книги из ГПНТБ / Белоногов Г.Г. Автоматизированные информационные системы

определяется некоторым законом (алгоритмом) управ­ ления.

В составе алгоритма управления можно выделить два основных функциональных элемента: систему подготовки данных для принятия решений и собственно систему принятия решений. Эти элементы в различных ситуациях могут быть в разной степени автоматизированы. Чаще всего функции принятия решений в силу сложности их формализации остаются за человеком.

Важной составной частью управляющего органа является информационная система. Информационная си­ стема может быть упрощенно представлена как упоря­ доченное хранилище информации о состоянии объектов управления. На основе этой информации осуществляет­ ся решение задач, связанных с подготовкой данных для принятия решений. На начальном этапе развития АСУ могут быть автоматизированы лишь процессы информа­ ционного обеспечения, а наиболее сложные операции по подготовке данных для принятия решений оставлены за человеком.

Объект управления подчинен управляющему органу. В его состав входят функциональные части, аналогичные функциональным частям управляющего органа: инфор­ мационная система, система подготовки данных для при­ нятия решений, система принятия решений. Отличие это­ го объекта АСУ от управляющего органа заключается

вхарактере обрабатываемой информации и характере алгоритмов управления, которые обусловлены особенно­ стями процессов управления на данном уровне иерар­ хии.

Объект управления, в свою очередь, может выступать

вкачестве управляющего органа для одного или не­ скольких процессов, образуя вместе с ними замкнутую

систему управления производственно-технологического типа.

Как и в предыдущем случае, основные функции объ­ екта управления (информационное обеспечение, алго­ ритм управления) могут быть автоматизированы в раз­ личной степени в зависимости от этапности разработки и внедрения АСУ, а также от сложности формализации процесса управления. Здесь также, как правило, процесс автоматизации начинается с создания АИС, собираю­ щей, хранящей, обновляющей и обрабатывающей инфор­ мацию от подчиненных объектов управления организа­

20

ционно-административного типа и управляемых произ­ водственно-технологических процессов.

Управляемый производственно-технологический про­ цесс реализуется с использованием производственно-тех­ нологического оборудования датчиков информации об этом процессе. Управляемый процесс потребляет мате­ риалы и энергию, выдавая выходную продукцию. Как правило, управление в производствено-технологическом замкнутом контуре осуществляется при минимальном участии человека и реализуется с минимальными за­ держками во времени — практически в реальном мас­ штабе времени.

Рассмотрим кратко процесс управления в динамике, обратив особое внимание на информацию, которой обме­ ниваются основные элементы АСУ (см. структурную схе­ му АСУ на рис. 2.1).

На выходе объекта С в процессе его функционирова­ ния появляется информация (сообщение) хв. В состав этой информации входят параметры, характеризующие состояние управляемого процесса С. В общем случае информация об объекте С представляет собой совокуп­ ность параметров хви ..., хвп, которые можно рассма­

Информация выходного вектора хв с помощью соот­ ветствующих измерительных элементов (датчиков ин­ формации) и линий связи формируется в некоторой за­ ранее определенной стандартной форме и передается в информационную систему объекта В. Эта информация может формироваться в непрерывной или дискретной форме и преобразовываться либо на объекте В, либо непосредственно на объекте С. Интервал времени между последовательными посылками информации об управ­ ляемом объекте определяется исходя из особенностей управляемого процесса, требуемой точности, времени ре­ гулирования и конкретных особенностей технического решения.

На вход объекта С поступает управляющая инфор­ мация (управляющее воздействие) хс от управляющего органа В. В общем случае управляющая информация хс также представляет собой некоторое сообщение, имею­ щее в своем составе совокупность упорядоченных харак­ теристик управления процессом С, которые могут быть

21

объединены в вектор х с с координатами x cj (7=1, . . г):

ными с производственно-технологическим оборудова­

нием.

На вход объекта В от объекта А поступает управляю­ щая информация х в*. По аналогии с терминологией тео­ рии систем автоматического управления эту информа­ цию можно назвать з а д а ю щ и м в о з д е й с т в и е м . Она представляет собой инструкцию о том, каким должен быть выход объекта С. В классических системах авто­ матического регулирования управляющая информация конкретизирует цель управления в виде задающего воз­ действия x B*=(x*h ..., х*п), включающего все п коор­ динат, характеризующих состояние управляемого про­ цесса. В АСУ из-за исключительной сложности процес­ сов цель управления формулируется в более общем виде. Здесь в качестве задающего воздействия, определяюще­ го цель управления объектом С, обычно используется вектор хв** = (хв**и . .., хв**і), включающий не все пока­ затели производственного процесса, а лишь основные обобщенные показатели выходной продукции объекта С (номенклатура, качество, производительность) и ограни­ чения по ресурсам (материалы, сырье, энергетические и финансовые расходы, используемое оборудование). Все остальные операции по преобразованию вектора х в** в вектор хв*, а также по преобразованию трансформи­ рованного управляющего воздействия хв* в управляю­ щую информацию х с осуществляются алгоритмом управ­ ления объекта В на основе использования данных о те­ кущем состоянии объекта С, хранящихся в информаци­ онной системе объекта В.

АСУ, как правило, являются системами замкнутыми, т. е. системами с обратной связью. Поэтому в них пре­ дусматривается обмен осведомительной информацией между соответствующими АИС, а также между инфор­ мационными системами и управляемыми процессами. Объем осведомительной информацией должен обеспечи­ вать реализацию алгоритма управления в соответствую­ щем вышестоящем органе управления, т. е. обеспечивать выработку управляющего воздействия.

При анализе АСУ нельзя не учитывать наличие не­ контролируемых и заранее непредвиденных возмущаю­

22

щих воздействий (помех). Эти возмущающие воздейст­ вия (z), как правило, являются следствием отсутствия,

управления. Решение вопроса о целях управления и со­ ответствующих критериях оптимальности является слож­ нейшей творческой задачей. В качестве критериев опти­ мальности работы АСУ используются технические или экономические показатели, например: производитель­ ность объектов, качество продукции, затраты сырья, элек­ троэнергии и т. п. Выбор критерия оптимальности опре­ деляется конкретными технико-экономическими усло­ виями.

АСУ являются системами с неполной информацией об управляемых объектах и процессах управления. Как правило, алгоритм управления формализуется лишь ча­ стично. Основные функции по принятию решений и под­ готовке данных для принятия решений осуществляются человеком на основе опыта.

Как указывалось ранее, в системе управления имеют место возмущения, охватывающие всю совокупность при­ чин, приводящих к погрешностям вследствие неадекват­ ного отображения информации о реальном состоянии управляемых объектов и процессов. На работе системы сказывается также субъективность в определении целей управления и критериев оптимальности управления. Имеет значение и правильность выбора показателей, определяющих задающее воздействие.

Наличие всех этих погрешностей в АСУ порождает необходимость привлечения сложных методов управле­ ния. Влияние погрешностей может быть значительно уменьшено с помощью АИС, способных быстро воспри­ нимать и упорядочивать информацию о реальном со­ стоянии управляемых объектов и тем самым реализо­ вать основной принцип управления — принцип обратной связи.

23

Г л а в а 3 ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Математическое обеспечение автоматизированных систем управления

Прежде чем перейти к рассмотрению автоматизиро­ ванных информационных систем, остановимся кратко на структуре и основных понятиях системы математическо­ го обеспечения (МО) АСУ в целом. АСУ включает две

нимается совокупность специальных программ, описаний и инструкций, обеспечивающих функционирование АСУ в соответствии с ее целевым назначением. При этом подразумевается, что обеспечивается алгоритмическая и программная совместимость всех элементов, входящих в состав математического обеспечения АСУ. Наряду со специализированными программными системами в со­ став математического обеспечения АСУ включаются от­ дельные элементы так называемого общего математиче­ ского обеспечения тех ЭВМ, на базе которых построена данная АСУ, например, некоторые блоки операционных (обслуживающих) систем, программные, средства кон­ троля работы машин (тесты), машинно-ориентирован­ ные системы программирования и др. На рис. 3.1 пред­ ставлен вариант структурной схемы системы математиче­ ского обеспечения АСУ.

Система МО АСУ подразделяется на две части: об­ щую и специальную. О б щ а я ч а с т ь системы математи­ ческого обеспечения создается в предположении много­ целевого использования вычислительной техники и не­ посредственно не ориентирована на использование в кон­ кретной АСУ.

В состав общей части МО могут включаться следую­ щие основные элементы:

— операционная система (ОС): диспетчер операцион­ ной системы (ДОС), программное управление выпол­ нением заказов к внешним устройствам ввода — вывода (УВЗ УВВ), система повышения вычислительной устой-

24

чивости (ПВУ), интерпретирующая система и библиоте­ ка стандартных программ (ИС БСП);

— система автоматизированного (функционального) контроля (САК): диспетчер автоматизированного кон­ троля— ДАК, контролирующие тесты (КТ), испыта­ тельные программы (ИП), диагностические тесты (ДТ);

— общее МО подготовки программ.

С п е ц и а л ь н а я ч а с т ь МО может включать или использовать основные элементы общей части матема­ тического обеспечения и иметь в своем составе:

— автоматизированную информационную систему (АИС), в которой можно выделить автоматизированную информационно-поисковую систему (АТІПС), систему автоматизированной словарной службы (САСС) и си­ стему отображения выдаваемой информации (СОВИ);

— систему программного управления (СПУ): обслу­ живающая система (ОС), система диспетчеризации (СД), система программного управления работой ком­ плекса ЭВМ (ПУРК), система программного обслужи­ вания информационных полей (ОИП), система програм­ много обслуживания рабочих мест операторов (ОРМО);

— комплексы задач (КЗ): система комплексирования задач (СКЗ), библиотека программ задач (БПЗ);

—систему программного администрирования (СПА): система учета документов (СУД), система разграниче­ ния доступа'к информации (СРД);

—специальное математическое обеспечение подго­

товки программ (СМО ПП), включающее специальные системы программирования (ССП).

С точки зрения характера использования приведен­ ных элементов МО его можно разделить на две части: МО функционирования АСУ и МО подготовки программ АСУ. Под МО функционирования АСУ понимается сово­ купность программных средств, обеспечивающих техни­ ческую эксплуатацию вычислительных средств системы, выполнение на этих средствах всех предусмотренных процессов преобразования информации, а также обще­ ние операторов с техническими средствами. К МО функ­ ционирования АСУ в соответствии с приведенной выше схемой следует отнести: САК, АИС, СПУ (включая ОС), СКЗ, СПА.

Особое место в МО функционирования АСУ занимает автоматизированная информационная система, с помо­ щью которой решаются наиболее трудоемкие и массовые

26

задачи автоматизируемых органов управления АСУ. Кро­ ме того, АИС обеспечивает выполнение основных вну­ тренних задач АСУ, таких, как общение человека с тех­ ническими средствами при вводе и выводе информации, обеспечение исходными данными комплексов задач.

Под МО подготовки программ АСУ обычно понима­ ется совокупность программных средств, обеспечиваю­ щих разработку (составление и отладку) программ МО АСУ. К нему относятся элементы общего и специального МО подготовки программ. Основу МО подготовки про­ грамм составляют специализированные программные си­ стемы, ориентированные на классы решаемых в АСУ за­ дач, учитывающие характер перерабатываемой в системе информации и режимы ее функционирования. Однако в ряде случаев для подготовки программных систем типа АИС, СПУ и т. п. весьма эффективным 'средством явля­ ются машинно-ориентированные системы программиро­ вания, относящиеся к общей части математического обеспечения АСУ, представленной на нашей схеме.

Дадим краткую характеристику основных элементов системы МО и их функционального назначения.

ся совокупность программных средств, предназначенных для проверки правильности совместного функционирова­ ния всех или части технических средств АСУ. САК выяв­ ляет неисправные технические средства и выдает необ­ ходимую информацию своему диспетчеру для настройки АСУ на работу в соответствующих режимах в сложив­ шейся аварийной ситуации. Главной особенностью САК является то, что ее функционирование, как правило, сов­ мещается с выполнением основных процессов обработки информации.

Центральная часть САК — д и с п е т ч е р — осуществля­ ет организацию подключения в работу контролирующих и диагностических тестов и испытательных программ. Диспетчер связан с системой диспетчеризации (СД) си­ стемы программного управления АСУ и управляется этой системой.

функционирования отдельных устройств, входящих в со­ став технических средств АСУ. С помощью этих тестов

27

осуществляется также обнаружение и локализация не­ исправностей, возникающих в процессе эксплуатации

технических средств АСУ.

И с п ы т а т е л ь н ы е п р о г р а м м ы (ИП) использу­ ются для контроля правильности функционирования все­ го оборудования вычислительных средств в комплексе

врежимах, наиболее близких к условиям работы АСУ.

Вряде случаев на испытательные программы могут быть возложены дополнительные задачи по накоплению и об­ работке статистических данных о различного рода про­

цессах и неисправностях в системе.

Д и а г н о с т и ч е с к и е т е с т ы (ДТ) решают задачу отыскания мест неисправностей в ЭВМ в процессе устра­ нения отказов.

О п е р а ц и о н н а я с и с т е м а (ОС) представляет собой совокупность программных средств, предназна­ ченных для организации взаимодействия между основ­ ными компонентами математического обеспечения ЭВМ. В ее состав входит диспетчер ОС (ДОС). ДОС — это центральный управляющий блок ОС, предназначенный для подключения в работу тех или иных ее блоков в за­ висимости от. возникающих ситуаций в ходе вычисли­ тельного процесса. Операционная система осуществляет управление прохождением задач через вычислительную систему в различных режимах, определяемых на основе анализа заявок на решение (мультипрограммный, с раз­ делением времени, многопроцессорный, горячего или хо­ лодного резервирования, максимальной производитель­ ности и т. п.).

С и с т е м а п р о г р а м м н о г о в ы п о л н е н и я з а к а - з о в к устройствам ввода — вывода (УВЗ, УВВ) пред­ ставляет комплекс программ, предназначенных для организации выполнения заказов от различных про­ грамм на обмен информацией между оперативными и внешними накопителями и устройствами ввода — вывода информации, включая каналы связи. К этой системе можно отнести также совокупность взаимосвязанных программ, предназначенных для активной связи опера­ торов ЭВМ с операционной системой. Эта связь осуще­ ствляется посредством реализации приказов оператора к системе, а также выдачи из системы информации о ее состоянии в виде распечаток на рулонном телеграфном аппарате (РТА) или алфавитно-цифровом печатающем устройстве (АЦПУ).

28

П р о г р а м м ы п о в ы ш е н и я в ы ч и с л и т е л ь н о й у с т о й ч и в о с т и (ПВУ) входят в состав операцион­ ной системы и предназначаются для уменьшения влия­ ния помех, возникающих при работе ЭВМ, на ход реали­ зуемых в них вычислительных процессов.

Б и б л и о т е к а с т а н д а р т н ы х п р о г р а м м (БСП) содержит наиболее употребительные в процессах обра­

основе анализа требований, поступающих от различных

В ОСП обычно включаются языки программирования широкого назначения, трансляторы с этих языков для ЭВМ различных типов. Кроме того, в состав ОСП вклю­ чаются программы-отладчики, предназначенные для от­ ладки программ в терминах входного языка и устанав­ ливающие связь между программами на алгоритмиче­ ском языке и программами на машинном языке.

Кроме общей системы программирования в общее МО подготовки программ следует включить машинно­ ориентированную систему программирования (МОСП), предназначенную в основном для разработки программ, относящихся к общей части системы математического обеспечения АСУ, а также для разработки некоторых программных систем специальной части (СПУ, АИС и т. п.). Эта система программирования включает я з ы к и с и м в о л и ч е с к о г о к о д и р о в а н и я (ЯСК), ориентиро­ ванные на ЭВМ определенного типа, а с с е м б л е р ы — трансляторы с языков символического кодирования на ЭВМ каждого типа; о т л а д ч и к и , обеспечивающие от­ ладку программ в терминах языков символического ко­ дирования.

Автоматизированные информационные системы (АИС), как основной элемент математического обеспечения АСУ, будут рассмотрены более подробно далее. Здесь только отметим, что они представляют собой комплексы систем­ ных программ, предназначенные для сбора, накопления, хранения, обновления, поиска, обработки и выдачи ин­ формации по различным запросам.

АИС разделяются на фактографические и докумен­ тальные. Ф а к т о г р а ф и ч е с к и е АИС предназначены

29