Теоретические основы автоматизированного управления. Учебно-методическое пособие

Эффективное функционирование ИС базируется на комплексном использовании современных технических средств обработки информации и методов организации технологических процессов решения задач. Основой дальнейшего развития автоматизации управленческой деятельности в различных отраслях экономики является новая, прогрессивная информационная технология, ориентированная на использование последних достижений электронной техники, в частности, высокопроизводительных, быстродействующих компьютеров и современных средств связи.

Создание новой технологии требует учета особенностей структуры экономических систем. Прежде всего, это сложность организационного взаимодействия, вызывающая необходимость создания многоуровневых иерархических систем (головная фирма, филиалы) со сложными информационными связями прямого и обратного направления с организациями-смежниками.

Главным элементом комплекса технических средств, предназначенных для автоматической обработки информации в процессе решения управленческих задач, является электронная вычислительная машина, или компьютер.

В сфере экономики это – компьютеры различной мощности, быстродействия, размеров. Они предназначены для решения самых различных задач: экономических, математических, информационных и других задач, отличающихся сложностью алгоритмов и большим объемом обрабатываемых данных, и широко используются в мощных вычислительных комплексах.

Характерными чертами современных компьютеров – являются: высокая производительность; разнообразие форм обрабатываемых данных – двоичных, десятичных, символьных, при большом диапазоне их изменения и высокой точности представления; обширная номенклатура выполняемых операций, как арифметических, логических, так и специальных; большая емкость оперативной памяти; развитая организация системы ввода-вывода информации, обеспечивающая подключение разнообразных видов внешних устройств.

Проблемно-ориентированные вычислительные средства служат для решения более узкого круга задач, связанных, как правило, с управлением технологическими объектами, регистрацией, накоплением и обработкой относительно небольших объемов данных, выполнением расчетов по относительно несложным алгоритмам. Они обла-

дают ограниченными по сравнению с универсальными компьютерами, аппаратными и программными ресурсами. К проблемно-ориентиро- ванным можно отнести, в частности, всевозможные управляющие вычислительные комплексы.

Специализированные вычислительные средства используются для решения узкого круга задач или реализации строго определенной группы функций. Такая узкая ориентация позволяет четко специализировать структуру, существенно снизить сложность и стоимость компьютеров при сохранении высокой производительности и надежности их работы. К специализированным можно отнести, например, программируемые микропроцессоры специального назначения; адаптеры и контроллеры, выполняющие логические функции управления отдельными несложными техническими устройствами, агрегатами и процессами; устройства согласования и сопряжения работы узлов вычислительных систем.

3.4. Математическое обеспечение

Математическое обеспечение автоматизированного управления представляет собой совокупность алгоритмов, обеспечивающих формирование результатной информации. Математическое обеспечение служит основой для разработки комплекса прикладных программ.

Если математическое обеспечение рассматривать с позиций используемого математического аппарата, то его можно разделить на три части:

Задачи логической обработки информации (типа сортировки, слияния, объединения и т. п.). Эти задачи, как правило, реализованы в стандартном программном обеспечении.

Задачи прямого счета, или, их еще называют, рутинные задачи. Это вычисления по известным соотношениям сумм, произведений, сумм произведений и т. д. Типичный пример – расчет заработной платы повременщика: необходимо его почасовую тарифную ставку умножить на число отработанных им часов, затем учесть надбавки, если они положены, затем произвести вычеты, которые положены всегда; в итоге получим величину заработной платы, подлежащую выдаче.

Задачи оптимизации. Процесс оптимизации предполагает выбор такого варианта решения, при котором достигается экстремальное (максимальное или минимальное) значение некоторой функции, характеризующей качество управления. Выбор этой функции осуществляется постановщиком задачи в зависимости от целей, стоящих перед системой управления.

3.5. Лингвистическое обеспечение

Лингвистическое обеспечение автоматизированного управления включает языки общения с пользователем, языки запросов, информа- ционно-поисковые языки, языки-посредники в сетях.

Языковые средства обеспечивают однозначное смысловое соответствие действий пользователя и аппаратной части в виде ПЭВМ.

Одновременно языки должны быть пользовательско-ориентиро- ванными, в том числе профессионально-ориентированными.

Основу языков автоматизированного управления составляют заранее определяемые термины, описания способов установления новых терминов, списки правил, на основе которых пользователь может строить формальные конструкции, соответствующие его информационной потребности.

Языковые средства автоматизированного управления можно разделить по видам диалога. Средства поддержки диалога определяют языковые конструкции, знание которых необходимо пользователю. В одном АРМ может быть реализовано несколько типов диалога: инициируемый ЭВМ, с помощью заполнения шаблонов, с использованием меню, гибридный диалог и др.

3.6. Организационное обеспечение

Организационное обеспечение автоматизированного управления включает комплекс документов, регламентирующих деятельность специалистов при использовании компьютера или терминала другого вида на рабочем месте и определяющих функции и задачи каждого специалиста.

3.7. Методическое обеспечение

Методическое обеспечение автоматизированного управления состоит из методических указаний, рекомендаций и положений по внедрению, эксплуатации и оценке эффективности их функционирования. Оно включает в себя также организованную машинным способом справочную информацию, средства обеспечения работы автоматизированного управления и демонстрационные примеры.

3.8. Эргономическое обеспечение

Эргономическое обеспечение автоматизированного управления представляет собой комплекс мероприятий, обеспечивающих максимально комфортные условия использования АРМ специалистами. Это предполагает выбор специальной мебели для размещения аппаратуры, организацию картотек для хранения документации и магнитных носителей.

3.9. Правовое обеспечение

Правовое обеспечение автоматизированного управления – это система нормативно-правовых документов, определяющих права и обязанности специалистов в условиях функционирования АРМ. Эти документы строго увязаны с комплексом разработок, регламентирующих порядок хранения и защиты информации, правила ревизии данных, обеспечение юридической подлинности совершаемых на АРМ операций и т. д.

Эффективное функционирование АИС и АРМ базируется на комплексном использовании современных технических и программных средств обработки информации в совокупности с современными организационными формами размещения техники.

Контрольные вопросы:

1.Объясните необходимость обеспечивающих подсистем автоматизированного управления.

2.Перечислите виды обеспечивающих подсистем автоматизированного управления.

3.Дайте краткую характеристику математическому обеспечению автоматизированного управления.

4.Как Вы себе представляете информационное обеспечение автоматизированного управления?

5.Объясните понятия «база данных» и «СУБД».

6.Какие Вы знаете модели данных?

7.Что такое программное обеспечение автоматизированного управления?

8.Как подразделяется программное обеспечение автоматизированного управления?

9.Дайте характеристику общему и специальному ПО автоматизированного управления.

10.В чем заключается эксплуатация ПО?

11.Какова роль технологического обеспечения автоматизированного управления?

12.Каковы особенности технологии использования автоматизированных рабочих мест?

13.В чем состоит технология обработки текстовой информации при автоматизированном управлении?

14.Раскройте технологию обработки табличной информации в автоматизированном управлении.

15.Какова технология использования автоматизированных банков данных?

16.Что входит в лингвистическое обеспечение автоматизированного управления?

17.Каким образом строится организационно-методическое обеспечение автоматизированного управления?

18.Как Вы понимаете правовое обеспечение автоматизированного управления?

19.Каковы типы диалога и формы его реализации на ЭВМ?

4.ПОДДЕРЖКА ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ

ВУСЛОВИЯХ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АСУ

4.1.Формализация и алгоритмизация процессов принятия решений в условиях

автоматизированного управления

Поддержка принятия решений является наиболее важным действием, выполняемым АСУ при обслуживании пользователей. Широкая альтернатива принимаемых решений приводит к необходимости использования разнообразных математических моделей.

В зависимости от степени информированности о состоянии управляемого процесса, полноты и точности моделей объекта и системы управления, взаимодействия с окружающей средой процесс принятия решения протекает в различных условиях.

1.Принятие решений в условиях определенности. В этой задаче модели объекта и системы управления считаются заданными, а влияние внешней среды – несущественным. Поэтому между выбранной стратегией использования ресурсов и конечным результатом существует однозначная связь, откуда следует, что в условиях определенности достаточно использовать решающее правило для оценки полезности вариантов решений, принимая в качестве оптимального то, которое приводит

кнаибольшему эффекту. Если таких стратегий несколько, все они считаются эквивалентными. Для поиска решений в условиях определенности используют методы математического программирования.

2.Принятие решений в условиях риска. В отличие от предыдущего случая для принятия решений в условиях риска необходимо учитывать влияние внешней среды, которое не поддается точному прогнозу. Известно только вероятностное распределение состояний внешней среды. В этих условиях использование одной и той же стратегии может привести к различным исходам, вероятности появления которых считаются заданными или могут быть определены. Оценку и выбор стратегий проводят с помощью решающего правила, учитывающего вероятность достижения конечного результата.

3. Принятие решений в условиях неопределенности. Как и в предыдущей задаче, между выбором стратегии и конечным результатом отсутствует однозначная связь. Кроме того, неизвестны также значения вероятностей появления конечных результатов, которые либо не могут быть определены, либо не имеют в контексте содержательного смысла. Каждой паре «стратегия – конечный результат» ставится в соответствие некоторая внешняя оценка в виде выигрыша. Наиболее распространенным является использование критерия получения максимального гарантированного выигрыша.

4. Принятие решений в условиях многокритериальности. В любой из перечисленных выше задач многокритериальность возникает в случае наличия нескольких самостоятельных, не сводимых одна к другой целей. Наличие большого количества решений усложняет оценку и выбор оптимальной стратегии. Одним из возможных путей решения является использование методов моделирования.

Решение задач с помощью искусственного интеллекта заключается в сокращении перебора вариантов при поиске решения, при этом программы реализуют те же принципы, которыми пользуется в процессе мышления человек.

Экспертная система пользуется знаниями, которыми она обладает в своей узкой области, чтобы ограничить поиск на пути к решению задачи путем постепенного сужения круга вариантов.

При решении задач в экспертных системах используются следующие методы:

•логического вывода, основанный на технике доказательств, называемой резолюцией и использующей опровержение отрицания (доказательство «от противного»);

•структурной индукции, основанный на построении дерева принятия решений для различения объектов из большого количества данных на входе;

• эвристических правил, основанный на перенимании опыта у экспертов-людей, а не на абстрактных правилах формальной логики;

•машинной аналогии, основанный на представлении информации о сравниваемых объектах в удобном виде, например в виде структур данных, называемых фреймами.

Источники «интеллекта», проявляющегося при решении задачи, могут оказаться бесполезными либо полезными или экономичными в зависимости от определенных свойств области, в которой поставлена задача. Исходя из этого, может быть осуществлен выбор метода построения экспертной системы или использования готового программного продукта.

Процесс выработки решения на основе первичных данных, схема которого представлена на рис. 4.1, можно разбить на два этапа: выработка допустимых вариантов решений путем математической формализации с использованием разнообразных моделей и выбор оптимального решения на основе субъективных факторов.

Рис. 4.1. Процесс выработки решения на основе первичных данных

Информационные потребности лиц, принимающих решение, во многих случаях ориентированы на интегральные технико-экономи- ческие показатели, которые могут быть получены в результате обработки первичных данных, отражающих текущую деятельность предприятия. Анализируя функциональные взаимосвязи между итоговыми и первичными данными, можно построить так называемую информа-

ционную схему, которая отражает процессы агрегирования информации. Первичные данные, как правило, чрезвычайно разнообразны, интенсивность их поступления высока, а общий объем на интересующем интервале велик. С другой стороны, состав интегральных показателей относительно мал, а требуемый период их актуализации может быть значительно ниже периода изменения первичных данных – аргументов.

Для поддержки принятия решений обязательным является наличие следующих компонентов:

•обобщающий анализ;

•прогнозирование;

•ситуационное моделирование.

В настоящее время принято выделять два типа информационных систем поддержки принятия решений.

Системы поддержки принятия решений DSS (Decision Support System) осуществляют отбор и анализ данных в различных разрезах и включают следующие средства:

•доступа к базам данных;

•извлечения данных из разнородных источников;

•моделирования правил и стратегии деловой деятельности;

•деловой графики для представления результатов анализа;

•анализа «если что»;

•искусственного интеллекта на уровне экспертных систем. Системы оперативной аналитической обработки OLAP (OnLine

Analysis Processing) для принятия решений используют следующие средства:

•мощную многопроцессорную вычислительную технику в виде специальных ОLАР-серверов;

•специальные методы многомерного анализа;

•специальные хранилища данных Data Warehouse.

Реализация процесса принятия решений заключается в построении информационных приложений. Выделим в информационном приложении типовые функциональные компоненты, достаточные для формирования любого приложения на основе БД:

•PS (Presentation Services) – средства представления. Обеспечиваются устройствами, принимающими ввод от пользователя и отображающими то, что сообщает ему компонент логики представления PL, плюс соответствующая программная под-

держка. Может быть текстовым терминалом или Х-термина- лом, а также персональным компьютером или рабочей станцией в режиме программной эмуляции терминала или Х-тер- минала;

•PL (Presentation Logic) – логика представления. Управляет взаимодействием между пользователем и ЭВМ. Обрабатывает действия пользователя по выбору альтернативы меню, по нажатию кнопки или выборе элемента из списка;

•BL (Business оr Application Logic) – прикладная логика. Набор правил для принятия решений, вычислений и операций, которые должно выполнить приложение;

INSERT), которые нужно выполнить для реализации прикладной логики управления данными;

•DS (Data Services) – операции с базой данных. Действия СУБД, вызываемые для выполнения логики управления данными, такие как манипулирование данными, определения данных, фиксация или откат транзакций и т. п. СУБД обычно компилирует SQL-приложения;

•FS (File Services) – файловые операции. Дисковые операции

чтения и записи данных для СУБД и других компонентов. Обычно являются функциями ОС.

Среди средств разработки информационных приложений можно выделить следующие основные группы:

•традиционные системы программирования;

•инструменты для создания файл-серверных приложений;

•средства разработки приложений клиент – сервер;

•средства автоматизации делопроизводства и документооборота;

•средства разработки интернет/интранет-приложений;

•средства автоматизации проектирования приложений.

При внедрении автоматизированного управления процесс должен быть описан математически.

Формализация тесно связана с алгоритмизацией. К математическим моделям предъявляются следующие требования.

1. Достаточная полнота описания с возможностью оценки точности и достоверности.