книги из ГПНТБ / Матлин Г.М. Проектирование оптимальных систем производственной связи

благодаря трансформации своих функций, которыми являются, как показывает их структура (см. разд. 1.1), учет (отчетность), кон­ троль и регулирование. К функциям систем управления может быть отнесена и доставка информации, что поясняет влияние тех­ нического прогресса в области совершенствования процесса пере­ дачи информации на функционирование системы управления в. целом. Механизм учета, контроля и регулирования определяется уровнем развития технологических процессов.

Управление может осуществляться только в том случае, если заданы соответствующие количественные и качественные крите­ рии, которые в условиях производства, как правило, выражаются

Следует уточнить взаимосвязь между понятиями «управление» и «организация» производства. По определению С. А. Думлера [51], организация производства — это порядок, структура и способ функционирования. Порядок на производстве может нарушаться, что вызывает необходимость в управлении. Поэтому организация является статикой производства, а управление — его динамикой.

На основании изложенного можно сделать вывод о том, что в каждой кибернетической системе циркулирует информация, со­ ответствующая следующим ее функциям: управление (учет, конт­ роль и регулирование), планирование, нормирование и организа­ ция. Роль средств связи неодинакова при доставке информации перечисленных шести видов: управление требует более оператив­ ных средств, а остальные функции — много менее оперативных,, но, как правило, документальных и позволяющих передавать боль­ шие массивы самой разнообразной по форме информации. По­ этому для целей управления в настоящее время используются, средства электрической связи, а для других функций — почта, курьеры. Однако подобное положение имеет место в неавтомати­ зированных системах управления, которые после XXIII и особенно> XXIV съездов КПСС активно вытесняются автоматизированными, системами.

(первичной информации), анализ ситуации и принятие решения, а также роль исполнительных органов выполняют люди. В качестве источников информации и исполнительных органов здесь выступает аппарат управления нижестоящего производства, а в качестве уп­ равляющего органа — руководство вышестоящего уровня произ­ водства. Эти системы основаны на ведении большого количества бумажных документов, которые обрабатываются, как правило, без; привлечения технических средств. Для доставки информации в этих системах используются технические средства связи, однако

— 10 —

основной поток информации передается с помощью курьеров, поч­ ты, а также путем личного общения работников.

В а в т о м а т и з и р о в а н н ы х с и с т е м а х управления (АСУ) процессы выработки, передачи и обработки информации механи­ зированы, но принятие решения остается за человеком. В составе этих систем используются электронные вычислительные машины, а также технические средства сбора, обработки, хранения и достав­ ки информации (рис. 1.3).

Рис. 1.3. Автоматизированная система управления

Указанные системы разделяются на информационно-справоч­ ные, обеспечивающие сбор и частичную подготовку информации для использования ее человеком, и информационно-советующие си­ стемы, выдающие информацию о ходе производства, а также под­ готавливающие определенные предложения и рекомендации. Оба вида систем имеют различные модификации в зависимости от при­ меняемых устройств ввода и вывода информации.

В автоматизированных системах «а ЭВМ .передается часть функ­ ций учета и контроля, а также, как правило, решаются задачи пла­ нирования. В память ЭВМ при этом заводятся сведения по норми­ рованию и организации производства, вследствие чего увеличива­ ется роль средств связи за счет необходимости обеспечения опе­ ративной (соизмеримой со скоростью производственного процесса) доставки информации на вычислительные центры. Доля информа­ ции, передаваемой средствами кеэлектрической связи, здесь рез­ ко уменьшается. Средства связи обеспечивают также передачу ин­ формации между людьми, сохраняющими свои функции при авто­ матизированной системе управления.

В а в т о м а т и ч е с к и х с и с т е м а х у п р а в л е н и я процессы обработки информации и принятия решений осуществляются с ис­ пользованием вычислительной техники (управляющих вычислитель-

— Ы —

ных машин, работающих в реальном масштабе времени). В этих системах процессы выработки и использования информации пол­ ностью автоматизированы, а передача ее осуществляется, как пра­ вило, без участия человека. В настоящее время автоматические си­ стемы применяются на самых нижних уровнях производства в виде систем автоматического регулирования (САР).

Из краткого рассмотрения систем управления следует, что ме­ ханизм их функционирования, степень автоматизации отдельных функций, а также способ проведения этой автоматизации предъяв­ ляют определенные требования к обслуживающим их средствам производственной связи. Должно быть обеспечено качественное и количественное соответствие между развитием системы управления

ипроизводственной связи.

1.3.ИНФОРМАЦИЯ В СИСТЕМАХ ПЛАНИРОВАНИЯ

ИУПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВОМ

Вследствие активного вторжения кибернетики в производство усилилось внимание к изучению информации, циркулирующей на промышленных предприятиях и в строительстве. Однако до на­ стоящего времени не существует общепринятого определения само­ го понятия «информация». Думается, что таким определением мо­ жет стать формулировка, данная И. А. Полетаевым [120], который понимает под информацией «наличие отображения множества объ­ ектов (фактов, состояний) внешнего мира во множество сообще­ ний, реализованных символами физического алфавита сигнала». В приведенной формулировке устанавливается вторичность инфор­ мации по отношению к материи, выделяется главное диалектиче­ ское единство, определяющее информацию — единство формы и содержания.

Форма. Форма информации — это конкретная реализация дан­ ного сообщения в символах выбранного физического алфавита. В производственных условиях имеет место с и н о н и м и я , когда од­ ной и той же информации по содержанию соответствует несколь­ ко ее форм существования. Надо сказать, что форма информации в настоящее время изучена много лучше, чем ее содержание. Раз­

рукописные тексты, телеграммы, фототелеграммы, кино, магнитные и фотопленки. Эта информация в основном предназначена для пе­ ремещения во времени (т. е. время существования информации не­ соизмеримо больше времени, требуемого на ее передачу и вос­

стическими и оптическими сигналами, с помощью телекамер. Ус­ ловно можно считать, что эта форма существования информации,

— 12 —

как правило, используется для перемещения информации в про­ странстве, хотя никакая информация не может передаваться мгно­ венно. Подразумевается, что время передачи и восприятия недоку­ ментированной информации соизмеримо со временем ее существо­ вания.

Синонимия информации делает возможным осуществить пере­ ход документированной информации в недокументированную и на­ оборот. Документированная информация, в свою очередь, может иметь текстовую, геометрическую, визуальную и акустическую фор­ мы. Текстовую (алфавитно-цифровую) форму имеют различные рукописные и печатные документы, книги, положения, телеграм­ мы, фототелеграммы и т. п. материалы. В настоящее время на про­ мышленных предприятиях и в строительстве около 99% всей доку­ ментированной информации является текстовой (алфавитно-циф­ ровой) или геометрической (чертежи). Кроме того, используются визуальная (киноленты, фотографии, видеозапись) и акустическая (звукозапись) формы, но объем такой информации незначителен. В качестве носителей алфавитно-цифровой информации все боль­ шее распространение получают перфоленты и перфокарты. Основ­ ной объем недокументированной информации составляет акустиче­ ская речевая информация, обмен которой происходит по телефон­ ным каналам и при личном контакте работников. Кроме того, к акустической относится информация, передаваемая средствами звуковой сигнализации, объем которой на промышленных пред­ приятиях весьма заметен. Визуальная форма недокументирован­ ной информации реализуется средствами оптической сигнализации и промышленного телевидения.

Применяемые на промышленных предприятиях системы теле­ механики (телеуправление, телесигнализация, телеизмерения) ос­ нованы на передаче по линиям связи специальной информации, которая может быть как документированной, так и недокументи­ рованной в зависимости от типов используемых устройств фикса­ ции поступающей информации.

Нетрудно представить, что соотношение между документиро­ ванной и недокументированной информацией изменяется по уров­ ням производства. Можно считать, что от предприятия и выше ос­ новной объем занимает документированная информация и чем выше уровень, тем процент этой информации в общем ее объеме выше. На нижних уровнях производства, наоборот, объем недоку­ ментированной информации достаточно большой. Важно подчерк­ нуть, что примерно равное соотношение между недокументирован­ ной и документированной иформацией имеет место при рассмотре­ нии производства на уровне предприятия.

Необходимо указать, что любая форма, в которой может су­ ществовать информация, допускает ее количественную оценку. Как правило, данная оценка естественна, т. е. непосредственно выте­ кает из конкретного вида сообщений. Руководствуясь распростра­ ненной терминологией, эту оценку можно назвать о б ъ е м о м со­

— 13 —

вой) форме измеряется в знаках, тыс. знаков; геометрической — в приведенных к стандартному размеру листах; визуальной — в ко­ личестве отпечатков данного формата (для фотографии) и коли­ честве кадров или времени передачи (для промышленного телеви­ дения); акустической — в количестве переданных знаков или про­ должительностью разговора. Все эти характеристики однозначно связаны между собой, что позволяет определить целесообразность использования того или иного физического алфавита сигнала для осуществления передачи заданного сообщения. Объем сообщения определяется выбранным физическим алфавитом сигнала (спосо­ бом кодирования), его избыточностью, субъективными особенно­ стями кодировщика (отправителя) и не может служить оценкой содержания информации, а тем более его значимости для получа­ теля. Для этого должны использоваться иные показатели.

Количество информации. От объема информации следует отли­ чать количество информации, введенное К- Шенноном и послужив­ шее основой раздела кибернетики — теории информации. 'Понятие количества информации позволяет точнее, чем объем информации, оценить сообщения, независимо от того, каким способом они пере­ даны и приняты, однако и это понятие не затрагивает содержа­

ние информации.

Если какая-либо система может находиться в z равновероят­ ных состояниях, то мерой неупорядоченности данной системы, на­ зываемой э н т р о п и е й , является функция, удовлетворяющая сле­

числа возможных состояний системы; 3) если система состоит из подсистем, каждая из которых мо­

жет находиться в z\, z2, . . . состояниях, то должно соблюдаться ра­

где к — постоянный коэффициент, зависящий от выбора единицы

измерения.

Формула (І.І) неприменима, как показал Л. Бриллюэн [22], только к системам, неупорядоченность которых по выбранному признаку зависит от способа соединения и взаимодействия их под­ систем. Бриллюэном введено понятие н е г э н т р о п и и , характери­ зующей меру упорядоченности системы и являющейся мерой на­

шего знания о ней:

У

— 14 —

Нетрудно видеть, что упорядоченность системы будет увеличи­ ваться с увеличением 1/г. Поскольку все состояния равновероят­ ны, то вероятность нахождения системы в каждом состоянии рав­ на Р — \/г. Отсюда — Н = к\п Р. В случае, если состояния системы

неравновероятны, а характеризуются вероятностями Р,-

П

— Н = к У Рі \п Рс. (1.3)

І=1 Если принять двоичную систему исчисления, то

видно, что чем больше величина гіегэнтропии, тем меньше неупо­ рядоченность системы. Следовательно, задачей управления являет­ ся постоянное введение в систему негэнтропии, что позволяет уве­ личить знания о ней, сделать ее более определенной, упорядочен­ ной. Степень увеличения прироста упорядоченности системы назы­ вается количеством информации, которая равна

где Ні~і — энтропия системы при (і—1)-м шаге управления, ког­ да система могла находиться в z возможных состояниях; # і — эн­ тропия системы при t-м шаге управления, когда было установлено, что система может находиться в z0 возможных состояниях (zQ<.z); / — количество информации, бит.

Из ф-лы (1.5) следует, что

общее количество этих состояний равно г; P0£ — вероятности на­ хождения системы в і-м состоянии, когда общее количество этих состояний равно г0.

Можно установить некоторые приближенные соотношения меж­ ду объемом сообщений и количеством информации. Данные о ве­ роятностях появления отдельных букв в текстах русского языка, полученные А. А. Харкевичем [168], Д. С. Лебедевым и В. А. Гар­ маш [81], позволили установить, что энтропия одной буквы (вклю­ чая пробелы между словами) равна примерно 4,36 бит. Поэтому информация, содержащаяся в каком-либо русском тексте (сооб­ щении) определенного объема V, равна произведению количества

где J0 — количество информации; Ѵі — количество букв в t-м со­ общении (объем сообщения).

— 15 —

При этом, однако, не учитываются связи, существующие меж­ ду двумя, тремя и т. д. буквами, между отдельными словами, фра­ зами. Указанные связи резко уменьшают неопределенность текста, а следовательно, и количество информации, которое можно из дан­ ного текста почерпнуть. Как указывают А. М. Яглом и И. М. Ягяом [183], значение предельной энтропии hx , приходящейся на од­ ну букву русского языка, в настоящее время не определено, но есть основание полагать, что оно находится в пределах от 0,7 до 1 бит. Для сравнения укажем, что полученные Д. С. Лебедевым и В. А. Гармаш [81] значения энтропии для двух буквенных и трехбуквен­ ных сочетаний русского литературного текста соответственно рав­ ны h2~ 3,5 бит и /із » 3,0 бит.

В устной речи (речевые сообщения) имеется еще большая из­ быточность, чем в текстовых сообщениях, из-за различных повто­ рений, неравномерности речи (наличия пауз), ограниченности сло­ варя и т. д. С учетом этих обстоятельств среднее количество «смы­ словой» информации, содержащейся в устной речи за отрезок вре­ мени в 1 с, находится в пределах от 0,7 до 3,3 бит [183]. Дополни­ тельная информация живой речи (интонация, ударения, громкость, тембр, акцент и т. д.) по грубой оценке составляет в среднем 75% от смысловой информации (30% — при очень быстром разговоре и 150% — при очень медленном). Таким образом, количество ин­ формации, содержащейся в устной речи, -переданной за Ъс, 'прибли­

устной речи за 1 с; Т — объем информации, содержащейся в дан­ ном устном сообщении, выраженный в секундах.

В системах промышленного телевидения энтропия одного эле­ мента изображения hrv по грубой оценке находится в пределах от 0,54 до 2,53 бит (если различаются 64 разных градации яркости элемента), причем для бедных деталями изображений (например, лицо крупным планом) энтропия значительно меньше, чем для изображений с большим количеством различных деталей [183]. Так как число элементов телевизионного изображения огромно, то и

ном сообщении (кадре); hTv — энтропия одного элемента изобра­ жения; Z — количество элементов изображения в кадре; Z « 625 строк X 500 линий = 312 500).

Так как телевизионные изображения передаются со скоростью 25 кадров в секунду, то за время Тс передается количество инфор­