Оглавление

ВВЕДЕНИЕ 2

Общие принципы проектирования информационных систем (ИС) 9

Системный подход к проектированию. 14

Описание объекта управления. Общие принципы построения и структура систем управления технологическими процессами. 14

Автоматные таблицы. Назначение. Правила составления. Примеры применения. 18

Графы переходов. Назначение. Правила составления. Примеры применения. 21

Автоматы Мура, Мили. 24

Схемы алгоритмов. Назначения. Правила составления. Примеры применения. 25

Распределение алгоритма процесса управления на подсистемы. 28

Декомпозиция алгоритма подсистемы на частные алгоритмы 31

Технология проектирования ИС 35

Основные понятия и определения 35

Жизненный цикл (ЖЦ) ИС 37

Системный анализ 38

Системный синтез 38

Внедрение проекта 39

Эксплуатация и сопровождение проекта 39

Состав стадий и этапов канонического проектирования ИС 42

Состав и содержание работ на предпроектной стадии 42

Состав и содержание работ на стадии технорабочего проектирования 47

Состав и содержание работ на стадии внедрения, эксплуатации и сопровождения проекта 52

Методы неканонического проектирования ИС 56

Проектирование как трехступенчатый процесс 56

Выбор стратегий и методов проектирования. 63

Описание некоторых неканонических методов проектирования. 70

Особенности проектирования некоторых подсистем информационной системы 75

Проектирование системы питания ИС 75

Проектирование системы связи в управляющих системах 82

Проектирование информационной базы при различных способах реализации 89

Проектирование экранных форм электронных документов 91

Специфика управления проектированием ИС 94

Типы схем организации проектирования 95

Построение структуры СУ процессами и производством. 98

Назначение, цели и функции АСУ ТП 98

Структура управляющей системы и ее вычислитель­ных средств 101

Основные типы структур АСУ 104

Оценка деления системы на части 111

Иерархический принцип построения систем управления производством. 113

Системы диспетчерского управления (Scada-системы) 119

Оперативное управление в реальном времени 124

Определение и виды систем реального времени (СРВ) 124

Комплекс технических средств (КТС) СРВ 125

Специфика и свойства операционных систем реального времени (ОСРВ) 134

Требования к языкам РВ 140

Структура программ СРВ 142

Последовательное программирование и программирование задач РВ 143

Применение сетей Петри для проектирования в РВ. 160

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 164

Список рекомендуемой литературы. 165

Введение

Важнейшая роль в обмене информацией принадлежит средст­вам связи. Посредством линий связи происходит передача данных между организациями и группами людей. Для использования по­лучаемой информации ее обрабатывают, т.е. преобразуют в дан­ные, удобные для принятия решений.

Принципы построения системы обработки информации и во­просы их автоматизации оказались общими для большого круга систем в различных областях человеческой деятельности. Такая возможность появилась в результате развития средств вычисли­тельной техники, повышения ее производительности, упрощения общения человека с этими системами, широкого использования автоматизации, сокращения затрат на эти действия.

Степень участия человека в управлении организацией опреде­ляется характером и условиями ее работы и уровнем автоматиза­ции системы.

Курс «Проектирование автоматизированных систем (АС)» изучает вопросы не толь­ко проектирования АС, но и организации работ по созданию, контролю и проведению испытаний, а также и эксплуатации АС.

Основные проблемы построения АС следующие.

Первой проблемой является определение необходимости при­менения АС. Ее решение связано с анализом важности задач, для которых она создается. Эти задачи могут определяться:

- социальным заказом общества;

- обеспечением безопасности личности и общества;

- защитой от экономических экспансий в определенных об­ластях промышленности, а также проведением экономических экспансий в своих интересах.

Социальный заказ для АС связан с необходимостью обра­ботки информации, например, в области медицинского обслужи­вания, пенсионного обеспечения и т.п.

Под безопасностью личности и общества понимаются, например, обеспечение условий безопасного труда, обеспечение безопасности производства для работающих людей и окружающей среды, связанных с нарушением экологических условий.

АС используются также для обеспечения внедрения но­вых высоких технологий, приводящих к снижению себестоимости, повышению эффективности проведения экономических экспансий с целью увеличения дохода в отраслях промышленности.

Второй проблемой является определение целесообразности построения АС. Под целесообразностью построения АС будем понимать получение экономических преимуществ в резуль­тате использования автоматизированной системы, главным обра­зом прибыли или дохода путем сокращения затрат на эксплуата­цию при выполнении работ.

Обе рассматриваемые проблемы — необходимость примене­ния и целесообразность построения АС практически связаны между собой. Можно принять, что первая проблема определяется политическими, а вторая экономическими вопросами жизни обще­ства. Учет взаимного влияния этих проблем обеспечивает создание рациональной АС.

Следующая, третья, проблема — оценка качества вы­полняемой работы и выпускаемого АС продукта. Это важ­нейший показатель, который связывает качество с характеристи­ками продукта.

Проблема определения рационального построения АС и уровня ее автоматизации является четвертой и ключевой, так как при ее решении выбираются алгоритмы функционирования, производится разделение выбранных алгоритмов и системы в целом на части, оцениваются требования к аппа­ратуре, степени автоматизации и надежности работы.

Пятая проблема, от которой зависит рациональная организа­ция работ по созданию АС, определяется затратами и срока­ми ее выполнения. Решение этой проблемы связано с особенно­стями построения АС, условиями контроля работоспособно­сти частей и последовательностью проведения испытаний.

Критериями оценки рациональности принимаемых решений по рассмотренным проблемам, наряду с использованием различных оценок эффективности при проектировании, являются эконо­мические показатели, связанные с затратами на разработку и изго­товление АС и главным образом с себестоимостью выпус­каемого продукта и прибылью, которую предполагает получить ее создатель. Такой подход к построению АС требует знания функциональных зависимостей между техническими параметрами и характеристиками АС и его частями, и экономическими по­казателями.

Приведем определения основных используемых терминов:

Система управления — это взаимосвязанные и взаимо­действующие в пространстве и во времени аппаратурные и про­граммные средства, реализующие алгоритм управления во време­ни определенных процессов, в результате которого производится продукт.

Процессом называется последовательность выполняемых во времени определенных действий — операций, происходящих при производстве продукта. Например, понятию «процесс» соответст­вует сборка-монтаж для получения изделия, проведение химиче­ских или других реакций для получения вещества, выполнение программы расчета по алгоритму с выдачей данных в самых раз­личных объектах: самолете, корабле, торговой фирме, банке и т.п.

Алгоритмы описывают процессы, которыми управляет сис­тема. На основании алгоритмов, в которых указываются диапазо­ны и погрешности всех входных и выходных данных, их времен­ные характеристики, формульные и логические зависимости, а также методики проверки правильности их выполнения, пишутся программы, реализующие алгоритмы на вычислительных средст­вах.

Результатом выполнения процесса является получение про­дукта. Продуктом процесса могут являться вещества, изделия, цифровые данные, ауди- и видеоинформация, сигналы управления и т.п.

Автоматизированной системой обработки информации и управления (АСОИУ) принято называть систему, состоящую из взаимосвязанных и взаимодействующих в пространстве и во вре­мени вычислительных, алгоритмических и связных средств, ис­точников информации с метрологическим обеспечением, средств управления и отображения применяемых для получения продукта заданного качества в определенных условиях эксплуатации с уча­стием человека.

Структурной схемой устройства, алгоритма, системы - схема, на которой даны связи между ее частями. Достоинством данной формы отображения связей в системе является универсальность и независимость от физической природы автоматизируемого объекта или процесса.

В соответствии с природой процессов, протекающих в АС при их функционировании, можно условно выделить два вида систем: технические и экономические.

Технические системы включают в себя широкий круг подсис­тем, использующих различные технические средства. К ним отно­сятся системы управления отдельными объектами (станком, кра­ном, кораблем, самолетом и т.п.) и системы, предназначенные для контроля и управления технологическими процессами. Для этих АС характерно получение информации в основном от авто­матических и полуавтоматических устройств и выдача ее также автоматическим исполнительным органам. Для технических сис­тем недопустимо большое запаздывание при передаче и перера­ботке информации и характерны высокие требования к надежно­сти работы всех процессов управления.

Экономические АС используются в системах управления административно-организационного типа. К административным системам относятся АС различными отраслями народного хозяйства, информационно-справочные и информационно-поиско­вые системы. На первый план в таких системах выдвигаются про­блемы поиска информации и разработки программ для решения на ЭВМ отдельных задач. Для систем этого вида источниками ин­формации являются документы, подготовленные человеком и вве­денные оператором, а также поступившие по линиям связи. На выходе в этих системах информация выдается в виде документов, удобных для восприятия людьми или в линии связи.

В АС административного вида в силу большей по срав­нению с техническими длительностью самих управляемых процессов обычно происходит относительно большее запаздывание при сборе, передаче и обработке информации и, кроме того, харак­терно долговременное хранение больших массивов информации. Также в системах данного типа очень велико влияние человеческого фактора на конечный результат обработки информации, что накладывает жесткие ограничения на построение в первую очередь интуитивно понятного и однозначного человеко-машинного интерфейса (HMI, Human-machinery interface в англоязычной литературе).

Конечно, имеются системы, включающие в себя подсистемы различных видов. Так, функционирование крупного предприятия немыслимо без экономической подсистемы, и в более общем виде может быть представлено как комплекс технической и админист­ративной АС.

Системы, в которых человек полностью исключен из процесса управления, называются автоматическими. Когда в системе управления часть функций по управлению осуществляется челове­ком, они называются автоматизированными.

Автоматизированные системы обработки информации и управления могут значительно отличаться по характеру и объему решаемых задач, типам объектов управления и ряду других при­знаков. Поэтому можно классифицировать АС по различным признакам:

- размерам сферы действия (в масштабах земного шара, го­сударства, отрасли, предприятия, отдельных процессов и опера­ций);

- характеру решаемых задач (стратегические, тактические, оперативные).

Исторически сложилось разделение АС на следующие классы по требованиям к времени реакции на поступающую ин­формацию и сигналы:

• АС реального масштаба времени;

• АС с контрольным временем;

• АС со свободным временем.

По областям работы АС распределяются на:

• АСУП — автоматизированные системы управления произ­водством;

• БАС — банковские автоматизированные системы;

• связные системы, осуществляющие коммутацию линий связи;

• системы, используемые в торговле;

• военные системы;

• системы бронирования мест;

• медицинские системы;

• административные системы;

• справочные системы.

В свою очередь, каждая область АС может делиться на классы по определенным условиям использования. Например, во­енные АС делятся по месту их установки на стационарные, передвижные, бортовые; по требованиям к конструкции, схемам и условиям работы системы - на наземные, морские, самолетные, ракетные и т.д.

Рассмотрим требования к временным характеристикам работы различных классов АС.

АС реального масштаба времени характеризуются тем, что они используются в управлении процессами, в которых жестко регламентированы моменты поступления информации и моменты выдачи сигналов управления и данных либо жестко регламентиро­ваны длительность обработки информации и моменты выдачи сигналов управления и данных. Характерной особенностью этих систем является высокая частота поступления данных (до несколь­ких мегагерц) и частота выдачи сигналов управления и данных (до нескольких сотен герц). Эти требования относятся к АС двигателями, самолетами, стрельбой и запуском ракет, некоторы­ми химическими производствами, станками и обрабатывающими центрами, тренажерами и т.п.

АС с контрольным временем в основном встречаются при обслуживании процессов, в которых регламентируются только определенные этапы выполнения процесса, например, выдача на экран заранее подготовленных данных не более, чем через 3-6 с от момента запроса, получение данных по определенным реквизи­там за время не более заданного и т.п.

К АС со свободным временем относятся аналитические, исследовательские, автоматизированные системы управления про­изводством, коммерческие и другие, у которых время получения результата определяется, производительностью вычислительных средств, а время выполнения заявки может составлять 10 минут или превышать 10 минут.

Каждая АС в любой области применения должна иметь защиту от несанкционированного ее использования и защиту от проникновения вирусов, которые нарушают работу программ и системы. Это требование является обязательным для любой АС, в зависимости от области применения оно только кон­кретизируется.