Курс лекций по "Автоматизированным информационно-управляющим системам"

Н. В. ЯКОВЛЕВА

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ  ИНФОРМАЦИОННО-

УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЧЕБОКСАРЫ 2009

 

Министерство образования  и науки Российской федерации

Федеральное агентство по образованию

 

ГОУ ВПО «Московский государственный открытый университет»

Чебоксарский политехнический  институт (филиал)

 

 

Кафедра  управления и  информатики в технических системах

 

 

                                                                                                     

Н. В. ЯКОВЛЕВА

 

 

 

 

АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-

УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ

 

(КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЧЕБОКСАРЫ 2009

 

Рецензент:

 

Старший преподаватель кафедры  информационных технологий и программирования Чебоксарского политехнического института (филиала) ГОУ ВПО МГОУ Замкова Т. В.

 

 

 

 

 

 

 

Яковлева Н. В.

Автоматизированные  информационно-управляющие системы / Конспект лекций. - Чебоксары, ЧПИ (филиал) МГОУ, 2009. – 27 с.

 

 

 

 

Рассматривается понятие  систем, ИС и их классификация, понятие  ИУС, история развития, характерные  отличия ИУС от ИС, особенности решения задач ИУС в реальном времени, анализ видов неопределенности информации, характерных для процесса управления.

Для студентов IV и V курсов, обучающихся по специальности 220201 «Управление и информатика в технических системах».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Утверждено Методическим советом института в качестве учебного пособия.

 

 

 

 

                                                 Ó Яковлева Н. В., 2009

                                                 Ó ЧПИ (филиал) ГОУ ВПО МГОУ, 2009

1. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ

1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 

Информационные системы относятся  к числу наиболее сложных современных  искусственных систем. Их проектирование и сопровождение невозможны без  системного подхода. Поэтому идеи и  положения системотехники входят составной частью в дисциплины, посвященные изучению современных автоматизированных систем и технологий их применения.

В теории систем и системотехнике введен ряд терминов, среди них  к базовым нужно отнести следующие  понятия.

Система (от греческого systemа – целое, составленное из частей соединение) – это совокупность элементов, взаимодействующих друг с другом, образующих определенную целостность, единство.

Элемент – такая часть системы, представление о которой нецелесообразно подвергать при проектировании дальнейшему членению.

В самом общем плане  все системы можно разделить  на две основные категории: материальные и абстрактные. Материальные системы представляют собой совокупность материальных объектов. Среди материальных систем можно выделить технические, эргатические и смешанные.  Среди смешанных системы следует отметить подкласс эргатехнических систем (систем «человек-машина), состоящих из человека оператора (группа операторов)  - эргатический элемент и машины (машин) – технический элемент. Абстрактные системы являются продуктом человеческого мышления – знания, теории, гипотезы.

Сложная система – система, характеризуемая большим числом элементов и, что наиболее важно, большим числом взаимосвязей элементов. Сложность системы определяется также видом взаимосвязей элементов, свойствами целенаправленности, целостности, членимости, иерархичности, многоаспектности. Очевидно, что современные автоматизированные информационные системы и, в частности, САПР являются сложными в силу наличия у них перечисленных свойств и признаков.

Подсистема – часть системы (подмножество элементов и их взаимосвязей), которая имеет свойства системы.

Надсистема – система, по отношению к которой рассматриваемая система является подсистемой.

Структура – отображение совокупности элементов системы и их взаимосвязей; понятие структуры отличается от понятия самой системы также тем, что при описании структуры принимают во внимание лишь типы элементов и связей без конкретизации значений их параметров.

Параметр – величина, выражающая свойство или системы, или ее части, или влияющей на систему среды. Обычно в моделях систем в качестве параметров рассматривают величины, не изменяющиеся в процессе исследования системы. Параметры подразделяют на внешние, внутренние и выходные, выражающие свойства элементов системы, самой системы, внешней среды соответственно.

Таблица 1

Примеры систем

Система	Элементы системы	Главная цель системы
Фирма.	Люди, оборудование, материалы,  здания и др.	Производство товаров.
Компьютер.	Электронные и электромеханические элементы, линии связи и др.	Обработка данных.
Телекоммуникационная система.	Компьютеры, модемы, кабели, сетевое  программное обеспечение и др.	Передача информации.
Информационная система.	Компьютеры, компьютерные сети, люди, информационное, программное и др. обеспечение	Производство профессиональной информации.

 

Под информационной системой (ИС) понимают систему, организующую, хранящую и преобразующую информацию, то есть систему, основным предметом и продуктом труда которой является информация. Процессы, обеспечивающие работу информационной системы любого назначения, условно можно представить в виде схемы, приведенной на рис.1.

 

Аппаратная и программная части  информационной системы

 

 

 

 

 

Рис. 1. Структура информационной системы

 

Информационная система состоит из четырех подсистем: системы обработки транзакций, системы управленческих отчетов, офисной информационной системы и системы поддержки принятия решений, включая информационную систему руководителя, экспертную систему и искусственный интеллект.

2. КЛАССИФИКАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

 

По степени  механизации процедур преобразования информации информационные системы  делятся на:

• системы ручной обработки, в которых все процедуры преобразования данных выполняются вручную человеком без применения каких-либо технических средств;
• механизированные, в которых для выполнения некоторых процедур преобразования данных используются технические средства;
• автоматизированные, в которых некоторые (но не все) совокупности процедур преобразования данных выполняются без участия человека, причем механизируются не только отдельные процедуры преобразования данных, но и переходы от предыдущей процедуры к последующей – в этом качественное отличие автоматизации от механизации (при механизации переходы между процедурами выполняются вручную);
• системы автоматической обработки, в которых все процедуры преобразования данных и переходы между ними выполняются автоматически, человек  как звено управления отсутствует, человек может выполнять лишь функции внешнего наблюдения за работой системы.

По характеру использования  результатной информации информационные системы делятся на:

• информационно-поисковые, предназначенные для сбора, хранения и выдачи информации по запросу пользователя;
• информационно-советующие, предлагающие пользователю определенные рекомендации для принятия решений;
• информационно-управляющие, результатная информация непосредственно участвует в формировании управляющих воздействий.

По объектам управления информационные системы делятся на:

• информационные системы автоматизированного проектирования, предназначены для автоматизации функций инженеров-проектировщиков, конструкторов, архитекторов, дизайнеров при создании новой техники или технологии. Основными функциями подобных систем является: инженерные расчеты, создание графической документации (чертежей, схем, планов), создание проектной документации, моделирование проектируемых объектов;
• информационные системы управления технологическими процессами, служат для автоматизации функций производственного персонала. Они широко используются при организации поточных линий, изготовлении микросхем, на сборке, для поддержания технологического процесса в металлургической и машиностроительной промышленности;
• информационные системы организационного управления, предназначены для автоматизации функций управленческого персонала. К этому классу относятся информационные системы управления как промышленными фирмами, так и непромышленными объектами: гостиницами, банками, торговыми фирмами др. Основными функциями подобных систем являются: оперативный контроль и регулирование, оперативный учет и анализ, перспективное и оперативное планирование, бухгалтерский учет, управление сбытом и снабжением и др. экономические и организационные задачи.

3. ФУНКЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

 

Вычислительная – своевременно и качественно выполнять обработку  информации во всех интересующих систему  аспектах.

Коммуникационная – обеспечивать оперативную передачу информации в  заданные пункты.

Информирующая – обеспечивать быстрый  доступ, поиск и выдачу необходимой информации.

Запоминающая – выполнять непрерывное  накопление, систематизацию, хранение и обновление всей необходимой информации.

Следящая – отслеживать и  формировать всю необходимую  для управления внешнюю и внутреннюю информацию.

Регулирующая – осуществлять информационно-управляющее воздействие на объект управления при отклонении параметров его функционирования от заданных (запланированных) значений.

Оптимизирующая – обеспечивать оптимальные плановые расчеты и  перерасчеты по мере изменения целей, критериев и условий функционирования объекта.

Самоорганизующаяся – гибко  изменять структуру и параметры  ИС для достижения вновь поставленных целей (в том числе для реализации цикла «исследование - разработка –  внедрение – производство» с  минимальными затратами ресурсов).

Самосовершенствующаяся – накапливать  и анализировать опыт с целью  обоснованного отбора лучших методов  проектирования, производства и управления.

Исследовательская – обеспечивать выполнение научных исследований корпоративных  проблем, процессов создания новой техники и технологий, формирования тематики целевых программ комплексных научных исследований.

Прогнозирующая – выявлять основные тенденции, закономерности и показатели развития объекта и окружающей среды.

Анализирующая – определять основные показатели, в том числе и экономические, хозяйственной деятельности объекта.

Синтезирующая – обеспечивать автоматизированную разработку нормативов технологической, финансовой и хозяйственной деятельности объекта.

Контролирующая – выполнять  автоматизированный контроль качества средств производства, выпускаемой продукции и услуг.

Диагностическая – выполнять автоматизированную диагностику средств производства.

Документирующая – обеспечивать формирование всех необходимых учетно-расчетных, планово-распорядительных, финансовых и других форм документов.

2. ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИЕ СИСТЕМЫ

1. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩИХ СИСТЕМ

 

После этапа базовой  автоматизации – создания подсистем  АСУТП (АСУЭ) и АСУП – логика исторического  развития приводит предприятия к задаче срединного уровня – автоматизации управлению производством. Это новый класс задач, отличающихся повышенной сложностью и требующих интеграции методологий и инструментария разработки технологических и экономических систем. Большие ИУС производственного уровня зародились более 20 лет назад на базе промышленных ЭВМ и в рамках аксиоматики классических наук. Далее они прошли этап линейной интеграции при переходе на современные вычислительные сети, получив название MES-систем. Сегодня они стоят над проблемой пересмотра своей структуры с учетом наблюдаемых мировых тенденций, среди которых глобалистика, нелинейность, неустойчивость, пост классические науки об управлении. Необходимость этого пересмотра актуализирована живой промышленной практикой: в освоении MES-систем неудач на порядок больше, чем в АСУТП, и они более чувствительны к наличию интеллектуальных ресурсов.

Рассматривая историю  автоматизации промышленных предприятий  с точки зрения управления производством  можно выделить три ветви этой истории: локальная, интеграционная и нелинейная.

 

1. Локальная автоматизация

 

Первая ветвь связана  с появлением и распространением локальных систем. В технологии она  начиналась с регуляторов Уатта  и Ползунова на паровых движителях. Эти пропорциональные регуляторы прямого действия функционируют до сих пор, демонстрируя предел по времени использования автоматики – 100%. Дальнейшая структуризация этих систем привела к выделению датчиков, вторичных приборов, собственно регуляторов, исполнительных механизмов и различных преобразователей и использованию их в различных сочетаниях. Сегодня срединное применение систем первой ветви – это системы управления отдельными технологическими установками, включающими в себя полевую автоматику, контроллеры  пульт оператора на базе SCADA-системы. Граница применяемости локальных систем проход через распределенные участковые системы автоматизации (DCS), обслуживающие персонал управления участком. В экономике к рассматриваемой ветви относятся личные информационные системы, создаваемые на основе MS Office, а также малые ИС, обслуживающие отдельные подразделения заводоуправления (кадры, сбыт и т.п.). Известная система «1С-Бухгалтерия» лежит на границе этой первой ветви.