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

Подождите немного. Документ загружается.

для некоторых идеальных, внутренних возможностей системы, затем -

в первом приближении внутреннее проектирование. При этом

определяют ограничения, не позволяющие системе функционировать

так, как это требуется в результате предварительного внешнего

проектирования.

Согласование заключается в изменении либо требований внешнего

проектирования, либо ограничений внутреннего, либо и того и

другого. После такого согласования переходят к

детальной,

углубленной проработке вопросов внутреннего проектирования.

3.3.3. Определение потоков. Для управления распределением

потоков сообщений в АИУС существуют служебные сигналы,

составляющие потоки служебной информации. Передаваемая

информация от пользователей составляет информационные потоки,

которые являются ядром организационной структуры АИУС.

Информационный поток проходит через подсистемы, блоки и узлы

АИУС. Выходные сообщения от одной подсистемы могут полностью

или частично поступать на вход другой подсистемы.

На основе построения структуры информационных потоков

наращивается организационная структура АИУС путем добавления

структур программных и аппаратных средств АИУС, связь между

которыми осуществляется путем обмена служебной информацией.

Для исследования информационных потоков применяются: метод

сплошного обследования [31], метод расчета по массовым документам

[40], матричные информационные модели [23, 43], информационные

модели с использованием информационных языков[44, 45], методики

обследования

информационных характеристик [43 -45].

Комплекс исследований, направленных на выявление общих

тенденций и факторов развития системы и определение мероприятий

по ее совершенствованию, называют диагностическим анализом.

Исследования начинают с формулировки цели и критериев

эффективности системы, в том числе и подсистем. Цели и критерии

функционирования и развития являются основой для программы

диагностического анализа, которая включает в

себя выявление общих

тенденций развития АИУС, факторов, способствующих и

препятствующих достижению цели, свойств и особенностей

взаимодействия с внешней средой.

В процессе диагностического анализа не выполяют детального

изучения информационных потоков и документооборота,

формирования документов и показателей, их состава, и т.п. Результаты

диагностического анализа позволяют выявить факторы,

препятствующие повышению эффективности АИУС [43]. Рассмотрим

суть метода проектирования АИУС. Проектирование АИУС это

непрерывный метод работы, связанный с постоянными изменениями.

Процесс проектирования АИУС иллюстрирован на рис. 12.

Определение

проблемы

Потребности

Цели и

стремления

Поиск

вариантов

Оценка

вариантов

Поиск

вариантов

Поиск

вариантов

Модели

принятия

решения

Процесс

выбора

Реализация

Удовлетворение

потребностей

Результаты

ФОРМИРОВАНИЕ СТРАТЕГИИ

ОЦЕНИВАНИЕ

РЕАЛИЗАЦИЯ

Рис. 12

На первой фазе формирования стратегий достигается соглашение о

постановке решаемой задачи, об основных методах, используемых для

интерпретации реальных фактов и ожидаемых результатах.

Определяется система ценностей и начинается поиск и разработка

вариантов.

На второй фазе оценивания происходит оценка предложенных

вариантов, для определения степени удовлетворения целям,

сформированным на предыдущей фазе. Производится

идентификация

результатов и следствий, достигается соглашение о критериях оценки.

Выбираются модели измерений и решений, для оценивания и

сравнения вариантов, и осуществляется выбор конкретного варианта

проектируемой АИУС.

На третьей фазе реализации реализуется выбранный проект

системы. Решаются задачи оптимизация, субоптимизации (объяснение

того, почему наилучшее решение не может быть получено).

Оценивается сложность задач,

и при необходимости проводится

упрощение реальности, разрешаются конфликты. Затем происходит

оценка результатов, полученных от внедренного проекта АИУС, а

также определяют необходимые доработки процесса проектирования

АИУС. Каждая из фаз алгоритмизирована в виде шагов, совокупность

которых и составляет общий процесс проектирования АИУС,

представленный на рис. 13.

ФОРМИРОВАНИЕ

СТРЕТЕГИИ

ОЦЕНИВАНИЕ

РЕАЛИЗАЦИЯ

Определение проблемы

Исследование

миропонимания

Назначение

целей

Поиск и разработка

вариантов

Оценивание

результатов и

критериев

Оценивание вариантов

Процесс

выбора

Реализация выбранных

вариантов

Управление

Проверка и переоценка

ФОРМИРОВАНИЕ

СТРЕТЕГИИ

ОЦЕНИВАНИЕ

РЕАЛИЗАЦИЯ

Рис. 13

Рассмотрим алгоритм проектирования АИУС по шагам.

На первом шаге основан остальной процесс проектирования АИУС.

Здесь определяются заказчики (пользователи АИУС), их требования.

Определяются границы АИУС, т.е. любые предположения или

ограничения, которые будут влиять на проектирование АИУС.

Осуществляется поиск методов, которые будут использоваться для

решения задач проектирования в рамках удовлетворения потребностей

заказчиков

. Определяется объем имеющихся ресурсов по сравнению с

требуемыми для решения задачи проектирования АИУС.

На втором шаге исследуется миропонимание заказчиков и

проектировщиков с целью выработки единого мнения.

На третьем шаге производится анализ относительной важности

выдвигаемых требований, который приводит к формированию целей,

устраивающих всех.

На четвертом шаге учитывают ограничения на доступные ресурсы

(знания, время, стоимость и т.д.).

На пятом шаге осуществляется определение результатов

(

количественных и качественных), определение свойств, на основании

которых эти результаты в дальнейшем могут быть измерены,

определение измерительной шкалы, определение модели измерений,

позволяющей объяснения события и явления, определение

пригодности данных, т.е выяснение источников информации

(информационные материалы, статьи, документы) и оценка их

соответствие целям проекта АИУС, используя методы

информационного анализа.

На

шестом шаге целесообразно применить модели, позволяющие

формализовать задачу. Модель может состоять из списка

рекомендаций, а может содержать и абстрактные математические

построения. Могут быть применены модели принятия решений,

модели достижения компромиссов, позволяющие формализовать

общую задачу проектирования АИУС и выработать методы решений.

На седьмом шаге для достижения эффективного результата

объединяют технические, экономические, социальные

и политические

аспектов в проекте АИУС. Это сделает АИУС осуществимой и

приемлемой для всех пользователей.

На восьмом шаге предполагается реализация выбранных вариантов

системы, осуществление экспертной оценки результатов, узаконивание

и согласование результатов внедрения с заказчиком. При этом

используют модели достижения согласия, на основании чего

предложения проектировщиков и запросы заказчиков совместно

анализируются,

что разрешает конфликты.

На девятом шаге сравниваются результаты проектирования со

стандартами, АИУС настраивается так, чтобы обеспечить стабильные

и эффективные результаты функционирования.

На десятом шаге осуществляют переоценку проекта АИУС. Как

показано на рис. 12 и рис. 13, процесс проектирования АИУС имеет

обратную связь от фазы реализации к фазе формирования стратегии,

которая оказывает воздействие после проведения оценки полученных

результатов.

При таком подходе технологию проектирования АИУС можно

представить как последовательность этапов, показанных в табл. 1.

Таблица 1

№ Наименование

этапа

Основные характеристики

Разработка и

анализ бизнес -

модели

Определяются задачи АИУС, проводится

декомпозиция задач, определяются функции для

решения этих задач. Описание функций

осуществляется на языке производственных

(процессы предметной области),

функциональных (формы документов) и

технических требований (аппаратное,

программное, лингвистическое обеспечение.

Метод решения: Функциональное

моделирование.

Результат: 1. Концептуальная модель АИУС,

состоящая из описания предметной области,

ресурсов и потоков данных, требований,

ограничений к технической реализации АИУС.

2. Аппаратно-технический состав АИУС.

Формализация

бизнес - модели,

разработка

логической модели

бизнес -процессов.

Разработанная концептуальная модель

формализуется в виде логической модели.

Метод решения: Разработка диаграммы

"сущность-связь".

Результат: Разработанное информационное

обеспечение: схемы и структуры данных для

всех уровней модульности; документация по

логической структуре АИУС; сгенерированные

скрипты для создания объектов БД.

Окончание табл. 1

№ Наименование

этапа

Основные характеристики

Выбор

лингвистического

обеспечения,

разработка

программного

обеспечения

АИУС.

Разработка АИУС: выбирается лингвистическое

обеспечение (среда разработки -

инструментарий), проводится разработка

программного и методического обеспечения.

Логическая схема воплощается в реальные

объекты, при этом логические схемы

реализуются в виде объектов базы данных, а

функциональные схемы - в пользовательские

формы и приложения.

Метод решения: Разработка программного

кода с использованием выбранного

инструментария.

Результат: Работоспособная распределенная

информационно-управляющая система.

Тестирование и

отладка АИУС

На данном этапе осуществляется корректировка

информационного, аппаратного, программного

обеспечения, проводится разработка

методического обеспечения (документации

разработчика, пользователя) и т.п.

Результат: Оптимальный состав и эффективное

функционирование АИУС.

Комплект документации: разработчика,

администратора, пользователя.

Эксплуатация и

контроль версий

Особенность АИУС созданных по архитектуре

клиент сервер является их многоуровневость и

многомодульность, поэтому при их

эксплуатации и развитии на первое место

выходят вопросы контроля версий, т.е.

добавление новых и развитие старых модулей с

выводом из эксплуатации старых. БД АИУС за

год эксплуатации может насчитывать более

1000 таблиц, из которых эффективно

использоваться будет лишь 20-30%.

Результат: Наращиваемость и безизбыточный

состав гибкой, масштабируемой АИУС.

3.4. Оценка результатов проектирования

Для формализации процесса оптимального проектирования АИУС

введем следующие обозначения [46]:

P, π∈P - множество возможных

правил построения АИУС или ее элементов (правила

функционирования АИУС определены условиями работы предприятия

(организации) и при синтезе АИУС осуществляется выбор из

множества

Р); F - множество взаимосвязанных функций, выполняемых

при проектировании АИУС (каждому набору правил

π построения

АИУС соответствует некоторое множество функций

F(π), из которого

при проектировании необходимо выбрать подмножество

f∈F(π),

достаточное для реализации выбранных правил

π); A - множество

возможных взаимосвязанных элементов АИУС (узлы системы,

технические средства, пункты обслуживания, и т.д.).

Введем также операцию отображения

M элементов множества F на

элементы множества

A. Оптимальное отображение должно

обеспечивать требуемые характеристики функционирования системы

управления АИУС и экстремум выбранного функционала.

Задача оптимального проектирования АИУС состоит в

определении:

π∈P; (14)

f∈F(π); (15)

∈

; (16)

]AA[M)](Ff[ ∈π∈

. (17)

Если заданы правила проектирования АИУС, то оптимальное

проектирование состоит в определении (15) - (17); если заданы правила

и функции, то – выполнении условий (16) - (17); если заданы правила

проектирования АИУС, выполняемые функции и элементы, то в

определении условия (17), т.е. рациональном отображении множества

выполняемых функций на множество взаимосвязанных элементов

АИУС. Задача анализа структуры АИУС состоит в

определении

характеристик системы при заданных условиях (14 - 17).

Из совокупности возможных критериев оптимизации можно

выбрать минимум суммарных затрат на разработку АИУС. Пусть

Z(u

)

-затраты на

i-м шаге при выборе управляющего воздействия u

. Тогда

проектирование

}n,1i ,u{U

обеспечивает оптимизацию процесса

проектирования АИУС, если будет минимизирована целевая функция:

min)u(ZJ

→=

∑

(18)

и выполнены условия выполнения проекта.

Рассмотрим критерии выбора очередности задач при

проектировании АИУС. При разработке АИУС используют подход,

при котором выбор состава задач по очередям разработки

осуществляется с учетом конкретных условий деятельности

предприятия или организации и по следующим критериям:

- массовости, т.е. числа расчетов, выполняемых по одной

программе;

- высокой

трудоемкости, приводящей к высвобождению людей при

автоматизации расчетов;

- математической сложности, приводящей к тому, что

автоматизация расчетов ускоряет их и повышает их качество;

- оптимизации, дающей эффект в управляемой системе;

- повышению управляемости за счет того, что ЭВМ обеспечивает

скорость и полноту расчетов и позволяет выполнять функции

управления.

Эти критерии косвенно характеризуют

величину экономического

эффекта.

Подсистемы, получающие экономический эффект в управляемой

системе, могут быть выявлены по наличию в них оптимизационных

задач. При этом ряд задач решается вне предприятия или организации.

Эффективность внедрения задачи определяется также числом

однотипных подразделений предприятия, для которых решается

проектируется АИУС. Территориальная разобщенность предприятий

обусловливает необходимость передачи информации, и часто

ресурсы

системы сбора и передачи информации не позволяют включить в

информационную сеть АИУС сразу все производственные объекты.

Выбор состава задач, включенных в очередь, является специальным

разделом технико-экономического обоснования (ТЭО), технического

задания (ТЗ) и технического проекта на создание АИУС.

Проектирование АИУС выполняется отдельно для каждой очереди,

поэтому определение перечня задач

производится в разрезе очередей.

Обоснование задач является главным разделом ТЭО.

Автоматизация решения отдельных задач приводит, с одной

стороны, к экономии затрат труда на выполнение операций обработки

информации, с другой - к увеличению расхода машинного времени.

Снижение затрат труда на выполнение операций по обработке

информации определяется уравнением

V, (19)

где

- снижение затрат труда на единицу объема обрабатываемой

информации по задаче;

V - объем информации, обрабатываемой при

решении задачи автоматизированным способом.

Зависимость расхода машинного времени от объема

обрабатываемой информации имеет вид:

V, (20)

где

- расход машинного времени на единицу объема

обрабатываемой по задаче информации.

Снижение затрат труда от применения технических средств

является одним из результатов автоматизированного управления.

Коэффициенты

и t

характеризуют прирост машинного времени

на ЭВМ и экономию рабочего времени в результате автоматизации

процесса обработки единицы объема информации.

Задачи автоматизации подразделений предприятия или организации

для которых создается АИУС внедряются последовательно. Так как

результат и затраты на внедрение задачи определяются

характеристиками подразделения, то необходимо определить

целесообразный порядок распространения задачи автоматизации на

подразделения.

При выборе подразделений необходимо учитывать следующее:

- целесообразный объем автоматизируемых функций;

- уровень технических средств;

- возможность приобретения и установки оборудования;

- наличие каналов связи;

- подготовленность объекта;

подготовленность персонала к работе в условиях АИУС.

Анализ созданных АИУС показывает, что большая часть решений

об очередности принимается на интуитивном уровне с учетом

имеющихся

разработок и опыта внедрения. Поэтому наиболее

эффективным методом процесса очередности автоматизации

подразделений предприятия или организаций является эвристический

подход, основанный на симбиозе строгих математических методов и

формализации знаний специалистов (экспертов) в данной области.

4. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННО-

УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

4.1. Формализация целей и параметров

4.1.1. Структуризация целей. Сформулируем закономерности

целеобразования с учетом взаимодействия внешних и внутренних

факторов задачи проектирования АИУС.

Парадигма АИУС, открытой системы, требует обратить внимание

не только на внешние факторы организации для которой создается

АИУС, но и на внутренние факторы, являющиеся источниками

нестабильности поведения элементов и подсистем, непредсказуемости

в принимаемых решениях, а также в способности адаптации

изменяющимся условиям. Это следствие наличия в любой организации

активных элементов, которые и обусловливают их способность

противостоять энтропийным, разрушающим тенденциям и создавать

неэнтропийные. Любые изменения могут потребовать пересмотра

сложившегося подхода к функционированию организации, пересмотра

методов функционирования АИУС. Необходимо организовать процесс

коллективного формирования целей, способствующих повышению

эффективности деятельности активных элементов организации.

Методы формулирования целей требуют достаточно полных

определений целей и функций, подразделений и элементов, а также и

элементов внешней среды. Необходимо провести оценку функций

подсистем и элементов с точки зрения их значимости, трудоемкости,

частоты выполнения, сформировать структуру целей и функций для

новых методов и АИУС. Рассмотрим метод структурирования целей

при проектировании АИУС

для некоторого гипотетического объекта

управления.

Модель структуризации цели формализуется графом [47], который

имеет иерархическую структуру, причем, глобальная цель

декомпозируется, начиная с верхнего уровня, до уровня задач,

решаемых отдельными элементами. Модель в виде графа метода

структурирования целей представлена на рис. 14. На графе

реализована композиция отношений, устанавливающих связь между