Понятие АСУ. Основы функционирования АСУ

Автоматизированная система управления — это человеко-машинная система, предназначенная для сбора, обработки и выдачи информации, необходимой для оптимизации управления в различных сферах человеческой деятельности. АСУ базируется на использовании экономико-математических методов, средств вычислительной техники (ВТ) и связи для отыскания и реализации наиболее эффективного управления объектом.

В основе АСУ лежит функциональная структура, представляющая собой синтез организационных (должностных) и функциональных структур СУ предприятия.

АСУ

Рис. Обобщенная функциональная структура АСУ.

Организационная структура СУ предприятия обычно имеет иерархическую структуру, т. е. каждое звено нижележащего уровня подчиняется звену вышележащему. Каждое звено организационной структуры имеет свои функции управления. Чем выше в системной иерархии организации звено, тем более общий круг функций у самого низшего звена организационной структуры (исполнитель), тем уже, но конкретней его задачи. Обычно в организационно-административных системах управления функции каждой единицы организационной структуры регламентируются должностной инструкцией.

Как было сказано выше, функциональная структура АСУ есть синтез организационных и функциональных структур СУ предприятия. Поэтому внешне, схематично функциональная структура АСУ повторяет организационную структуру СУ предприятия.

Другими словами, функциональные элементы организационной структуры имеют функциональные подсистемы.

Для каждой подсистемы выделяется круг задач — круг однотипных функций, которые получили название «комплексные задачи». Таким образом, отдельные задачи входят в конкретный комплекс задач, а комплекс задач объединяется в подсистемы, совокупность которых есть АСУ предприятия. Непосредственно автоматизируемые задачи принято классифицировать по фазам управления, среди которых выделяют следующие восемь основных фаз:

1. Учет — оперативная фиксация данных о состоянии ОУ, их первичная обработка, т. е. классификация, группировка и сортировка, в результате выполнения которых вырабатывается учетная информация о состоянии объекта.

2. Контроль — обработка учетной информации о состоянии ОУ, выявление и отбор существующих данных о состоянии ОУ, их сравнение с нормативными или плановыми значениями, в результате выполнения которых вырабатывается контрольная информации об отклонениях параметров объекта.

3. Анализ — регулярная обработка накапливаемой учетной информации для установления логических или аналитических связей между существующими параметрами состояния объекта, в результате выполнения которой вырабатывается аналитическая информация о взаимных связях параметров объекта.

4. Нормирование — систематическая обработка накапливаемой аналитической учетной информации о состоянии объекта для определения допустимых значений существующих параметров, в результате выполнения которой вырабатывается нормативная информация для нормального функционирования объекта.

5. Прогнозирование — регулярная обработка накапливаемой учетной, аналитической и нормативной информации о состоянии объекта для установления коэффициентов уравнений вероятностных оценок связи между существующими входными и выходными параметрами ОУ с целью предвидения его возможного поведения.

6. Регулирование — оперативное принятие решений для ликвидации отклонений от нормального режима функционирования объекта. При этом решения принимаются на основе изучения контрольной и нормативной информации и оформляются в виде управляющей информации.

7. Организация — регулярное принятие решений для обеспечения эффективного функционирования предприятия в целом на основе изучения процессов преобразования всех видов информации. В результате вырабатывается новый вид информации в виде должностных инструкций и положений о структуре производственного коллектива предприятия.

8. Планирование — периодической принятие решений для обеспечения эффективности функционирования предприятия на заданный плановый период на основе изучения целей и задач, поставленных предприятием, и проведения необходимых расчетов по аналитической нормативной и прогнозной информации. В результате вырабатывается управляющая информация в виде планов на заданный интервал времени (сутки, декада, месяц, квартал, год, пятилетка).

Расчленение процесса управления на фазы (стадии) позволяет с единых позиций рассматривать структуру управления предприятием, правильно осуществить выбор функций и задач автоматизации, а также их очередность постановки и решения.

Рис. Наиболее распространенная схема взаимосвязей фаз управления производственных предприятий.

Из рисунка видно, что все фазы управления могут быть объединены в два модуля: обработки данных и принятия решения.

Первый модуль – обработка данных (учет, контроль, анализ, нормирование, планирование) носит пассивный характер отображения состояния ОУ и представляет аппарату управления лишь отчетную информацию.

Второй модуль имеет активный характер формируя в аппарате управления информацию для воздействия на ОУ.

Внедрение АСУ на производственном предприятии необходимо выполнять в определенной последовательности. Все рабочие места связаны на информационном уровне и «подпитывают» друг друга определенными данными. На первой стадии запускаются подсистемы и автоматизируются задачи, обеспечивающие систему нормативно-справочной информацией, на второй — текущей первичной информацией; на третьей — формируются выходные формы.

В составе большинства АСУ (а для АСУП (предприятия) это обязательно) приннято выделять функциональную и обеспечивающую части (рис.).

Функциональная часть (функциональная структура АСУ) подразделяется на подсистемы, выполняющие основные функции управления объектом автоматизации (например, предприятия). Необходимость выделения функциональных подсистем определяется сложностью управления современными производственными системами.

Обеспечивающая часть представляет собой комплекс методов, объединенных в соответствии с их спецификой и обеспечивающих решение задач во всех функциональных подсистемах АСУ.

Рис. Виды обеспечения АСУ.

- информационное – определяет распределение информации между вне- и внутримашинными базами данных, которые входят в состав АС и взаимодействие между компонентами системы. В требованиях указывается совместимость создаваемой АС с внешней средой, требования к безбумажным информационным технологиям, форматам и носителям. Дополнительно приводятся требования к согласованию и разработке оригинальных форм документов. Выдвигаются требования по составу и структуре внемашинной ИБ и по организации ее ведения. Конкретизуются требования по сохранности информации и формулируются требования к процедуре придания юридической силы документам, создаваемым ТС АС;

- лингвистическое – определяет тип, форму и язык интерфейса пользователей и ТС. Выбирается язык описания предметной области или формулируются требования к структуре такого языка, форматам и шаблонам сообщений. Устанавливается порядок согласования правил применения в лингвистическом обеспечении профессиональной лексики предметной области. При формировании диалога на ограниченном подмножестве естественного языка должны быть определены границы этого подмножества; если бугалтер, то должен быть понятный данному специалисту набор меню и т.д.

- программное – определяет необходимые для создания АС программные продукты (универсальных и прикладных). Необходимо иметь лицензии на все ПО, в случае разработки оригинального ПО, необходима государственная регистрация. При доработке ПО определяются функции, для которых должно быть разработано оригинальное ПО;

- техническое – КТС, необходимый и достаточный для выполнения функций АС. Необходимо установить минимально необходимые значения функциональных, конструктивных и эксплуатационных характеристик КТС, а также необходимость строительно-монтажных, электротехнических и других работ;

- метрологическое – как правило, для АСУТП, АСК, АСНИ, для выполнения функций, для которых нужны измерительные каналы и средства измерений;

- организационное – изменения, которые нужно внести в организационную структуру предприятия для обеспечения выполнения функций АС. Определение требований по организации взаимодействия пользователей и эксплуатационного персонала АС, а также по предотвращению ошибочных действий пользователей АС;

- методическое – перечень общегосударственных, отраслевых и/или ведомственных нормативно-технических документов (стандартов, инструкций, положений), в соответствии с требованиями которых должна быть организована эксплуатация АС. Д/каждой категории пользователей свое методическое обеспечение, которое есть или должно быть разработано.

Математическое обеспечение АСУ — совокупность математических методов, моделей и алгоритмов обработки информации, используемых при функционировании системы.

Правовое обеспечение АСУ — совокупность правовых норм, регламентирующих правоотношения при функционировании АС и юридический статус результатов ее функционирования.

Эргономическое обеспечение АСУ — совокупность взаимосвязанных требований, направленных на согласование технических харрактеристик КТС,параметров рабочей среды на рабочем месте с психологическими, психофизиологическими, антропометрическими, физиологическими характеристиками и возможностями человека-оператора.

Комплекс технических средств является одной из основных частей АСУ, которая в значительной степени предопределяет уровень механизации и автоматизации управленческого труда. Структура КТС представляет собой состав функциональных групп технических средств и способы организации их взаимодействия в процессе функционирования АСУ. Оптимальный выбор структуры КТС и состава технических средств, входящих в этот комплекс, имеет первостепенное значение для создания эффективно функционирующей АСУ. Задача определения оптимальной структуры КТС является многофакторной в связи с многообразием требований (структурных, функциональных, технических экономических), предъявляемых к этой структуре АСУ. АСУ требует рационального распределения вычислительных мощностей по уровням управления, обеспечивающих наиболее эффективную обработку данных.

С точки зрения эффективного функционирования КТС в АСУ можно выделить следующие задачи:

— прямой обработки данных, повторяющиеся с различной периодичностью;

— оптимизационные и прогнозные, решаемые по расписанию;

— справочные, решаемые с высокой оперативностью в случайные моменты времени;

— подготовки исходных данных, решаемые с высокой оперативностью в темпе поступления информации;

— фоновые, решаемые без жесткого ограничения во времени для выравнивания загрузки вычислительных средств;

— простого счета, решаемые непосредственно на рабочих местах управленческим персоналом.

Каждая из перечисленных задач определяет соответствующее требование к КТС. К техническим требованиям, предъявляемым к КТС, относятся:

— реализуемость КТС, т. е. возможность его создания за счет средств, выпускаемых промышленностью;

— гибкость структуры КТС, т. е. возможность включения в его состав новых, более совершенных технических средств по мере освоения их промышленностью;

— надежность КТС, т. е. возможность бессбойного его функционирования в АСУ.

К экономическим требованиям относятся:

— минимальная стоимость КТС;

— минимальная стоимость обслуживания КТС.

Таким образом, при разработке КТС приходится решать задачу синтеза: построить КТС из заданных элементов так, чтобы он удовлетворял заданному критерию эффективности функционирования АСУ.

Центральным звеном КТС АСУ является процессор ЭВМ. Основной критерий при выборе процессора — его быстродействие, определяемое по формуле:

где: — объем обрабатываемой информации за год (в знаках), , где: — количество дней (суток) работы ЭВМ в год, — максимальный суточный объем входной информации в показателях в -й группе задач, подлежащих автоматизации;

— доля учетно-отчетных задач;

— доля задач оптимального планирования;

— доля задач прогнозирования;

L = 1000 — среднее количество операций для одного байта информации в учетно-отчетных задачах;

M = 1500 — среднее количество операций для обработки одного байта информации в задачах оптимального планирования;

Н = 2000 — среднее количество операций для обработки одного байта информации в задачах прогнозирования;

— доля задач, решаемых в пакетном режиме;

Á — коэффициент сложности задач, решаемых на данном этапе;

— коэффициент, характеризующий снижение использования процессора в режиме пакетной обработки;

— коэффициент, характеризующий снижение использования процессора в режиме разделения времени;

y — коэффициент, характеризующий изменение скорости обработки информации по отношению к внешним накопителям и устройствам ввода-вывода;

2 · 10⁷ — годовой фонд времени в секундах (при норме работы ЭВМ 22 часа в сутки в режиме сервера);

А — коэффициент увеличения мощности ЭВМ с изменением уровня автоматизации.

Разработка структурных схем

комплекса технических средств

Для составления структурных схем КТС разработана специальная символика. Рассмотрим общие правила построения структурных схем КТС автоматизированных систем.

1. Схема вычерчивается при помощи специальных шаблонов.

2. Символы, обозначающие структурные элементы (см. ниже), должны иметь порядковый номер.

3. К структурным схемам должны прилагаться спецификации, оформленные в соответствии с установленным образцом, в которых приводятся технические характеристики элементов структурной схемы КТС автоматизированной системы.

Ниже приводится символика структурных схем КТС автоматизированных систем.