книги из ГПНТБ / Яковенко, Е. Г. Основы автоматизированных систем управления учеб.-метод. пособие

Операцией называется любое мероприятие или система действий, объединенных единым замыслом н направленных к достижению определенной цели. На­ пример, расширение выпуска определенной продук­ ции на заводе требует одновременного и взаимосвя­ занного решения множества частных проблем: рекон­ струкции предприятия, заказа оборудования, сырья и материалов, подготовки кадров, подготовки рынка сбыта, совершенствования технологии, изменения сис­ темы оперативно-производственного планирования и диспетчеризации, организационной перестройки, пе­ ремещения руководящих работников и т. д. и т. п. Для решения подобных задач привлекают экономис­ тов, математиков, статистиков, инженеров и ученых (например, химиков, если речь идет о химическом заводе), социологов и психологов.

Обычно основными этапами операционного иссле­ дования считаются следующие:

1.Постановка задачи и выделение критерия эф­ фективности. (В указанной задаче критерием эффек­ тивности может быть, например, рост прибыли пред­ приятия в результате расширения выпуска продук­ ции.)

2.Построение математической модели изучаемой системы.

3.Нахождение решения с помощью модели,

4.Проверка модели и полученного с ее помощью решения.

5.Построение процедуры подстройки (т. е. исправ­ ления) решения на случай, если изменяются условия.

6.Осуществление решения.

Количественные методы исследования операций строятся на основе достижений ряда экономико-ма- тематических и статистических дисциплин. Среди них назовем оптимальное программирование. Этим терми­ ном объединяются различные математические методы и дисциплины, применяемые при решении оптимиза­ ционных плановых задач. Слово «программирование» означает здесь распределение ограниченных ресурсов наилучшим образом для достижения поставленных целей .(Не следует смешивать его с термином «про­ граммирование», означающим составление программ для электронно-вычислительных машин.)

19

Отметим также теорию статистических решений—

научную дисциплину, которая изучает математичес­ кие (математико-статистические) правила .принятия решений, в первую очередь экономических. Сравнение ожидаемых результатов с помощью специальных ма­ тематических приемов позволяет принимать решения, обладающие большей вероятностью успеха, чем те решения, которые принимаются интуитивным путем.

Поясним сущность этой дисциплины практическим примером. Предположим, что на заводе, изготовляю­ щем телевизионные трубки, надо организовать выбо­ рочный контроль качества продукции. Выборочный потому, что проверка каждого без исключения кине­ скопа обходится слишком дорого. Контроль потому, что иначе в торговую сеть будет проникать брак. Воз­ никает вопрос: каким должен быть размер выборки? Иными словами, нужно ли проверять каждый второй кинескоп или каждый десятый, сотый?

Обычно устанавливают, при каком объеме выбор­ ки количество пропущенного брака не превысит не­ которой принятой величины. Но сам процент брака в этом случае устанавливается произвольно. Теория статистических решений переносит проблему в дру­ гую плоскость: главное сопоставить дополнительные затраты, которые несет с собой расширение числа проверяемых изделий, и потери (на гарантийном ре­ монте, на сокращении сбыта продукции, если потре­ бители «отвернутся» от нее), которые будут вызваны проникновением повышенного количества негодных изделий в торговлю. Иначе говоря, здесь нужно не произвольное, а математически рассчитываемое оп­ тимальное решение.

Существует также ряд других экономико-матема­ тических дисциплин, методы которых применяются в автоматизированных системах управления.

§ 3. Общие сведения об ЭВМ

Электронные вычислительные машины (ЭВМ) вместе со средствами связи, а также некоторыми другими приборами и устройствами представляют собой техни­ ческую базу современных систем управления, в том

20

числе автоматизированных. Без ЭВМ невозможно практическое применение тех достижений экономичес­ кой науки, математики и других наук, о которых говорилось выше. ЭВМ бывают двух видов — анало­ говые и цифровые. В экономике применяются глав­ ным образом ЭВМ второго вида (ЭЦВМ).

Электронные вычислительные машины появились сравнительно недавно. Сейчас они насчитываются в

Рис. 1

ввода. Прежде всего это устройство, воспринимающее информацию с перфокарт, пока наиболее распростра­ ненное.

Перфокарта имеет ряд недостатков. Она велика по размеру, но информации на ней умещается мало. Скорость считывания данных с перфокарты (т. е. про­ битых на ней отверстий) очень мала по сравнению со скоростями действия процессора и запоминающих устройств ЭВМ: обычно она не превышает десятка

21

перфокарт в секунду. Для экономических задач, от­ личающихся огромным объемом данных, это крайне малая скорость.

Перфолента — это лента с пробитыми на ней от­ верстиями. Она более компактна, чем перфокарта, но скорость считывания с нее тоже мала. К тому же и у нее есть недостаток: на ней труднее, чем на перфо­ картах, исправлять ошибки (перфокарту с неправиль­ ной пробивкой можно изъять из массива).

Магнитная лента — наиболее эффективное сред­ ство ввода данных в ЭВМ. Кроме автоматических су­ ществуют также устройства для ручного ввода дан­ ных, например пишущая машина и «световое перо» (приспособление, с помощью которого на специаль­ ном экране можно редактировать, исправлять инфор­ мацию, а также вводить графики).

Недостаточная скорость действия вводных уст­ ройств — серьезное препятствие для решения на ЭВМ экономических задач. Поэтому машины, пред­ назначенные для этой цели, часто комплектуются до­ полнительными вводными устройствами.

Запоминающие устройства фиксируют и хранят данные, выдают их при необходимости для расчета процессору машины, а также на буквопечатающие и другие выводные устройства.

Есть несколько видов запоминающих устройств, главные из них—оперативное запоминающее устрой­ ство (ОЗУ), т. е. внутренняя память, и долговремен­ ные запоминающие устройства (ДЗУ) или иначе — внешняя память (ВЗУ).

ОЗУ — очень сложное и дорогое устройство. У средней машины оно может хранить 8—16 тыс. байтов информации (байт — единица информации, содержа­ щая букву или другой символ или две цифры). Сов­ ременная мощная машина может хранить в своем ОЗУ до 2 млн. байтов — это книга примерно в ты­ сячу страниц. Важным достоинством ОЗУявляется то, что из него можно в любой момент с большой ско­ ростью выбирать данные для расчетов, производимых в процессоре машины. Скорость выборки — одна из важных характеристик качества машины. В некото­ рых случаях эта скорость достигает 2,5 тыс. страниц печатного текста в секунду.

22

Долговременные запоминающие устройства хра­ нят информацию на магнитных лентах (в устройст­ вах, аналогичных магнитофону), а также на магнит­ ных барабанах и дисках. Ленты могут находиться не только в самой машине, но и в специальной лентотеке, откуда работники вычислительного центра доста­ ют их, готовясь к решению соответствующей задачи. (Это относится также к барабанам и дискам). Ем­ кость ДЗУ намного больше емкости оперативных уст­ ройств памяти, но зато они обладают меньшей ско­ ростью выдачи информации.

Основным рабочим и управляющим органом всей системы является процессор. Данные, подлежащие переработке, поступают в него через вводное устрой­ ство (ввод). Кроме того, вводятся те данные, которые составляют машинную программу. Все они поступают в память машины: данные, которые нужны в расче­ тах чаще, — в оперативное запоминающее устройст­ во, а остальные — в долговременное запоминающее устройство. Каждая часть информации (буква, знак, цифра и т. д.) закодирована и хранится в определен­ ном месте, заранее пронумерованном, чтобы их мож­ но было легко найти в случае необходимости. В со­ ответствии с указаниями (командами) программы процессор «запрашивает» данные из запоминающих устройств, группирует, соединяет их с другими, про­ изводит арифметические и логические действия, а ре­ зультаты либо снова помещает в «память», либо пе­ редает на выводное устройство. Все эти операции проводятся последовательно, в соответствии с про­ граммой, разработанной человеком.

Программа действия ЭВМ включает перечень ко­ манд. В каждой команде закодирован вид операции (сложение, вычитание и т. д.), а также номера («ад­ реса») тех ячеек, в которых записаны исходные дан­ ные каждой операции и в которые должен быть поме­ щен результат вычисления. Когда введены данные и имеется программа, машина после пуска автоматиче­ ски проводит весь процесс-расчета и выдает готовый результат. Обычно бывает предусмотрена также воз­ можность остановки расчетов и выдачи промежуточ­ ных результатов для контроля. В мощных современ­ ных машинах возможно одновременное решение

23

нескольких задач, причем они не «смешиваются» друг с другом.

Главное требование к процессору состоит в том, чтобы он возможно быстрее «запрашивал» нужные данные из запоминающих устройств, производил с

Программы работы ЭВМ записываются на алго­ ритмических языках. Есть два основных вида алго­ ритмических языков: машинно-независимые (приме­ нимые для разных ЭВМ) и машинные языки для кон­ кретных ЭВМ. Первые удобнее в обращении — на них может быть записана любая задача. Но для то­ го чтобы приступить к решению задачи, программу нужно перевести на язык, применимый для данной

грамме, которая называется транслятором («перевод­ чиком») .

Выводные устройства ЭВМ бывают разных типов: пишущие машинки, которые с большой скоростью пе­ чатают результаты решения на рулонной бумаге; чрезвычайно быстро работающие контактные строко­ печатающие устройства; работающие на основе элект­ ронно-лучевых трубок устройства для вывода кривых и т. д.

Большое количество информации, предназначен­ ной для дальнейшей переработки, выдается на пер­ фокарты, магнитные ленты и другие машинные носи­ тели.

Экономические расчеты отличаются, как правило, большим количеством исходных данных и сравни­ тельно несложной их переработкой. Большое значе­ ние имеет форма представления результатов — она должна позволять быстро принимать на их основе решения. Поэтому в целом требования к ЭВМ, пред­ назначенным для применения в экономике, можно оп­ ределить следующим образом: возможность одновре­ менного ввода большого количества информации; об­ ширная емкость внешней памяти; многоступенчатая система оперативной памяти, способная маневриро­

24

вать информацией в процессе решения задачи; высо­ кое быстродействие машины; возможность работы в режиме разделенного времени (т. е. одновременного решения нескольких задач, поступающих с дистанци­ онных пультов от разных пользователей); возмож­ ность оперативного взаимодействия оператора и ма­ шины в процессе расчета; мощные устройства для вывода информации на печать; возможность визуаль­ ного представления информации; возможность сое­ динения с другими машинами в процессе расчетов.

ЭВМ сосредоточены в вычисли­ тельных центрах (ВЦ). Некото­ рые из них, как, например, Глав­

ный вычислительный центр Госплана СССР (ГВЦ), вычислительные центры АН СССР и другие, представ­ ляют собой крупные предприятия по переработке ин­ формации. В ряде случаев для решения особо слож­ ных задач создаются вычислительные комплексы. Вы­ числительный комплекс — это обычно несколько вы­ числительных машин, связанных линиями передачи информации. Часто одна из вычислительных машин комплекса играет как бы роль диспетчера. Она коор­ динирует процессы вычислений, проверяет качество исходных данных, обеспечивает равномерную загруз­ ку устройств. Комплексы повышают скорость обра­ ботки данных, одновременно выполняют расчеты по большому количеству независимых задач, действуя в режиме разделенного времени.

Как всякое предприятие, вычислительный центр имеет свой технологический процесс. Процесс про­ хождения задач в вычислительном центре включает следующие стадии

1)прием и регистрация исходной программы;

2)предварительная формальная проверка записи алгоритма решения задачи на входном языке;

3)перфорация программы и контроль ее правиль­

ности;

4)подготовка к трансляции (переводу на язык машины);1

1 См. В. М. Глушков и др. Человек и вычислительная тех­ ника. Киев, 1971, стр. 15.

25

5)трансляция программы на ЭВМ;

6)сортировка программ (отсеивание тех, которые содержат ошибки и не протрапслированы по той или

иной причине);

7)внесение исправлений в .программу;

8)анализ непротранслироваиных программ;

9)перфорация данных для контрольного счета;

10)контрольный счет;

11)собственно решение задачи.

Этот сложный процесс, очевидно, в скором бу­ дущем упростится. В ряде случаев его заменит непо­ средственное общение человека с ЭВМ с помощью дистанционных пультов управления и таких способов ввода, при которых машина непосредственно воспри­ нимает задачу, решает ее и выдает решение на тот же дистанционный пульт. В некоторых научно-иссле­ довательских институтах процесс прохождения задач

ввычислительном центре уже упрощен.

§4. Автоматизированные системы управления

Синтезом современных достижений в области эконо­ мических, математических наук, кибернетики, элект­ ронно-вычислительной и организационной техники яв­ ляются автоматизированные системы управления

(АСУ).

Распространено мнение, что автоматизированная система управления отличается от обычной, неавто­ матизированной системы использованием электрон­ ной вычислительной машины. Такое мнение ошибоч­ но: можно иметь ЭВМ, использовать ее, и все же сис­ тема управления не будет автоматизированной. Это подтверждается историей применения электронновычислительных машин в управлении, которая, не­ смотря на свою краткость, прошла уже через ряд этапов.

На первом этапе ЭВМ применялись для решения разовых, отдельных задач: например, для производ­ ства различных плановых расчетов, результаты кото­ рых рассматривались органом управления и прини­ мались либо отвергались. При этом все необходимые

26

данные собирались специально для решения каждой

машину каждый раз, когда решается та или иная за­ дача: значительная часть этих данных (нормативы, цены и прочие неизменные величины) хранится в ее запоминающем устройстве и поступает при расчетах в процессор, минуя ввод.

Достижения в развитии электронной вычислитель­ ной техники и экономико-математических методов, а также в области упорядочения экономической ин­ формации и в других областях экономической ра­ боты позволили перейти к третьему, современному этапу применения ЭВМ. Его можно назвать систем­

систему управления с применением современных автоматических средств обработки данных и эконо­ мико-математических методов для регулярного ре­ шения основных задач управления производственно­ хозяйственной деятельностью.

Автоматизированная система управления — это человеко-машинная система, в которой главную роль играет человек. В автоматизированной системеуп­ равления автоматизируются, т. е. передаются для ис­ полнения машинам и другим устройствам, лишь не­ которые операции и действия, прежде всего так на­ зываемые рутинные — часто повторяющиеся стан­ дартные операции расчетов и принятия решений. Но решающее слово остается за человеком, который по-

27

стоянію участвует в процессе управления. Этим ав­ томатизированные системы отличаются от автомати­ ческих систем, которые применяются в технике и дей­ ствуют самостоятельно, без вмешательства человека, по заданной программе. При создании АСУ очень большое значение имеет выработка наиболее эффек­

равления от неавтоматизированной системы управле­ ния с использованием ЭВМ видно из сопоставления рис. 2 и 3.

В первом случае ЭВМ используются для решения отдельных задач управления. Например, руководите­ ли завода вырабатывают производственное задание с помощью машины (на основе полученных от цехов необходимых данных о производственных возможно­ стях), а затем доводят его до цехов, получают отче­ ты о ходе выполнения задания, вырабатывают новое задание и т. д.

Во втором случае информация от цехов (объекта управления) собирается непосредственно вычисли­ тельным центром (ЭВМ) и лишь оттуда поступает в орган управления, как правило, в переработанном ви­ де. Известная часть информации поступает в орган управления и другим путем (сведения о деловых ка­ чествах работников, личные впечатления руководите­ лей от посещения цехов и т. д.). Но основная масса данных поступает в вычислительные устройства; они составляют на основе этих данных задания и переда­ ют готовые результаты расчетов, с одной стороны, органу управления, а с другой (через контрольное звено) — объекту управления. Контрольным звеном здесь может быть либо специальный орган, либо часть аппарата управления. Контроль позволяет, в

28