Автоматизированная система управления. 4

Глава 1. АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ: БАЗОВЫЕ ПОНЯТИЯ, ЭТАПЫ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА И РАЗРАБОТКИ

1.1. АСУ перевозками и воздушным движением. Основные понятия.

Автоматизированная система управления (АСУ) - совокупность экономико-математических методов, технических средств и организационных комплексов, обеспечивающих рациональное управление сложным объектом (например, предприятием, технологическим процессом). Наиболее важная цель построения всякой АСУ – резкое повышение эффективности управления объектом на основе роста производительности управленческого труда и совершенствования методов планирования и гибкого регулирования управляемого процесса. Объектом управления для АСУ перевозками и воздушным движением являются процессы, протекающие на воздушном транспорте.

Основными классификационными признаками, определяющими вид АСУ, являются:

• сфера функционирования объекта: промышленность, строительство, транспорт, сельское хозяйство, непромышленная  сфера и т.д.;
• вид управляемого процесса: технологический, организационный, экономический и другие;
• уровень в системе управления: государственный, отраслевой, промышленное, научное или торгово-производственное объединение, предприятие, производство, участок, технологический агрегат или процесс.

Функции АСУ устанавливают в техническом задании на её создание на основе целей управления, заданных ресурсов для их достижения и ожидаемого эффекта от автоматизации. Функции АСУ, в общем случае, включают в себя следующие элементы:

1. планирование и (или) прогнозирование;
2. учет, контроль, анализ;
3. координацию и (или) регулирование.

Укрупненная классификация АСУ, применяемых  на воздушном транспорте:

1. АСУ воздушным движением (АС УВД);
2. АСУ перевозок;
1. Автоматизированные системы бронирования (АСБ);
2. АСУ деятельностью авиакомпании;
3. АСУ деятельностью аэропорта;
4. АСУ отправками;
5. АСУ работой авиационно-технической базы и др.

Начало использования АСУ на воздушном транспорте СССР – конец 60-х – начало 70-х гг. 20го века.

Начало 70-х гг. – начало эксплуатации в Главном агентстве воздушных сообщений СССР АСБ «Сирена-1»;

1977, январь — введена в эксплуатацию первая отечественная автоматизированная система управления воздушным движением “Старт” в аэропорту “Пулково” (Ленинград).

1979, декабрь — завершено внедрение автоматизированных систем УВД в воздушных зонах аэропортов Борисполь, Пулково, Ростов-на-Дону, Минеральные Воды, Сочи.

1981, 15 апреля — введена в действие АС УВД в Московской воздушной зоне.

1.2. Состав и структура АСУ

В состав АСУ входят следующие виды обеспечений:

• информационное: классификаторы технико-экономической информации, нормативно-справочная информация, форма представления и организация данных в системе, в том числе формы документов, массивов и логические интерфейсы (протоколы обмена данными);
• программное: программы, необходимые для реализации всех функций АСУ в объеме, предусмотренном техническим заданием;
• техническое: технические средства, необходимые для реализаций функций АСУ: средства получения, ввода, подготовки, обработки, хранения (накопления), регистрации, вывода, отображения, использования, передачи информации и средства реализации управляющих воздействий;
• организационное: документы, определяющие функции подразделений управления, действия и взаимодействие персонала АСУ;
• метрологическое: метрологические средства и инструкции по их применению;
• правовое: нормативные документы, определяющие правовой статус АСУ и персонала, правил функционирования АСУ и нормативы на автоматически формируемые документы, в том числе на машинных носителях информации;
• лингвистическое: тезаурусы и языки описания и манипулирования данными.

В процессе создания АСУ используют также математическое обеспечение, в состав которого входят методы решения задач управления, модели и алгоритмы. В функционирующей системе математическое обеспечение реализовано в составе программного обеспечения.

Структуры АСУ характеризуют внутреннее строение системы и описывают устойчивые связи между её элементами. При описании АСУ пользуются следующими видами структур, отличающимися типами элементов и связями между ними:

• функциональная: элементы – функции, задачи, операции; связи – информационные;
• техническая: элементы – устройства ввода, хранения, обработки информации и другие; связи – линии связи между устройствами;
• организационная: элементы – коллективы людей и отдельные исполнители; связи – информационные, соподчинения и взаимодействия;
• алгоритмическая: элементы – алгоритмы; связи – информационные;
• программная: элементы – программные модули; связи – информационные и управляющие;
• информационная: элементы – формы существования и представления информации в системе (файлы, таблицы, массивы, базы данных и т.п.); связи – операции преобразования информации.

Перечисленные элементы АСУ принято  подразделять на основу и функциональную часть. Основа АСУ – общая часть обеспечений для всех задач, решаемых АСУ.

Функциональная часть АСУ состоит из набора взаимосвязанных программ для реализации конкретных функций управления (производство, планирование, финансово-бухгалтерскую деятельность и др.). Все задачи функциональной части базируются на общих для данной АСУ информационных массивах и на общих технических средствах. Включение в систему новых задач не влияет на структуру основы и осуществляется посредством типового для АСУ информационного формата и процедурной схемы. Функциональную часть АСУ принято условно делить на подсистемы в соответствии с основными функциями управления объектом. Подсистемы в свою очередь делят на комплексы, содержащие наборы программ для решения конкретных задач управления в соответствии с общей концепцией системы. Состав задач функциональной части АСУ определяется типом управляемого объекта, его состоянием и видом выполняемых им заданий. Например, в АСУ авиакомпанией часто выделяют следующие подсистемы: учета транспортной деятельности (обработка комплектов полетных заданий, формирование статистических сведений по авиалиниям, расчет сдельной оплаты летному составу и т.д.); взаиморасчетов с агентствами и аэропортами (обработка полетных купонов и квитанций платного багажа, формирование реестров выручки по агентствам и аэропортам и т.д.); планово- экономических расчетов рейса; планирования работы летного состава; периодического контроля техники пилотирования и др.

Деление функциональной части АСУ на подсистемы весьма условно, т.к. процедуры всех подсистем тесно взаимосвязаны и в ряде случаев невозможно провести чёткую границу между различными функциями управления. Выделение подсистем используется для удобства распределения работ по созданию системы и для привязки к соответствующим организационным звеньям объекта управления. Функциональная часть более мобильна, чем основа, и допускает изменение состава и постановки задач при условии обеспечения стандартного сопряжения с базовыми элементами системы.

Оконечное устройство АСУ, как правило, оформляется в виде АРМ (автоматизированного рабочего места). Например: для эффективного использования автоматизированной системы планово-экономических расчетов рейса целесообразна организация следующих АРМ в локальной вычислительной сети: инженера по расписанию, экономиста, штурмана, диспетчера.

1.3. Основные принципы создания и эффективного использования АСУ

Разработка АСУ, порядок их создания и направления эффективного использования базируются на следующих принципах (впервые сформулированных В. М. Глушковым).

Принцип новых задач. АСУ должны обеспечивать решение качественно новых управленческих проблем, а не механизировать приёмы управления, реализуемые неавтоматизированными метолами. На практике это приводит к необходимости решения многовариантных оптимизационных задач на базе экономико-математических моделей большого объёма (масштаба). Конкретный состав подобных задач зависит от характера управляемого объекта. Например, на транспорте важнейшее значение приобретают оптимизация маршрутов и расписаний движения. В системах управления отраслью первостепенное значение имеют оптимальное планирование работы предприятий.

Принцип системного подхода  к проектированию АСУ. Проектирование АСУ должно основываться на системном анализе как объекта, так и процессов управления им. Это означает необходимость определения целей и критериев эффективности функционирования объекта (вместе с системой управления), анализа структуры процесса управления, вскрывающего весь комплекс вопросов, которые необходимо решить для того, чтобы проектируемая система наилучшим образом соответствовала установленным целям и критериям.

Принцип первого руководителя. Разработка требований к системе, а также создание и внедрение АСУ возглавляются основным руководителем соответствующего объекта (например, генеральным директором авиакомпании).

Принцип непрерывного развития системы. Основные идеи построения, структура и конкретные решения АСУ должны позволять относительно просто настраивать систему на решение задач, возникающих уже в процессе эксплуатации АСУ в результате подключения новых участков управляемого объекта, расширения и модернизации технических средств системы, её информационно-математического обеспечения и т.д. Математическое обеспечение АСУ строится таким образом, чтобы в случае необходимости можно было легко менять не только отдельные программы, но и критерии, по которым ведётся управление.

Принцип единства информационной базы. В основных (генеральных) массивах исключается неоправданное дублирование информации, которое неизбежно возникает, если первичные информационные массивы создаются для каждой задачи отдельно. Система обработки первичных документов должна быть организована таким образом, чтобы данные о любом изменении, происходящем в управляемом объекте, в минимально короткий срок вводились в ЭВМ, а затем автоматически или по указанию оператора периодически распределялись по основным массивам и при этом чтобы сохранялось состояние готовности выдать любую информацию об объекте.

Принцип комплексности  задач и рабочих программ. Большинство процессов управления взаимосвязаны и поэтому не могут быть сведены к простому независимому набору отдельных задач. Например, задачи материально-технического снабжения органически связаны со всем комплексом задач оперативно-календарного и объёмно-календарного планирования; задание на материально-техническое снабжение составляется исходя из задач планирования производства, а при срывах в снабжении (по срокам и по номенклатуре) возникает необходимость трансформации планов. Раздельное решение задач планирования и материально-технического снабжения может значительно снизить эффективность АСУ.

Принцип согласования пропускной способности различных звеньев  системы. Скорость обработки данных в различных сопряжённых контурах системы должна быть согласована таким образом, чтобы избежать информационных заторов (когда возникает объективная возможность потери данных) или больших информационных пробелов (приводящих к неэффективному использованию некоторых элементов АСУ).

Принцип типовости. Разрабатывая технический комплекс, системное математическое обеспечение, рабочие программы и связанные с ними формы и состав информационных массивов, исполнитель обязан стремиться к тому, чтобы предлагаемые им решения подходили возможно более широкому кругу заказчиков. Типизация решений способствует концентрации сил, что необходимо для создания комплексных АСУ.

1.4. Процессы жизненного цикла АСУ

Жизненный цикл АСУ определен как совокупность взаимосвязанных процессов создания и последовательного изменения её состояния от формирования исходных требований до окончания эксплуатации и утилизации комплекса средств автоматизации.

Рекомендуемые для описания жизненного цикла АСУ процессы делятся на основные, вспомогательные и организационные.

Основные процессы жизненного цикла АСУ состоят из пяти процессов, которые реализуются заказчиком, поставщиком, разработчиком или какой-то другой стороной, вовлеченной в эту деятельность:

• процесс заказа: определяет работы заказчика, то есть организации, которая приобретает систему;
• процесс поставки: определяет работы поставщика, то есть организации, которая поставляет систему или её часть;
• процесс разработки: определяет работы разработчика, то есть организации, которая проектирует и разрабатывает систему или её часть;
• процесс эксплуатации: определяет работы организации, которая обеспечивает эксплуатационное обслуживание системы в заданных условиях в интересах пользователей;
• процесс сопровождения: определяет работы персонала, то есть организации, которая предоставляет услуги по сопровождению технических и программных средств, состоящих в контролируемом изменении с целью сохранения их исходного состояния и функциональных возможностей.

Вспомогательный процесс является целенаправленной составной частью другого процесса, обеспечивающей его успешную реализацию и качество выполнения. Вспомогательный процесс, при необходимости, инициируется и используется другим процессом. Вспомогательными процессами являются:

• процесс документирования: определяет работы по описанию сформированных требований, полученных результатов и т.п.;
• процесс управления конфигурацией: определяет работы по управлению конфигурацией технических и программных средств;
• процесс обеспечения качества: определяет работы по объективному обеспечению того, чтобы продукты проектирования и процессы соответствовали установленным для них требованиям и реализовывались в рамках утвержденных планов;
• процесс верификации: определяет работы (заказчика, поставщика или независимой стороны) по верификации разработанных продуктов и процессов, то есть их соответствие предъявляемым требованиям, по мере реализации этапов проекта;
• процесс аттестации: определяет работы (заказчика, поставщика или независимой стороны) по окончательному утверждению соответствия продуктов проектирования, предъявляемым к ним требованиям;
• процесс совместного анализа: определяет работы по оценке состояния и результатов какой-либо деятельности. Данный процесс может использоваться двумя любыми сторонами, когда одна из сторон проверяет другую;
• процесс аудита: определяет работы по определению соответствия требованиям, планам и договору. Данный процесс может использоваться, когда одна из сторон контролирует продукты и работы другой стороны;
• процесс решения проблемы: определяет работы по анализу и устранению проблем (включая несоответствия), которые были обнаружены во время разработки, эксплуатации или других процессов независимо от их характера и источника.

Организационные процессы служат для создания и реализации в организации основной структуры, охватывающей взаимосвязанные процессы жизненного цикла и соответствующий персонал, а также для постоянного совершенствования данной структуры и процессов. Организационными процессами являются:

• процесс управления: определяет основные работы по управлению, включая управление проектом, при реализации процессов жизненного цикла;
• процесс создания инфраструктуры: определяет основные работы по созданию инфраструктуры процессов жизненного цикла;
• процесс усовершенствования: определяет основные работы, которые организация (заказчика, поставщика, разработчика, персонала сопровождения или администратора другого процесса) выполняет при создании, оценке, контроле и усовершенствовании выбранных процессов жизненного цикла;
• процесс обучения: определяет работы по соответствующему обучению персонала заказчика, поставщика, разработчика или кого-либо другого.

1.5. Стадии и этапы создания АСУ

Работы по созданию АСУ рекомендуется  планировать как последовательность стадий и этапов, необходимых и  достаточных для достижения поставленных целей.

В зависимости от сложности объекта  автоматизации и набора задач, требующих  решения при создании конкретной АСУ, стадии и этапы работ могут иметь различную трудоемкость. Допускается объединять последовательные этапы и даже исключать некоторые из них на любой стадии проекта. Допускается также начинать выполнение работ следующей стадии до окончания предыдущей.

Стадии и этапы создания АСУ, выполняемые организациями-участниками, прописываются в договорах и  технических заданиях на выполнение работ:

Стадия 1. Формирование требований к АСУ.

На начальной стадии проектирования выделяют следующие этапы работ:

• обследование объекта и обоснование необходимости создания АСУ;
• формирование требований пользователей к АСУ;
• оформление отчета о выполненной работе и тактико-технического задания на разработку.

Стадия 2. Разработка концепции АСУ:

• изучение объекта автоматизации;
• проведение необходимых научно-исследовательских работ;
• разработка вариантов концепции АСУ, удовлетворяющих требованиям пользователей;
• оформление отчета и утверждение концепции.

Стадия 3. Техническое задание.

Разработка и утверждение технического задания на создание АСУ.

Стадия 4. Эскизный проект:

• разработка предварительных проектных решений по системе и её частям;
• разработка эскизной документации на АСУ и её части.

Стадия 5. Технический проект:

• разработка проектных решений по системе и её частям;
• разработка документации на АСУ и её части;
• разработка и оформление документации на поставку комплектующих изделий;
• разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта.

Стадия 6. Рабочая документация:

• разработка рабочей документации на АСУ и её части;
• разработка и адаптация программ.

Стадия 7. Ввод в действие:

• подготовка объекта автоматизации;
• подготовка персонала;
• комплектация АСУ поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями);
• строительно-монтажные работы;
• пусконаладочные работы;
• проведение предварительных испытаний;
• проведение опытной эксплуатации;
• проведение приемочных испытаний.

Стадия 8. Сопровождение АСУ:

• выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами;
• послегарантийное обслуживание.

1.6. Формирование требований к АСУ

Особенностью первой стадии работ  являются, как правило, нечетко сформулированные и недостаточно формализованные  пожелания к будущей АСУ. Поэтому этап обследования объекта автоматизации становится особенно важным и ответственным при принятии решения о возможности и целесообразности создания конкретной АСУ при имеющихся ресурсах и приемлемых сроках разработки, а также при планировании всей последующей деятельности.

Рекомендуется даже при проектировании АСУ для достаточно узкой сферы  деятельности проводить комплексное  обследование объекта. При этом желательно:

• обновить или подтвердить данные о структуре предприятия;
• выяснить политику высшего руководства по тактике и стратегии развития предприятия;
• составить карту или паспорт технических и программных средств предприятия, в том числе эксплуатирующихся АСУ;
• описать и провести структурный анализ существующих бизнес процессов, документооборота и информационных потоков.

Эти сведения будут необходимы как  при разработке концепции АСУ, так  и в начале проектирования, при  предварительной оценке стоимости  работ, решении вопросов интеграции новых и существующих программных  средств.

Особое внимание следует уделить структурному анализу деятельности предприятия. В качестве инструментов исследования возможно применение различных специализированных программных средств.

На этапе формирования требований пользователей к АСУ рекомендуется определить группы и отдельных сотрудников, для которых создаваемая автоматизированная система представляется как набор пересекающихся или непересекающихся функциональностей. В качестве инструмента для этого этапа можно применить диаграммы вариантов использования (use case diagram) унифицированного языка моделирования UML (Unified Modeling Language). Язык UML является простым и мощным средством моделирования, который может быть эффективно использован для построения концептуальных, логических и графических моделей сложных систем самого различного целевого назначения.

Визуальное моделирование в UML представляется как некоторый процесс поуровневого спуска от наиболее обшей и абстрактной  концептуальной модели исходной системы  к логической, а затем и к  физической модели соответствующей  программной системы. Для достижения этих целей вначале строится модель в форме диаграммы вариантов использования, которая описывает функциональное назначение системы или то, что система будет делать в процессе своего функционирования. Диаграмма вариантов использования является исходным концептуальным представлением или концептуальной моделью системы в процессе ее проектирования и разработки. Разработка диаграммы вариантов использования преследует цели:

• определить общие границы и контекст моделируемой предметной области на начальных этапах проектирования системы;
• сформулировать общие требования к функциональному поведению проектируемой системы;
• разработать исходную концептуальную модель системы для ее последующей детализации в форме логических и физических моделей;
• подготовить исходную документацию для взаимодействия разработчиков системы с ее заказчиками и пользователями.

В отчете о выполненной работе рекомендуется наличие следующих разделов:

• характеристика объекта и результатов его функционирования;
• описание существующей информационной системы и её недостатков;
• обоснование необходимости совершенствования информационной системы объекта;
• цели, критерии и ограничения создания АСУ;
• функции и задачи создаваемой АСУ;
• выводы и предложения.

В разделе "Характеристика объекта и результатов его функционирования" описывают тенденции развития, требования к объему, номенклатуре и качеству результатов функционирования, характер взаимодействия объекта с внешней средой, а также определяют существующие показатели функционирования и тенденции их изменения во времени.

Следующий раздел содержит описание функциональной и информационной структуры  системы, качественных и количественных характеристик, раскрывающих взаимодействие ее компонентов.

При описании недостатков существующей информационной системы приводят результаты анализа, при котором оценивают качество функционирования и организационно-технологический уровень системы, выявляют недостатки в организации и технологии функционирования информационных процессов и определяют степень их влияния на качество функционирования системы.

В разделе "Обоснование необходимости  совершенствования информационной системы объекта" при анализе  соответствия показателей функционирования объекта предъявляемым требованиям  оценивают степень соответствия прогнозируемых показателей требуемым и выявляют необходимость совершенствования информационной системы путем создания АСУ.

Раздел "Цели, критерии и ограничения  создания АСУ" содержит:

• формулировку производственно-хозяйственных, научно-технических и экономических целей и критериев создания АСУ;
• характеристику ограничений по созданию АСУ.

В раздел "Функции и задачи создаваемой  АСУ" включают:

• обоснование выбора перечня автоматизированных функций и комплексов задач с указанием очередности внедрения;
• требования к характеристикам реализации функций и задач в соответствии с действующими документами, определяющими общие технические требования к АСУ конкретного вида;
• дополнительные требования к АСУ в целом и ее частям, учитывающие специфику создаваемой системы.

Раздел "Ожидаемые технико-экономические  результаты создания АСУ" содержит:

• перечень основных источников экономической эффективности, получаемых в результате создания АСУ (в том числе - экономия производственных ресурсов, улучшение качества продукции, повышение производительности труда и т.д.) и оценку ожидаемых изменений основных технико-экономических и социальных показателей (например, показателей по номенклатуре и объемам производства, себестоимости продукции, рентабельности, уровня социального развития);
• оценку ожидаемых затрат на создание и эксплуатацию АСУ с распределением их по очередям ввода и календарным срокам;
• ожидаемые обобщающие показатели экономической эффективности АСУ.