книги / Теоретические основы автоматизированного управления

ми заводами за рубежом называют компьютерными интегрирован» ными производствами (Computer Integrated Manufacturing CIM).

2.Иерархия управления отражена во втором классификационном признаке (см. рис. 1.8). В дальнейшем будем рассматривать АСУП,

т.е. АСУ, предназначенную для управления предприятием.

3.АСУ существенно отличаются по уровню автоматизации. ИПС предназначены для записи и длительного хранения информации, ко­ торая считывается по запросу. Такая система может быть самостоя­ тельной (библиотеки) или входить составной частью в АСУП. База данных является основой таких систем. В ней может быть отражена как структурированная (в виде таблиц), так и неструктурированная (текстовая) информация. В последнем случае это системы компьюте­ ров офисов, учреждений, получившие широкие возможности благо­ даря электронной почте.

ИСС вырабатывают для Л ПР соответствующие решения-советы в логической, числовой или символьной форме, при этом окончатель­ ное решение остается за человеком. В ИСС широко используют диа­ логовый режим.

Сложности реализации таких систем определяются трудностями формирования алгоритмов этапов анализа, выработки вариантов ре­ шений и принятия решений в цикле управления. Первоначально ал­ горитмизацией этих этапов занимались разработчики автоматизиро­ ванных систем. Пользователь вводил данные и получал результат. Если результат его удивлял, он желал получить (и не получал) объяс­ нение, КАК получено то или иное решение. Выяснилось к тому же, что логики решений разработчика и ЛПР серьезно отличаются.

В связи с этим попытались использовать опыт принятия решений руководителем, выявляя систему используемых ими правил. ЛПР за­ давали вопрос: «Ваше подразделение не выполнило план за предыду­ щий день и с начала месяца — Ваши действия?».

Ответы ЛПР представляли собой систему правил по схеме: ЕСЛИ недостаточно определенного ресурса, ТО предпринимаются определенные действия по их получению

или замене.

Подобные правила позволили не только в значительной мере пре­ одолеть отчужденность ЛПР по отношению к компьютерам, но и реа­ лизовать экспертные системы, которые позволяли не только выраба­ тывать решения-советы, но и давать объяснения (в виде системы ис­ пользованных правил), КАК получено то или иное решение.

Вместе с тем только около 5 % существующих автоматизирован­ ных систем реализованы как информационно-советующие системы.

Подавляющее большинство АСУП являются по своей сути информа­ ционно-поисковыми системами.

ИУС фактически являются синонимами автоматической системы в виде, например, гибкого автоматизированного завода (компьютер­ ного интегрированного производства — КИП).

Каждый класс АСУ характеризуется общими или специфически­ ми положениями. Для иллюстрации общетеоретических и приклад­ ных положений выбран наиболее распространенный класс АСУП.

Круг объектов управления чрезвычайно широк и разнообразен: экономика, территория, социальная сфера, производство, научный эксперимент, образование и др.

В настоящее время автоматизированное управление все шире ис­ пользуется в различных областях: в управлении производствами (предприятиями) —АСУП, технологическими процессами — АСУТП, в автоматизации научных исследований — АСНИ, в обучении.

Наиболее широко автоматизация проводится в управлении про­ изводствами и технологическими процессами.

Уже до 1985 г. XX в. в нашей стране было введено в строй свыше 6000 традиционных АСУ различных классов. Распад СССР сильно за­ медлил в России работы по построению и внедрению АСУ, однако в последние пять-шесть лет в этой области наблюдается оживление. В традиционных АСУП наметился переход от подсистемного построе­ ния к процедурному. Разработаны отечественные тиражируемые АСУП, получившие название корпоративных информационных сис­ тем (КИС) «Галактика» и «Парус».

Условно выделяют тиражируемые, полузаказные и заказные сис­ темы.

Тиражируемая КИС не требует доработки со стороны разработчи­ ка, существует сама по себе, не предоставляет возможности внесения изменений. Такая система предназначена для малых предприятий.

Заказная система создается для производств с очень большой спе­ цификой.

Полузаказная система является наиболее гибкой, в большей сте­ пени удовлетворяет требованиям заказчика, требует меньших капи­ тальных затрат. Основная область применения — крупные предпри­ ятия (сотни документов в месяц и более пяти человек в цепочке биз­ нес-процессов).

Внедрение АСУП предполагает автоматизацию управления тех­ нологическими процессами. АСУТП находят широкое применение в управлении какдетерминированными процессами, так и процессами с вероятностным характером, способствуют повышению производи-

стью, быстродействием, совместимостью в силу «родственности» с компьютерами верхнего уровня. Операционная среда РС-контролле- ров также должна удовлетворять требованиям открытости. Здесь наи­ более распространена операционная система QNX (фирма QSSL, Ка­ нада), архитектура которой является открытой, модульной, легко мо­ дифицируемой. Специфика работы с контроллерами — использова­ ние языков технологического программирования, описывающих сам технологический процесс и ориентированных на работу не програм­ мистов, а технологов.

АСУТП работают в реальном масштабе времени и строятся на ос­ нове средств вычислительной техники, позволяющих получать на выходе системы электрические сигналы. Это дает возможность ин­ тегрировать АСУТП и АСУП, минуя ручной ввод оперативной ин­ формации в АСУП. Такие системы называют интегрированными (ИАСУП).

Высокоавтоматизированная разновидность ИАСУП, использую­ щая современный подход к проектированию, получила название «гибкий автоматизированный завод» (ГАЗ). За рубежом подобные системы называют компьютерными интегрированными производст­ вами (Computer Integrated Manufacturing — CIM).

В ГАЗ производства, приспосабливаясь к изменчивому спросу по­ требителя, становятся динамичными, что, в свою очередь, требует ав­ томатизации конструкторской и технологической подготовки, преж­ де всего в части формирования новой продукции. Возрастает роль подсистем испытаний изделий на качество.

Для ускорения разработки принципиально новой продукции тре­ буется автоматизация научных исследований и экспериментов. Авто­ матизация научных экспериментов может носить и автономный ха­ рактер.

Проведение научных исследований на современном этапе сопро­ вождается постановкой экспериментов на базе уникального оборудо­ вания с необходимостью обработки большого объема информации. Оперативная компьютерная ее обработка позволяет выявлять крити­ ческие ситуации и своевременно принимать решения по дальнейше­ му ходу эксперимента. Автоматизация позволяет резко повысить опе­ ративность и сократить сроки проведения эксперимента.

Растущий уровень автоматизации и компьютеризации в различ­ ных областях требует подготовки квалифицированных специалистов. В последнее время складывается направление, связанное с автомати­ зацией и компьютеризацией обучения. Такая автоматизированная система состоит из комплекса изучаемых дисциплин, связанных еди-

Методы

Управление проектами ERP-ставдарт

Управление точно в срок

Управление

серийным

производством

Управление

потоками

Рис. 1.9. Классификация систем производственного управления:

1 — массовый тип производства; 2 — серийный; 3 — единичный тип производства

ной «цепочкой» последовательности их рассмотрения, и сопровожда­ ется системой компьютерной поддержки.

Следует отметить, что в последнее время особое внимание уделя­ ется изучению процедур поддержки принятия решений в АСУ раз­ личных классов. Все серьезнее рассматривается процедура выработ­ ки решений-советов с объяснениями (по запросу пользователя) по­ следовательности выработки решений. Для этого все чаще привлека­ ются возможности экспертных систем, искусственных нейронных сетей и генетических алгоритмов.

Таким образом, сфера автоматизации непрерывно расширяется. Направления классификации чрезвычайно разнообразны. На­

пример, представляет интерес классификация систем производст­ венного управления (рис. 1.9) в зависимости от временной иерархии, в табл. 1.1 приведено развитие этой классификации по совокупности признаков.

Переход нашей страны к рынку означает, что товарные отноше­ ния ориентированы на потребителей (заказчиков), требования кото­ рых к инерционности производства (определяемому временем от мо-

мента получения заказа до его выполнения) характеризуются широ­ ким спектром классов (табл. 1.1, строка 1).

При плановой экономике превалирующим классом являлся класс 4.1 (см. табл. 1.1). Соответствующие ему многоуровневые системы управления для сильно инерционных производств подробно изучены в процессе создания традиционных АСУ [1,11,44,50, 53, 58,59], при этом в подавляющем большинстве работ рассмотрен статический ре­ жим (планирование и учет), опирающийся на статические базы дан­

ных. В то же время динамическим процессам, имеющим место из-за действующих на систему управления многочисленных возмущений, посвящено незначительное число работ [36, 43], рассматривающих лишь отдельные аспекты проблемы.

При цивилизованных, регулируемых государством рыночных от­ ношениях потребитель все более характеризуется растущей индиви­ дуализацией требований к продукту, существенной и оперативной изменчивостью запросов на товары, повышением требований к каче­ ству продукции [14—16]. Иными словами, все большую долю потре­ бителей следует отнести к более динамичному классу 2.1, частным случаем которого является класс 3.1, и даже 1.1. Дальнейший анализ проведен для дискретных многономенклатурных производств.

Перечисленные классы связаны с быстрым изменением (дина­ мичностью) спроса, которое обусловлено либо быстрыми измене­ ниями в технологии (радиоэлектронная и химическая промышлен­ ность, приборо- и машиностроение, производство бытовых товаров), либо сильной конкуренцией (при отсутствии монополии — легкая промышленность, полиграфия).

Несмотря на разнообразие областей применения автоматизации, существуют общие тенденции, которые ведут к формированию тео­ рии автоматизированного управления. Она рассматривает методоло­ гические основы и общие принципы построения АСУ разных клас­ сов. В то же время каждая автоматизируемая область имеет свою спе­ цифику. Для иллюстрации общетеоретических и детализации специ­ фических положений выбраны АСУП, для которых представлены организационные, функциональные и обеспечивающие аспекты.

В современной АСУ выделяют следующие компоненты, обеспе­ чивающие ее функционирование: методическое, правовое, эргоно­ мическое, математическое, информационное, инструментальное, программное и техническое обеспечения.

Методическое обеспечение АСУ представляет собой совокупность документов, поддерживающих процессы проектирования, внедре­ ния и эксплуатации. Одной из основных задач методического обеспе­ чения является унификация и стандартизация.

Правовое обеспечение АСУ представляет собой совокупность норм, выраженную в нормативных актах, устанавливающих и закреп­ ляющих организацию процессов проектирования, внедрения и экс­ плуатации, а также регламентирующих правовой статус АСУ.

Эргономическое обеспечение — это совокупность методов и средств, обеспечивающих оптимальные условия деятельности чело­ века в условиях автоматизированного управления.

Математическое обеспечение АСУ представляет собой совокуп­ ность математических и экономико-математических моделей управ­ ления заданным объектом.

Информационное обеспечение предназначено для хранения, поиска и доступа к информационным ресурсам, на основе которых реализу­ ется жизненный цикл АСУ.

Под инструментальным обеспечением понимается комплекс про­ граммных и технических средств, обеспечивающих эффективное функционирования АСУ.

Программные средства АСУ можно разделить на две большие группы: базовые и прикладные. Базовые программные средства включают в себя: операционные системы; языки программирования; программные среды; системы управления базами данных. Приклад­ ные профаммные средства предназначены для решения комплекса задач или отдельных задач АСУ.

Комплекс технических средств — это совокупность взаимосвя­ занных единым управлением средств вычислительной техники и те­ лекоммуникационных средств.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.В чем сущность автоматизированного управления?

2.Какие существуют уровни (режимы работы) автоматизированного управ­ ления?

3.В чем суть «каскадной» схемы проектирования АСУ?

4.Укажите основные преимущества схемы непрерывной разработки.

5.Сформулируйте основные понятия системного подхода.

6.В чем различие дескриптивного и конструктивного подхода?

7.Укажите основные виды информационных потоков в структуре автомати­ зированного управления.

8.Перечислите основные классификационные признаки АСУ.

9.Приведите классификацию систем производственного управления в зави­ симости от временной иерархии.

10.Дайте характеристику основных видов обеспечения АСУ.

ГЛАВА 2

Методология построения автоматизированных систем

Эволюция автоматизированного управления во многом связана с переходом от плановых к рыночным отношениям. Это выразилось в появлении новых моде­ лей управления и новых подходов к построению АСУ. Вданной главе последова­ тельно рассмотрен переход от подсистемного подхода к автоматизированному управлению через внедрение стандартов ERP, QMS, методологию планирования материальных ресурсов предприятия MRP, концепцию логистических цепочек, концепцию виртуального бизнеса.

Подсистемный подход показан на примере автоматизированного управле­ ния производством. В процедурном подходе рассмотрены следующие компонен­ ты: ERP-ставдарт, международный стандарт QMS, упорядочение решения задач, «плоская» структура управления, реинжиниринг, схематика и компьютерная поддержка представления.

2.1. ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ СТАНОВЛЕНИЯ

И РАЗВИТИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО

УПРАВЛЕНИЯ

В процессе своего развития и становления автоматизированное управление прошло сложный эволюционный путь, который отмечен использованием разнообразных моделей и методов. До 90-х годов XX в. при реализации и функционировании автоматизированного

3) переход к процедурному построению — с конца XX в. по на­ стоящее время.

Таким образом, можно выделить два основных подхода: подсис­ темный и процедурный

Подсистемное построение ставит своей целью решение в рамках подсистем соответствующих математических задач. Подход, осно­ ванный на подсистемном построении, сформировался и оформился в

СССР в 70-е годы XX в., детально проработан методически, в частно­ сти, в виде документа «Общеотраслевые руководящие методические материалы по созданию АСУ предприятий и отраслей» — ОРМ М -2, выпущенного в 1975 г. С использованием этого подхода к 1990 г. в

СССР было построено свыше 6000 АСУ различных классов. Подсистемное проектирование основано на делении системы на

составные части — подсистемы. Подсистема — часть системы, выде­ ленная по неформальному признаку. На практике выделение подсис­ тем осуществляется по функциям (учет, анализ, контроль, планиро­ вание и т. д.), интервалу управления (реальное время, сутки, месяц, квартал и т. д.), иерархии управления (подразделение, предприятие, объединение и т. д.), типу управляемого ресурса (финансы, кадры, материалы, готовые изделия и т. д.). Признак деления является опре­ деляющим для определения структуры АСУ.

Функциональной подсистемой называют часть системы управле­ ния, выделенную по общности функциональных признаков. Сущест­ вуют три аспекта разделения системы на функциональные подсисте­ мы: алгоритмическая общность, включающая единство критериев управления, математических моделей и методов решения задач; ин­ формационная общность, основанная на использовании информа­ ции, определяемой одной и той же предметной областью; функцио­ нальная общность, подразумевающая единый характер управляющих воздействий.

Подсистемная структура характерна для традиционных АСУ и для первой стадии создания АСУ с современным подходом к проектиро­ ванию. В силу многообразия типов АСУ во многом формирование структуры АСУ зависит от характера и специфики объекта управле­ ния. Формирование такого построения в сильной мере было обуслов­ лено существованием только информационной технологии масси­ вов, позволившей строить подсистемы относительно самостоятель­ но.

С появлением и широким внедрением в 80-е годы XX в. техноло­ гии баз данных резко изменилась структура АСУ. Теперь ряд функ­ циональных подсистем «питались» не от автономных информацион­ ных массивов данных, а от единого источника — базы данных.