Методы проектирования автоматизированных систем

Основные методы проектирования АСУ относят к двум областям знаний: исследованию операций и структурному анализу.

Совокупность математических методов для решения системотехнических задач анализа и синтеза на основе построенных моделей составляет содержание научной дисциплины исследования операций [14].

Исследование операций определяет научный подход к решению задач организационного управления в сложных АСУ. При решении любой задачи применение методов исследования операций предполагает:

- построение математических моделей для задач принятия решений, управления в сложных ситуациях или в условиях неопределенности;

- изучение взаимосвязей между элементами, определяющих возможные последствия принимаемых решений;

- установление критериев эффективности, позволяющих оценивать различные варианты действий.

Важным следствием применения методов исследования операций для решения широкого круга практических задач явилось выделение небольшого числа классов типовых задач. В результате частой повторяемости задач определенных классов были разработаны методы построения их моделей и получения решений на этих моделях [15].

В настоящее время различают задачи следующих классов:

- распределения ресурсов;

- управления запасами;

- выбора маршрута;

- построения расписаний;

- массового обслуживания;

- упорядочения и координации;

- замены оборудования;

- комбинаторные задачи.

Анализ построенных математических моделей совместно с экспериментальными исследованиями позволяет обосновать оптимальную структуру системы, определить оптимальные значения ее параметров, убедиться в том, что выбранный вариант системы соответствует ее цели и обладает требуемой эффективностью [16].

Одной из важнейших характеристик любой системы является ее структура. Под структурой системы понимается совокупность элементов и связей между ними, которые определяются исходя из распределения функций и целей, поставленных перед системой.

Одной из главных задач структурного анализа является построение наглядной формальной модели, отображающей существующую систему связей элементов между собой и с внешней средой. Структурная модель сложных систем является многоуровневой, причем конкретизация структуры имеется на стольких уровнях, сколько их требуется для создания полного представления об основных свойствах системы [17].

При создании АСУП структурная модель рассматривается на нескольких крупных уровнях: организации, функций управления, технических средств. В связи с этим вводятся понятия организационной, функциональной, технической структур.

1. При анализе организационной структуры предприятия как объекта управления решаются следующие задачи:

- описание состава организации и построение ее структурной схемы;

- определение функций отдельных подразделений и структурной схемы;

- описание материальных, вещественных, информационных связей;

- построение обобщенной структурной информационной модели предприятия.

2. При анализе функциональной структуры:

- изучаются функции управления в структурных подразделениях системы;

- выбирается состав автоматизируемых функций и определяются их взаимосвязи;

- составляется обобщенная функциональная структура задач управления АСУП.

3. При анализе технической структуры:

- определяются основные элементы, участвующие в основных информационных процессах;

- составляется формальная структурная модель системы технических средств с учетом топологии расположения элементов системы, взаимодействия их между собой и с внешней средой [20].

Общая задача структурного анализа состоит в том, чтобы, исходя из заданного описания элементов системы и связей между ними, получить заключение о структурных свойствах системы в целом и основных ее подсистем. При решении практических задач структурного анализа сложных систем применяются три уровня описания связей между элементами:

1) наличие связи;

2) направление связи;

3) вид и направление сигналов, определяющих взаимодействие элементов.

На первом уровне изучаемой системе может соответствовать неориентированный граф, вершинами которого являются элементы системы, а ребрами - существующие связи между элементами. Основные задачи на этом уровне сводятся к следующему:

- определение связности системы;

- если система не является связной, то выделяют изолированные подсистемы со списками входящих в них элементов;

- определение минимальных и максимальных последовательностей элементов.

На втором уровне системе соответствует ориентированный граф, направления дуг которого совпадают с направлениями связей. К задачам структурного анализа в этом случае относят:

- определение связности системы;

- топологическую декомпозицию с выделением сильно связных подсистем;

- выделение узлов приема и выдачи информации;

- выделение уровней в структуре и определение их взаимосвязей;

- определение максимальных и минимальных путей;

- рассмотрение характеристик значимости элементов;

- получение информации о слабых местах структуры.

На третьем уровне описания связей между элементами системы учитывается не только направленность связи, но и раскрывается состав, характер сигналов взаимодействия элементов. Указанные выше задачи структурного анализа расширяются за счет:

- выделения местных и общих контуров управления;

- выделения типичных конфигураций для каждого режима;

- определения путей передачи входных и управляющих сигналов.

Основы подобной формализации описания структур заложены в теории графов [18, 19].

Принципы создания АСУ подразделяют на три группы:

1. Принципы системного характера.

2. Принципы организационного характера.

3. Принципы экономического характера [20].

1. Принципы системного характера:

А. Комплексный (системный) подход:

- определение объекта управления и системы управления как единой системы и построение её модели;

- рассмотрение всех элементов системы во взаимосвязи;

- определение цели, критериев функционирования системы и каждого элемента;

- выбор альтернативы, подлежащей реализации;

- согласование локальных критериев и подчинение их общей цели.

Б. Системная адаптация.

Любая система, чтобы быть жизнеспособной, должна иметь механизм, позволяющий учитывать изменяющиеся внешние и внутренние условия. В процессе приспособления могут меняться структура системы, ее параметры. Уже за время проектирования объект управления может измениться, поэтому необходимо предусмотреть возможность приспособления АСУ к новым условиям с целью избежания дополнительных затрат.

В. Непрерывное развитие системы.

Любая АСУ должна в дальнейшем совершенствоваться и развиваться в соответствии с научно-техническим прогрессом, новыми методами управления и технологиями обработки информации.

Г. Преемственность.

Новая система должна учитывать все лучшее, чем располагает старая система.

Д. Совместимость.

Соблюдение принципа совместимости АСУ разных классов и уровней управления требует методологического, информационного, технического, программного, лингвистического единства систем и их элементов.

Методологическое единство базируется на выборе согласованных критериев оптимальности, использовании взаимосвязанных экономико-математических методов.

Информационное единство требует согласования документов по форме и содержанию, согласованной системы классификации и кодирования, взаимоувязки входных и выходных данных.

Организационное единство основывается на согласовании организационных структур управления, режимов работы системы и ее подразделений.

Техническое единство базируется на согласовании технических средств для работы в единой вычислительной системе, системе связи и передачи данных.

Программное единство основано на возможности использования программ в различных системах.

Лингвистическое единство базируется на использовании единой терминологии, единых алгоритмических языков.

Е. Согласованность пропускных способностей частей системы.

Установление объёма и частоты подготовки информации, необходимой управленческому персоналу для анализа производственно-хозяйственных ситуаций, и принятия на ее основе управленческих решений.

Ж. Принцип единой информационной базы.

Организация единой нормативно-справочной информационной базы, хранящейся в памяти ЭВМ, для проведения различных расчетов в процессе управления и ее непрерывное обновление позволяет исключить неоправданное дублирование информации.

2. Организационные принципы построения АСУ:

А. Принцип первого руководителя.

Разработка и внедрение АСУ должны проводиться под руководством первого руководителя соответствующего объекта.

Б. Участие заказчика при создании АСУ.

Заказчик определяет приоритеты и очередность ввода задач управления системой; принимает участие в создании её информационной базы; осуществляет организационные мероприятия, чтобы к моменту внедрения системы персонал владел методами автоматизированного решения задач управления.

В. Поэтапная разработка и внедрение АСУ.

Это обусловлено сложностью систем, предназначенных для решения большого количества задач и состоящих из многих подсистем.

Г. Подготовка персонала.

В процессе разработки АСУ должно осуществляться:

- совместное формулирование задач управления специалистами исследовательских организаций и работниками аппарата управления;

- обучение работников управления новым методам решения задач, ознакомление с новыми средствами;

- информирование работников управления о ходе, трудностях и результатах обработки новой информации.

Д. Принцип разумной типизации.

Большие затраты на проектирование АСУ можно сократить, отказавшись от оригинального проектирования. Однажды разработанные проектные решения, задачи, алгоритмы можно многократно использовать для других объектов при создании АСУ.

3. Принципы экономического характера:

А. Обеспечение ведущей роли экономики.

Экономические требования определяют выбор математических методов и моделей, состав используемой информации, необходимые технические комплексы и программные средства.

Б. Принцип оптимальности.

Базой оптимизации принимаемых управленческих решений является использование экономико-математических методов. Эти методы позволяют оптимизировать стратегию управления, финансовые потоки, план производства, объемы незавершенного производства, складские запасы, транспортные перевозки и другие показатели работы современного предприятия.

В. Рациональный уровень автоматизации управления.

Не всегда нужно стремиться к максимальному уровню автоматизации, обеспечиваемому имеющейся техникой. Необходимо учитывать затраты на автоматизацию управления.

Г. Обоснование экономической эффективности АСУ.

Огромные затраты на создание АСУ должны окупаться и система должна давать прибыль.

Д. Принцип новых задач.

Предусматривает решение новых и традиционных задач новыми методами, на основе новой информации, а также задач большой размерности.

Дата добавления: 2014-01-15