Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
2.1.1. Вводная лекция.
Цели и задачи курса "Основы построения АСУ. Определение АСУ". Краткая характеристика основных разделов курса. Классификация АСУ. Объективные предпосылки создания АСУ. Информационные барьеры. Раз витие методов и средств управления - 2 часа
2.1.2. Основы общей теории системы. Понятие системы. Понятие "большой" системы. Иерархические многоуровневые системы - 2 часа
2.1.3. Виды иерархий. Страты. Слои. Элементы. Связь между различ ными типами иерархии. Их использование в практике. Абстрактная система - 2 часа
2.1.4. Структуры управления. Функции управления. Материальные и информационные потоки - 2 часа
2.1.5. Модели принятия решений. Задача оптимизации и задача нахождения удовлетворительных решений. Принципы управления. Методы управления - 2 часа
2.1.6. Принципы построения АСУ. Их реализация. Психологические аспекты внедрения АСУ - 2 часа
2 1.7. Моделирование больших систем. Цель и средства. Виды моделей. Понятия цели, критерия эффективности - 2 часа
2.1.8. Структура АСУ. Обеспечивающие подсистемы АСУ. Подсистема информационного обеспечения АСУ. Классификация информации. Внешнее информационное обеспечение. Носители информации. Кодирование данных. Схемы обработки информации - 4 часа
2.1.9. Внутренне информационное обеспечение, организация дан ных в основной и внешней памяти ЭВМ. Организация данных на дисках и лентах. Файлы, массивы. Списки, кольца цепи, мультисписки. Последова тельные индексно-последовательные файлы, Последова тельные индексно-последовательные файлы, файлы с прямым доступом - 8 часов
2.1.10. Понятие базы и банка данных АСУ. Особенности хранения информации. Логическая и физическая структуры базы данных -2 часа
2.1.11. Реляционные модели данных. Отношения. Третья нормальная форма. Нормализация. Преимущества и недостатки реляционных СУБД - 2 часа
2.1.13. Языковые средства банков данных. Язык описания данных, язык манипулирования данными, словари, языки реляционной алгебры и реляционного исчисления - 4 часа
2.1.14. Подсистема программного обеспечения АСУ. Структура, назначение ОС, их развитие - 2 часа.
2.1.15. Характеристика алгоритмических языков, история и тенденции их развития. Классы языков. Особенности применения - 2 часа
2.1.16. Типовые проектные решения и пакеты прикладных про грамм, программное обеспечение АСУ - 2 часа
2.1.17. Подсистема технического обеспечения АСУ. Структура. Развитие технических средств АСУ. Структура и характеристики ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ, мини-микро ЭВМ, персональных компьютеров. Особенности их орга низации и построения. Особенности программного обеспечения - 4 часа
2.1.18. Периферийная техника. Средства подготовки данных. Аппаратура передачи данных - 2 часа
2.1.19. Функциональные подсистемы АСУ. Характеристика подсис темы ТЭП, основные задачи, методы решения - 2 часа
2.1.20. Подсистема ОУП, основные задачи. Внутрицеховое и межце ховое управления. Задача о назначениях. Задача Белмана-Джонсона. Задача 2-х станков - 2 часа
2.1.21. Подсистемы бухгалтерского учета, сбыта, снабжения - 2 часа
2.1.22. Нормативная база АСУП. Организация, ведение. Использо вание комбинации банка данных - 2 часа
2.1.23. Организация проектирования АСУ. Стадии проектирования, Методы анализа систем - 2 часа
2.1.24. Внедрение АСУ. Опытная эксплуатация. Экономическая эффективность АСУ - 2 часа
2.1.25. Модели в АСУ. Классификация моделей. Особенности при менения. Машинное моделирование - 2 часа
2.1.26. Моделирование производственных процессов. Дискретные модели. Непрерывная модель производственного процесса. Точность моде ли. Возмущения их типы. Регуляторы - 4 часа
2.1.27. Обзорная лекция - 2 часа
Под системой понимают множество взаимосвязанных элементов, обладающих единством и целостностью. Представление о системе всегда связывается с такими поняти ями, как элемент, целостность, структура, связь, отношение, под система. Понятие «система» предполагает рассмотрение объекта как целого, состоящего из совокупности элементов
Лю бую систему можно расчленить (не обязательно единственным об разом) на конечное число частей, называемых подсистемами, каж дую из которых, в свою очередь, можно разделить на конечное число более мелких подсистем, вплоть до получения подсистем первого уровня — так называемых элементов системы. Элементом системы может быть не только какой-либо реальный объект или его часть, но и ряд его свойств. Поэтому один и тот же объект мож но отнести по различным свойствам к нескольким разным систе мам.
Элемент системы может принимать ряд конкретных значений, поэтому часто говорят, что система — это совокупность взаимосвя занных переменных.
Под структурой системы понимают относительно устойчивый порядок внутренних пространственных связей между ее отдель ными элементами, определяющий функциональное назначение си стемы и ее взаимодействие с внешней средой.
Под целостностью системы понимается принципиальная не сводимость свойств системы к сумме свойств составляющих ее эле ментов и невыводимость из последних свойств целого (т. е. си стемы).
Известны три типа связей между элементами: функционально необходимые, синергические (которые при кооперативных дей ствиях некоторых частей обеспечивают увеличение их общего эффекта до величины, большей суммы эффектов от тех же независимо действующих частей), избыточные (являются излишними или про тиворечивыми).
Изменение состояния системы влияет на состояние ее выходов. Желаемое состояние выходов называется целью системы, а функ ция, определяющая изменение состояния выходов, — целевой функцией системы. Для оценки отклонения фактического состоя ния выходов от желаемого вводится критерий цели.
В наиболее общем плане все многообразие систем можно под разделить на материальные и абстрактные системы. Первые (це лостные совокупности материальных объектов), в свою очередь, делятся на системы неорганической природы (физические, хими ческие, геологические и т. д.) и живые системы, куда входят как простейшие биологические объекты, так и очень сложные (типа организма). Особый класс живых систем образуют социальные системы. Абстрактные системы являются продуктом человеческого мышления (гипотезы, теории, научные знания, металогика и др.)
Системой управления называют систему, в которой реа лизуется процесс управления путем взаимодействия объекта управления и управляющей части.
Различают автоматические и автоматизированные системы управления. В системах автоматического управления (САУ), со стоящих из объекта управления и управляющего устройства (уп равляющей части), человек непосредственного участия в процессе управления не принимает. В автоматизирован ных системах управления (АСУ) предполагается обязательное уча стие людей в процессах управления. Принципиальное отличие АСУ от традиционной системы управления состоит в том, что в АСУ часть управленческих работ, а именно сбор, анализ и преобразо вание информации, выполняется с помощью вычислительной тех ники.
АСУ – это система управления, использующая научно обоснованные методы управления с применением автоматических устройств для получения, передачи и переработки информации с целью обеспечения наиболее эффективного функционирования производства.
Отметим, что под производственным процессом предприятия не обязательно понимается изготовление каких-либо предметов. В роли такого процесса может выступать и торговая деятельность, направленная на превращение приобретенного товара в проданный согласно критерию эффективности системы: в нашем случае это может быть максимум прибыли.
Управ ление – целенаправленное воздействие на объект для достижения им желаемого состояния. Заключается в выдаче командной информации на основании решений, полученных путём переработки поступившей информации.
Интеграция – взаимосвязанная деятельность разнородных подсистем.
Наука об общих закономерностях в процессах управления, осуществляемых в живых существах, машинах и их комплексах, называется кибернетика. Это название происходит от греческого слова «кибернус», что означает «кормчий». Эта наука образовалась на основе сбора и обобщения множества фактов, показывающих, что процесс управления сходен во всех организованных системах.
Кибернетика изучает процессы получения и передачи, накопления и преобразования, переработки и выдачи информации. Под информацией понимается наличие некоторых знаний, сведений или осведомленности о состоянии системы и внешней среды. С другой стороны, хранение информации требует определенных материальных носителей.
Управ ление применяется в различных сферах жизни, каждый раз изменяя свои критерии, цели и методы. Так, можно различать управление государством, управление в сфере материального производства и в непроизводственной сфере, отраслью и предприятием, це хом и участком, комплексом орудий труда и отдельным стан ком, процессами в живом организме и в неживой природе.
Социально-политические и макроэкономические системы высшего ранга (государство, народное хозяйство, отрасли про мышленности). Здесь управление может рассматриваться прежде всего как явление общественного порядка. Оно обес печивает целенаправленное организованное руководство дея тельностью людей в рамках рационального функционирования всего общественного механизма, а в хозяйственной деятель ности — как руководство процессами расширенного воспроиз водства экономики.
Экономико-производственные системы среднего ранга (предприятия, цехи, участки и т. п.). Управление здесь направ лено на обеспечение наилучшего функционирования процесса материального производства, что неразрывно связано с дея тельностью производственных коллективов и с оптимальным использованием материальных ресурсов производства.
Системами относительно низших рангов являются:
Такая трактовка не означает, что системы низших рангов элементарны или просты. Человек, рассматриваемый как биологическая система, представляет собой исключительно сложный объект. Весьма сложны и некоторые физические — самодействующие (автоматические) системы, например электронные машины, станки с программным управлением и т. д. Мы называем их системами низшего ранга только потому, что они могут входить как первичные звенья в системы среднего и высшего рангов. Так, из биологических, физических и смешанных биофизиче ских систем образуются производствен ные и иные системы среднего ранга (уча стки, цехи, предприятия, а также непро изводственные подразделения — комму нальные, торговые и др.). Из систем сред него ранга складываются системы высше го ранга (экономические районы и отрас ли, народное хозяйство и т. п.).
Образование системы более высокого ранга сопровождается появлением новых закономерностей, отражающих существо системы нового ранга, её критерии, цели, новые задачи и функции. Однако закономерности, действовавшие в системе более низкого ранга, не снимаются – они продолжают функционировать в каждой составной части, но доминирующее значение приобретают новые закономерности, отражающие связи внутри вновь образованной системы.
Системы низшего ранга могут входить как первичные звенья в системы среднего и высшего рангов.
В производственных системах среднего ранга (предприятие – цех-участок) управление должно обеспечить слаженное функционирование совместного труда многих людей, образующих общественно-трудовой коллектив. Важными закономерностями построения таких систем являются закономерности общественного процесса труда. При этом биологические и физические закономерности элементов этих систем учитываются лишь как ограничения, определяющие допустимые биологические или физические нагрузки, пропускную способность того или иного элемента и т.п.
ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ АСУ
Специалист АСУ – специалист широкого профиля, но в каждой области он слабее, чем соответствующий узкопрофильный специалист.
(Аналог - терапевт в медицине).
Экономическое обоснование целесообразности внедрения АСУ невозможно, так как с экономической точки зрения результаты внедрения могут быть совершенно иные, следовательно, преследуется ложная цель.
Чаще всего АСУ вводятся совсем не ради экономического эффекта.
Возможные предпосылки создания АСУ:
1. Быстрый рост номенклатуры выпускаемой продукции.
2. ВПК. Военное соперничество.
3. Культура.
Создание такой системы требует точной взаимоувязки трех сторон:
Процесс управления сходен во всех организованных системах. Процесс управления всегда представляет собой информационный процесс.
Технология управления как информационного процесса.
Этапы:
Совокупность логических и вычислительных действий, которые надо произвести, чтобы получить нужные решения, называют алгоритмом управления.
Рассмотрение процесса управления как информационного процесса на уровне системы определенного ранга позволяет четко отделять управление от исполнения.
Управление – это выдача командной информации на основании решений, полученных путем переработки поступившей информации. В результате динамическая производственная система, обладающая возможностью перехода из одного состояния во многие другие, направляется по более целесообразному пути, обеспечивающему получения наилучших (оптимальных) результатов.
В управлении различают:
Очень важно правильно определить отношение между управлением и организацией производства. Организация производства – это порядок, структура и способ функционирования, устанавливаемые на предприятии, предписывающие определенные взаимоотношения между всеми работающими, их производственное поведение, взаимосвязь, соподчиненность и функции (обязанности и права).
Организация производства предусматривает слаженную работу всего коллектива работающих и протекание производственного процесса в заданном ритме. Но этот порядок может нарушиться, возникают отдельные неполадки и отклонения от установленного хода производства, появляется необходимость в управлении, т.е. в деятельности, которая восстанавливает порядок, нарушенные пропорции.
Организация – преимущественно статика производства, а управление – его динамика.
Светофор, фонарь.
Управление – это целенаправленное информационное воздействие одной системы (или подсистемы) на другую, стремящееся изменить поведение этой системы (подсистемы) в определенном направлении.
Управление призвано обеспечивать функционирование организованной системы, её воспроизводство и изменения в соответствии с критериями цели (эффективности). Это информационный процесс, сопровождаемый материальным процессом изменений носителей информации (в сетях связи, в ВМ и т.п.)
Принципы кибернетики и их применение в управлении производством
Изоморфизм. Изоморфизм двух систем, состоящих из множества элементов, означает, что соотношения между элементами системы А сохраняются и в системе В.
Изоморфны: местность и географическая карта, объект съемки и фотонегатив.
ЭВМ с достаточно большой памятью могут быть изоморфны любой динамической системе.
Обратная связь. Для большинства машин, а также для живых организмов необходимым условием их эффективного существования является наличие обратной связи, сигнализирующей о достигнутом результате. На основании этой информации корректируется управляющее воздействие.
Входная величина r действует на управляемый процесс и в соответствии с передаточной функцией, характерной для данного объекта и определяющей соотношение между входными и выходными сигналами, превращается в величину С. Эта величина с помощью канала обратной связи подается на вход, регулирует входную величину r и в виде управляющего сигнала m воздействует, но уже по новому, на объект.
Различают две формы обратной связи: отрицательную, которая уменьшает отклонение выходной величины от заданного значения, т.е.е стремится как бы установить и поддерживать некоторое устойчивое равновесие, и положительную, увеличивающую расхождение и тем самым создающую неустойчивое равновесие.
Все машины с автоматическим регулированием работают на основе использования отрицательной обратной связи.
ОС – процесс информационный. Воздействие входного сигнала на объект, переработка его в выходной сигнал и обратное действие выхода через канал обратной связи на входную величину – все это процессы передачи и переработки информации.
Рассматривая процесс производства с материально-вещественной стороны, выходом считают готовую продукцию, рассматривая же управление производством как информационный процесс, под выходом следует понимать не материальный поток выпускаемой продукции, а информацию о нем, измеренную величину, которая перерабатывается регулятором, сопоставляется с информацией о величине планового задания и при наличии рассогласования приводит к выработки управляющих сигналов, реализация которых должна ликвидировать отклонение.
Простейшим примеров применения обратной связи на производстве является диспетчерское управление.
Такое управление возможно лишь, когда передаточная функция не изменяется в процессе нормальной работы, известна с самого начала управления, отсутствуют возмущающие воздействия.
Управление воздействием на главный фактор. Чаще всего на объект или управляемый процесс воздействует несколько входных величин. В этих случаях известная выходная величина С есть результат действия многих величин, в том числе случайных, не поддающихся нашему контролю. Однако, если r1 является главной величиной воздействия, то можно пренебречь другими входными величинами. Обычно воздействия на главную величину r1 достаточно для регулирования и вместе с тем для компенсации действия других, менее существенных и случайных величин.
Разделение целого на подсистемы.
Возможности для упрощения управления:
Приспособление регулятора к сложному объекту, учитывая все его особенности и переменные, является теоретически и практически невозможным, поскольку на это никогда не хватило бы времени. Ни одна управляющая система не могла бы приспособиться к всеобъемлюще связанному и в любой момент меняющемуся окружению.
Расчленение объекта на независимые связки переменных и самого регулятора – на отдельные блоки управления обеспечивает возможность приспособления ко многим условиям и последовательного управления ими. Сложное событие, невозможное в том случае, если входящие в него элементарные события должны совершаться одновременно, легко может произойти, если они могут наступать последовательно или независимо друг от друга.
Это свойство всегда использовалось на практике. Диспетчер завода не рассматривает одновременно все возникшие возмущения, да они и не появляются одновременно. Искусство управления заключается в отборе взаимосвязанных фактов, в расчленении решаемой задачи на ряд последовательных звеньев. При проектировании АСУ может быть применена независимая блочная структура: отдельные самостоятельные блоки функционально управляют подсистемами объекта.
Иерархия управления и автоматизм действия. Под иерархией понимается многоступенчатое управление, характерное и для живых организмов, и для систем управления производственными объектами. Обычно нижние ярусы управления отличаются большой скоростью реакций, быстротой переработки поступивших сигналов. В результате возникает ряд автономных механизмов управления, относящихся главным образом к нижним ярусам управления.
Чем менее разнообразны сигналы, тем быстрее реакция – ответ на информацию. По мере повышения ступени иерархии действия становятся более медленными, но отличаются большим разнообразием.
Управление в нижнем звене (на участке мастера) должно быть быстрым, но предусматривать ответы лишь на простейшие сигналы. Управление на более высоком уровне (цех, завод) должно быть более медленным, включать в себя учет многих факторов и планирование на более или менее длительное время.
Аналогично живому организму и на производстве следует обеспечить максимальную децентрализацию – самовыравнивание и самовосстановление системы без подключения более высоких ступеней управления.
Статико-вероятностный подход. Наука об управлении признает объективность случайности. В производстве царит единство необходимости и случайности. В условиях бесконечного взаимодействия и переплетения причин и следствий предсказать точно изменения системы во времени невозможно. Процессы носят в основном вероятностный характер, в отличие от некоторых строго детерминированных процессов, течение которых может быть определено однозначно.
Методы теории вероятностей находят применение в сетевом планировании, в статистическом моделировании, при определении величины страховых заделов.
Математические методы и модели. ММ являются неотъемлемой составной частью кибернетического управления производством. Их роль и значение вытекают из задачи обеспечить оптимальное управление; они применяются на ряде ступеней организации управления – при исследовании, проектировании, в оперативном управлении, в анализе и корректировках.
Уже на первой стадии изучения систем полезны методы, возникающие на базе математической статистики и теории вероятности – методы исследования операций (корреляционный и регрессионный анализ, статистические испытания, дискретно-динамическое моделирование, теория массового обслуживания, теория надежности и др.).
В результате анализа производства становится возможным математическое описание, т.е. построение ММ производства. Модель есть изоморфное изображение системы.
Наиболее широко применяются методы описания с помощью линейных неравенств, показывающих возможные или альтернативные решения и ограничения. Эти модели относительно легко оптимизируются с помощью методов линейного программирования. Ими решаются задачи структурные и статические. Решение их позволяет найти оптимальную структуру использования ресурсов во времени.
Наиболее отвечающим специфике дискретного машиностроительного производства является метод динамического моделирования (имитации); разновидность его с использованием случайных величин обычно называют методом статистических испытаний, или статистическим моделированием.
Динамическое моделирование. Моделирование означает воспроизведение и исследование на модели некоторых явлений или процессов, их структуры или поведения. Оно может быть физическим (материальные и энергетические модели) и математическим или логическим (информационным).
Динамическое моделирование позволяет следить за ходом процесса в измененном масштабе времени. Например, можно «проиграть» на машине развитие производства за несколько лет.
Наибольшую ценность ДМ имеет тогда, когда процесс носит стохастический характер, т.е. включает в себя случайные переменные, зависящие от времени. В этом случае числовое решение модели на ЭВМ должно сопровождаться формированием случайных реализаций с помощью датчиков СЧ с заданными законами распределения. Эту разновидность моделирования называют методом статистических испытаний – методом Монте-Карло.
Метод ДМ позволяет устанавливать нормативы для многих динамических величин и параметров производства, проводить эксперименты и проверять эффективность производственно-организационных мероприятий (модель становится опытным производством для испытаний организационных методов), обучать производственный персонал методам регулирования, построения планов и принятию решений в конфликтных ситуациях (производственные «игры» на моделях).
Управление всегда было и остается неотъемлемым элементом процесса производства, в котором участвуют в совместном труде большие массы людей. Это вызвало появление менеджеризма – теории и практики управления предприятием. Содержит ряд рекомендаций по рациональному управлению производством. Это
Задача управления на отдельном предприятии менеджеризмом формулируется как «выбор правил труда для членов организации и принудительных мер для выполнения этих правил, чтобы максимизировать целевую функцию». Под целевой функцией понимается увеличение прибылей предприятия.
Продуманная организация управления является важным фактором ускорения проектных, поисковых и исследовательских работ (строительство атомных станций, заводов, проектирование и изготовление космических аппаратов и пр.) Усложнение проектов и работ выдвигает на первое место организационные вопросы. Руководитель – это скорее человек, который занимается объединением и обобщением, чем специалист по технике.
Для руководителей предприятий и фирм широко разрабатываются специальные методы обработки информации с выделением важнейших ключевых вопросов, методы анализа в сложных хозяйственных и производственных ситуациях и т.п. (35)
Применение сетевых схем и специфических шагов, ПЕРТ, СКЭНС и др.
Организация производства предусматривает слаженную работу всего коллектива работающих и протекание производственного процесса в заданном ритме. Но этот порядок может нарушиться, возникают отдельные неполадки и отклонения от установленного хода производства, появляется необходимость в управлении, т.е. в деятельности, которая восстанавливает порядок, нарушенные пропорции.
Управление призвано обеспечивать функционирование организованной системы, её воспроизводство и изменения в соответствии с критериями цели (эффективности). Это информационный процесс, сопровождаемый материальным процессом изменений носителей информации (в сетях связи, в ВМ и т.п.).
В самом общем виде исследование и разработку систем управления можно разбить на два основных этапа:
макроскопический – система рассматривается как «черный ящик», внутреннее строение ее неизвестно или почти неизветно. При таком подходе изучаем лишь то, что доступно прямому наблюдению – входы и выходы системы.
АСУ, как и любая система управления, состоит из четырех ос новных компонентов:
объективно необходимых функций (работ) управления: пла нирование, учет и регулирование;
структуры подразделений аппарата управления;
производственно-экономической информации;
— технических средств сбора и преобразования информации.
Главная проблема — распределение задач и полномочий между звеньями структуры системы управления.
В организационной структуре можно выделить служебные, функциональные, информационные и технические связи. Служеб ная связь (линейная) — связь между выше- и нижестоящими эле ментами. Функциональная связь—связь между выше- и ниже стоящими элементами, но при этом вышестоящий элемент уже не решает того, что должен делать нижестоящий (указания, рекомен дации). Информационная связь — связь между элементами, обычно стоящими на одном уровне и обменивающимися осведомительной информацией. Техническая связь — связь между работниками, вы полняющими одну и ту же функцию. Определяющими являются служебные и функциональные связи.
В зависимости от вида связей элементы структуры делятся на линейные, функциональные и обслуживающие. Линейные эле менты реализуют весь объем функций управления: они выполняют основные управляющие функции, несут всю полноту власти и от ветственности за итоги деятельности и использование рекомен даций и советов вспомогательных элементов. Функциональные элементы изучают отдельные функции управления (планирование, прогноз, анализ) и выступают в роли экспертов линейных элемен тов. Обслуживающие элементы (канцелярия, архив) обеспечивают работу основных и функциональных элементов. В реальной струк туре управления помимо указанных трех типов элементов выде ляется еще ступень руководства, под которой понимают совокуп ность звеньев, расположенных на одном уровне. Количество ниже стоящих элементов, подчиняющихся вышестоящему, называется радиусом действия руководителя.
Структуры реальных систем управления чрезвычайно разно образны, но все множество известных иерархических структур управления можно разделить на три основных типа в зависимости от вида связей между элементами: линейная функциональная, линейно-функциональная, матричная.
При линейной структуре (рис. 1.3, а) каждый элемент имеет только одного непосредственного начальника. Связи — линейные. Такая структура предполагает четкое распределение полномочий и обязанностей каждого элемента. К недостаткам такой структуры относятся: трудность координации между элементами на первой
ступени; вышестоящий элемент должен быть компетентен во всех вопросах работы всех нижестоящих элементов. Линейная струк тура используется в системах со сравнительно простыми функция ми элементов, а также при одинаковых функциях элементов одного уровня (например, в армии, церкви и т. д.), При функциональной структуре (рис. 1.3, б) предполагается сведение специализации руководителей. Такая структура имеет следующие особенности: не решена проблема координации — каждый нижестоящий элемент получает указание от нескольких руководителей, и поэтому не всегда можно определить порядок их выполнения; по мере усложнения управления возникают новые функциональные подслужбы и исполнители получают еще большее число руководителей, что приводит к дезорганизации управления. Функциональная структура была введена в системах управления народным хозяйством СССР в 20-х годах и сыграла положительную роль, создав новые специализированные службы управления и под готовив соответствующих специалистов. Однако в дальнейшем она стала тормозить развитие народного хозяйства и в 1934 г. была ликвидирована.
При линейно-штабной структуре (рис. 1.3, в) за основу при нимается линейная структура, но к каждому руководителю при крепляется группа (штаб) квалифицированных специалистов. Та кая структура была введена в 30-х годах. Штаб давал рекомен дации, которые руководитель утверждал и в качестве приказов передавал подчиненным звеньям. При этом обеспечивалось вы сокое качество принимаемых решений, но при усложнении функций управления штаб разбухает (руководитель превращается в фор мальную фигуру).
В линейно-функциональной структуре (рис. 1.3, г) можно ре ализовать основные достоинства как линейной, так и функциональ ной структур. Для этого помимо линейных связей вводятся и функ циональные связи между штабами. Штаб вышестоящего уровня обладает определенными правами отдавать распоряжения штабам нижестоящего уровня. Остаются нерешенными проблемы коорди нации. При усложнении управления и дальнейшей специализации отдельных функций число связей возрастает и возникает проблема координации и согласования указаний различных функциональ ных служб штаба. Эту проблему должны решать линейные эле менты.
При матричной структуре управления на время выполнения отдельных проектов создаются подвижные группы из специалистов отдельных функциональных служб. Каждый специалист находится в двойном подчинении (руководитель соответствующей функцио нальной службы, руководитель проекта Л, в и т. д. (рис. 1.3, <?''}. Соответствующие функциональные службы отвечают за профессио нальную подготовку своих специалистов и подбирают испол нителей для каждой конкретной темы, а руководитель проекта не посредственно отвечает за выполняемую работу во время проек тирования.
Известны два основных подхода к созданию эффективных систем управления. Первый основан на модели процесса управления. Согласно этому подходу (называемому иногда дескриптивным), подробнейшим образом изучают действующую управляющую часть системы (функции отдельных служб и работников, существу ющий документооборот и т. п.) и строят модель процесса управ ления— формализованное представление деятельности аппарата управления по сбору, передаче, хранению и обработке докумен тов. Подразумевается, что документооборот в должной мере отра-
Классификация АСУ
Классификация АСУ значительно затруднена разнообразием объектов управления, на которых эти системы могут применяться, поэтому определим лишь основные признаки такой классифика ции.
Прежде всего, необходимо определить принцип управления дан ным объектом. В системе управления народным хозяйством страны можно выделить три принципа: отраслевой, территориально-отраслевой и территориальный. Принцип отраслевого управления положен в основу управления тяжелой промышленностью Прин цип территориально-отраслевого управления применяется в лег кой промышленности и некоторых непромышленных отраслях (союзно-республиканских министерств). Принцип территориаль ного управления характерен для управления республиканскими министерствами, комитетами и ведомствами, а также деятельностью исполнительных органов Советов депутатов трудящихся. Ряд ор ганизаций (Госснаб СССР, Госбанк СССР, Министерство сельского хозяйства, «Сельхозтехника» и др.) также строят автоматизиро ванные системы управления по территориальному признаку: го род, область, республика, страна.
Следующий признак — уровень иерархии в управлении, для которого применяется данная система. К таким уровням можно отнести союзный, республиканский, областной, городской, район ный для территориальных систем и отрасль, подотрасль, объе динение, предприятие, производство, цех, участок, установка для отраслевых систем — либо комбинацию этих уровней для террито риально-отраслевых систем. В зависимости от уровня иерархии АСУ подразделяются на:
автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП1;
автоматизированные системы управления предприятиями (АСУП);
отраслевые АСУ (ОАСУ);
общегосударственная автоматизированная система (ОГАС).
АСУП и ОАСУ должны быть совместимы по целевым функци ям, методам обработки информации, техническим средствам. Ре шить проблему информационной совместимости можно лишь унификацией документов в отрасли. ОГАС можно рассматривать как высший уровень территориальных систем.
Важным признаком является функциональное назначение си стемы или ее место в общей организационной структуре управ ления народным хозяйством. Можно выделить системы управления по функциональным, производственным и ресурсным при знакам. По функциональным признакам выделяют, например, автоматизированные системы плановых расчетов, материально-технического снабжения, государственной статистики; по про изводственному признаку — системы управления промышленными объектами, подготовкой производства и др.; по ресурсным при знакам—системы управления объектами обеспечения различными ресурсами и услугами. В свою очередь, такие системы также могут быть многоуровневыми и подобно отраслевым и территориальным системам они входят в ОГАС.
По типу процесса, являющегося объектом автоматизации, можно рассматривать автоматизированные системы (по назначению):
управления технологическими процессами (АСУТП);
управления организационными процессами (АСОУ);
проектирования (АСПРО);
планирования и управления испытаниями (АСПИ);
управления научно-техническим прогрессом (АСУНТ).
В современных условиях выделяют два основных типа АСУ: системы управления технологическими процессами и системы организационного управления [35]. Первые имеют дело с техноло гическими процессами в широком смысле слова (управление домной, ядерным реактором, самолетом, станком и т. п.), вторые—с объек тами экономической и социальной природы. В АСУТП основной формой передачи информации являются различные сигналы (элек трические, механические, пневматические, оптические и др.). В си стемах управления организационными процессами основная форма передачи информации—документ. Однако в последнее время наме тилась тенденция к слиянию АСУТП и АСОУ в единые интегрирован ные (комплексные) АСУ. При этом большая часть информации цир кулирует в системе в виде кодированных сигналов и специальных типов документов на машинных носителях записи (например, на магнитных лентах, применяемых в станках с программным управ лением).
В настоящее время преобладают АСУТП, в которых ЭВМ, соединенная через устройства сопряжения ( линии связи, преобра зователи типа аналог—код, код—аналог и т. п.) с управляемыми объектами, подготавливает оптимальные варианты по управлению объектом, которые реализуются человеком-оператором. В этом случае ЭВМ выступает в роли советчика оператора. Более высокой ступенью — предельным " вариантом АСУ — является автомати ческая система управления, в которой функции управляющего звена целиком выполняются ЭВМ. Такой режим называется не посредственным цифровым управлением (НЦУ).
Следующим признаком можно считать степень централизации обработки информации, которая зависит от объема информацион ной базы (ее мощности) данного объекта. По этому признаку вы деляют системы, имеющие несколько уровней обработки инфор мации, системы централизованной обработки информации и си стемы коллективного пользования. Многоуровневые системы об работки информации характерны для крупных объектов, напри мер отрасли. Системы с централизованной обработкой данных характерны для средних объектов, например предприятий, для которых достаточно одного ИВЦ. Системы коллективного пользо вания наиболее эффективны для малых объектов, не имеющих своей вычислительной базы и пользующихся услугами вычисли тельных центров коллективного пользования.
По характеру производства различают АСУ для непрерывных производств, для производств с дискретным технологическим циклом и для производств со смешанными, непрерывно-дискретными тех нологическими процессами.
АСУ первого типа создаются на предприятиях химической, энергетической, нефтеперерабатывающей и ряда других отраслей промышленности с непрерывными технологическими процессами. Причем параметры процессов представляют собой также непрерыв ные величины (давление, температура, расход жидкости и пара, концентрация смеси компонент, влажность и т. п.), измеряемые датчиками главным образом с непрерывным выходным сигналом.
АСУ второго типа внедряются на предприятиях машиностро ительной, приборостроительной, радиотехнической, электротехнической и других отраслей промышленности, где производство имеет дискретный характер. На таких предприятиях широко используется на рабочих местах универсальное оборудование, за каждым рабочим местом закрепляется множество операций; для "дискретного производства присуще наличие большого количества .изделий и деталей, отличающихся трудоемкостью изготовления, технологическими маршрутами, длительностью производственного цикла, а также дискретность параметров процессов (количество деталей, узлов, изделий на операциях, складах и т. п.). Дискретная информация о параметрах процессов формируется вручную "' с помощью документов (накладных, нарядов) и различных устройств ручного ввода цифровой и алфавитно-цифровой информа ции, а частично от датчиков.
К производствам непрерывно-дискретного типа относятся предприятия металлургической, цементной, пищевой и других отраслей промышленности.
1.2. СТРУКТУРА АСУ И ЕЕ АНАЛИЗ
Организация протекающих внутри системы информационных и управляющих процессов основана на принятой для этого внутрен ней структуре. При изучении характера структур любую систему можно рассматривать как некоторую совокупность взаимосвязан ных элементов (объектов, понятий, процессов). Каждая такая си стема 57- является обособленной и может рассматриваться как не которая часть (подсистема) более общей системы 5 (метасистемы): 5;-^5. Взаимосвязь между системами 5 и 5; строится по прин ципу иерархии, предусматривающей подчиненность подсистемы 5^ метасистеме 5 в смысле как структурного местоположения, так и распределения управляющих функций. Следовательно, любую систему можно расчленить на подсистемы различных рангов, осу ществляя процесс деления по соответствующим признакам до по лучения составляющих элементов.
Как правило, членить систему можно несколькими способами, причем во всех случаях возможно различное число частей (под систем). Полученное в результате такого членения множество всех подсистем будем называть М — множеством системы 5; существует столько же М множеств данной системы, сколько и способов ее членения. Таким образом, метасистему 5 можно представить в виде дерева, на котором выделяются отдельные подсистемы, относящиеся к разным уровням (рис. 1.1). Наличие полученных при этом подсистем и взаимосвязей между ними и образует струк туру системы 5П, определяемую совокупностью связей (отношений) между подсистемами, принадлежащими некоторому множеству, и зависит от того, какое из возможных множеств системы выбрано для структурной схемы.
В реально действующих управляющих системах делить и орга низовывать подсистемы можно по функциональному и организационному признаку или по составу системных элементов. Деление по функциональным признакам ведется в соответствии с имеющими ся функциями системы, а по организационным — с учетом специ фических особенностей иерархической структуры системы. Чле нение системы по составу элементов производится с учетом струк туры самих элементов при выполнении ими определенных функ ций. Таким образом, подсистему можно рассматривать как некую часть системы, сформированную и выделенную по определенному признаку, охватывающую соответствующую группу задач и име ющую самостоятельную частную цель.
Взаимосвязь между отдельными подсистемами часто прояв ляется в том, что результаты решения задач в одной из подсистем служат исходными данными или ограничениями для выполнения функций, возложенных на другие подсистемы. В большинстве случаев АСУ представляют собой сложный комплекс параллельно действующих подсистем, занимающих определенное место как в об щей цели управления, так и в иерархической структуре всей уп равляющей части системы.
Под иерархичностью структуры системы управления понимает ся многоступенчатый пирамидальный принцип ее построения с под чинением низших ступеней высшим. Функции контроля и управле ния при этом распределяются на несколько уровней с приорите том управляющих сигналов старших уровней. Иерархическое стро ение сложной системы обеспечивает ее повышенную устойчивость к внешним возмущениям, позволяет локализовать конфликты, возникающие внутри системы, является основным условием согласо вания локальных элементов системы с ее глобальными целями.
равлення можно представить как ряд последовательно связанных между собой задач, которые решаются на ссответствующих сту пенях иерархической системы. Структуру АСУ следует строить по г.'ринципу минимизации числа ступеней иерархии с учетом на иболее простых схем взимосвязи между элементами системы. Но вместе с тем необходимо предусмотреть условия полной самостоя тельности каждой подсистемы и обособленных объектов. Важное значение при управлении иерархической системой имеет проблема координации.
Координация как функция управления представляет собой процесс, направленный на обеспечение пропорционального и гармоничного развития совокупности различных сторон объекта (технической, производственной и др.) при оптимальных для дан ных условий трудовых, денежных и материальных затратах. Ко ординирование подсистем означает такое воздействие на подси стемы, которое заставляет их действовать согласованно. В общем случае координация осуществляется в связи с определенной целью или задачей. Например, деятельность отдельных подразделений организации координируется таким образом, чтобы вся орга низация в целом достигла поставленной цели. Так как нижестоя щие системы стремятся достичь своих собственных локальных це лей, то, вообще говоря, между ними возникает конфликт, который приводит к тому, что глобальная цель скорее всего не будет до стигнута. И действия координатора направлены как раз на прео доление такого внутриорганизационного конфликта, который должен быть если не полностью устранен, то по крайней мере сгла жен.
Процесс координирования в общем случае подразделяется на две части: установление операционных правил, предписывающих членам организации, как они должны действовать (выбор способов координации) и практическое обеспечение выполнения этих правил в деятельности организации (выбор конкретных значений коор динирующего воздействия).
Проблема координации в значительной степени связана с расче том взаимодействия нижестоящих элементов или определением степени самостоятельности элементов организации, выражающих ся в понятиях централизации и децентрализации.
Централизация — это концентрация принятия решений на высшем уровне, децентрализация — делегирование ответствен ности за ряд основных решений на более низкие уровни иерархии. Централизация непосредственно решает проблему координации и управления деятельностью подразделений, помогает устранять дублирование функций и нежелательное «соперничество» между руководителями подразделений при принятии решений. Децентра лизация целесообразна тогда, когда требуется быстрая реакция организации в смысле перестройки ее локальных и глобальных критериев деятельности. Децентрализация способствует принятию решений на том уровне, где легче всего выработать наилучшие решения и получить всю необходимую информацию. Проблему соотношения централизации и децентрализации следует рассмат ривать с позиций рационального сочетания автономии и коорди нации.
Иерархическая структура управляющей части системы под разумевает прежде всего разделение функций обработки инфор мации и принятия решений между его частями (звеньями). Такое распределение обязанностей по переработке информации опре деляется прежде всего объемом информации и требованиями к ее обработке (качеству, времени обработки, стоимости), необходи мыми для принятия решений. Может оказаться, что полностью централизованный сбор и обработка информации либо техниче ски невозможны, либо приводят к значительному запаздыванию в принятии решений или к принятию решений по устаревшей ин формации. Во всех случаях это приводит к снижению эффектив ности управления. Одним из путей преодоления трудностей, вы званных большим объемом информации и сложностью ее обработки, является «распараллеливание» процедур обработки информации, т. е. разделение системы на звенья, каждое из которых работает только с небольшой частью общего объема информации. Однако этот путь неизбежно приводит к децентрализации не только переработ ки информации, но и процедур принятия решений. Отдельные звенья системы, способные учесть все изменения конкретной ситу ации, получают право самостоятельно принимать решения по тем или иным вопросам. Так, в системе управления возникает иерар хическая структура.
Для принятия решений в отдельных звеньях системы требуется меньший объем информации, и, следовательно, эти решения при нимаются в условиях меньшей неопределенности, а это то, к чему мы стремились, переходя от полностью централизованного управ ления к иерархическому. Однако из этого не следует, что децентра лизация всегда желательна, так как она, в свою очередь, служит источником новой неопределенности: как только некоторая часть общей системы (подсистемы) получает право принимать решения, она превращается в некоторый самостоятельный функционирую щий организм и неизбежно приобретает собственные цели, в общем случае нетождественные интересам верхних уровней. Поэтому следует говорить об оптимальной неопределенности и оптимальной мере децентрализации, об оптимальном распределении функций принятия решений между центральным руководством и подси стемами.
В отличие от исследования операций системному анализу под вергают более общие вопросы, чем эффективное распределение ре сурсов. При системном анализе чаще всего не ищут экстремального (наибольшего или наименьшего) значения некоторой функции, поскольку многие факторы не поддаются количественному анализу [92]. Суть системного анализа — в постановке и структуризации проблемы и последующем построении и использовании модели, представляющей упрощенную абстракцию реальной ситуации, которая может иметь форму имитации на ЭВМ, операционной «иг ры» или даже словесного «сценария». Пользуясь обратной связью с моделью (результаты расчетов, ответные ходы в игре или критика сценария), эксперты пересматривают прежние суждения, отыски вают лучшие решения и т. д. В процессе системного анализа уста навливают цель и метод оценки степени ее достижения при различ ных вариантах решения, после чего разрабатывают и оценивают альтернативы — способы достижения цели. Чаще всего удается выявить лишь сравнительную ценность альтернатив, что в ряде случаев достигается проигрыванием модели на ЭВМ при различных предположениях [58, 90, 92, 127].
Системный анализ осуществляется в следующем порядке (по этапам).
Первый этап — постановка задачи, включающая оп ределение изучаемого объекта, постановку целей и задание крите риев.
Второй этап — как бы вырубание из среды исследуемой системы и осуществление ее первичной структуризации. При оп ределении границ выделяемой системы в нее стараются включить все элементы, оказывающие сколько-нибудь существенное воздей ствие на ее функционирование. Обычно при этом принимают во внимание воздействие внешней среды на систему, обратное влия ние считается несущественным. Первичная структуризация состоит в ориентировочном членении системы на составные части (подсистемы и элементы). Структуризация системы является важ ной отличительной чертой системного анализа.
Третий этап — составление математической модели ис следуемой системы. На этом этапе элементы системы и воздействие на нее описывают с помощью определенных параметров. В от личие от классических систем, где фигурируют только непрерыв ные параметры, в обобщенных динамических системах употреб ляют и дискретные параметры, в частности, такие переменные, которые могут иметь лишь целочисленные значения. Кроме того, специальными параметрами (например, белами), описывают качественные различия. Часто используют булевые параметры 1 и 0, которыми фиксируют, свершилось или нет некоторое событие. Обычно одновременно с введением того или иного параметра задает ся область его применения. Выявив параметры, определяют связи (зависимости) между ними, которые могут задаваться равенствами и неравенствами, таблицами, включающими все случаи сочетания значений параметров, и другими способами. При этом учитывают изменение значений параметров во времени и наличие во многих случаях не детерминированных, а вероятностных зависимостей.
Сложность описания большой системы вынуждает осуществ лять декомпозицию, т. е. разбивать систему на подсистемы. Тем самым не только упрощается описание системы, но и уточняется первичная структуризация, определенная на втором этапе. В ре зультате вырисовывается комплекс взаимосвязанных математи ческих моделей оптимального планирования (описанных на каком-либо формальном яшке), каждая из которых включает целевую функцию и ограничения для конкретной задачи системы.
На четвертом этапе исследуют построенные модели и прогнозируют развитие системы, для чего на построенных моде лях «проигрывают» (обычно с помощью ЭВМ) варианты тех или иных воздействий внешней среды и выявляют возможные резуль таты.
Пятый этап — анализ результатов прогнозирования, по лученных на предыдущем этапе, проверка их соответствия це лям и критериям, разработка рекомендаций по необходимому со вершенствованию.
Далее снова повторяют (иногда многократно) четвертый и пя тый этапы, вплоть до получения приемлемого результата. При анализе сложных систем используются принцип обратной связи, метод проб и ошибок. Обычно такой путь — единственно возмож ный при выработке оптимальных решений в обобщенных динами ческих системах (в отличие от классических, где чаще применяют различные аналитические методы).
Основные принципы, которые необходимо учитывать при про ектировании структуры органов управления, следующие:
3) в системе управления необходимо добиваться кратчайших
путей прохождения информации;
4) за выполнение каждой элементарной функции управления
должен полностью отвечать один работник органа управления;
при сведении нескольких элементарных функций управления к одной укрупненной все исполнители элементарных функций должны подчиняться исполнителю укрупненной функции;