

вида: 1) производственно-технологические, перерабатывающие потоки

материалов и ресурсов; 2) управленческие; 3) кибернетические.

Кибернетические системы являются сочетанием первых двух при

рассмотрении их в единстве как объект и орган управления.

Практически все существующие организационные системы можно

представить в виде кибернетических систем различной сложности.

Важнейшими признаками любой кибернетической системы являются:

а) наличие двух компонентов - объекта и органа (субъекта)

управления, связанных обратными и прямыми информационными

каналами, образующими замкнутые контуры (см. рис. 5);

Пр.св

Об.св

…

Алгоритм и

программа

управления

Цель,

критерии К

ограничения

Орган

правления

Объект

правления

об

…

Проекция

цели

Рис. 5

б) наличие цели, критериев эффективности (Кэ) и ограничений;

в) наличие алгоритма (инструкции) и программы управления.

При отклонении объекта управления от заданной программы

(плана) информация q

, q

по каналам обратной связи поступает

от объекта в орган управления.

На основе обработки поступившей информации и сопоставления ее с

информацией, характеризующей программу (N) достижения цели,

определяется рассогласование соответствующих параметров. В

управляющем органе вырабаты-вается и принимается управленческое

решение по устранению рассогласований и отклонений, которое в виде

управляющих воздействий (УВ) (Q

, Q

) подается на объект

управления. Наличие всех необходимых признаков кибернетической

системы обеспечивает высокую устойчивость ее функционирования.

В общем случае в кибернетической системе управление может

осуществляться по входам и выходам, по структуре- и целям, а также

по параметрам внешней среды, если указанные источники информации

снабжены специальными средствами сбора, передачи и

преобразования информации, а также каналами обратной и прямой

связи с объектом управления.

В кибернетике сформулирован закон необходимого разнообразия,

согласно которому для управления сложными объектами с большим

разнообразием необходима управляющая система, обладающая не

меньшим разнообразием, чем объект. Следовательно, необходимо

построение системы управления совместно с объектом управления в виде

единой двухкомпонентной кибернетической системы.

Задача управляющей системы состоит в своевременном оперативном

и надежном снижении разнообразия объекта до желаемого

(планируемого) уровня; в идеальном случае - в достижении

оптимального пути выполнения программ работ. Оперативность

управляющей системы - это пропускная способность ее как

информационной системы, обусловленная величиной уменьшаемого

разнообразия в поведении объектов управления.

С точки зрения системного подхода не все управленческие функции с

применением ЭВМ реализуются комплексно и просто. На практике при

обосновании и принятии управленческих решений приходится решать

сложные оптимизационные задачи. Многочисленные и взаимосвязанные

задачи управления требуют особо организованных систем,

позволяющих как можно лучше использовать возможности

человеческого интеллекта совместно с мощными средствами

переработки информации, принципами и методами современной

математики, кибернетики и системотехники.

Таким образом, АИУС является частным случаем системы

управления (СУ) соответствующего уровня, в которой, помимо двух

понятий «система» и «управление», существует понятие автоматизации

управленческих функций и процессов.

Автоматизация означает выполнение некоторых процессов и

операций без участия человека. Автоматизация может быть частичной

и комплексной - для всех основных процессов и сторон функционирования

системы. Можно ввести понятие степени или коэффициентов полноты и

глубины автоматизации процесса и производства в целом, понимая

под степенью полноты, например, процент автоматизированных

операций из общего их числа на данном предприятии, а под степенью

глубины - процент параметров, охваченных автоматизацией.

Важнейшими аспектами при проектировании АИУС являются

методологический, технический, технологический, экономический и

социологический, а также их комбинации. Под экономическим аспектом

понимается изучение экономических отношений компонентов АИУС и

окружающей среды, согласование их целей с общими целями

системы, оценка экономической эффективности и целесообразности

различных решений и действий в материальных и информационных

процессах. Социологический аспект учитывает взаимосвязи и

отношения людей и коллективов, их поведение, мотивы, устойчивость

и эффективность деятельности. Другие аспекты ясны по своему

смыслу.

1.2. Особенности и классификация автоматизированных

информационно-управляющих систем

1.2.1. Основные особенности АИУС. Основоположником

теоретических основ построения АСУ является академик Глушков

В.М. Им была предложена классификация автоматизированных

систем [22, 23]. Особых изменений в этой классификации не

произошло до настоящего времени, поэтому рассмотрим эту

классификацию.

Имеется несколько определений АСУ [23]:

- система управления с применением современных автоматических

средств обработки данных (ЭВМ, автоматических устройств

накопления, регистрации, отображения и др.) и экономико-

математических методов для решения основных задач управления

производственно-хозяйственной деятельностью предприятия;

- система управления производственно-хозяйственной

деятельностью предприятия, включающая интегрированные системы

обработки данных, главной целью которых является

автоматизация

процессов, сбора и переработки информации на предприятии и

усовершенствование, формы организации их выполнения;

- система, в контуре управления которой функционируют

совместно человек и технические средства, осуществляющие сбор и

содержательную обработку информации по разветвленным

алгоритмам с целью принятия оптимальных решений по управлению

процессом или производством.

Таким образом АИУС, как автоматизированная система

– это

человеко-машинная система, использующая современные средства

электронно-вычислительной техники, микропроцессорных систем

управления и связи, экономико-математические методы, а также новые

организационные принципы управления для отыскания и реализации

на практике наиболее эффективного управления соответствующим

объектом (системой).

АИУС обладают всеми наиболее

характерными чертами

сложных технических систем. К ним следует отнести:

- большой масштаб систем по числу составляющих элементов и

выполняемых функций;

- наличие функциональной целостности, общего назначения и цели;

- сложную многоуровневую иерархическую структуру;

- высокую степень автоматизации, определяющую известную

степень самостоятельности поведения системы;

- статистически распределенные во времени внешние воздействия.

В экономических (организационных) информационно-

управляющих системах в качестве

элементов рассматривают: средства

производства (установки, оборудования, инструмент); предметы

труда (сырье, материалы, полуфабрикаты),

трудовые ресурсы

(рабочие, инженерно-технические работники, служащие);

техническую и технологическую документацию (чертежи,

инструкции, стандарты, управляющие и отчетные документы и пр.).

Работы в области автоматизации процессов управления требуют

глубокого анализа сущности автоматизируемых процессов, выделения

объектов автоматизации, правильного формулирования целей

управления и определения этапности автоматизации с учетом

реальных сроков, возможностей технической реализации и

экономических факторов.

Объектом управления в информационно-управляющей системе

может быть рабочее место, конвейер, участок, цех, предприятие,

объединение и т.д. К объекту управления относят ту часть элементов,

которые непосредственно участвуют в процессе материального

производства и его обслуживания. К

управляющей части системы

относят множества элементов, необходимых для осуществления

процесса управления объектом. Это управленческий персонал,

технические средства и методы управления.

Управляющая часть системы оперирует с документами. Поэтому

для эффективного управления производственной системой необходим

непрерывный обмен информацией между объектом управления и

управляющей частью.

В управляющую часть информация поступает от вышестоящих

организаций (план производстсва, директивные указания) и от объекта

управления (сведения о поступлении материалов, деталей,

комплектующих изделий, притоке рабочей силы; о выпуске продукции

и ее качестве, затратах материалов и труда, о причинах, нарушающих

протекание производственных процессов - срыве поступления

материалов, поломках оборудования, браке). Управляющая часть

вырабатывает управляющие воздействия на объект управления и

отчетную информацию для вышестоящих организаций.

Процесс выработки управляющего воздействия на объект

управления имеет следующие этапы: определение цели воздействия и

установление возможных изменений в других подсистемах; разработка

путей, методов и средств воздействия; создание организационной

системы; принятие решения, его внедрение; контроль

хода внедрения;

коррекция воздействия в ходе реализации принятого решения.

Современные АИУС представляют собой человеко-машинные

системы, в которых сочетается машинная переработка информации с

координирующей деятельностью человека-оператора. За человеком

остаются наиболее сложные, не поддающиеся формализации задачи,

такие, например, как постановка проблемы, принятие решения в

условиях неполной информации и неопределенности, контроль

переработки

информации. Поэтому важной задачей при создании

информационно-управляющей системы является правильное

распределение функций между человеком и ЭВМ.

Функционирование информационно-управляющей системы связано

и с решением ряда проблем правового, а также психологического и

социологического характера. Оптимальная структура системы связана

с пределами личной компетенции, формами санкций, поощрений и т.

д. Эти вопросы

должны решаться на правовой основе в виде

должностных инструкций и предписаний, утвержденных и

обязательных для исполнения.

Основная цель автоматизации организационного управления -

обеспечение оптимального функционирования объекта управления

(предприятия, объединения, отрасли и т.п.) путем правильного выбора

целей и средств их достижения с учетом имеющихся ограничений,

наилучшего распределения заданий между отдельными частями,

из

которых состоит объект, и обеспечения их четкого взаимодействия.

1.2.2. Критерии эффективности. Рассмотрим, как можно оценить

эффект от внедрения АИУС. В условиях хозрасчетного метода

управления предприятием (объединением) в качестве критерия обычно

используют

прибыль. Этот критерий лучше других возможных

показателей отражает рост национального дохода, способствует

ускорению ввода в действие объектов и мощностей, улучшению

использования производственных фондов, увеличению объема

реализованной продукции. Показатель прибыли служит основой

взаимоотношений с бюджетом, а также основным источником

формирования фондов предприятия. Использование прибыли в

качестве критерия оптимальности сводит к минимуму количество

требуемых ограничений. Эффективность внедрения АИУС можно

оценивать исходя из роста прибыли. Можно использовать также в

качестве критерия эффективности

минимум удельных затрат труда

на выполнение планов или себестоимости изготовленной продукции

либо

максимум чистого или валового продукта предприятия.

В некоторых задачах, реализуемых с помощью АИУС, вполне

возможны и целесообразны свои

локальные критерии,

отличающиеся от общего критерия системы, например, стабильность

использования ресурсов.

При решении многих задач надо считаться с наличием не одного, а

ряда критериев. Учет многокритериальности задачи может быть сведен

к формированию некоторого

комплексного критерия,

представляющего собой, например, сумму отдельных критериев,

каждый из которых наделяется определенным «весовым»

коэффициентом.

1.2.3. Принципы разработки информационно-управляющих

систем.

В основу разработки АИУС положены следующие принципы

[22]: новых задач, системного подхода, первого руководителя,

непрерывного развития системы, автоматизации документооборота,

согласованности пропускных способностей отдельных частей системы,

типовости, однократности ввода данных и др.

Эффективность АИУС повышается при решении задач, которые

при традиционной ручной технологии управления невозможно решить

либо они решаются частично (

принцип новых задач). К ним

относятся задачи оптимизации. На уровне предприятия это задачи

определения оптимального производственного плана, оптимального

оперативно-календарного планирования, оптимального управления

материальными ресурсами предприятия, оперативного анализа хода

производственного процесса. На уровне отрасли это задачи

перспективного планирования развития отрасли на длительный

период, расчета оптимального плана выпуска продукции на год,

распределения материальных ресурсов между предприятиями отрасли.

На межотраслевом уровне к задачам оптимизации относятся

размещение новых производств, привязки поставщиков к

потребителям, разработки проектов развития

территориально-

производственных комплексов и т. п.

Второй принцип - это

системный (комплексный) подход к

созданию АИУС. Проектирование должно основываться на системном

анализе как объекта, так и управляющей части.

Принцип первого руководителя состоит в том, что разработку и

внедрение АИУС нужно производить под непосредственным

руководством первого руководителя соответствующего объекта.

Практика свидетельствует, что всякая попытка передоверить дело

создания АИУС второстепенным лицам неизбежно приводит к тому,

что система ориентируется на рутинные задачи управления и не дает

ожидаемого эффекта.

Согласно

принципу непрерывного развития системы необходимо

при проектировании АИУС предусмотреть возможность быстро

реагировать на возникновение новых задач управления и

совершенствование старых в процессе развития экономики и

отдельных предприятий.

Принцип автоматизации документооборота означает, что надо

автоматизировать не только те или иные расчеты, но и оформление

выходных документов, сбор исходных данных и в определенной мере

передачу их и управляющих воздействий.

Согласно принципу согласованности пропускных способностей

желательно равенство пропускных способностей последовательных

звеньев. Информационный результат, выдаваемый предшествующим

устройством, является исходной информацией для последующего.

Поэтому устройства

должны быть согласованы также по

используемым в системе носителям и по кодам.

Принцип типовости важен при разработке программ и сводится к

максимальному использованию стандартных подпрограмм и

типизации программ решения задач.

Значение для м имеет

принцип однократности ввода данных в

машину, согласно которому многократное использование любого рода

сведений при решении задач на ЭВМ не должно приводить к

повторному вводу каких-то данных в память ЭВМ.

Особое значение для АИУС имеет проблема

надежности. Для

повышения надежности работы применяют высоконадежные

технические средства, автоматическое резервирование важнейших

узлов и блоков, введение автоконтроля и т.д.

АИУС должны обладать также повышенной

живучестью. Под

живучестью информационно-управляющих систем понимают

способность системы к определенной компенсации последствий

нарушений и повреждений отдельных ее устройств, позволяющую

системе продолжать выполнение основных функций при утрате или

временном снижении некоторых второстепенных показателей

(точности, быстродействия, объема обрабатываемой информации).

При разработке АИУС крайне важно использовать экономические

законы, создавать благоприятные условия для их

проявления. АИУС

должна основываться на закономерностях, присущих науке

управления.

1.1.4. Классификация. Классификация АИУС затруднена

разнообразием объектов управления, на которых эти системы могут

применяться.

Необходимо при классификации определить

принцип управления

объектом. В системе управления можно выделить три принципа:

отраслевой, территориально-отраслевой и территориальный.

Принцип

отраслевого управления положен в основу управления тяжелой

промышленностью.

Принцип территориально-отраслевого

управления применяется в легкой промышленности и некоторых

непромышленных отраслях.

Принцип территориального

управления характерен для управления министерствами,

ведомствами, а также деятельностью исполнительных органов

местного управления, также строят АИУС по территориальному

признаку: город, область, республика, страна.

признак классификации - уровень иерархии в

управлении, для которого применяется данная система. К таким

уровням можно отнести: федеральный, областной, городской,

районный для территориальных систем и отрасль, подотрасль,