авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Технологический институт Федерального государственного ...»

-- [ Страница 2 ] --

После включения работ по созданию АИУС в план формируются коллективы, участвующие в разработке (операция 1-2), которые готовят технико-экономическое обоснование на разработку системы.

План по создания информационно П Обследование, управляющей Р подготовка системы Е технико Д экономического Технико П обоснования экономическое Р обоснование О Е К Т Подготовка Техническое Н технического задание А задания Стадии Я Р созда А ния Эскизный З проект Р 8 7 6 А системы Техническое Б проектирование О Т К А П Технический Р О проект Рабочее Е 14 13 12 проектирование К Т О В В В Рабочий проект О Опытная Д эксплуатация Прием в В опытную эксплуатацию Э К С П Прием в Л Промышленная промышленную У А эксплуатация, эксплуатацию Т модернизация А Ц И Ю Рис. Организационно-техническое руководство разработкой АИУС со стороны разработчика осуществляет главный конструктор (в научно исследовательских организациях) или главный инженер проекта (в специализированных проектных организациях). Анализирует и разрабатывает систему группа специалистов - инженеров системотехников. К работам по созданию систем «разработчик» может привлекать специализированные организации, которые ответственны за качество и сроки выполнения работ перед разработчиком.

Разработчик отвечает за указанные работы перед заказчиком и вышестоящими организациями.

Со стороны заказчика работы возглавляет главный инженер или заместитель руководителя организации. Руководитель должен обеспечить подготовку, обсуждение и утверждение технического задания;

необходимые условия для эффективного сотрудничества разработчиков с коллективом своей организации;

подготовку к внедрению и непосредственно внедрение и эксплуатацию системы.

У заказчика создается специализированное подразделение, основные функции которого:

- участие в разработке проектной документации;

- контроль хода разработки;

подготовка к функционированию организации в условиях информационно-управляющей системы, в том числе обучение персонала;

- организация опытной эксплуатации и поэтапного промышленного внедрения задач и подсистем АИУС;

- определение фактического экономического эффекта от внедрения АИУС и т. п.

Для координации работ исполнителей заказчик создает специальную группу во главе с руководителем работ, в которую на правах заместителя входит главный конструктор (или главный инженер проекта). Коллектив разработчиков приступает к детальному изучению и анализу существующей системы (операция 2 3), выполняя внешнее проектирование. Выявляются цели, критерии эффективности, существующие ограничения для системы в целом и ее подсистем, уточняется перечень подсистем, выполняемые ими функции, решаемые задачи. Параллельно с анализом существующей системы подготавливаются решения по ее совершенствованию.

При изучении существующей системы анализируют организационную и функциональную структуры, технико экономические характеристики;

исследуют материальные потоки;

потоки и состав информации между подразделениями и внутри них;

методы планирования и учета. Завершающей работой рассматриваемого этапа является разработка технического задания (ТЗ) на создание АИУС (операции 3-4).

ТЗ содержит описание основных целей создания системы, критерии эффективности ее функционирования, назначение и особенности организации управления. В нем указан состав и характеристики комплексов решаемых задач, информационного, программного и технического обеспечения;

установлены очереди разработки и внедрения, сроки их выполнения. В отдельном разделе определяют экономическую эффективность создаваемой АИУС.

Техническое задание - официальный документ, определяющий требования к создаваемой системе. После экспертизы и корректировки ТЗ утверждают в установленном порядке.

Для сложных систем, не имеющих аналогов, проводят эскизное проектирование системы (операции 4-5), рассматривают варианты структурной схемы, состав и способы формирования информационного обеспечения, укрупненные схемы алгоритмов обработки данных.

Эскизный проект - документированное описание предлагаемой системы управления. Его подготовка позволяет выполнить начальные этапы проектирования, представить заказчику в удобной форме намечаемые основные проектные решения. Если принято решение о разработке эскизного проекта, он должен быть согласован и утвержден заказчиком. На стадии подготовки технического проекта решения, содержащиеся в эскизном проекте, корректируют и детализируют.

После утверждения ТЗ выделяют специализированные группы, каждая из которых ведет разработку одной или нескольких подсистем (операции 4-6). Эти группы уточняют перечень задач по функциональным подсистемам, их постановку и алгоритмизацию.

Группы работают вместе с разработчиками АИУС, проводя взаимное согласование состава и характеристик входных и выходных сигналов.

Отдельные группы специалистов создают разделы технического проекта, относящиеся к техническим средствам (операции 4-7) и экономической эффективности (операции 4-8). Результатом работы всех групп является технический проект (событие 9).

На этапе рабочего проектирования кроме системщиков в работе участвуют программисты и специалисты по техническим средствам.

Программисты разрабатывают по системным спецификациям схемы программ и программные спецификации, затем пишут и отлаживают программы (операции 9-10);

проводят отладку комплексов программ по задачам (операции 10-11). Рабочий проект включает в себя раздел, относящийся к техническим средствам (операции 9 10). Системщики пишут рабочие инструкции персоналу АИУС (операции 9-13), одновременно ведут расчеты для раздела технического проекта по экономической эффективности системы (операции 9-14). Все эти разделы сводятся в рабочий проект (событие 11).

После официального утверждения рабочего проекта начинается ввод системы в эксплуатацию. Если технические средства были готовы ранее, то на них начинается опытная эксплуатация (операции 11-15). Если технические средства не подготовлены, то ведется их монтаж и освоение (операции 11-16). Пока система может функционировать на арендуемых технических средствах, а затем опытная эксплуатация продолжается на подготовленных средствах в соответствии с рабочим проектом (операции 16-17). В период опытной эксплуатации выявляют и корректируют недостатки предыдущих этапов разработки. В конце опытной эксплуатации окончательно отрабатывают все программы ЭВМ и инструкции персоналу, отлаживают технические средства и проверяют возможность работы АИУС при полной нагрузке в реальном масштабе времени.

Система передается в промышленную эксплуатацию (операции 17-18), где возможна ее частичная модернизация или решение о существенной реконструкции (операции 18-0).

2.4. Рабочая документация по проектированию Разработка АИУС и состав официальной документации регламентируются общеотраслевыми руководящими методическими материалами. В настоящее время продолжают действовать стандарты, утвержденные Госкомитетом по науке и технике Совета Министров СССР, а также стандарты, введенные постановлениями Госстандарта РФ [27 - 30].

Официальными рабочими документами по проектированию АИУС являются техническое задание, технический проект (ТП) и рабочий проект на АИУС.

2.4.1. Техническое задание. Оно представляет собой утвержденный в установленном порядке документ, определяющий цели, требования и основные исходные данные, необходимые для разработки системы, и содержащий предварительную оценку ее экономической эффективности (ГОСТ 19675—74).

Техническое задание определяет требования к задачам АИУС, техническому, информационному и математическому обеспечению системы и регламентирует организацию разработки, объемы работ и затраты. При разработке ТЗ на устанавливаются очереди создания и определяется перечень подсистем и задач, предусмотренных в составе каждой очереди.

Очередность разработки системы и состав очередей обуславливаются важностью принимаемого комплекса задач для данной системы, возможностью приобретения и введения в эксплуатацию необходимых технических средств соответствующего технического уровня, подготовленностью к внедрению системы, необходимостью минимизации суммарных затрат, созданием информационной базы системы, возможностью использования в последующих разработках результатов проектирования и внедрения первой очереди АИУС.

Техническое задание должно содержать:

- основание для разработки: постановление или приказ вышестоящей организации;

- основные положения, характеризующие функционирование системы: степень централизации управления, рекомендуемый порядок планирования и учета деятельности, особенности производственных и информационных взаимосвязей и др.;

- состав подсистем и задач с обоснованным указанием очередности их разработки и внедрения;

- предложения по улучшению существующей системы управления;

- перечень предварительно выбранных технических средств;

- намечаемый размер затрат и укрупненный расчет экономической эффективности.

2.4.2. Технический проект. Он представляет собой утвержденную в установленном порядке техническую документацию, содержащую общесистемные проектные решения, алгоритмы решения задач, а также оценку экономической эффективности системы и перечень мероприятий по подготовке объекта к внедрению (ГОСТ 19675— 74). Разработка ТП ведется на основании утвержденного ТЗ в такой последовательности: общий технический проект;

технический проект первой очереди;

технический проект второй очереди.

Разработка технического проекта второй очереди может проводиться независимо от степени завершенности работ по первой очереди.

В отдельных сложных случаях, когда невозможно выявить рациональные проектные решения без сопоставления вариантов, на стадии технического проекта должны прорабатываться различные варианты;

однако необходимость такой проработки нескольких вариантов должна быть указана в ТЗ на АИУС.

Общий технический проект включает в себя разделы:

- общая структура системы с указанием подсистем и общих принципов функционирования системы;

- перечень задач, решаемых в составе каждой подсистемы, и выходные параметры задач;

- схемы документооборота между подсистемами;

- общие принципы математического обеспечения системы;

- укрупненная структура комплекса технических средств, в том числе отдела АСУ;

- важнейшие мероприятия по подготовке к внедрению системы (создание отдела АСУ), подготовка кадров, организация нормативного хозяйства);

- расчет экономической эффективности системы;

- укрупненный график разработки и внедрения системы.

Технический проект имеет следующий состав документов:

- ведомость технического проекта;

- обоснование проектных решений:

а) структуры системы, подсистем и задач, а также комплекса технических средств со ссылкой на аналогичные системы;

б) данные об установленном объеме разработки системы, источниках и объеме финансирования;

в) обзор аналогичных систем в виде сравнительной таблицы;

- уточненная смета затрат на создание системы, с учетом научно-исследовательских и проектных работ, необходимых для создания данной очереди;

- расчет экономической эффективности по официальной методике;

- характеристика данной очереди системы в целом и отдельно по каждой подсистеме. Характеристика функциональной подсистемы, содержащая перечень подразделений, охваченных подсистемой;

укрупненное описание распределения функций между подразделениями и схему информационных связей между ними;

увязку задач в подсистеме. Характеристика системы в целом также содержит перечень функциональных подсистем;

укрупненную схему их внешних связей;

перечень и характеристики документов и сообщений, образующих эти связи;

схему увязки подсистем по входам и выходам;

- постановка задачи, определяющая круг объектов, для которых предназначена данная задача:

а) краткое содержание постановки задачи;

б) периодичность решения и временные ограничения;

в) связь с другими задачами;

г) необходимую оперативную, нормативно-справочную и выходную информацию;

д) алгоритм решения и контрольный пример;

- подготовка объекта к внедрению системы - документ, содержащий перечень необходимых мероприятий, исполнителей, сроки и формы завершения работ;

- организация фонда нормативно-справочной информации. В документе приводится состав справочников нормативно-справочной информации с указанием задач, для которых они используются, описание организации их создания, поддержания в рабочем состоянии и методик внесения изменений;

- система шифровки документов и отдельных параметров системы (реквизитов);

- выбор комплекса технических средств (КТС), содержащий выбор типа и расчет количества основного и вспомогательного оборудования, структуру и назначение подразделений отдела АСУ, расчет численности персонала, решения по периферийным техническим средствам, спецификации для размещения заказа на оборудование;

- технические задания на проект монтажа периферийного КТС, содержащие чертежи размещения технологического оборудования и технические условия на монтаж;

- характеристика выбранной системы математического обеспечения, содержащая описание системы и ее состав, преимущества и недостатки, технические требования на новые программы.

2.4.3. Рабочий проект. Он представляет собой утвержденную в установленном порядке техническую документацию, содержащую уточненные и детализированные общесистемные проектные решения, программы и инструкции по решению задач, а также уточненную оценку экономической эффективности автоматизированной системы управления и уточненный перечень мероприятий по подготовке объекта к внедрению (ГОСТ 19675-74).

Рабочий проект АСУ содержит следующие документы:

- ведомость документов рабочего проекта;

- обоснование дополнительных проектных решений, принятых после утверждения технического проекта и утвержденных в установленном порядке;

- уточненный расчет экономической эффективности системы по официальной методике;

- технология ввода и регистрации информации;

- формы первичных и промежуточных документов, заполняемых вручную и используемых для решения задач, с указанием маршрутов движения документов отдельно для каждой задачи;

- должностные инструкции, составляемые персонально для каждого должностного лица, участвующего в функционировании системы, с указанием действий в случае отказа технических средств АИУС;

- формы нормативно-справочной информации, инструкции по их заполнению и внесению изменений;

- альбом шифров, содержащий систему шифровки и альбом шифров;

- программы организации и ведения массивов нормативно справочной информации, включая тип ЭВМ и необходимый комплект внешних устройств, особенности организации и ведения массивов информации, описание программ, инструкции по вводу входных документов и по эксплуатации программ, исходные тексты программ;

- рабочие программы и инструкции. По каждой задаче производится описание алгоритмов и рабочих программ, инструкции по вводу входных данных и по эксплуатации программ, а также программы и контрольный пример;

- характеристика комплекса технических средств, содержащая спецификацию оборудования, описание и техническую характеристику всех устройств, перечень стандартных процедур работы с ними, схему функциональных связей устройств, схему и чертежи их размещения, принципиальные электрические схемы связи и питания. Характеристика охватывает как оборудование вычислительного центра, диспетчерских пунктов, так и периферийные технические средства, располагаемые в производственных помещениях.

В случае необходимости в рабочий проект включается также эксплуатационная документация на новые, нестандартные устройства, разработка которых выполнялась для данной системы, а также чертежи строительной части проекта и монтажа технических средств.

3. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННО УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ 3.1. Структуризация работ проектирования Разработка АИУС – это выполнение большого комплекса научно исследовательских, проектных, инженерно-технических и организационных работ, связанных с совершенствованием методов управления на базе внедрения вычислительной техники, что приводит к столь глубоким и принципиальным изменениям, что можно говорить о качественно новой ступени развития предприятия или организации.

Структура работ по созданию АИУС показана на рис. 8 [31].

Структура работ по созданию АИУС Создание Разработка Подготовка информационно- организационно- персонала вычислительной правового обеспечения системы Информационное Организационное обеспечение обеспечение Математическое Правовое обеспечение обеспечение Программное обеспечение Техническое Лингвистическое обеспечение обеспечение Рис. Создание АИУС осуществляется алгоритмически последовательно и включает в себя следующее:

- разработку информационного обеспечения (исследование с целью совершенствования потоков информации, установление информационных связей между задачами, создание нормативной базы и др.);

- создание математического и программного обеспечения АИУС (разработку методов, моделей, алгоритмов и программ);

- осуществление технического обеспечения АИУС (приобретение, установку и наладку ЭВМ, периферийного оборудования, оборудования передачи данных и т. д.).

Под проектированием понимается процесс создания проекта прототипа, прообраза предполагаемого или возможного объекта. При проектировании, как показано на рис. 9, решаются задачи управления процессами проектирования и его составными частями.

ПЛАН (целевая программа) проектировщиков КРИТЕРИИ Проектные Процесс эффективности решения проектирования процессов проектирования АИУС Проверка качества проектных решений СРЕДСТВА воздействия на процесс проектирования с целью достижения желаемых характеристик Рис. Задачу управления процессом проектирования представим как задачу оптимизации. Процесс проектирования следует рассматривать, как цикл управления [32], показанный на рис. 10. Условия цикла управления процессами проектирования назовем спецификациями.

Цель проектирования Процесс Результат высшего уровня Спецификация Представление проекта Отклонение Оценка Результат Синтез Знания Анализ Концептуальная модель объекта Аспекты Другие аспекты Аспекты производства Другие процессы Процесс производства Рис. Проектные спецификации отражают все изменения цели проектирования, т.к. выделены внутренний и внешний циклы проектирования. Во внутреннем цикле осуществляют операции (синтез, анализ и оценка) с фиксированными проектными спецификациями (цели). Данные об отклонении предварительного проекта от спецификаций являются исходными для выполнения операций синтеза. Второй цикл замыкается не внутри самого процесса проектирования, а только в процессе высшего уровня.

Для обеспечения экономической эффективности АИУС в процессах проектирования применяют спецификации, минимизирующие затраты, связанные с изменением цели. В работе [33] предлагается система моделей процессов, протекающих в среде проектирования в соответствии с формулой системного подхода:

ЦелиЗадачи-работыЗаданияРесурсыАлгоритмы-планы.

Система моделей позволяет содержательно описать решение задач синтеза и анализа, а также применения решений при проектировании и отобразить процессы проектирования в виде сетевых моделей выполнения работ и достижения целей [34-36]. В работе [37] предлагается математическая модель процесса достижения цели на каждом m-ом этапе в виде И/ИЛИ-сети. В работе [38] предлагается рассматривать задачу оптимального управления процессами проектирования как задачу определения вектора параметров управления проектированием ПУ, при которых вектор выходных параметров (векторный критерий качества) ПВ имеет наилучшие характеристики.

Применительно к задачам проектирования АИУС задача системного подхода сводится к нахождению подобных структур, свойств и явлений. По мнению Ф.Е.Эмери, не следует преждевременно стремится к созданию «общей концептуальной основы» [39], хотя Р.Л.Акофф стремится ввести понятие системы систем [40]. Поиск общности в проектировании и функционировании АИУС можно достичь нахождением областей, в которых одни и те же модели описывают то, что внешне представляется не связанными между собой явлениями. Однако стремление к использованию общих методов не позволяет учесть отличительных особенностей реальной АИУС.

3.2. Информационно-управляющие аспекты проектирования АИУС Решение задач проектирования определяется как деятельность, которая сохраняет или улучшает характеристики АИУС, что достигается введением изменений, повышающих эффективность использования ресурсов (люди, материалы, оборудование, устройства, капитал и время). Эффективность использования ресурсов измеряется:

- увеличением или уменьшением потребности в ресурсах без соответствующего изменения в объеме стоимости и прибыли;

- увеличением или уменьшением подверженности риску;

- изменением некоторой относительной величины, измеряемой критериями.

Общность теории состоит в определении функций, общих для процессов проектирования АИУС и показанных на рис. 11.

Принятие Формулирование Количественное Управление решения проблемы определение Функции процесса Оценка Регулирование проектирования Иерархическая Субоптимизация Планирование Оптимизация организация Рис. Эти функции присущи любому процессу проектирования. Анализ каждой функции показывает, что они разбиваются на более «мелкие»

функции, эффективная реализация каждой из которых будет влиять на принимаемые решения и оценку их последствий. Функция принятия решения, присуща любому процессу проектирования системы.

Дж. Гиг дает определение принятия решения: это термин, который употребляется для обозначения действия, состоящего в выборе одного из нескольких возможных вариантов. Принятие решения - итеративная процедура, каждый цикл которой включает несколько последовательных шагов [41].

Реализовать функцию принятия решения требуется в том случае, когда либо имеется задача, ожидающая своего решения, либо должны быть удовлетворены какие-то потребности (цели). Шаг, стоящий в определении задачи, можно рассматривать как подзадачу основной задачи проектирования АИУС.

3.3. Этапы проектирования АИУС Методологию проектирования АИУС, основанную на принципах системного анализа можно рассматривать в следующей последовательности (по этапам) [42]:

- этап постановки задачи, включающий определение АИУС, структурирование целей и задание критериев;

- этап выделения исследуемой АИУС из среды и осуществление ее первичной структуризации, которая состоит в ориентировочном членении АИУС на составные части (подсистемы и элементы);

- этап составления математической модели АИУС, на котором элементы АИУС, воздействие на АИУС описывают с помощью параметров, в том числе и качественных, определяют связи между ними, учитывают изменение значений параметров во времени;

- этап исследования построенных моделей и прогнозирования развития АИУС, для чего на построенных моделях «проигрывают» с помощью ЭВМ варианты тех или иных воздействий внешней среды и выявляют возможные результаты;

- этап анализа результатов прогнозирования, полученных на предыдущем этапе, проверка их соответствия целям и критериям, разработка рекомендаций по необходимому совершенствованию.

Четвертый и пятый этапы итерационно повторяются до получения приемлемого результата.

3.3.1. Начальные этапы разработки и диагностический анализ.

Метод проектирования АИУС учитывает особенности тех объектов, для которых они создаются, а также введенные выше принципы, важнейшим из которых является принцип системности. Содержание и организация работ на каждом этапе во многом предопределяются выбранной методологией создания АИУС. В практике построения АИУС наиболее известны локальный подход в проектировании и внедрении, комплексный подход в проектировании и локальный во внедрении, системный подход в разработке и внедрении [23].

При локальном подходе предпроектная стадия практически игнорируется, производится лишь общее ознакомление с объектом автоматизации и намечаются задачи, которые будут решаться на ЭВМ.

На стадиях проектирования и внедрения осуществляется постановка этих задач, их программирование и внедрение. При таком подходе АИУС строится путем последовательного наращивания задач, решаемых на ЭВМ.

При удачном выборе первоочередных задач локальный подход создает впечатление быстрой отдачи и подкупает обозримостью проблемы построения АИУС и легкостью управления разработкой.

При этом нарушается один из важнейших принципов создания АИУС принцип новых задач. Основные недостатки локального подхода:

невозможность рациональной организации взаимосвязанного решения задач, дублирование массивов информации, постоянная перестройка системы при наращивании новых задач.

Комплексный подход в проектировании и локальный во внедрении предполагает автоматизацию функций управления, обследование объекта автоматизации, проектирование АИУС и внедрение ее по частям. Приоритет в очередности внедрения отдается обеспечивающим подсистемам, на базе которых проектируются и внедряются функциональные подсистемы и задачи. Комплексный подход лишен недостатков локального подхода, но требует затрат времени и средств и не гарантирует достижения целей, поскольку он основное внимание акцентирует на полноте проектируемой системы, а не на решении задач функционирования и проектирования АИУС.

Основными чертами системного подхода в разработке и внедрении АИУС являются [42]:

- целенаправленность и проблемная ориентация процесса разработки и внедрения АИУС;

многоаспектное моделирование структуры создаваемой системы;

- комплексность охвата автоматизацией функций управления и требуемая «полнота» проектируемой АИУС;

- наличие вариантов представления проектных моделей элементов АИУС, ее подсистем, системы в целом, что позволяет из нескольких вариантов проектных решений выбирать наилучший.

Первые два свойства системного подхода обеспечивают ему универсальность, необходимую при проектировании и позволяющую применять его в процессе разработки АИУС в целом, обеспечивающих и функциональных подсистем и задач.

3.3.2. Внешнее и внутреннее проектирование. Одной из важнейших специфических особенностей АИУС является тесная связь с внешней средой. Поэтому при разработке АИУС полезно выделить как самостоятельные логические этапы разработки внешнее и внутреннее проектирование [23].

При внешнем проектировании формулируют цель и критерий эффективности будущей АИУС, выявляют ограничения и создают модель системы. Определяются границы АИУС, факторы внешней среды, определяются существенные связи, виды входных сигналов, на которые должна реагировать АИУС.

Внутреннее проектирование определяет содержание самой АИУС, какими способами и средствами она будет выполнять свои функции.

Внешнее и внутреннее проектирование пересекаются и требуют взаимного согласования. Вначале проводится внешнее проектирование 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.

ФОРМИРОВАНИЕ СТРАТЕГИИ РЕАЛИЗАЦИЯ ОЦЕНИВАНИЕ Определение Поиск Оценка Процесс Реализация проблемы вариантов вариантов выбора Модели принятия решения Результаты Цели и стремления Поиск вариантов Поиск Удовлетворение Потребности вариантов потребностей Рис. 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 ОЦЕНИВАНИЕ РЕАЛИЗАЦИЯ СТРЕТЕГИИ 1 5 Оценивание Реализация выбранных Определение проблемы результатов и вариантов критериев Исследование 6 миропонимания Оценивание вариантов Управление Назначение 7 целей Процесс Проверка и переоценка выбора Поиск и разработка вариантов ФОРМИРОВАНИЕ ОЦЕНИВАНИЕ РЕАЛИЗАЦИЯ СТРЕТЕГИИ Рис. 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 № Наименование Основные характеристики этапа 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, Разработка и программное, лингвистическое обеспечение.

1 анализ бизнес модели 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.

Разработанная концептуальная модель формализуется в виде логической модели.

Формализация Метод решения: Разработка диаграммы бизнес - модели, "сущность-связь".

2 разработка Результат: Разработанное информационное логической модели обеспечение: схемы и структуры данных для бизнес -процессов. всех уровней модульности;

документация по логической структуре АИУС;

сгенерированные скрипты для создания объектов БД.

Окончание табл. № Наименование Основные характеристики этапа Разработка АИУС: выбирается лингвистическое обеспечение (среда разработки инструментарий), проводится разработка программного и методического обеспечения.

Выбор Логическая схема воплощается в реальные лингвистического объекты, при этом логические схемы обеспечения, реализуются в виде объектов базы данных, а 3 разработка функциональные схемы - в пользовательские программного формы и приложения.

обеспечения Метод решения: Разработка программного АИУС.

кода с использованием выбранного инструментария.

Результат: Работоспособная распределенная информационно-управляющая система.

На данном этапе осуществляется корректировка информационного, аппаратного, программного обеспечения, проводится разработка методического обеспечения (документации Тестирование и разработчика, пользователя) и т.п.

отладка АИУС Результат: Оптимальный состав и эффективное функционирование АИУС.

Комплект документации: разработчика, администратора, пользователя.

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 Эксплуатация и выводом из эксплуатации старых. БД АИУС за контроль версий 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, 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 построения АИУС соответствует некоторое множество функций F(), из которого при проектировании необходимо выбрать подмножество fF(), достаточное для реализации выбранных правил );

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:

P;

(14) fF();

(15) AA;

(16) [f F( )]M[ A A ]. (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(ui) -затраты на i-м шаге при выборе управляющего воздействия ui. Тогда проектирование U = {u i, i = 1, n} обеспечивает оптимизацию процесса проектирования АИУС, если будет минимизирована целевая функция:

n J = Z(u i ) min (18) i = 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 Tt=ttV, (19) где tt - 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:

Tm=tmV, (20) где tm - расход машинного времени на единицу объема обрабатываемой по задаче информации.

Снижение затрат труда от применения технических средств является одним из результатов автоматизированного управления.

Коэффициенты tm и tt 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 к 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 элементами и подсистемами медицинского учреждения и критериями, обеспечивающими достижение цели.

Глобальная цель Множество подцелей Z={z1z2,…,zn} Соответствие G Множество критериев K={k1,k2,…,km} Нечеткое соответствие P Множество задач F={f1,f2,…,fr} Соответствие Q Организационная структура АИУС S={s1,s2,…,sk} Параметры сложной системы в виде вектора конструктивных параметров объекта управления B={b1,b2,…,bv} Основные фонды, капитал, кадровый состав, требуемые для выполнения функции.

Параметры внешней среды Рис. Структуризация целей связана с решением групп задач:

- задачи определения отношения множества целей и совокупности критериев, определяющих эффективность функционирования АИУС, а именно:

- а) определение глобальной цели Z АИУС группой специалистов;

- б) определение множества подцелей Z={z1z2,…,zn} из глобальной цели и классификация элементов множества;

- в) задание множества критериев K={k1,k2,…,km} на совокупности элементов из множества Z={z1z2,…,zn};

- задачи определения отношений множества элементов и подсистем, и совокупностью задач, решаемых на этом множестве:

- а) определение множества элементов и подсистем АИУС S={s1,s2,…,sk} и множества решаемых ими задач F={f1,f2,…,fr};

б) определение множества D={d1,d2,…,db} производственных и организационно-деловых процессов, выполняемых целенаправленно в рамках заранее заданной организационной структуры;

в) задание множества и определение вида отношений между организационной структурой и задачами, направленными на достижение заданной цели.

При структурировании целей осуществляют идентификацию графиков соответствия Q между параметрами АИУС и решаемыми задачами. Параметры объекта управления заданы в виде вектора конструктивных параметров B={b1,b2,…,bv}, что позволяет выполнить формализацию состояний объекта управления. Учитывая внешнюю среду, следует ввести вектор конструктивных параметров внешней среды.

Решения задач определения состояния объекта управления в пространстве состояний связано с выбором критериев. Это задача, требующая применения знаний экспертов, разработки правил нечеткого логического вывода, связанного с принятием оптимальных решений. Результатом решения задачи выбора критериев будет множество критериев K={k1,k2,…,km} оценки состояния объекта управления и оценки эффективности функционирования как объекта управления, так и АИУС. Соответствие Р определяет отображение элементов множества задач F={f1,f2,…,fr} в множество критериев K={k1,k2,…,km}.

Глобальная цель декомпозирована на множество Z={z1z2,…,zn}, элементы которого могут быть выделены только с применением методов, направленных на активизацию использования интуиции и опыта специалистов. Между множеством подцелей Z={z1z2,…,zn} и множеством критериев K={k1,k2,…,km} устанавливается соответствие G, в общем случае также нечеткое. Применение метода структуризации цели объекта управления позволяет переходить к строгой постановке задач моделирования и проектирования АИУС.

4.1.2. Особенности проектирования АИУС в соответствии с поставленными целями. При проектировании возможно применение одной из трех концепций разработки АИУС [48]:

- традиционная структура системы, состоящая из функциональных подсистем, автоматизирующих работу различных функциональных подразделений, реализуется на базе центральной ЭВМ (сервера баз данных);

- АРМ-технология (АРМ–автоматизированное рабочее место), реализуемая в виде системы интегрированных АРМ на базе ПЭВМ;

- смешанная структура информационной системы, в которой в состав функциональных подсистем включаются АРМ для наиболее ответственных или слабо регламентируемых функций, выполняемых специалистами различных подразделений.

Наиболее эффективна для решения задач проектирования смешанная концепция, которая позволяет полно и качественно отобразить все специфичные особенности структуры управления объектом.

4.1.3. Модель организационной структуры АИУС. При проектировании АИУС СКУ ставят задачу определения организационной структуры. В процессе структуризации АИУС разделим на подсистемы и их элементы. Подсистемы выделяют по функциям управления объектами, видам средств, обеспечивающих целостное функционирование системы управления, уровням иерархии системы и другим признакам.

При определении организационной структуры АИУС выделяют два вида подсистем: обеспечивающие и функциональные подсистемы.

Функциональная часть состоит из комплексов административных, организационных и экономических методов, обеспечивающих решение задач функционирования объектоа управления в подсистемах АИУС.

Подсистемы, входящие в функциональную часть называют функциональными подсистемами.


Обеспечивающая часть АИУС включает:

- информационное обеспечения АИУС - совокупность единой системы классификации и кодирования информации, унифицированных систем документации и массивов информации;

- организационное обеспечение АИУС - совокупность средств и методов, предназначенных для проведения анализа существующей системы управления, выбора и постановки задачи управления, организации управления и обслуживания;

- техническое обеспечение АИУС - комплекс технических средств;

- математическое обеспечение АИУС - совокупность математических методов, моделей и алгоритмов решения задач и обработки информации;

- программное обеспечение АИУС - совокупность программ регулярного применения, необходимых для решения функциональных задач, и программ, позволяющих наиболее эффективно эксплуатировать вычислительную технику.

Необходимо так организовать работу комплекса технических средств, чтобы своевременно решать все задачи функциональных подсистем, как регламентированные во времени, так и возникающие в случайные моменты времени. Ядром организационной структуры АИУС является структура информационных потоков.

Анализ и формализация структуры информационных потоков связаны с изучением существующей схемы документооборота, состава документов, определением объема передаваемой информации, разработкой модели информационных связей, а также рекомендации на оптимизацию документооборота.

4.1.4. Формализация параметров. Задача формализации АИУС связана с формальным заданием X, Y, Z - векторов входных, выходных параметров и параметров состояния.

Входные параметры АИУС это параметры PR объекта управления;

совокупность информационных взаимосвязей между подразделениями I, (информация получена из анализа организационной структуры);

совокупность требований технологического процесса V, (информация получена из анализа дерева целей);

совокупность требований (ограничений) к аппаратным средствам U АИУС;

совокупность требований (ограничений) к программным средствам PP АИУС, (информация получена из анализа организационной структуры и совокупности целей);

требуемые финансовые средства ST. Таким образом, множество X=PRIUVPPST.

Выходные параметры АИУС – это критерии эффективности функционирования K, параметры PW организационной структуры, множество реакций внешней среды на принимаемые решения R.

Множество выходных параметров определится Y=KPWR.

Вектор критерия эффективности может быть представлен в виде K={Bпр, Nпр, STпр} - совокупности основных критериев: предельное быстродействие Bпр, предельная надежность Nпр, предельная стоимость STпр. Данный вектор может быть дополнен и другими параметрами.

В вектор параметров PW организационной структуры АИУС могут быть включены критерии, связанные с иерархичностью проектируемой АИУС. Это - число уровней иерархии, число подсистем (элементов) на каждом уровне, степень централизации, норму управляемости, меру равномерности связей.

При проектировании АИУС в качестве основных критериев эффективности принимают быстродействие системы, достоверность представляемой информации, надежность системы и ее стоимость.

Обеспечение требуемых значений должно производится в оптимальном соотношении цены и качества.

Требования достоверности информации обеспечивается за счет применения качественных алгоритмов верификации данных, используемых в соответствующих программных продуктах, функционирование которых осуществляется на основе эффективных технических решений.

Требования надежности системы складывается из двух показателей надежности программного обеспечения и надежности КТС.

Интегрирующим показателей является стоимость, т.к. повышения качества проектируемой АИУС можно продолжать сколь угодно долго за счет улучшения используемых программных средств и алгоритмов, а также применения технических средств резервирования. Задача оптимизации заключается:

- в максимизации показателя надежности системы Pпроект;

- в минимизации времени между запросом и ответом в системе Tреак;

- в минимизации затрат на внедрение и разработку проекта Cпроект.

Целевая функция АИУС имеет вид S=max(Pпроект)+min(Cпроект)+min(Tреак.).

Показатель надежности АИУС складывается из надежности всех нерезервированных блоков Pнерез;

надежности резервируемых блоков (хранилища данных) Pрез;

вероятности безотказной работы программного обеспечения Pпо;

а также влияния человеческого фактора Pчел, определяющегося на основе экспертных оценок [49]:

Рпроетк =max(Pнерез, Pрез, Pпо, Pчел)PТЗ, где PТЗ -- заданная вероятность безотказной работы системы.

Быстродействие АИУС оценивают, исходя из характеристик пропускной способности каналов передачи данных. Увеличение быстродействия системы выражают через увеличение затрат на проектирование АИУС. Критерий имеет вид:

n n t k,m Tтз, C k,m C ТЗ, k = 1` k = где tk,m время обработки данных в m-ой подсистеме для k–го варианта;

n – количество вариантов по способам обработки в каждой подсистеме;

Tтз –требуемое быстродействие в соответствии с техническим заданием;

Сk,m стоимость обработки данных в m-ой подсистеме для k–го варианта обработки;

СТЗ- максимально возможный объем затрат, определенный в техническом задании на проектирование АИУС.

Критерий эффективности АИУС принимает вид:

qi l С проект = min C i x i + min C i q i x i C тз, qi i =1 i где Сi-стоимость потока ресурсов i-го типа;

Спроект - общий поток затрат на проектирование, СТЗ- максимально возможный объем затрат, определенный в техническом задании на проектирование, l- число типов ресурсов, q-число резервных ресурсов i-того типа, xi – переменная, принимающая значение 1, если ресурс i-того типа включен в проект, и 0 - в противном случае.

Поставленная задача решается методом прямого перебора возможных вариантов архитектурного построения АИУС при непосредственном участии проектировщика. Решение находится путем последовательных шагов из начальной точки по направлению экстремума до достижения ограничений на Спроект, как это показано на рис. 15.

На основе данного алгоритма разрабатывается программный модуль оценки оптимального варианта проекта АИУС. Алгоритм расширяется применением механизма экспертных систем, обладающим способностью объяснения действий, и обучающимся под руководством проектировщика при адаптации к изменившимся условиям.

ТЗ автоматическая корректировка Расчет потребности в ресурсах ручная корректировка Выбор вариантов Проектировщик архитектурного построения Выбор состава КТС и ПО ручная Определение основных корректировка характеристик проектируемой системы Диагностика Диагностика затрат на показателей создание РИУС надежности Получение Обучение экспертных экспертной оценок системы Формирование Оптимальность нет запрет задания на достигнута совершенствование структурной схемы да Закончить уточнение Сохранить вариант проекта Рис. 4.2. Комплекс технических средств Под КТС понимают совокупность взаимосвязанных автономных технических средств фиксации, сбора, подготовки, накопления, обработки, вывода и представления информации и устройств управления ими, а также средств организационной техники, предназначенной для решения задач АИУС. В КТС АИУС выделяют центральную часть, состоящую из нескольких ЭВМ, и периферийную внешние ЭВМ и другие устройства, которые обмениваются информацией с центральной частью. Периферийный пункт состоит из персональных ЭВМ более низкого ранга и обслуживающих внешних устройств. Задачи КТС АИУС:

- автоматизация потоков информации от формирования управления до отображения результатов управления и их обработки;

- решение всего комплекса задач в подсистемах АИУС;

- подготовка и передача информации в информационно управляющие системы более высокого уровня;

- контроль передаваемой информации.

К техническим требованиям, предъявляемым к КТС, относятся:

реализуемость;

гибкость структуры;

надежность. К экономическим требованиям относятся минимальная стоимость КТС и минимальная стоимость обслуживания КТС. При разработке КТС решается задача синтеза так, чтобы построить КТС из заданных элементов при заданном критерии эффективности функционирования. Эта задача не имеет строгого математического решения и может быть решена методами моделирования.

4.2.1. Обоснование выбора КТС. Для обоснования выбора комплексов и элементов КТС применены следующие методы [50]:

- оценка, основанная на сравнении технических параметров устройств;

- оценка на основе комбинации команд;

- оценка на основе вычислительных работ;

- моделирование.

ЭВМ выбирают путем сопоставления таких параметров, как время обработки (быстродействие), емкость оперативной памяти, время выполнения арифметических операций и т.д., но при такой оценке не учитываются параметры периферийного оборудования, скорость передачи данных между отдельными устройствами, информационная избыточность, вводимая в передаваемые данные, ненадежность отдельных устройств.

Более объективно выбираются устройств ЭВМ по методу оценки по типовым работам. Работа должна отражать те реальные загрузки, которые возникнут при функционировании системы. К типовым работам относятся обновление информационных массивов, сортировка данных, решение типовых задач и т. д.

В многомашинном комплексе АИУС операционная система автоматически распределяет работу ЭВМ, а в случае отказа одного процессора перераспределяет работы. Отказы в работе отдельных устройств ЭВМ, а также заявки потребителей на пользование вычислительными средствами носят случайный характер. Включение каналов обмена информацией с соседними системами и помехи, действующие на каналы передачи, носят вероятностный характер.

Расчеты, связанные с выбором КТС, следует производить с учетом этих вероятностных характеристик.

Для расчета параметров КТС создается модель, в которой в качестве аргументов выступают величины, характеризующие потоки входной информации, алгоритмы обработки информации, алгоритмы функционирования подсистем, алгоритмы функционирования операционных систем АИУС, характеристики хранимой информации;


характеристики надежности, характеристики методов повышения помехоустойчивости передачи данных.

После составления адекватной модели, отображающей взаимосвязь этих величин, и возможности структурной перестройки, она оптимизируется по одному или нескольким параметрам эффективности. Результаты оптимизации - значения обобщенных рабочих параметров, на основании которых выбирается тип оборудования и его количество, а также информационно-логическая связь в КТС. На основании разработанной модели обеспечиваться возможность не только первоначального выбора параметров системы, но и расчета этих параметров в дальнейшем при развитии системы.

Основой построения модели является организационная структура АИУС, представленная в виде графа, дуги которого утяжелены весами, семантическим смыслом которых является расстояние между объектами, объем передаваемой информации и т.д.

4.2.2. Выбор системы сбора и передачи информации. Суть метода рассмотрим на примере построения сети сбора и передачи информации, имеющей структуру с двухступенчатым способом коммутации, показанную на рис. 16. На схеме Pi (i=1,2,...,N) устройства в виде локальных рабочих станций (ЭВМ), позволяющие работать с центральной ЭВМ (сервер БД), КПД - канал передачи данных, коммутаторы соответственно на первой и второй ступенях коммутации, в виде концентраторов (или HUB-ов).

к P о м P м у ЭВМ Pk т сервер а к Pk+1 о т м о м у р Pn-1 т а т Pn о р Рис. Поступившее в регистрирующую ЭВМ-рабочую станцию Pi сообщение вводится в центральную базу данных (ЭВМ-сервер). Для этого устройство регистрации Рi запрашивает ЭВМ-сервер о необходимости передачи сообщения. После установления связи с ЭВМ-сервер осуществляется ввод этого сообщения. Станция Pi рассматривается как клиент (заявка) в системе массового обслуживания (СМО). Интервал времени, в течение которого выполняет операции ввода, рассматривается как длительность обслуживания заявки.

Поток сообщений на ЭВМ-сервер носит нерегулярный характер и определен распределением длины интервала времени между моментами поступления сообщений А(t). Длительность обслуживания В(t) определяют из продолжительности передачи сообщения. Модель передачи информации представим в виде схемы СМО, имеющей один прибор, обслуживающий поток сообщений с распределением А(t). Для получения данных о характере А(t) и В(t) проводят наблюдения за моментами поступления сообщений и длительностью обслуживанием сообщений. Обрабатывается статистический материал.

Несколько отличным является элемент сети - канал передачи данных.

На канал передачи данных действуют помехи. Основным требованием является обеспечение передачи информации с заданной достоверностью.

Известно много методов, позволяющих повысить помехоустойчивость при заданном характере ошибок [51].

Длительность интервала занятости канала передачей сообщения зависит от емкости сообщения и характера ошибок. Числовые характеристики сообщений аппроксимируем аналитическими выражениями. Ошибки приводят к увеличению длительности занятия канала передачей сообщений за счет введения избыточности информации, которая предназначена для коррекции ошибок. Канал также является прибором обслуживания, задача которого - обеспечить передачу сообщения с функцией распределения длительности обслуживания С(t).

Чтобы передать сообщения в ЭВМ, необходимо выполнить два условия для тех Рi, которые имеют одну ступень коммутаций: наличие свободного выходного канала в центре коммутации и наличие разрешения ЭВМ сервера на ввод. После выполнения этих условий сообщение проходит обработку на двух последовательно включенных устройствах, обслуживающих сообщение с функциями распределения В (t) и С (t).

После установления вида функций А(t), В(t), С(t) и функции надежности, а также определения алгоритма работы коммутаторов можно имитировать процесс функционирования сети сбора и передачи информации на ЭВМ. В результате получим характеристики сети, такие, как коэффициенты загрузки пользователей, загрузки каналов передачи, загрузки выходов коммутаторов и задержки сообщений.

Затем выбирают критерии эффективности функционирования сети, например, ограничение на коэффициент загрузки пользователя и ограничение на длительность интервала задержки сообщения в сети.

Под коэффициентом загрузки понимается отношение времени на ввод поступивших сообщений L ко всему времени работы Т:

Кзаг=L/T (21) Под задержкой сообщения понимается разность между моментом поступления tп и моментом начала ввода tв сообщения в ЭВМ:

кр=tп-tв (22) Если числовые данные, полученные в результате моделирования, удовлетворяют критериям, определенным в техническом задании, то считаем, что структура сети обоснована. В противном случае принимаются меры по реорганизации сети посредством включения в сеть новых ЭВМ, либо дополнительных коммутаторов, либо изменения алгоритма организации связи между ЭВМ.

Критерий глобальной эффективности АИУС требует введения стоимостных критериев, учитывающих стоимости задержки сообщения, аппаратуры, работы технологических объектов, персонала обслуживающего сеть.

4.3. Информационное обеспечение АИУС Информационное обеспечение АИУС представляет собой совокупность данных, языковых средств описания данных, методов организации, хранения, накопления и доступа к информационным массивам, обеспечивающих выдачу всей информации, необходимой в процессе решения функциональных задач и справочной информации пользователям АИУС. Данные систематизируют в специальные массивы - информационную базу АИУС. В состав информационной базы входят [23]:

- нормативные и справочные данные, составляющие информационный базис системы;

- текущие сведения о состоянии управляемых объектов;

- текущие сведения, поступающие извне и требующие ответной реакции системы или влияющие на алгоритмы выработки решений;

- накапливаемые учетные и архивные сведения, необходимые для планирования и развития.

Поступающие в систему текущие сведения называют оперативной информацией. Средства формализованного описания данных предназначены для эффективного поиска и идентификации необходимых данных в массивах, а также для организации доступа к данным внешних абонентов АИУС. Эти средства включают в себя используемые системы классификации и кодирования объектов и информационных языков для описания запросов к информационной базе и ответов системы. Контролируют входные данные и ведение информационной базы - программные средства. В качестве таких средств обычно выступают системы управления базами данных (СУБД).

Основные элементы системы информационного обеспечения АИУС - информационные массивы, предназначенные для постоянного или временного хранения информации.

Необходимость в организации информационных массивов в системах информационного обеспечения АИУС:

- несовпадением моментов поступления информации с моментами ее потребления;

- необходимостью хранения исходной информации, промежуточных и окончательных результатов в процессе исполнения программ и других процедур преобразования информации;

- использованием одних и тех же данных различными процедурами, выполняемыми как параллельно, так и последовательно;

- многократным длительным использованием некоторых данных различными процедурами.

Основные требования к информационному обеспечению [23]:

- полнота отображения и достоверность информации;

- высокая эффективность методов и средств сбора и хранения, накопления, обновления, поиска и выдачи данных;

- одноразовый ввод информации, многократное и многоцелевое использование информации;

- простота и удобство доступа к данным информационной базы;

- ввод и накопление в информационной базе данных с минимумом дублирования;

- организация эффективной системы документооборота;

- развитие информационного обеспечения путем наращивания данных и организации новых связей и проектирования более совершенных методов и способов обработки информации;

- регламентация доступа к данным с различным уровнем доступа, а также времени хранения документированной информации.

4.4. Выбор математического и программного обеспечения Математическое и программное обеспечение определяют возможности и диапазон использования вычислительной техники и другого оборудования в АИУС. Так как математическое и программное обеспечение дороже, чем стоимость всего комплекса технических средств, то в АИУС применяют средства унификации программирования, в частности типовые алгоритмы, программы задач, пакеты прикладных программ и т.д.

В практике разработки АИУС обычно математическое, лингвистическое и программное обеспечение называют математическим обеспечением. Математическое обеспечение в значительной степени определяет эффективность функционирования АИУС. Системные свойства современных ЭВМ, такие, как программная совместимость, модульность построения, мощное системное программное обеспечение, обеспечивают эффективность построения и эксплуатации АИУС.

Математическое обеспечение делят на три части: математическое обеспечение ЭВМ или внутреннее;

специальное математическое обеспечение, или внешнее;

программные средства обработки данных [23].

Внутреннее обеспечение включает в себя операционные системы (ОС), системы программирования и тесты проверки исправности работы устройства ЭВМ. ОС это набор программных средств, управляющих процессом решения задач.

ОС семейства Windows компании Microsoft сочетают соотношения цены и качества, а также имеют большое количество встроенных пакетов прикладных программ, большое количество вспомогательных утилит, для обеспечения работоспособности периферийного оборудования и широкий набор настроек конфигурации. В качестве бесплатно распространяемых ОС рекомендуются системы семейства Unix. Данные ОС имеют более сложный механизм настройки, однако поддерживают открытую архитектуру.

Система программирования предназначена для автоматизации процесса программирования задач и включает в себя трансляторы алгоритмических языков различных уровней и типов и обслуживающие программы. В настоящее время получили распространение пакеты прикладных систем программирования:

Delphi компании Borland, реализованный на концепции языка Object Pascal, CBuilder, Visual C++, реализованный на концепции языка С++, Visual Basic, реализованный на концепции языка Basic и др. Они обладают унифицированными средствами создания больших программных продуктов и имеют широкий набор дополнительных компонентов, постоянно расширяющий возможности языка.

Внешнее обеспечение - это комплекс программ для типовых процессов обработки ввода-вывода данных, контроля, сортировки, корректировки информации, а также программы общего назначения для решения задач АИУС, т.е. подсистемы и АРМы. Основой внешнего программного обеспечения является СУБД.

При выборе математического обеспечения АИУС учитывается территориальная распределенность объектов управления. Сбор и обработка данных осуществляются с помощью системы телеобработки данных. Телеобработка данных включает в себя технические и программные средства. Большие объемы информации, поступающей по каналам связи, требуют создания и использования специальных программ для их обработки.

Часть задач нижних уровней, связанных с передачей информации по каналу передачи информации берет на себя ОС и сетевые утилиты.

Оставшаяся часть задач нижних уровней делят между собой СУБД и прикладные программные продукты АИУС. Выбор СУБД связан с назначением задачи, характером и объемом используемой информации. Основными требованиями, предъявляемыми к СУБД являются: максимальное количество пользователей;

максимально допустимый размер базы данных;

степень защищенности данных;

степень надежности данных;

поддерживаемые ОС;

цена.

К техническим требованиям ЭВМ отнесены требования: к оперативной памяти ПЭВМ;

к классу процессора;

к дисковой подсистеме (минимальный объем памяти, необходимый для установки и нормальной работы СУБД). Оценивается наличие справочной информации, ее качество и количество, а также удобство программирования в среде данной СУБД. При оценке простоты освоения обращают внимание на организацию диалога системы СУБД с разработчиком, а также время подготовки, необходимое для начала программирования в данной СУБД.

4.5. Расчет потребности в вычислительных средствах Для оценки и выбора вычислительного оборудования при разработке АИУС необходимо классифицировать задачи, определить период наибольшей загрузки ЭВМ, сделать предварительный расчет состава и количества вычислительных средств эффективного решения задач, определить количество пользователей и объектов управления.

4.5.1. Классификация задач. Характеристиками задач являются:

время обслуживания задачи, время решения, допустимое время запаздывания решения, время цикла, характеристика потока задач на обслуживание, приоритетность, информационная взаимосвязь задачи с другими задачами системы, функциональное назначение задачи.

Для разработки моделей применен аппарат теории массового обслуживания [52]. Время обслуживания задачи tобсл характеризует длительность пребывания задачи в системе с момента ее поступления в систему до получения решения и описывается двумя составляющими:

временем ожидания в очереди начала обслуживания и временем решения. Время решения tреш задачи отражает затраты машинного времени на решение задачи с момента начала обслуживания до получения конечного результата. Время запаздывания tэап решения характеризует задержку начала обслуживания задачи по отношению к установленному сроку ее решения. Время цикла tц описывает периодичность поступления данной задачи на обслуживание. Основной характеристикой потока задач является интенсивность поступления задач.

Задачи могут быть как взаимосвязанными, т.е. выход одной задачи является входом другой, так и независимыми друг от друга. По указанным характеристикам все задачи разделим на три класса [50]: 1 оперативного взаимодействия;

2 - регулярные;

3 - нерегулярные.

К первому классу относятся задачи, возникающие в произвольные моменты времени по инициативе объектов и требующие жестко регламентированного времени обслуживания. Это - справочные задачи, задачи, решаемые в режиме одиночных запросов или в режиме диалога, а также вспомогательные задачи. Задачи этого класса решаются в реальном масштабе времени. Критерием качества функционирования при решении задач этого класса является «удобство»

работы пользователя с АИУС.

Задачи второго класса решаются по расписанию. Это основные задачи АИУС. К задачам этого класса относятся задачи, время решения которых заранее регламентировано. Эти задачи делятся по периодичности решения и по функциональному назначению.

Критерием качества функционирования АИУС при решении таких задач является допустимое время запаздывания решения tзап, определяющее ценность результатов решения.

Задачи третьего класса называют «фоновыми». Время решения не регламентируется. Они решаются по инициативе администратора АИУС для выравнивания загрузки ЭВМ в моменты недогрузки ее при решении задач 1-го и 2-го классов. К ним относятся научно технические расчеты;

работа с информационными массивами;

отладка программ в режиме пакетной обработки данных;

задачи, полученные при перераспределении нагрузки от других систем.

Поток задач первого класса стохастический, время их обслуживания ограничено. Загрузка системы задачами этого класса 1 определена интенсивностью поступления запросов 1 и интенсивностью их обслуживания 1:

1 = 1 /1. (23) Все задачи будут обслужены в том случае, если будет выполнено условие стационарности - 11. Своевременность обслуживания зависит от величины 1 =1/t обсл и t обсл =t обсл доп, где t обсл доп допустимое время обслуживания системой одной задачи.

Системные задачи поступают на обслуживание согласно календарному плану в определенные периоды цикла. В зависимости от назначения АИУС загрузка ее системными задачами весьма неравномерна. Существует период, в течение которого загрузка системы максимальна в данном цикле. Вычислительный комплекс должен обеспечить своевременное решение диалоговых и системных задач в самый загруженный период цикла. Затраты машинного времени для решения системных задач определяются с помощью метода, основанного на детерминистском подходе.

Детерминистский подход характерен для вычислительных комплексов, функционирование которых заключается в последовательном решении множества задач М={Мij} в соответствии с расписанием S={Sij}. Под расписанием понимаем упорядоченное множество пар Sij ={M i,t i-1 }, где t i-1 -планируемый момент начала обслуживания задачи Мi в j-м периоде. Элементы расписания S упорядочены в соответствии с возрастанием моментов ti.

Пару S ij называют шагом расписания, характеризующим время выполнения каждой задачи расписания, которое определим как tr=ti-ti-1. (24) Предположив, что расписание S внутри заданного цикла TнitiTкi (где Tнi - начало i-го цикла;

Tкi - конец i- го цикла) не пересматривается, т.е. Pi,i+1=1, находим затраты машинного времени на решение задач в течение j-го периода i- го цикла:

M ij Ti = Pij t rj (25) r + где Pij- вероятность перехода от шага расписания Sij=(Mi,ti-1) к шагу Sij+1=(Mi-1,ti)j в j-ом периоде i-того цикла.

По результатам определения Tj строится диаграмма загрузки системы в течение цикла, пример которой приведен на рис. 17.

t,ч Янв. Февр.Март.Апр. Май Июнь Июль Авг. Сент. Окт. Нояб. Дек.

Рис. Диаграмма позволяет определить период наибольшей загрузки АИУС и максимальное время Tjmax, необходимое для решения системных задач в течение цикла:

Tjmax=max{T1, T2, …,Tj,…, Tn}, где j = 1, n, Tjmax - исходное для расчета необходимого количества ЭВМ, обеспечивающих решение системных задач в течение некоторого времени Т2Тдоп (Тдоп - допустимый интервал времени решения системных задач в соответствии с расписанием).

Хотя задачи 3-го класса не регламентированы сроками решения, практически наряду с обслуживанием задач 1-го и 2-го класса требуется выделять определенный объем машинного времени на отладку программ, обновление массивов. При определении загрузки ЭВМ необходимо учитывать эти затраты, определяемые как 3Tдоп, где 3=3/3 (3 - интенсивность поступления программ на отладку данных, a 3 - интенсивность их обслуживания данной ЭВМ).

Общие затраты времени на решение задач всех классов определяются соотношением:

Tобщ = ( TI" ) /(k гс С), (26) i = T " где - затраты времени на решение задач соответствующих I i = классов;

kгс- коэффициент готовности системы;

С - количество ЭВМ, обслуживающих потоки задач всех трех классов.

4.5.2. Предварительный расчет состава и количества вычислительного оборудования. При расчете необходимого количества ЭВМ, обеспечивающих переработку информации в заданном интервале времени Тдоп, используем метод, основанный на определении необходимого машинного времени для решения задач.

По этому методу тип ЭВМ и их количество определяют, исходя из справедливости неравенства [50]:

Тобщ/Tдоп=l1.

При наличии в системе задач всех трех классов средние значения величин Т’i, определяются следующим образом. Время обслуживания задач 1-го класса в интервале времени Тдоп определяется из соотношения:

T’1=1Tдоп (27) где 1=1/1 характеризует загрузку ЭВМ задачами данного класса.

Среднее время обслуживания задач 2-го класса определяется по формуле:

Tj max k в T2' =, (28) k гп k мп где Tjmax - максимальное время, необходимое для решения задач данного класса в наиболее загруженный период цикла;



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 5 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.