cay / osnovy

. . . .

2005

УДК 004.3 ББК 32.965.7

М51

Р е ц е н з е н т ы:

афедра «Автоматизированные системы правления» Обнин- с о о ос дарственно о техничес о о ниверситета атомной энер ети и (зав. афедрой д-р техн. на , проф. А.Н. Анохин); д-р техн. на , проф. Л.И. Гри орьев (Мос овс ий ос дарственный ниверситет нефти и аза им. И.М. Г б ина).

Мень ов А.В.

М51 Теоретичес ие основы автоматизированно о правления/ А.В. Мень ов, В.А. Острей овс ий. — Учебни для в зов. — М.: Издательство Они с, 2005. — 640 с.: ил.

ISBN 5-488-00129-8

В чебни е со ласно требованиям Гос дарственных образовательных стандартов рассмотрены методоло ия построения и основные понятия автоматизированных систем правления (АСУ), модели анализа и синтеза стр т ры АСУ, модели принятия решения. Приведены видыправления в АСУ и общие вопросы системно о анализа. Большое внимание делено различным типам и особенностям лассифи ации АСУ, состав и ф н циям основных подсистем АСУ. Описано содержание математичес о о, информационно о, про раммно о и др их видов обеспечения ф н ционирования АСУ.

Для ст дентов, об чающихся по специальности «Автоматизированные системы правления» и направлению «Информати а и вычислительная техни а», а та же ст дентов в зов ибернетичес о!о направления.

УДК 004.3 ББК 32.965.7

ПРЕДИСЛОВИЕ

Вторая половина ХХ ве а хара терна появлением машин и систем высо ой онстр тивной сложности, способных выполнять ответственные задачи. К начал 50-х одов прошло о ве а пра тичес и за ончилась механизация и автоматизация физичес о о тр да челове а. Более 99% объема работ выполнялось машинами. В это время человечество стол н лось с новой проблемой: физичес ий тр д челове а стал выполняться машинами, а автоматизация мственной деятельности оператора ( правленца) продолжала оставаться та ой же, а ой она была в течение последних 2000—2500 лет. Техни а постоянно сложнялась, она выполняла все больше и больше ф н ций, процессы правления становились все более сложными, а ачество ф н ционирования систем правления либо оставалось прежним, либо х дшалось из-за сложнения производства. Решением это о противоречия стало естественное, объе тивное появление и становление во второй половине ХХ ве а новой на чной дисциплины — теории автоматизированно о правления а одно о из разделов на и о за ономерностях правления в техничес их, биоло ичес их, социальных и др их лассах систем.

Целями данно о чебни а являются:

1.Систематичес ое изложение теоретичес их вопросов автоматизированно о правления.

2.Рассмотрение лассифи ации и значительно о числа принципов построения автоматизированных систем правления.

3.Ориентация на он ретные про раммы об чения ст дентовибернетичес о о профиля ниверситетс о о политехничес о о образования.

В предисловии изла аются основные принципы, положенные

воснов чебни а, и методичес ие особенности дисциплины «Теоретичес ие основы автоматизированно о правления».

Введение — вст пление основном те ст чебни а. Е о цель — позна омить ст дента с с ществом проблемы автоматизированно о правления и рат ой историей этой теории.

Первый раздел чебни а — «Математичес ие методы теории автоматизированно о правления» — состоит из шести лав. Первая лава содержит основные понятия и определения автоматизированно о правления. Автоматизированное правление рассматривается с позиций теории систем и системно о анализа. По азана роль информации в процессе правления.

3

Во второй лаве детально изла аются методоло ия и принципы, за ладываемые при прое тировании автоматизированных систем правления. Приводится лассифи ация систем автоматизированно о правления и хара теристи а этапов (последовательности) их разработ и.

Третья лава чебни а посвящена применению системно о анализа а основно о на чно о метода построения автоматизированно о правления.

Четвертая и пятая лавы чебни а содержат математичес ий аппарат соответственно анализа и синтеза стр т ры автоматизированных систем правления (АСУ). При стр т рном анализе АСУ в четвертой лаве подчер ивается ниверсальность математичес их методов и их необычайная важность для обеспечения ф н ционирования стр т ры. В пятой лаве рассмотрены математичес ие модели формализации общей и частных задач синтеза оптимальной стр т ры АСУ.

Чрезвычайная роль челове а-оператора при автоматизированном правлении определила содержание шестой лавы чебни а, в оторой анализир ется формализация поведения челове-а, на оторо о в челове о-машинных системах возла ается ф н-ция принятия решения. В этой лаве изложены математичес ий аппарат теории принятия решений.

Второй раздел чебни а — «При ладные вопросы автоматизированно о правления» — состоит из трех лав и содержит описание видов правления и основных лассов АСУ, обеспечивающих ф н ционирование АСУ подсистем. Материал этой частичебни а с достаточной степенью обобщенности позволяет ст - дентам понять с щность АСУ различных лассов. С этой целью в седьмой лаве детально рассмотрены с ществ ющие в настоящее время виды правления, проанализированы их достоинства и недостат и. Основное внимание делено содержанию правления иерархичес о о типа.

В восьмой лаве приведено описание основных лассов АСУ. Это сделано с целью то о, чтобы ст дентов в процессе из чения теории автоматизированно о правления сложилось целостное представление о связи из чаемой теории с пра ти ой.

За лючительная, девятая лава чебни а посвящена рассмотрению обеспечивающих подсистем автоматизированно о правления. Здесь изложены методы создания математичес о о, информационно о, про раммно о, техничес о о, лин вистичес о о

идр их видов подсистем автоматизированно о правления.

ВЗа лючении приведены сведения о направлениях дальнейше о развития теории и пра ти и автоматизированно о правле-

4

ния. По азана связь теории с вопросами автоматизированно оправления, особенностями ф н ционирования АСУ в словиях широ о о применения информационной и вычислительных сетей, расширения возможностей вычислительной техни и пято о по оления, использования э спертных и информационных интелле т альных систем. Подчер н то ис лючительное влияние систем «советчи оператора» при принятии ответственных решений в словиях о раниченно о времени, неопределенности информации и рис а.

Каждая лава чебни а дополнена онтрольными вопросами. Учебни содержит приложения: лоссарий автоматизированно о правления, темати рсовых работ и примеры их выпол-

нения, содержание ГОСТов по АСУ.

В спис е литерат ры азаны основные и дополнительные источни и.

Имеющаяся в настоящее время литерат ра по теории автоматизированно о правления, оторая может быть ре омендована ст дентам в ачестве чебных пособий, сожалению, либо старела, либо отражает лишь отдельные вопросы дисциплины. Пра тичес и единственным чебни ом по теории автоматизированно о правления является ни а А.Г. Мами онова «Основы построения АСУ», вып щенная издательством «Высшая ш ола» еще в 1981 . и давно ставшая библио рафичес ой ред остью. Поэтом в библиоте ах в зов в настоящее время чебная литерат ра по теории автоматизированно о правления пра тичес и отс тств ет. Мы взяли на себя смелость восполнить этот пробел.

Авторы в работе над чебни ом поставили себе словие, чтобы содержание ни и соответствовало требованиям Гос дарственно о образовательно о стандарта и Примерной про рамме одноименной дисциплины — «Теоретичес ие основы автоматизированно о правления». В основ данно о чебни а положен более чем тридцатилетний опыт чтения рса ле ций ст дентам в Мос овс ом ос дарственном техничес ом ниверситете им. Н.Э. Ба мана, Мос овс ом ос дарственном ниверситете печати, Обнинс ом ос дарственном техничес ом ниверситете атомной энер ети и и С р тс ом ос дарственном ниверситете.

Работа над чебни ом распределена след ющим образом: предисловие, введение, лавы 1—3, 7—9, за лючение написаны проф. В.А. Острей овс им; лавы 4—6, пара рафы 2.2 — 2.4, 8.1 и 9.1 и приложения 1 и 2 — доц. А.В. Мень овым.

Методоло ия и содержание чебни а под отовлены бла одаря мно олетней работе авторов в УМО в зов по ниверситетс-ом политехничес ом образованию под р оводством выдаю-

5

щихся ченых в области автоматизации правления профессоров В.Н. Четвери ова и Б.Я. Советова. Неоценим ю помощь о азали авторам члены УМО проф. Ю.Г. Древс, А.Г. Мами онов, А.В. Петров, О.М. Петров, Н.И. Фед нец, Я.Ф. Хета ров, Г.А. Ходжаев, К.Э. Шахов, С.А. Я овлев.

Авторы выражают ис реннюю бла одарность рецензентам:афедре «Автоматизированные системы правления» Обнинс о- о ос дарственно о техничес о о ниверситета атомной энер е- ти и (зав. афедрой — до тор техн. на , проф. А.Н. Анохин) и до тор техн. на , проф. Л.И. Гри орьев (Мос овс ий ос - дарственный ниверситет нефти и аза им. И.М. Г б ина) за ценные замечания при рецензировании чебни а. Авторы сердечно бла одарят Н.А. Ж ов за помощь при под отов е р описи печати, а та же С.П. Саа яна за из отовление ори инал-ма етачебни а.

Авторы

6

ОО— ор(анизационное обеспечение

7

8

Введение в теорию автоматизированно о правления

В.1. Объе тивная необходимость автоматизации обработ и информации и правления

Во второй половине ХХ ве а человечество вст пило в новый этап свое о развития. В этот период начался переход от инд стриально о общества информационном . Процесс, обеспечивающий этот переход, пол чил название информатизации. Информатизация — это процесс создания, развития и всеобще о применения информационных средств и техноло ий, обеспечивающих достижение и поддержание ровня информированности всех членов общества, необходимо о и достаточно о для ардинально-о л чшения ачества тр да и словий жизни общества. При этом информация становится важнейшим страте ичес им рес рсом общества и занимает лючевое место в э ономи е, образовании и льт ре.

Неизбежность информатизации общества об словлена рез-им возрастанием роли и значения информации.

Вистории развития человечес о о общества известны не- с оль о информационных барьеров. В эпох первобытно-общин- но о строя лава рода или племени один держивал в олове все э ономичес ие вопросы свое о сообщества. Одна о по мере роста общественно о производства, роста производительности тр да возможности одно о человечес о о моз а о азались исчерпанными. Это первый информационный барьер. Выход о азался чрезвычайно прост: чем сложнее задача правления производством, войс ами, образованием и т. д., тем большее число людей вовле ается в процесс правления. Но наст пает та ой момент, о да дальнейшеевеличение оличества людей, занятых в обработ е информации при принятии ответственных решений и правлении, же нел чшает ачества и эффе тивности правляющих воздействий на объе т правлений. Это второй информационный барьер.

Вонце 50-х — начале 60-х одов ХХ ве а вед щие специалисты Франции предс азывали, что если э ономи а вед щих а- питалистичес их стран мира б дет развиваться высо ими темпами под влиянием на чно-техничес ой революции второй половины прошло о ве а, то середине 70-х одов (т. е. через 15 — 20 лет) для поддержания нормально о ф н ционирования э о- номи и потреб ется задействовать в сфере правления все взрослое население страны.

Анало ичные расчеты были выполнены и в СССР. Та , а адеми В.М. Гл ш ов приводит след ющие простейшие расчеты, ха-

9

ра териз ющие состояние проблемы правления э ономи ой

СССР на середин 60-х одов. Было подсчитано, что для более или менее довлетворительно о правления э ономи ой необходимо выполнять 1016 арифметичес их операций в од. Та им образом, если один челове с аль лятором способен за смен 8 часов выполнить тысяч арифметичес их операций, то работая без выходных, праздни ов и отп с а, он выполнит о оло 106 операций. Следовательно, для довлетворительно о правления э о- номи ой необходимое число правленцев составит 10 миллиардов челове !

Средством преодоления второ о информационно о барьера являются автоматизированные информационные системы на базе ЭВМ.

В.2. Крат ая историчес ая справ а о развитии теории автоматизированно о правления

Теория автоматизированно о правления — это сравнительно молодая на чная дисциплина, возни шая из потребностей пра - ти и в связи с б рным на чно-техничес им про рессом и, в пер- в ю очередь, из-за появления сложных систем правления с большим числом элементов эле трони и и автомати и. Теория автоматизированно о правления является ветвью ибернети и а на и о наиболее общих за ономерностях правления в техничес их, биоло ичес их и социальных системах. Т. е. оворить о теории автоматизированно о правления стало возможным толь-о после появления лассичес их работ в области теоретичес ойибернети и Н. Винера, У.-Р. Эшби, Дж. фон Неймана. Именно в моно рафиях этих ченых в 1948—1956 . были заложены современные основы на и об правлении. В сочетании с развитием теории информации (К. Шеннон, 1948 .) на а об правлении пол чила стро ое и стройное развитие. Больш ю роль в разработ-е теоретичес их основ ибернети и сы рали разработ и советс-их и российс их ченых: А.И. Бер а, В.М. Гл ш ова, В.А. Трапезни ова, Г.С. Поспелова, А.Г. Мами онова, В.И. С рихина, И.П. Норен ова, А.А. Тимчен о и др их.

На развитие теории автоматизированно о правления о азала сильное влияние теория автоматичес о о правления (ТАУ), о- торая середине 50-х одов ХХ ве а была развита довольно хорошо. ТАУ — это на а о методах определения за онов правления объе тами, доп с ающих реализацию с помощью техничес их средств автомати и. Историчес и сложилось та , что методы

10