Проектирование автоматизированных систем на микроуровне

Введение

Макроуровень проектирования является скорее искусством, чем основанным на инженерных расчетах процессом. Это объясняется наличием большого числа неформальных связей системы управления с внешней средой. Существенное влияние оказывает слабо регламентируемый человеческий фактор, отсутствие строго сформулированных критериев, трудность выявления большого множества ограничений, выделения из них наиболее существенных.

Вместе с тем произвольное толкование важнейших вопросов идеологии работы системы, субъективизм при их решении недопустимы. Созданные модели, в большей или меньшей степени формализованные, помогают применить методологию системного анализа, облегчают анализ системы на уровне логики и здравого смысла, формализуя результаты изучения существующей системы, подлежащей автоматизации. Поэтому разработчик должен наряду с изучением и использованием излагаемых ниже методов проявлять творческий подход и создавать свои более строгие методы для этой стадии проектирования, которые, возможно, в дальнейшем найдут более широкое применение.

1. Структуризация системы

Важным этапом системного анализа является структуризация системы - локализация ее границ и выделение структурных составных частей. Выделенную по определенному признаку часть автоматизированной системы управления называют подсистемой АСУ. Совокупность действий, направленную на достижение определенной цели, называют функцией АСУ. Выполнение автоматизированной системой управления функций, осуществляемое на действующем объекте у правления и обеспечивающее достижение заданных целей, называют функционированием АСУ (ГОСТ 24.003-84).

Структура системы управления отражает строение и внутреннюю форму организации, относительно устойчивые взаимоотношения и взаимосвязи элементов системы. В каждой АСУ, как и любой сложной системе, можно выделить большое число элементов, свойств, связей между элементами. Охватить их одновременно в рамках одного понятия структуры не представляется возможным. В процессе создания и в ходе функционирования АСУ выделяют некоторые аспекты внутреннего строения системы управления, различая в соответствии с этим виды структуры системы: организационную, функциональную, комплекса технических средств, сбора и передачи информации и др. Организационная структура системы управления определяет наличие подразделений разного уровня – отделов, подотделов, цехов, участков и др., и их взаимное административное подчинение. Функциональной структурой АСУ называют структуру, элементами которой являются подсистемы, функции автоматизированной системы управления или их части, а связи между элементами – потоки информации, циркулирующей между ними при функционировании АСУ. Структурой комплекса технических средств АСУ называют структуру, элементами которой являются устройства комплекса технических средств АСУ, а связи между элементами отображают информационный обмен (ГОСТ 24003–84).

В системах организационного управления функциональная и организационная структуры часто во многом совпадают. Это объясняется стремлением создать для систематической и квалифицированной реализации определенной функции управления постоянный коллектив людей, работающих под единым руководством. При этом основываются на том интуитивно ясном и многократно проверенном на практике соображении, что такое объединение в одном подразделении наиболее близких по характеру задач и тесно взаимодействующих исполнителей уменьшает объем передаваемой между подразделениями информации, дублирование функций, время на согласование решений и т.д.

Структура систем организационного управления в народном хозяйстве строится по отраслевому или территориальному признаку. Отраслевой принцип позволяет осуществлять единую техническую и экономическую политику в каждой отрасли. Он применяется в тех случаях, когда речь идет о сложных, специфических видах производства. Если ставится задача комплексного использования материальных ресурсов в некотором районе страны, управление строится по территориальному принципу. По этому же принципу построены органы государственного административно-территориального управления.

Число уровней системы существенно влияет на эффективность управления, хотя эта зависимость не может быть в настоящее время выражена аналитически. Чем меньше число уровней, тем меньше задержек и ошибок в передаче информации от нижних уровней к верхним и обратно, тем выше оперативность принятия решений, скорость и точность реакции на возникающие возмущения. С увеличением числа уровней растет общее количество элементов системы, что приводит к большей их обособленности и необходимости усиления горизонтальных связей, которые, как правило, слабее вертикальных. С другой стороны, чем меньше число уровней, тем большая нагрузка приходится на каждый элемент системы, тем труднее осуществлять управление, с чем и связана тенденция к росту числа уровней системы и элементов каждого уровня. Таким образом, в системе организационного управления существуют факторы, определяющие стремление как к увеличению, так и уменьшению числа уровней.

В процессе функционирования организационных систем управления довольно часто наблюдается временное, оперативное перераспределение задач между уровнями системы, получившее название "делегирование полномочий". Оно заключается в том, что в определенной обстановке решение части задач управления передается с некоторого уровня на более низкий. При этом подсистеме более низкого уровня передаются как полномочия вышестоящей подсистемы в пределах решения данных задач, так и ответственность за правильность, своевременность и качество их решения и реализации.

В сложных, необычных ситуациях происходит и обратный процесс – подсистема более высокого уровня, как говорят, "берет управление на себя", т.е. решает задачи и выполняет функции, обычно входящие в компетенцию управляемой подсистемы. Благодаря тому что подсистема более высокого уровня располагает большими полномочиями и ресурсами, решение задач оказывается более эффективным. Однако при этом подсистема верхнего уровняв какой-то мере выполняет несвойственные ей функции, что неизбежно ограничивает ее возможности по решению задач управления своего уровня. Поэтому после нормализации ситуации решение этих задач вновь передается подчиненной подсистеме.

В структуре организационных АСУ принято выделять подсистемы по функциональному признаку. Это позволяет четко выделять комплексы задач в подсистемах в соответствии с определенной функцией управления и в то же время в большинстве случаев совпадает с существующей организационной структурой предприятия или отрасли, для которых создается АСУ.

Для АСУ предприятий, производственных объединений и отраслей согласно ОРММ выделяют подсистемы по следующим функциям управления: перспективным планированием и развитием; технико-экономическим планированием; основным производством; технической подготовкой производства; материально-техническим снабжением; реализацией и сбытом продукции; бухгалтерским учетом; финансами; кадрами; капитальным строительством; научно-исследовательскими и опытно-конструкторскими работами и др.

В ряде случаев возникает необходимость в выделении функциональных подсистем, не предусмотренных рекомендуемым перечнем. Такая необходимость возникает в случаях выявления дополнительной реально выполняемой долговременно действующей функции управления. Так, например, при большом объеме работ по кооперации со смежниками возможно окажется целесообразным выделить в самостоятельный отдел в организационной структуре и в самостоятельную подсистему АСУ функции управления работами по кооперации. Обоснованием для такого выделения служит наличие большого количества специфических задач данного содержания, требующих для их решения получения и переработки больших объемов информации, а также существенное влияние качества решения этих задач на общую эффективность функционирования предприятия, объединения или отрасли в целом.

Кроме функциональных в АСУ выделяют обеспечивающие подсистемы, которые необходимы для успешной работы функциональных подсистем. Различают следующие виды обеспечения АСУ.

Техническое обеспечение – комплекс технических средств, применяемых для функционирования АСУ.

Математическое и программное обеспечение – совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ обработки информации, используемых при создании и функционировании АСУ.

Информационное обеспечение – совокупность реализованных решений по объемам, размещению и формам организации информации, циркулирующей в АСУ при ее функционировании. Оно включает нормативно-справочную информацию, необходимые классификаторы технико-экономической информации, унифицированные документы, массивы данных, используемые при решении задач АСУ.

Организационное обеспечение – совокупность документов, регламентирующих деятельность персонала АСУ в условиях ее функционирования. Лингвистическое обеспечение – совокупность языковых средств для формализации естественного языка, построения и сочетания информационных единиц при общении персонала АСУ, в условиях ее функционирования, со средствами вычислительной техники.

Правовое обеспечение – совокупность правовых норм, регламентирующих правоотношения при функционировании АСУ и юридический статус результатов ее функционирования (ГОСТ 24.003-84).

Комплекс технических средств и информационное обеспечение являются общими для всех задач, решаемых в АСУ. В связи со спецификой методов разработки, ввода в действие и дальнейшей эксплуатации их принято выделять в самостоятельные подсистемы. Специфика технических средств определяется необходимостью систематического обслуживания, проверки исправности, профилактики, различных видов ремонта. Эта специфическая область работы АСУ выполняется специалистами по электронике и вычислительной технике и не входит в круг обязанностей специалистов по созданию и эксплуатации АСУ. Однако проектирование этого комплекса, обеспечивающего функционирование АСУ, является прямой обязанностью разработчиков системы.

Остальные виды обеспечения используются применительно к конкретным задачам и, как правило, их в самостоятельные подсистемы не выделяют.

2. Выбор задач, подлежащих автоматизации, и их постановка

На основе проведенного изучения и анализа предприятия определяют подлежащие автоматизации функции управления с учетом рекомендуемого перечня функциональных подсистем, выявленных факторов, способствующих и препятствующих повышению эффективности деятельности предприятия, степени и характера подготовленности объекта к переходу на использование экономико-математических методов и вычислительной техники в управлении. При этом наиболее важными являются два обстоятельства: влияние выделенных функций управления на конечный результат, т.е. на повышение эффективности функционирования управляемой системы, и обеспечение автоматизации выделенной функции таким образом, чтобы комплекс задач, ее реализующих, не прерывался отдельными задачами, решаемыми в ином режиме.

Это общее положение уточняется в каждом конкретном случае применительно к основному производственному процессу – движению материальных потоков и последовательно выполняемым операциям технологического процесса.

Известно, что основными этапами управления являются: долгосрочное планирование на год и больше; краткосрочное планирование на квартал, месяц, декаду или неделю, обеспечивающее реализацию годового плана; текущее планирование на день, смену и оперативное управление, направленные на реализацию краткосрочных планов в условиях случайных возмущений; наконец, непосредственное управление технологическим процессом – "ручное" или автоматическое.

Каждый этап в отдельности или несколько этапов охвачены обратной связью, по которой передается информация о результатах реализации принятых решений, используемая в качестве исходной для принятия последующих решений.

Выбор подлежащих автоматизации функций осуществляется в соответствии со схемой уровней управления либо "сверху вниз", либо "снизу вверх". В первом случае важно определить, с какого из верхних уровней следует начинать автоматизацию функций. Если проведенный анализ показал, что долгосрочное планирование осуществляется плохо формализуемыми методами, четко сформулировать цель и критерии эффективности не удается, методы автоматизации расчета плана не просматриваются, то, следовательно, ни система, ни разработчики не готовы к автоматизации этой функции и ее следует пока оставить без изменения, принимая рассчитанный "вручную" план заданным. Таким же образом рассматривается возможность автоматизации краткосрочного планирования при известном долгосрочном плане; текущего планирования при известном краткосрочном плане и оперативного управления.

Когда некоторый уровень управления представляется возможным автоматизировать, следует определить, целесообразно ли это делать, возрастет ли эффективность управляемого производства настолько, что это окупит затраты на автоматизацию. Необходимые расчеты являются оценочными, прикидочными, здесь допустимо использовать экспертные оценки на основе учета факторов, которые при автоматизации будут способствовать повышению эффективности производства.

Выделив некоторый уровень как подлежащий автоматизации, рассматривают аналогичным образом последующие, вплоть до непосредственного управления технологическим процессом.

Возможно, что, начиная с некоторого уровня, автоматизация управления вновь окажется пока нецелесообразной. В таком случае вполне допустимо выбрать два или три уровня, непосредственно связанные друг с другом. Однако крайне нежелателен выбор уровней, непосредственно не связанных между собой, например долгосрочное планирование и оперативное управление.

Рассмотрев возможность автоматизации управления основным производством, переходят к вспомогательному производству и другим функциональным подсистемам, определяя возможность и целесообразность автоматизации тех же уровней управления по другим функциям.

Описанный подход может быть применен и к определению последовательности во время создания системы по очередям, для определения состава очередей.

При подходе "снизу вверх" сначала рассматривают нижний уровень – непосредственное управление технологическим процессом, и определяют возможность и целесообразность его автоматизации, а затем переходят к оперативному управлению и т.д. В остальном подход аналогичен описанному выше.