ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ЭЛЕКТРОХОЗЯЙСТВЕ ПРЕДПРИЯТИЙ
Конспект лекций
Лекция 1
Цель курса: Курс "ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ В ЭЛЕКТРОХОЗЯЙСТВЕ ПРЕДПРИЯТИЙ" изучается студентами на завершающем этапе обучения после освоения базовых курсов по информатике и математическому моделированию. Одной из основных целей данного курса является обзор некоторых сторон современного состояния развивающейся области научной и практической деятельности, которая обозначается чаще всего словами компьютеризация, информатизация, новые информационные технологии и т.д. Содержание конспекта лекций включает вопросы: классификация и развитие автоматизированных информационных систем и их общая структура; основные понятия информационной технологии, модели, методы и технологии проектирования информационных систем; направления интеллектуализации информационных систем; информационные системы и Интернет.
Основные понятия и определения.
Информационная система. Содержание понятия автоматизированная система (АС) с момента своего возникновения претерпело кардинальные изменения. Как известно, вычислительные машины, составляющие материальное ядро АС, в процессе своего развития прошли через несколько поколений, каждое из которых самым существенным образом отличалось от предшествующего. Вследствие этого и в результате развития принципов, теоретических построений, методов и т.д. информатики и прикладной математики радикально менялись принципы и методы проектирования, реализации, эксплуатации АС, менялась сама "идеология" АС.
Достаточно ярко эти изменения характеризует переход от концепции, появившейся на рубеже 50-60 годов и выражаемой словами: "все, что могут делать люди, должны делать люди; ЭВМ выполняет лишь ту часть работы по обработке данных, которую люди принципиально выполнить не могут..." к современной концепции, утверждающей, что: "все, что может быть запрограммировано, должны делать машины, люди должны делать лишь то, на что они пока не в состоянии написать программы".
Необходимо отметить, что наряду с термином АС сейчас широко используется термин информационные системы (ИС). Понятие ИС относится, вообще говоря, к любому комплексу или объекту, предназначенному для использования некоторого запаса сведений о чем-либо и имеющему ряд процедур (не обязательно всех), обеспечивающих хранение, накопление, корректировку, поиск и выдачу имеющихся сведений. Примерами таких ИС являются телефонный справочник, энциклопедия, библиотечный каталог и так далее.
В настоящее время, говоря об ИС, как правило, имеют в виду системы, основанные на применении ЭВМ и компьютерной технологии. Такие автоматизированные информационные системы, которые рассматривались первоначально как один из типов АС, по мере развития персональных ЭВМ и вычислительных сетей приобретали все больший удельный вес как сами по себе, так и в качестве одной из основных составных частей компьютерных систем поддержки профессиональной деятельности в различных областях. Вследствие этого сам термин ИС (в современном его смысле) активно и широко используется. В частности, в профессиональной образовательной сфере это отразилось в появлении учебных дисциплин, посвященных различным аспектам создания и использования информационных систем, и даже отдельной специальности с таким названием.
Текущее состояние и тенденции развития АС и ИС определяются прежде всего тем, что в настоящее время они рассматриваются как одна из базовых компонент более широкого и многоаспектного понятия - информатизация. Федеральный Закон "Об информации, информатизации и защите информации" определяет информатизацию как "организационный социально-экономический и научно-технический процесс создания оптимальных условий для удовлетворения информационных потребностей и реализации прав граждан, органов государственной власти, органов местного самоуправления, организаций, и общественных объединений на основе формирования и использования информационных ресурсов".
Разработкой и проведением государственной политики в сфере информатизации в Российской Федерации в разное время занимались различные государственные органы, появлявшиеся и исчезавшие в процессе административных реформ. На данный момент на уровне Правительства Российской Федерации вопросы информатизации отнесены в ведение Министерства по информационным технологиям и связи, в составе которого находится Федеральное агентство по информационным технологиям.
Основными государственными приоритетами в области информатизации являются создание и развитие федеральных и региональных информационных сетей и систем, обеспечение их совместимости и взаимодействия, формирование и защита информационных ресурсов государства, обеспечение единства государственных стандартов в сфере информатизации, их соответствие международным рекомендациям и требованиям. Основой информатизации России является региональная информатизация, включающая создание и развитие информационных и информационно-вычислительных систем в области регионального управления, социальной сфере, создание предметных баз и банков данных, а также развитие инфраструктуры информатизации на основе государственной поддержки.
Информационное общество. Результатом информатизации является переход к информационному обществу. Впервые термин информационное общество появился в докладе японских ученых ещё в 1966 г., а его краткая современная трактовка следующая:
"…это общество, в котором производство и потребление информации является важнейшим видом деятельности, а информация признается наиболее значимым ресурсом…, а информационная среда наряду с социальной и экологической - новой средой обитания человека" .
К признакам информационного общества относятся:
- единое информационное пространство;
- ведущая роль информационных ресурсов в поступательном развитии общества;
- определяющее значение массового использования в экономике информационных технологий и телекоммуникаций;
- удовлетворение потребностей общества в информационных продуктах и услугах;
- высокий уровень образования, обусловленный расширением возможностей информационного обмена на разных уровнях;
- большое внимание проблемам информационной безопасности личности. общества и государства.
Руководители восьми ведущих государств в июле 2000 г. во время встречи на Окинаве подписали "Окинавскую хартию глобального информационного общества". В этом документе провозглашается, что все люди повсеместно, без исключения должны иметь возможность пользоваться преимуществами глобального информационного общества. Устойчивость глобального информационного общества основывается на стимулирующих развитие человека демократических ценностях, таких как, свободный обмен информацией и знаниями, взаимная терпимость и уважение к особенностям других людей. Участники Хартии обязуются предоставить всем гражданам возможность освоить и получить навыки работы с информационно-коммуникационными технологиями посредством образования, пожизненного обучения и подготовки.
В Хартии говорится о важной проблеме преодоления электронно-цифрового разрыва внутри государств и между ними и содержится призыв ко всем как в государственном, так и в частном секторах, ликвидировать международный разрыв в области информатизации и доступности знаний.
В нашей стране разработана "Концепция формирования информационного общества в России". Целью настоящей Концепции является определение российского пути перехода (или построения) информационного общества, основных условий, положений и приоритетов государственной информационной политики, обеспечивающих его реализацию. При этом стратегической целью перехода к информационному обществу является создание развитой информационно-коммуникационной среды общества и интеграция России в мировое информационное сообщество, что должно обеспечить существенное повышение качества жизни населения и социально-политическую стабильность общества и государства. В Концепции формулируются политические, социально-экономические, культурные и технико-технологические предпосылки и условия этого перехода и обосновывается специфика российского пути к информационному обществу.
В ближайшей перспективе Концепция рассматривает переход к информационному обществу как необходимое условие выхода страны из сегодняшнего экономического кризиса, как инструмент преодоления трудностей социальной, политической и духовной жизни, как фактор интеграции общественного сознания вокруг гуманистических ценностей и национально-исторических традиций народов России и как инструмент укрепления федеративного государства и социально-экономического выравнивания уровня жизни в регионах страны.
В концепции выделены три задачи, являющиеся основой российского пути к информационному обществу:
· информатизация всей системы общего и специального образования;
· формирование и развитие индустрии информационных и коммуникационных услуг;
· обеспечение сферы информационных услуг духовным содержанием, отвечающим российским культурно-историческим традициям.
Решение этих задач будет означать реальное превращение информации и знаний в подлинный ресурс социально-экономического и духовного развития. Оно будет также означать укрепление институтов гражданского общества, реальное обеспечение права граждан на свободное получение, распространение и использование информации, расширение возможностей саморазвития личности.
Информационная безопасность.
В 2000 г. Президентом Российской Федерации утверждена Доктрина информационной безопасности.
Под информационной безопасностью Российской Федерации в Доктрине понимается состояние защищенности её национальных интересов в информационной сфере, определяющихся совокупностью сбалансированных интересов личности, общества и государства.
Интересы личности в информационной сфере заключаются в реализации конституционных прав человека и гражданина на доступ к информации, на использование информации в интересах осуществления не запрещённой законом деятельности, физического, духовного и интеллектуального развития, а также в защите информации, обеспечивающей личную безопасность.
Интересы общества в информационной сфере заключаются в обеспечении интересов личности в этой сфере, упрочении демократии, создании правового социального государства, достижении и поддержании общественного согласия, в духовном обновлении России.
Интересы государства в информационной сфере заключаются в создании условий для гармоничного развития российской информационной инфраструктуры, для реализации конституционных прав и свобод человека и гражданина в области получения информации и пользования ею в целях обеспечения незыблемости конституционного строя, суверенитета и территориальной целостности России, политической, экономической и социальной стабильности, в безусловном обеспечении законности и правопорядка, развитии равноправного и взаимовыгодного международного сотрудничества.
Лекция 2. Автоматизированные системы – основные понятия.
Понятие Автоматизированная Система (АС) не является однозначно определенным и разные авторы придают ему различные оттенки, расширяющие или сужающие его смысл. В широком смысле АС - это системы автоматизации различных процессов, связанных с деятельностью человека.
Мы будем придерживаться более узкого толкования, понимая под АС системы автоматизации в области умственного труда. Автоматизация здесь означает процесс внедрения вычислительной техники, устройств автоматики и математических методов в различные сферы информационной деятельности, и в первую очередь, в сферу организационно-управленческой деятельности. Суть этого процесса состоит в том, что часть функций, выполняемых людьми при управлении производственными, административными, социальными и другими аспектами функционирования предприятия, организации, отрасли и так далее, передается техническим устройствам, выполняющим разработанные человеком алгоритмы.
В своем современном состоянии АС - это человеко-машинная система, созданная на основе оснащенных соответствующими программными средствами ЭВМ для обработки информации с целью решения определенных задач в некоторой области человеческой деятельности. Обработка информации включает сбор, накопление, хранение, переработку и передачу информации.
Понятие «Информации».
В связи с обсуждением понятия АС необходимо уточнить неразрывно связанное с ним понятие информации. Термин информация в повседневной жизни широко распространен, причем используется в разных смыслах в зависимости от конкретной ситуации и контекста. В большей части учебной литературы по информатике этот термин трактуют как синоним слов данные, сообщение, сведения и т.п. Например, в книге, которая заняла первое место на Всероссийском конкурсе учебников по дисциплине “Информатика” в 1995 г., дается определение “Информация - сведения о ком-то или о чем-то, передаваемые в форме знаков или сигналов”. Такая трактовка не является определением или уточнением понятия информация, она замещает это понятие другими основными понятиями. Иногда такое замещение принимает форму логического круга. Так в уже цитированном выше толковым словаре по информатике написано: "информация – совокупность знаний о фактических данных и зависимостях между ними" Относительно же термина данные написано, что это "информация, представленная в виде, пригодном для обработки автоматическими средствами…" Более корректно будет констатировать, что информация является неопределяемым основным понятием, смысл которого разъясняется примерами его употребления.
Типы и виды информации.
В научной литературе основными являются две точки зрения на природу и сущность информации: атрибутивная и функциональная. Суть первой из них состоит в трактовке информации как общего свойства всей материи. Типичным примером такой точки зрения является следующая цитата: “Допустим, что общим свойством объективной реальности всех уровней (от элементарных частиц и неорганических соединений до человека и социальных явлений) является информация. Используем представление об информационном пространстве как совокупности информации, содержащейся в объективной реальности. Какая-то часть этой информации постепенно становится достоянием человечества”.
Согласно второй точке зрения информация трактуется как функциональное явление, связанное с управлением и, следовательно, относящееся только к системам управления в живой природе, технике и обществе. В этом смысле понятие информации является основным понятием кибернетики - науки об управлении. Как писал Н. Винер (используя термин организм в широком смысле): “Всякий организм скрепляется наличием средств приобретения, использования, хранения и передачи информации”. Там же он отмечал, что “сообщество простирается лишь до того предела, до которого простирается действительная передача информации.”
Термин информация неоднозначен еще и потому, что различают два типа информации. Первый тип - это связанная или структурная информация, которая характеризует организованность, упорядоченность самой системы управления. Вторым типом является свободная, относительная информация, информация-сообщение; именно такое понимание информации наиболее распространено в науке. Объем и само восприятие такой информации зависит от подготовки управляющей системы к ее использованию, т.е. от состава и объема имеющейся в системе связанной информации. Результатом взаимодействия свободной и связанной информации в системе управления является актуальная информация. При этом постоянно происходит процесс превращения свободной информации в связанную.
Таким образом, об информации можно говорить лишь с учетом системы управления, в которой она воспринимается и используется. А сама информация появилась на Земле лишь тогда, когда появились первые системы управления, т.е. с возникновением на Земле жизни.
Схема системы управления.
Термином системы управления будем обозначать систему любого вида, предназначенную для таких воздействий на процессы и объекты, которые направлены на достижение определенной цели или совокупности целей.
Некоторая формализация понятий система управления и информация может быть осуществлена в виде схематизированного описания системы управления как совокупности нескольких компонент. Ее структура, включающая чувствительную, активную, изолирующую, управляющую компоненты и каналы связи представлена на следующем рисунке.
Назначение отдельных компонент состоит в следующем:
Чувствительная компонента - это различного рода датчики. Каждый датчик под воздействием внешней среды изменяет свое состояние и вызывает изменения в канале связи, с которым он взаимодействует. Такие изменения в канале связи называются сигналами.
Сигналы поступают в управляющую компоненту, которая преобразует их в новые сигналы и выдает в каналы связи, взаимодействующие с активной компонентой.
Активная компонента - это совокупность элементов, называемых эффекторами. В соответствии с поступающими сигналами эффекторы оказывают воздействия на внешнюю среду.
Изолирующая компонента отделяет систему управления от внешней среды.
Управляющая компонента может состоять из двух частей: преобразователь информации и память. Если запоминающая подкомпонента отсутствует, то может только реагировать на то состояние внешней среды, которое существует в данный момент. При этом на одно и тоже состояние – одна и та же реакция. Наличие памяти позволяет вырабатывать управляющие сигналы с учетом "предыстории" данной ситуации, а если управляющая компонента достаточна сложна, то и прогнозировать изменение внешней среды, которое последует за действиями эффекторов.
Строгое соответствие описанной схеме можно обнаружить лишь в некоторых системах управления, чаще это соответствие относительное. Некоторые компоненты могут быть совмещены, возможны случаи вырождения компонент или их отсутствия. Обязательными компонентами являются каналы связи. Взаимодействие компонент путем передачи сигналов по каналам связи - это отличительная черта системы управления.
Примерами систем управления со всеми видами компонент являются организмы высших животных. Среди технических систем управления наиболее простым и распространенным примером, по-видимому, является поплавковый регулятор уровня жидкости в резервуаре - это случай вырожденной (отсутствует управляющая компонента), но типичной системы управления.
Существует сложная иерархия систем управления. Одни системы управления могут входить как подсистемы в другие или являться элементами компонент систем управления более высокого уровня .При этом некоторые системы могут быть элементами одновременно нескольких различных не содержащих друг друга систем управления. (Человек, сам по себе являющийся системой управления, может быть членом семьи –первая система управления, сотрудником некоторой организации – вторая система управления, членом общественного объединения – третья система управления и т.д.)
Среду по отношению к системе управления можно разделить на ближайшую и отдаленную. Ближайшая - это та часть среды, которая существенно воздействует на систему управления и подвергается существенному воздействию со стороны системы управления. Граница между ближайшей и отдаленной средой зависит от особенностей системы управления и допустимой погрешности в рассуждениях.
Как правило, в ближайшей среде выделяется некоторая часть, называемая объектом управления (хотя иногда объект управления полностью или частично может быть совмещен с самой системой управления). Остальную часть ближайшей среды, в которой находятся объект и система управления, называют окружающей средой.
Воздействия активной компоненты системы управления направлены на достижение или сохранение объектом управления определенного состояния, называемого целью управления.
Функционирование системы управления.
В процессе функционирования системы управления датчики чувствительной компоненты состояниям ближайшей среды ставят в соответствие определенную систему сигналов, которая может изменяться при изменении состояния ближайшей среды. Эти сигналы можно назвать осведомляющими. После их переработки управляющей компонентой в каналы связи, ведущие к активной компоненте, поступают новые сигналы - управляющие.
Пусть чувствительная компонента осуществляет отображение ситуации в ближайшей среде S в соответствующую совокупность сигналов R. Можно это отображение записать как F(S)=R. Пусть для некоторого состояния S0 F(S0)=R0. Любой датчик, являющийся естественным органом или прибором, имеет определенный порог чувствительности. Это означает, что достаточно близким к S0 состояниям среды S1, S2, ... будет соответствовать та же совокупность сигналов R0, т.е. R0=F(Si), где i=0,1,2,... . Система управления реагирует на совокупность сигналов R0, вырабатывая некоторую совокупность управляющих сигналов, причем эта реакция в силу присущих любой системе управления разного рода неточностей и искажений такова, как будто ближайшая среда находится в некотором состоянии S*, которое может не совпадать ни с одним из состояний Si. S* можно рассматривать как образ, который в данной системе управления соответствует множеству состояний ближайшей среды Si, как своим прообразам через совокупность сигналов R0, S*=G(R0).
Эти образы G(R) совокупностей сигналов R и являются свободной информацией в данной системе управления. Такая информация - это отражение ближайшей среды в сигналах системы управления. Именно отражение, которое в силу "грубости" и неполноты системы управления является лишь приближенным "описанием" внешней ситуации. То есть, S* является как бы моделью действительных состояний ближайшей среды S0, S1, S2, ...; в этом смысле можно сказать, что информация - это модельное отражение среды в системе управления.
Вывод.
Иллюзия присутствия информации всюду, обусловленная огромным числом систем управления, окружающих нас и содержащих друг друга в качестве своих частей, приводит иногда к неправомерно расширенному толкованию информации. Это проявляется в утверждениях, аналогичных ранее процитированным о том, что "информация - всеобщее свойство материи", что наряду с различными физическими полями существует особое информационное поле и т.д.
Процесс управления протекает во взаимодействии трех элементов - объект управления, системы управления и окружающей среды. При этом объект управления может быть пассивным, может содействовать или противодействовать достижению целей, на осуществление которых направлены управляющие воздействия активной компоненты системы управления. Окружающая среда влияет на объект и систему управления, это влияние также может как способствовать, так и препятствовать достижению целей управления.
Лекция 3. Классификация систем управления.
Способы классификации.
Существуют различные способы классификации систем управления, раскрывающие разные аспекты содержания этого понятия. Достаточно подробно этот вопрос рассмотрен в учебнике Ф.И.Перегудова и Ф.П.Тарасенко. На основе предложенных там классификаций системы управления можно разделить:
по описанию входных и выходных сигналов в чувствительной и активной компонентах, рассматриваемых как переменные системы;
по свойствам управляющей компоненты системы;
по типу управления;
по обеспеченности управления ресурсами.
1. При классификации по переменным системы рассматривают три типа: качественные, количественные и смешанные переменные. Для качественных переменных различают содержательное и формализованное описание: количественные переменные делятся на дискретные и непрерывные, каждая из которых может быть детерминированной, стохастической и нечеткой.
2. При классификации по свойствам управляющей компоненты рассматривают инерционные (с памятью) и безинерционные (без памяти) системы - каждая из них может иметь замкнутый контур управления (с обратной связью) и разомкнутый (без обратной связи). По свойствам отображения, осуществляемого преобразователем различают линейные, квазилинейные и нелинейные системы.
3. При классификации по типу управления учитывают отношения между системой управления и управляемой системой (объектом управления). Различают:
управление извне (система управления находится вне управляемой системы);
самоуправление (система управления является частью управляемой системы);
комбинированное управление (частично управляющая система входит в состав управляемой системы, частично находится вне ее).
4. При рассмотрении систем управления важными являются понятия большой и сложной систем. Наглядную и четкую интерпретацию этим понятиям дает классификация систем управления по их обеспеченности энергетическими, материальными и информационными ресурсами.
В зависимости от полной или недостаточной обеспеченности системы управления каждым из этих ресурсов различают несколько типов систем, перечисленных в следующей таблице:
Тип
ресурса
|
Обеспеченность
полная
|
Обеспеченность недостаточная
|
Энергетический
|
Обычная
|
Энергокритичная
|
Материальный
|
Малая
|
Большая
|
Информационный
|
Простая
|
Сложная
|
Отметим, что применительно к АС, материальные ресурсы - это прежде всего технические характеристики ЭВМ и машинное время, - такие ресурсы лимитируют возможности решения задач большой размерности в реальном масштабе времени.
Таким образом, с точки зрения проблематики АС большая система - это управляемая система, моделирование которой вызывает трудности вследствие ее размерности.
Что касается информационных ресурсов, то имеется в виду информация об управляемой системе, которая используется в системе управления. Если этой информации достаточно для успешного управления, то система простая. Если полученное на основе имеющейся информации управление оказывается неадекватным и его результаты отличаются от предсказанных, то это объясняется недостатком информации для управления и трактуется как сложность системы. Таким образом, сложность – это объективно существующее отношение между управляемой системой и ее моделью в управляющей системе, которое может преодолеваться получением недостающей информации для построения более точной модели или изменением целей функционирования системы.
Итак, понятие большая система и сложная система являются качественно различными (хотя иногда в литературе они используются как синонимы). Существуют примеры как больших простых, так и малых сложных систем.
Способы управления в зависимости от степени известности алгоритма.
Выделяются четыре основные способа управления в зависимости от степени известности алгоритма достижения цели управления и возможности управляющей системы привести управляемую систему к этой цели. Первые два способа характерны для технических систем, третий и четвертый относятся в большей степени к человеко-машинным системам и системам управления коллективами людей.
1. Программное управление (без обратной связи): способ управления известен и реализуется по заранее заданной программе (простейший пример системы с программным управлением – будильник; и вообще, системы с часовыми механизмами, например, стиральная машина-автомат).
2. Регулирование: использование информации о текущем состоянии управляемой системы (обратная связь) для корректировки управления, реализующего заданный алгоритм (примеры таких систем: регулятор уровня жидкости в резервуаре, автопилот на самолете и другие).
3. Параметрическая адаптация: используется, когда возникают существенные отклонения в поведении управляемой системы от заранее предполагавшегося, требующие для достижения цели изменения параметров системы управления;
4. Структурная адаптация: изменение структуры и состава системы управления в случаях, когда исходная система не может обеспечить достижение управляемой системой заданной цели.
С точки зрения приведенной классификации АС чаще всего разрабатываются и применяются в системах управления, для которых характерно использование параметрической и структурной адаптации в процессе их функционирования.
Лекция 4. Системы управления организационного типа.
Схема процесса управления.
Поскольку вопрос о системах управления и об информации рассматривается здесь в связи с автоматизированными системами, то интерес в данном случае представляют системы управления организационного типа, функционирующие в различных сферах человеческой деятельности, и предназначенные для управления коллективами людей, объединенных в рамках определенных организационных структур (производственных, учрежденческих, учебных, социальных и других) совместной деятельностью по достижению каких-либо целей. Характерной особенностью организационных систем является наличие в их составе активных элементов (людей и коллективов), обладающих некоторой свободой действий.
В процессе управления, осуществляемом системами организационного типа, можно выделить две стадии:
планирование - выработка решений по управлению;
управление - реализация управленческого решения.
На стадии реализации решения могут возникать ситуации, требующие корректировки планового решения. Выявление и устранение таких ситуаций называется оперативным управлением. Таким образом, схема процесса управления имеет вид:
Детальная схема стадий планирования и управления.
Детализация стадий планирования и управления позволяет выделить внутри них ряд компонент, которые отражены на рис. 1, описывающем “жизненный цикл” управленческого решения, включающий целевыявление, выработку решения и исполнение решения.
Различие в обозначенных на схеме стадиях планирования проявляется в различии вопросов, на которые надо ответить на каждой из них[1]
Прогнозирование: “что произойдет” и “зачем” решать проблему.
Стратегическое планирование: “что делать” и “зачем” должны выполняться какие-то действия.
Тактическое планирование: “как”, “посредством чего” и “в какие сроки” должны выполняться действия.
Оперативное планирование: те же вопросы что и для тактического планирования, но с большей детализацией и на более короткие периоды.
Рис. 1
Указанные на схеме элементы оперативного управления образуют последовательную цепочку от выявления ситуаций, требующих корректировок плановых решений, до их осуществления.
Учет: фиксация результатов реализации плановых решений.
Контроль: сопоставление зафиксированных результатов управления и текущего состояния управляемой системы.
Анализ: изучение и использование результатов контроля для определения необходимости и степени коррекции плановых решений.
Регулирование: осуществление на основе результатов анализа изменений в решениях, принимаемых на разных стадиях планирования.
Схема функционирования системы управления
Схема функционирования системы управления организационного типа включает в себя сбор данных, осознание текущего состояния системы, определение целей и критериев эффективности, выбор и реализацию решения, оценки результатов. Взаимосвязи между этими функциями показаны на рисунке:
Наличие памяти и модели объекта управления позволяет анализировать поведение системы за длительный период, включающий ряд циклов управления. Такой анализ дает возможность уточнить определение целей и критериев эффективности.
АС, как правило, является частью механизма управления в системах организационного типа, предназначенной для информационной, логической, интеллектуальной поддержки планирования, выработки управленческих решений и их реализации.
Лекция 5. Предпосылки возникновения АСУ.
Появление информационных барьеров.
Проблемы накопления, обработки и передачи информации (знаний, сведений, данных) сопровождали человечество на всех этапах его развития. В течение долгого времени основными инструментами для их решения были мозг, зрение, язык, слух человека. Первое кардинальное изменение в этой области - изобретение письменности. Появилась возможность регулярного накопления и передачи знаний посредством внешних носителей информации, в том числе более надежных и долговечных в смысле сохранности информации, чем человеческий мозг. Следующий этап - изобретение книгопечатания, что позволило придать массовый характер процессу накопления и распространения информации.
Прогресс, связанный со становлением письменности и книгопечатанием, практически не затронул область переработки информации. Здесь единственным рабочим инструментом оставался человеческий мозг. Механизация отдельных операций по переработке информации (прежде всего вычислительных) ничего кардинально не меняла. Логарифмическая линейка, арифмометр были лишь отдельными вспомогательными инструментами. При их использовании исходная информация, промежуточные данные и заключительные результаты фиксировались человеком, так же как человеком контролировался и направлялся каждый шаг по преобразованию информации. О комплексной механизации, а тем более автоматизации переработки информации и, следовательно, повышении производительности труда в этой сфере человеческой деятельности речь идти не могла.
Традиционные механизмы управления реализуются через людей, которые выполняют все функции по сбору, накоплению, обработке и передаче информации, используемой при решении задач управления. В начальный период развития человеческого общества экономические связи замыкались в рамках ограниченных коллективов (семья, род). Тогда способностей одного человека было достаточно для хранения в памяти информации и алгоритмов ее обработки, необходимых для эффективного управления подобными коллективами.
По мере развития общества возрастает сложность объективно необходимых задач управления. В частности, в экономике, как показал В.М.Глушков, эта сложность растет быстрее, чем количество занятых в этой сфере людей. Этим объясняется возникновение критических ситуаций в развитии сложности задач управления. Первая такая ситуация возникает, когда сложность объективно необходимых задач управления превосходит возможности отдельного человека по восприятию и переработке информации, которая нужна для решения этих задач в требуемые промежутки времени. Этот порог сложности управления В.М.Глушков предложил называть первым информационным барьером. Он возник еще в самом начале развития человеческого общества.
Преодоление этого барьера произошло за счет возникновения параллельных процессов обработки управленческой информации. Основными механизмами реализации таких параллельных процессов являются иерархические структуры управления, в которых обработка управленческой информации распределяется между специализированными группами профессионально подготовленных людей, и рыночные, товарно-денежные отношения. Рыночный механизм через индивидуальные акты купли-продажи товаров является опосредованным регулятором производства, косвенным образом вовлекающим в решение задач управления все взрослое население.
Вторым информационным барьером В.М.Глушков назвал ситуацию, когда суммарная сложность всех объективно необходимых задач управления превышает суммарную способность к переработке информации всего населения. При этом уже меры по созданию новых организационных структур или совершенствованию экономических механизмов регулирования не позволяют справиться с нарастанием трудностей в управлении экономикой и соответствующим ростом потерь. В книге В.М.Глушкова приведены данные по оценке сложности задач управления экономикой в масштабе страны на конец 60-х годов и необходимых для их решения человеческих ресурсах. Исходя из нижней оценки сложности задач в 1016 арифметических операций в год и того, что на выполнение одной операции человек затрачивает в среднем около 10 сек, получается, что для выполнения всех операций требуется около 10 млрд. человек. Это означает, что уже в тот период был достигнут второй информационный барьер.
Принципиальное решение проблемы второго информационного барьера возможно только за счет кардинального роста производительности труда в сфере обработки информации. Инструментом для этого является ЭВМ, изобретение которой представляет собой как бы ответ цивилизации на возникшие перед ней проблемы.
Классификация АС
АСУ – автоматизированная система управления.
Как уже выше было отмечено, АСУ предназначена для автоматизированной обработки информации и частичной подготовки управленческих решений с целью увеличения эффективности деятельности специалистов и руководителей за счет повышения уровня оперативности и обоснованности принимаемых решений.
Различают два основных типа таких систем: системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) и системы организационного управления (АСОУ). Их главные отличия заключаются в характере объекта управления (в первом случае – это технические объекты: машины, аппараты, устройства, во втором – объекты экономической или социальной природы, то есть, в конечном счете коллективы людей) и, как следствие, в формах передачи информации (сигналы различной физической природы и документы соответственно).
Следует отметить, что наряду с автоматизированными существуют и системы автоматического управления (САУ). Такие системы после наладки могут некоторое время функционировать без участия человека. САУ применяются только для управления техническими объектами или отдельными технологическими процессами. Системы же организационного управления, как следует из их описания, не могут в принципе быть полностью автоматическими. Люди в таких системах осуществляют постановку и корректировку целей и критериев управления, структурную адаптацию системы в случае необходимости, выбор окончательного решения и придание ему юридической силы.
Как правило, АСОУ создаются для решения комплекса взаимосвязанных основных задач управления производственно-хозяйственной деятельностью организаций (предприятий) или их основных структурных подразделений. Для крупных систем АСОУ могут иметь иерархический характер, включать в свой состав в качестве отдельных подсистем АСУ ТП , АС ОДУ (автоматизированная система оперативно-диспетчерского управления), автоматизированные системы управления запасами, оперативно-календарного и объемно-календарного планирования и АСУП (автоматизированная система управления производством на уровне крупного цеха или отдельного завода в составе комбината).
Самостоятельное значение имеют автоматизированные системы диспетчерского управления, предназначенные для управления сложными человеко-машинными системами в реальном масштабе времени. К ним относятся системы диспетчерского управления в энергосистемах, на железнодорожном и воздушном транспорте, в химическом производстве и другие. В системах диспетчерского управления (и некоторых других типах АСУ) используются подсистемы автоматизированного контроля оборудования. Задачами этой подсистемы является измерение и фиксация значений параметров, характеризующих состояние контролируемого оборудования, а сравнение этих значений с заданными границами и информирование об отклонениях.
Отдельный класс АСУ составляют системы управления подвижными объектами, такими как поезда, суда, самолеты, космические аппараты и АС управления системами вооружения.
АСНИ -Автоматизированная система научных исследований.
В настоящее время эти системы как правило, используются для развития научных исследований в наиболее сложных областях физики, химии, механики и других. В первую очередь - это системы для измерения, регистрации, накопления и обработки опытных данных, получаемых при проведении экспериментальных исследований, а также для управления ходом эксперимента, регистрирующей аппаратурой и так далее. Во многих случаях для таких систем важной является функция планирования эксперимента; целью такого планирования является уменьшение затрат ресурсов и времени на получение необходимого результата.
Кроме того, желательным свойством АСНИ является возможность создания и хранения банков данных первичных результатов экспериментальных исследований (особенно, если это дорогостоящие и трудно повторяемые исследования). Впоследствии могут появиться более совершенные методы их обработки, которые позволят получить новую информацию из старого экспериментального материала.
Как разновидность задачи автоматизации эксперимента можно рассматривать задачу автоматизации испытаний какого-либо технического объекта. Отличие состоит в том, что управляющие воздействия, влияющие на условия эксперимента, направлены на создание наихудших условий функционирования управляемого объекта, не исключая в случае необходимости и аварийных ситуаций.
Второе направление - это компьютерная реализация сложных математических моделей и проведение на этой основе вычислительных экспериментов, дополняющих, или даже заменяющих эксперименты с реальными объектами или процессами в тех случаях, когда проведение натурных исследований дорого или вообще невозможно. Технологическая схема вычислительного эксперимента состоит из нескольких циклически повторяемых этапов: построение математической модели, разработка алгоритма решения, программная реализация алгоритма, проведение расчетов и анализ результатов. Вычислительный эксперимент представляет собой новую методологию научных исследований, соединяющую характерные черты традиционных теоретических и экспериментальных методов.
САПР – система автоматизированного проектирования
САПР предназначены для проектирования определенного вида изделий или процессов. Они используются для подготовки и обработки проектных данных, выбора рациональных вариантов технических решений, выполнения расчетных работ и подготовки проектной документации (в частности, чертежей). В процессе функционирования системы могут использоваться накапливаемые в ней библиотеки стандартов, нормативов, типовых элементов и модулей, а также оптимизационные процедуры.
Результатом работы САПР является соответствующий стандартам и нормативам комплект проектной документации, в котором зафиксированы проектные решения по созданию нового или модернизации существующего технического объекта. Наиболее широко такие системы используются в электронике, машиностроении, строительстве. |
