в целом информационное обеспечение объединяет данные в различных формах, средства формализованного описания данных, программные средства обработки данных, организационные принципы создания и ведения информационных массивов. Средства формализованного описания данных позволяют идентифицировать данные в информационных массивах и организовать эффективный доступ к ним. Помимо систем классификации и кодирования к средствам формализованного описания данных относятся информационные языки, предназначенные для описания запросов к массивам данных и ответов на эти запросы.

Программные средства обработки данных предназначены для контроля информации, вводимой в ЭВМ, ее хранения и накопления, внесения требуемых изменений в базу данных.

Организационные принципы создания и ведения вутримашин-ной информационной базы содержат методы и способы организации, хранения, изменения информационных массивов и доступа

к hfm.

.иодсистема информационного обеспечения призвана накапливать, постоянно обновлять и хранить всю информацию, необходимую для решения задач в АСУ, и выдавать ее по запросам пользователей системы. Это определяет основные требования к подсистеме: достаточно полное отображение состояния объекта в любой момент времени; простой и быстрый доступ к информационной базе; неизбыточность данных; высокая эффективность методов и средств сбора, хранения, обновления, поиска и выдачи информации; возможность развития информационной базы за счет -ее расширения и совершенствования методов обработки информации.

Огромные объемы информации, перерабатываемые в современных АСУ, требование коллективного характера внутримашинной информационной базы, пригодной для разнообразного применения в пределах решаемых задач, требование неизбыточности информационной базы и ее независимости от прикладных программ пользователей АСУ привели к созданию и развитию информационного обеспечения на основе автоматизированных банков данных (АБД). АБД можно определить как совокупность базы данных (БД) и системы управления базой данных (СУБД). БД представляет собой совокупность взаимосвязанных, хранящихся вместе данных, организованных так, что обеспечивается минимальная избыточность данных, возможность организации разнообразных структур, независимость организации данных от прикладных программ. СУБД - это программно-логический аппарат, организованный как пакет прикладных программ, предназначенный для эффективного управления базами данных. Подробно этот вопрос рассматривается в курсе Базы и банки данных . Здесь же отметим, что организация внутримашинной информационной базы на основе банков данных - наиболее прогрессивная форма создания и развития информационного обеспечения АСУ.

Важной составной частью информационного обеспечения является нормативная база АСУ, содержащая нормативно-справочную

10* 283

информацию в виде норм, нормативов, условно-постоянных справочных и учетных показателей. Нормативная база организуется в виде документов и машинных носителей.

Математическое обеспечение АСУ (МО АСУ) -совокупность математических моделей, методов и алгоритмов обработки информации в автоматизированной системе управления.

Важнейшей составляющей подсистемы математического обеспечения являются математические модели процессов и объектов управления. В сущности АСУ представляет собой взаимоувязанный комплекс экономико-математических моделей и процессов вместе с методами и средствами их анализа. Характер моделей определяется характером решаемых задач управления. Формально в большинстве случаев модель конструируется в виде целевой функции и системы ограничений. Решение задачи в таких случаях сводится к поиску экстремума целевой функции при соблюдении ограничений. Способы решения таких задач базируются на методах математического программирования, значительная часть которых рассмотрена в гл. 7.

В частных случаях модели процессов и объектов могут быть сведены к аналитическим детерминированным моделям. Примером такой целевой функции может служить модель вида

т п

Щ] CijXij-> min . (9.1)

г =1 3=1

при ограничениях

Ц = bj; Е Хц = Хг аи i = \, т; j = I, п; (9.2)

г=1 j=l

0; Хц 0.

Задача, формализованная в виде (9.1), решается методами линейного программирования. К такой целевой функции может быть сведена модель транспортно-производственной задачи. В этом случае обозначения в (9.1) имеют следующий смысл: m - число объектов производства продукта; п - число пунктов потребления продукта; щ - мощность г-го объекта производства; bj - объем продукции, потребляемой /-м заказчиком; Cij-стоимость производства и доставки единицы продукта из г-го пункта производства в /-й пункт потребления; Хц - объем продукта, поставляемого г-м производством /-у потребителю.

Ограничения (9.2) в рассматриваемом примере обусловлены требованием максимальной эффективности производства и потребления продукта.

Аналитические детерминированные модели в составе математического обеспечения АСУ в большинстве случаев не могут отражать сложности решаемых задач. Более реальными являются комбинированные модели и комбинированные методы моделирования, основанные на одновременном использовании двух критериев выбора решений - формализованного и эвристического.

Экономико-математические модели производственных объектов могут строиться на основе производственных функций, которые

представляют собой функциональные зависимости между различными факторами системы управления, определяемые статистическими или корреляционными методами. Производственные функции устанавливают соотношение между выпуском продукции и используемыми ресурсами:

F{Y,X,C)=0, (9.3)

где Y={yi, у2,...,Уг,...,уп} - совокупность показателей выпуска продукции; X={xi, Хо,Xj,Хт} - совокупность показателей ресурсов (рабочая сила, основные и оборотные фонды, сырье и т. п.); C={ci, С2,Сг,Си} - fe-мерный вектор.

Сложность задач управления в АСУ заключается в том, что далеко не все факторы, влияющие на объекты и процессы управления, могут быть описаны количественно. Поэтому наиболее типичными задачами являются такие, для которых характерна постановка и решение в условиях неполной информации. В этом смыс-лг- -ажное значение имеют методы решения, основанные на принципах стохастического программирования.

Программное обеспечение (ПО) - совокупность программ для реализации задач АСУ с помощью комплекса технических средств. ПО АСУ состоит из двух частей: 1) общего программного обеспечения - представляющего собой совокупность программ, ориентированных на широкий круг пользователей для организации вычислительного процесса и решения часто встречающихся задач обработки информации; 2) специального программного обеспечения - включающего комплекс программ для реализации функций конкретной системы управления. Первая часть ПО создается разработчиками вычислительной системы или ЭВМ, вторая - разработчиками АСУ.

Одним из важнейших принципов разработки ПО АСУ является принцип программной совместимости, призванный обеспечить об--мен программами в условиях работы АСУ различных уровней.

Общее программное обеспечение является универсальным и практически не зависит от области применения ЭВМ. Составляющими общего ПО являются комплексы программ: технического обслуживания вычислительной системы; операционной системы; системы автоматизации программирования; системный диспетчер; библиотека стандартных программ и подпрограмм общего назначения.

Программы технического обслуживания ЭВМ обеспечивают правильное функционирование вычислительной, системы, используя, в частности, тестирование. Операционная система организует вычислительный процесс, распределяя все ресурсы ЭВМ: машинное время процессора; емкость оперативной и внешней памяти; работу устройств ввода-вывода. Средства автоматизации программирования включают трансляторы с алгоритмических языков программирования, стандартные программы и подпрограммы основных математических процедур, программы решения типовых задач. Системный диспетчер содержи! программы, обеспечивающие функционирование вычислительной системы в ритме работы объекта

управления АСУ, связь ЭВМ с периферийными устройствами н абонентами, порядок выполнения рабочих программ. Библиотека стандартных программ объединяет стандартные программы информационного обеспечения, обеспечивающие организацию информационных массивов, ввод информации, формирование мащинной формы документов и т. п.

Специальное ПО формируется в виде совокупности пакетов прикладных программ (ППП). Каждый ППП представляет собой комплекс взаимосвязанных программ, предназначенный для реализации конкретной функции АСУ и настраиваемый при конкретном применении.

Лингвистическое обеспечение АСУ - совокупность языковых средств для формализации естественного языка, построения и сочетания информационных единиц при общении персонала АСУ с ЭВМ. Необходимость использования нескольких языков программирования объясняется разнообразием задач, решаемых в АСУ, и степенью приспособления того или иного языка к конкретной задаче. В этом смысле языки программирования можно разбить на три группы: 1) машинные (МЯ); 2) машинно-ориентированные (МОЯ); 3) проблемно-ориентированные (ПОЯ).

МЯ - это машинные коды. В состав МЯ входит перечень операций, свойственный конкретной ЭВМ, с их числовыми кодами. .МЯ применяются в редких случаях - когда требуются программы высшего качества при минимальном времени их реализации. В остальных случаях МЯ не применяются из-за крайне низкой производительности процесса программирования и необходимости знания детальных особенностей ЭВМ.

МОЯ - группа языков, также ориентированных на конкретную ЭВМ или тип ЭВМ. Однако МОЯ содержит элементы автоматизации процесса распределения памяти ЭВМ. Например, в мнемокоде, одном из МОЯ, цифровые коды операций машинного языка ЭВМ заменены буквенными или буквенно-цифровыми кодами. В другом МОЯ - автокоде - часто используемые совокупности машинных команд объединены в макрокоманды, что повышает производительность процесса программирования. Примером широко применяемого машинно ориентированного языка является язык АССЕМБЛЕР, который использует набор макрокоманд, позволяющий реализовать функции операционной системы ЕС ЭВМ.

ПОЯ - группа языков программирования, ориентированных на особенности решаемых задач, а не на ЭВМ. По структуре ПОЯ ближе к естественному языку, чем к машинному, поэтому программирование на этих языках не требует детального знания особенностей конкретной вычислительной машины и отличается высокой производительностью. Для перевода ПОЯ на язык конкретной машины в составе программного обеспечения ЭВМ имеются трансляторы-программы перевода, поэтому в распоряжении пользователей ЭВМ в АСУ есть несколько языков программирования высокого уровня, к которым относятся ПОЯ: ФОРТРАН, КОБОЛ, АЛГОЛ, РПГ, ПЛ/1 и др.

ФОРТРАН (FORTRAN - FORmula TRANstator) используется

для программирования задач научно-технического характера. Язык \ базируется на алфавите естественного языка, содержит развитые средства связи между автономными частями программы - подпрограммами, имеет удобные средства отладки программ, эффективные средства использования устройств ввода-вывода. Трансляторы с ФОРТРАНа имеют средства выявления синтаксических ошибок в исходной программе.

КОБОЛ (COBOL - Common Business Oriented Language) используется для программирования задач организационно-экономического характера, так как содержит эффективные средства описания больших информационных массивов. Имеет развитую библиотеку, программы которой реализуют отдельные операторы . языка, преобразование данных из одного формата в другой, ариф-i метнческие операции и специальные функции.

I АЛГОЛ (ALGOL - ALGOrithmic Language) ориентирован на Г задачи численного анализа. Блочная структура языка, динамичес-1 кос аспределенне памяти, развитый аппарат вызова процедур, значительное число библиотек программ сделали АЛГОЛ базовым языком для многих других языков программирования.

РПГ (RPG - Report Programm Generator) ориентирован на решение задач, не требующих большого объема вычислений, но имеющих большой объем операций ввода-вывода данных. На языке РПГ удобно программировать алгоритмы решения экономических задач, содержащих значительное количество операций сложения, вычитания, умножения, деления, вычисления итогов, обработки таблиц и т. п.

ПЛ/1 (PL/1 - Programming Language/One)-универсальный язык программирования, пригодный для программирования широкого круга задач: научно-технических, организационно-экономических, информационно-логических. В ПЛ/1 входят элементы языков ФОРТРАНа, АЛГОЛа, КОБОЛа, вместе с тем он содержит ряд ; новых элементов, что в целом сделало его новым универсальным языком программирования высокого уровня. Язык содержит на-, бор средств, позволяющих эффективно описывать вычислительные процессы, процедуры обработки данных и символьной информации, процессы моделирования, отражать процессы решения задач в реальном масштабе времени. Программирование для ЭВМ на языке ПЛ/1 позволяет повысить эффективность использования всей вычислительной системы в целом.

Выше дана характеристика языков программирования прикладных задач АСУ. Кроме этого, в составе лингвистического обеспечения вычислительной системы содержатся информационные языки, используемые для обработки данных: запроса к базе данных; формирования различных логических отношений между элементами структур базы данных; передачи информации в базу данных; управления внешними устройствами. К числу таких языков относятся: языки описания данных (ЯОД) для описания структуры и содержания базы данных; язык команд (ЯК), используемый пользователем для взаимодействия с базой данных; язык управления внешними устройствами (ЯУВ). Перечисленные информационные

языки являются средствами СУБД - систем управления базами данных.

В заключение заметим, что математическое, программное и лингвистическое обеспечения АСУ тесно увязаны между собой и часто рассматриваются как единая система программно-математического обеспечения. Роль этих подсистем весьма велика. Если техническое обеспечение аналогично станочному парку некоторого производства, информационное - сырьевым ресурсам, то программно-математическое обеспечение можно рассматривать как совокупность инструментальных средств, от качества которых в значительной степени зависит качество конечной продукции, что применительно к АСУ означает достоверность результатов решения задач управления и производительность вычислительных операций. Развитие АСУ характеризуется непрерывным возрастанием удельной стоимости программно-математического обеспечения, характеризующего в значительной мере эффективность функционирования АСУ в целом. В настоящее время средства программно-математического обеспечения оцениваются в 70 % и выше общей стоимости АСУ.

Организационное обеспечение АСУ - совокупность документов, регламентирующих деятельность персонала АСУ в условиях ее функционирования.

Правовое обеспечение АСУ - совокупность правовых норм, регламентирующих правоотношения при функционировании АСУ и юридический статус результатов ее функционирования.

9.3. ОСНОВЫ РАЗРАБОТКИ АСУ

Создание АСУ представляет собой сложный и длительный процесс, включающий в себя научно-исследовательские, проектные, строительные, монтажные, наладочные и другие работы. Процесс создания АСУ разбивается на стадии и этапы. Стадия - одна из последовательно выполняемых частей процесса создания АСУ, установленных нормативными документами. Каждая стадия заканчивается получением заданного результата, которым является назначенный комплект документации или определенный объем внедрения автоматизированного управления. Этап составляет часть стадии, установленную нормативными документами на основе рационального планирования работ по созданию АСУ.

Введены три стадии разработки АСУ: 1) предпроектная; 2) разработка проектов; 3) ввод в эксплуатацию.

Предпроектная стадия включает в себя этапы разработки технико-экономического обоснования (ТЭО) и технического задания (ТЗ).

Важнейшей частью работ на предпроектной стадии создания АСУ является исследование существующей традиционной системы управления. Цель этого исследования заключается в том, чтобы вынести суждение о целесообразности перевода объекта на автоматизированное управление и наметить основные требования к будущей АСУ, если будет принято решение о ее создании. Важно под-

черкнуть, что уже на стадии обследования традиционной системы управления могут быть обнаружены значительные резервы повы- шения эффективности управления.

При исследовании объекта управления выясняется состояние его производственной деятельности, его организационная структу- ра и система управления, взаимодействие с поставщиками и по-I требителями, связи с научно-исследовательскими и проектными [ организациями. Весьма важной и трудоемкой составной частью J исследования является изучение потоков информации на основе изучения и анализа форм документов, техники их заполнения и обработки. Трудоемкость этой работы определяется множеством вопросов, которые нужно решить при анализе документооборота системы управления: назначение каждого документа; количество экземпляров; обязательные реквизиты и показатели документов; значимость каждого показателя и правила их формирования; периодичность составления документов; маршрут движения документа в пределах исследуемой системы и др.

1;ля упрош,ения и сокращения процесса исследования объекта управления широко используются методы и средства формализованного представления отдельных этапов исследования. В частности, используются специальные формы - спецификации определения систем управления: бланки описания организаций; структурная схема организации; таблица функций организации и ее подразделений; форма характеристик задач; бланк описания информационных потоков. Результирующим документом на этапе изучения структуры традиционной системы управления, целей ее . функционирования и ограничений, а также информационных потоков в системе является обобщенная структурно-информационная временная схема (ОСИВС), на которой с помощью условных обозначений отражаются этапы и маршруты движения документов.

Для анализа информационных потоков и алгоритмов обработки информации используются специальные формы: анализ документов; анализ массивов; анализ процедур.

Дальнейшим шагом совершенствования этапа исследования традиционных систем управления является определение информационно-функциональных характеристик объектов управления с использованием ЭВМ, что призвано значительно сократить время обследования объектов и повысить качество результатов обследования. Автоматизированные системы анализа информационных характеристик объектов управления позволяют получить такие сведения, как полнота обследования, степень обоснованности показателей документов, схемы формирования показателей и др.

Разработка проектов АСУ содержит этапы разработки технического и рабочего проектов. В ряде случаев, когда накоплен определенный опыт проектирования тех или иных типов АСУ, возможно одностадийное проектирование, при котором разрабатывается единый технорабочий проект. С другой стороны, при значительных масштабах объекта и отсутствии опыта проектирования возможно трехстадийное проектирование, при котором, помимо ра-

бочего и технического проектов предварительно разрабатывается эскизный проект.

Технорабочий проект содержит следующие основные материалы: пояснительную записку; рещения по техническому обеспечению; программную документацию; инструкции по обработке информации; должностные инструкции; описания постановки и рещения задач управления; описание организационной структуры АСУ; организацию информационной базы; системы классификации и кодирования технико-экономической информации; расчет экономической эффективности с указанием источников эффективности и срока окупаемости. Состав и содержание документов технорабо-чего (и других) проектов определяются ГОСТом.

В стадию разработки проектов АСУ входит также подготовка объекта к вводу в эксплуатацию, включающая разработку документов на заявку технических средств, их монтаж и наладку, контрольную проверку программ и инструкций.

Ввод в эксплуатацию включает в себя завершение строительно-монтажных и пусконаладочных работ, опытную эксплуатацию АСУ и сдаточные испытания. Осуществляется постепенный переход от традиционной системы управления к автоматизированной.

Большие масштабы работ по проектированию и внедрению АСУ в народное хозяйство потребовали разработки индустриальных методов создания АСУ, основанных на типовых элементах и типовых проектных решениях.

Типовые проектные решения (ТПР) АСУ - типовая проектная документация по программно-математическому и техническому обеспечению, позволяющая проектировать АСУ путем использования этой документации совместно с оригинальной проектной документацией, учитывающей специфику объекта управления. Уровень типизации особенно высок при разработке подсистем технического обеспечения АСУ, где он достигает 70 % и более. При разработке программно-математического обеспечения уровень типовых проектных решений составляет 10-50 %.

В целом по АСУ ТПР составляют от 30 до 70 %, что позволяет сократить сроки разработки АСУ и затраты на 15-30 %.

Разработка АСУ на базе ТПР сводится к выбору подходящего типового проекта решения и разработке проекта привязки ТПР к конкретному объекту управления. В проекте привязки устанавливаются отличия проектируемого объекта по экономическим показателям, информационным и функциональным характеристикам, организационной структуре, методам реализации функций управления, особенностям технологических процессов и т. п. Для учета этих отличий создаются проектные документы, составляющие оригинальную (не типовую) проектную документацию.

Типовые проектные решения строятся по модульному принципу на основе блочной структуры. При этом каждый из блоков реализует определенную часть задачи с использованием модуля-алгоритма и соответствующего ему программного модуля. Модуль-алгоритм и программный модуль выполняются в виде структуры,

характеризующейся значительной степенью законченности и пригодной для многократного использования при разработках АСУ на основе ТПР, а также во взаимодействии с оригинальной частью проекта системы управления.

Модульная структура ТПР, включение в состав ТПР нескольких вариантов модулей для реализации задач, отличающихся некоторыми показателями, возможность расширения фонда модулей обусловливают широкую область применения ТПР.

Структура ТПР содержит три класса типовых -проектных решений: Задача ; Техника ; Персонал .

Задача - класс ТПР, включающий в себя комплекс алгоритмов и программ, реализующих определенные функции управления в различных функциональных подсистемах АСУ. К ним относятся подсистемы; управления технической подготовкой производства; технико-экономического планирования; оперативного управления; уир.-вления материально-техническим снабжением; управления сбы'!ОМ и реализацией продукции; бухгалтерского учета.

хГехника - класс ТПР, включающий типовую проектную документацию по составу, размещению и использованию технических средств АСУ.

Персонал - класс ТПР, содержащий типовую проектную документацию, определяющую действие персонала АСУ в обычных и аварийных режимах работы.

Дальнейшим совершенствованием процесса разработки АСУ является использование систем автоматизированного проектирования (САПР АСУ). Автоматизированное проектирование АСУ опирается на методы автоматизированного анализа информационно-функциональных характеристик объектов управления, автоматизированного проектирования без данных, вычислительного процесса, программирования, средств формирования проектной документации. Основной проблемой, требующей решения и определяющей эффективность САПР АСУ, является необходимость разработки системы экономико-математических моделей функционирования различных объектов управления.

Примером САПР АСУ может служить разработанная в Ленинградском объединении Ленэлектронмаш Информационная система управления производством , представляющая собой пакет прикладных программ для реализации обобщенных типовых решений основных задач управления производством. Наиболее полно в системе решаются задачи оперативного управления производством, а также ряд функций управления технико-экономическим планированием и материально-техническим снабжением.

Из зарубежных разработок широкую известность получила система PICS (The Production Information and Control System), представляющая собой комплект пакетов прикладных программ, реализующий формирование информации, необходимой для управления подготовкой производства. Гибкая база данных обеспечивает широкую область применения системы.

Основное назначение САПР АСУ-автоматическая разработка проблемно-ориентированного математического обеспечения и

рабочего программного обеспечения на базе анализа, информационно-функциональных характеристик объектов управления с автоматической выдачей проектной документации на разрабатываемую АСУ.

Использование ТПР и САПР АСУ призвано существенно повысить эффективность и темпы разработки автоматизированных систем управления в различных отраслях народного хозяйства.

9.4. КРИТЕРИИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В УСЛОВИЯХ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ

АСУ, как любая сложная система, функционирует в условиях, .характеризующихся высокой степенью неопределенности. Объект управления и вся система управления подвержены воздействиям, характер и параметры которых в ряде случаев трудно предсказать. В связи с этим важное значение имеют методы и приемы выбора оптимальных или рациональных рещений в неопределенной ситуации, когда невозможно достаточно определенно судить о характере возможных воздействий на систему.

Приведем несколько общих критериев рационального выбора вариантов рещений из множества возможных альтернатив. Критерии основаны на анализе матрицы возможных воздействий и альтернатив рещений в исследуемой системе (табл. 9.1).

Матрица содержит: Аг - альтернативы, т. е. варианты состояний, один из которых необходимо выбрать; Sj - возможные воздействия, т. е. состояния входных сигналов; ац - оценки выбранной альтернативы, характеризующие доходы или убытки, возникающие от того, что при выбранной альтернативе возможны отклонения от соответствующего состояния входных сигналов.

Альтернативы в описанных условиях могут выбираться по одному из критериев, описанных ниже. .

Таблица 9.1