БАРАШКО О.Г.- ПСА-_лекции_-v.1

4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ АСУ

4.1. АСУ: уровни управления

Эффективность работы предприятия (производительность труда, качество и конкурентоспособность выпускаемой продукции и т. п.) предполагает возможность оперативного доступа к достоверной и точной информации из любой точки управления производством.

Учитывая иерархичность структуры предприятия, эта задача решается на основе многоуровневой АСУ, представленной на рис. 4.1.1. в виде пятиуровневой пирамиды.

Уровень 4 ПЛАНИРОВАНИЕ РЕСУРСОВ

ПРЕДПРИЯТИЯ АСУП

(MRP/ERP-системы)

Средства: IBM PC,

пакеты SAP R/3, BAAN,

Oracle Application

Уровень 3 УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВОМ

(MES-системы)

Средства: IBM PC, пакеты InTrack и InBatch Factory Suite

Уровень 2 ДИСПЕТЧЕРСКОЕ УПРАВЛЕНИЕ АСУТП ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ

(SCADA-системы)

Средства: IBM PC, пакеты In Touch, Fix, Trace Mode

Уровень 1 НЕПОСРЕДСТВЕННОЕ УПРАВЛЕНИЕ

Средства: УСО и промышленные контроллеры

Siemens, Allen Bradley, Hitachi, Advantech, Honeywell

Уровень 0 ВВОД-ВЫВОД

Средства: датчики / исполнительные устройства

Рис. 4.1.1. Уровни интегрированной и распределенной АСУ

Нулевой уровень (уровень I/O –input/output– ввода/вывода).

Включает набор первичных преобразователей (датчиков) и исполнительных механизмов, встраиваемых в конструктивные узлы технологического оборудования и предназначенных, соответственно, для вво-

да первичной (технологической) информации и вывода (реализации) управляющих воздействий.

Первый уровень (control – непосредственное управление). Слу-

жит для непосредственного автоматического управления технологическими процессами с помощью промышленных контроллеров (programmer logic controller - PLC), например, Allen-Bradley, Simatic, Honeywell, Advantech и др.

Необходимость обмена информацией между нулевым и вторым уровнями в темпе реального процесса накладывает достаточно жесткие ограничения на этот режим.

В PLC загружаются программы и данные из компьютеров второго уровня (SCADA-уровень) (например, уставки, обеспечивающие координацию и управление агрегатом по критериям оптимальности управления в целом), а на второй выводить оперативную, диагностическую

ислужебную информацию, т.е. данные о состоянии агрегатов, технологического процесса.

Обмен в локальных промышленных сетях выполняется в стандар-

тах Bitbus, Profibus и т. п.

Второй уровень (SCADA – Supervisory Control and Data Acquisition – сбор данных и диспетчерское управление). Предназначен для отображения (визуализации) данных о производственном процессе и оперативного комплексного управления различными агрегатами при участии диспетчерского персонала. (см. п. 4.3.)

Компьютеры второго уровня объединяются в однородную локальную сеть предприятия (типа Ethernet) с выходом на третий уровень управления.

Третий уровень (MES – Manufacturing Execution System – произ-

водственная исполнительная система). Выполняет упорядоченную обработку информации о ходе изготовления продукции в цехе, а также является источником необходимой информации в реальном времени для верхнего уровня управления предприятием – планирования ресурсов предприятия (MRP и ERP-уровни) и оптимизации управления ресурсами цеха как единого организационно-технологического объекта по заданиям, поступающим с верхнего уровня.

Четвертый уровень (MRP – Manufacturing Resource Planning и ERP – Enterprise Resource Planning – планирование ресурсов предпри-

ятия). Предназначены для автоматизации планирования производства

ифинансовой деятельности, снабжения и продаж, анализа и прогно-

4.2. Стадии проектирования АСУ (этапность разработки и внедрения)

(см. «Стадии проектирования» п. 2.2-2.3)

Выделяют следующие основные стадии: предпроектное обследо-

вание, техническое проектирование, рабочее проектирование, вне-

дрение. В последнее время добавилась стадия сопровождения систе-

мы (программного продукта).

Предпроектное обследование. Цель – изучение существующей модели предприятия, ее совершенствование и обоснование целесообразности внедрения АСУ.

Здесь особый акцент делается на системный подход, которым в лучшей степени владеют специалисты по АСУ («системщики»).

При предпроектном обследовании выделяют следующие составляющие.

график работ отдельных групп исследователей с согласованием этих работ;

формы первичных документов, которые заполняются в процессе обследования;

результаты обследования в виде схем документооборота, позволяющих дать рекомендации по совершенствованию модели предприятия.

Стадия длится до полугода, начиная с приказа по организациям исполнителя и заказчика, и завершается отчетом по результатам обследования. В отчете должны быть отражены структура аппарата управления, функции управления, потоки информации, применяемые методы управления, и рекомендации по их улучшению. По результатам отчета составляют технико-экономическое обоснование на разработку АСУ, которое должно быть защищено на техническом совете из представителей заказчика и исполнителя.

На этой стадии осуществляют укрупненный расчет срока окупаемости системы. Если срок окупаемости не превышает 3,3 года, то разработка АСУ считается целесообразной. В этом случае составляют техническое задание (ТЗ) на разработку АСУ.

Техническое проектирование. Цель – проверить все принципи-

альные технические решения. На данной стадии, которая начинается с утверждения технического задания, проводятся следующие работы:

определяют график разработки АСУ, состав подсистем, комплекс решаемых задач и формируют их постановки;

выбирают и заказывают соответствующий комплекс технических средств;

составляют техническое задание на несерийную аппаратуру (например, различного рода табло);

создают информационные языки, классификаторы и системы шифровки, разрабатывают базу данных;

формируют библиотеку программ, с помощью которых можно решать все имеющиеся разновидности задач;

формируют интерфейс пользователей;

составляют перечень мероприятий по подготовке объекта (предприятия) к внедрению АСУ.

На этой или на следующей стадии возможен уточненный расчет срока окупаемости системы.

Начинают обучение эксплуатационного персонала. Стадия заканчивается составлением документации технического проекта. Техническое проектирование завершается защитой проекта на техническом совете.

Рабочее проектирование. Цель – реализация в полном объеме всех функций и технических решений, которые были приняты на стадии технического проектирования. Данная стадия заканчивается составлением документации рабочего проектирования.

Внедрение. Предусматривается два этапа: опытное внедрение и промышленное внедрение.

Цель первого этапа – переход от ручного управления к параллельному ручному и автоматизированному управлению для проверки работоспособности системы. Приемка в опытную эксплуатацию осуществляется специальной комиссией из представителей заказчика и исполнителя. В комиссии выделяют рабочие группы, осуществляющие прием отдельных частей системы. Факт приемки фиксируется актом приемки, подписанным представителями соответствующей рабочей группы. На основе этих актов составляют общий акт приемки. На этой стадии определяется фактический срок окупаемости системы.

Цель второго этапа – окончательное промышленное внедрение автоматизированного управления.

Сопровождение.

1 . Предпроектное обследование

4 . Внедрение

5. Сопровождение

Стадии разработки определяются в наиболее общей форме состав действий по проектированию систем, их последовательность и требования к составу и содержанию проектной документации. Стадии разработки регламентируются ГОСТами и отраслевыми стандартами.

Состоит (как правило) из следующих этапов:

1.разработка стратегии автоматизированного управления;

2.анализ деятельности предприятия;

3.реорганизация деятельности;

4.выбор системы;

5.внедрение системы;

6.эксплуатация (сопровождение).

1.Разработка стратегии автоматизированного управления. Во главе стратегии автоматизации должна лежать стратегия бизнеса предприятия: миссия предприятия, направления деятельности и модель бизнеса. Таким образом, стратегия автоматизации представляет собой план, согласованный по срокам и целям со стратегией организации. Автоматизированное управление — один из способов достижения стратегических бизнес-целей, а не процесс, развивающийся по своим внутренним законам.

Стратегические цели бизнеса с учетом ограничений (финансовых, временных и технологических) трансформируется в стратегический план автоматизации предприятия. Автоматизированное управление является инвестиционной деятельностью, и к ней применимы все подходы, используемые при оценке эффективности инвестиций [КАСПЕРОВИЧ].

К основным ограничениям при выборе стратегии автоматизации, относят:

финансовые ограничения определяются величиной инвестиций в развитие автоматизации;

временные ограничения обычно связаны со следующими факторами: заменой технологий основного производства; рыночной стратегией предприятия государственным регулированием экономики;

ограничения, связанные с влиянием человеческого фактора. Отно-

сят корпоративную культуру (отношение персонала к автоматизации), особенности рынка труда, трудовое законодательство.

Типичные проблемы, которые возникают при разработке стратегии автоматизации, как правило, связаны со следующими факторами:

состоянием рынка информационных технологий;

определением эффективности инвестиций в информационные технологии;

необходимостью реорганизации деятельности предприятия при внедрении информационных технологий.

2.Анализ деятельности предприятия — осуществляется на ос-

нове информации о деятельности предприятия в формализованном виде, пригодном для выбора и внедрения автоматизированной системы.

Желательно, чтобы анализ предприятия закончился построением набора моделей, соответствующим стандартам IDEF.

3.Реорганизация деятельности — преследует, как правило, цель повышения эффективности деятельности предприятия в целом. Основывается на различных методиках.

BPR (Business Process Reingineering) — реинжиниринг по Хамме-

ру и Чампи, которые определяют реинжиниринг как фундаментальное переосмысление и радикальное перепланирование бизнес-процессов предприятий, имеющие целью резкое улучшение показателей их деятельности, таких как затраты, качество, сервис и скорость.

Методика BSP (расшифровать). Определяется как «подход, помогающий предприятию определить план создания информационных систем, удовлетворяющих его ближайшие и перспективные информационные потребности». Информация является одним из основных ресурсов и должна планироваться в масштабах всего предприятия, АСУ должна проектироваться независимо от текущего состояния и структуры предприятия. BSP основывается на нисходящем анализе информационных объектов и регламентирует 13 этапов выполнения работ.

Особенностью подхода является выделение трех организационных этапов, обеспечивающих так называемый запуск проекта, а именно:

1.получение поддержки руководства предприятия;

2.подготовку к анализу;

4.проведение стартового совещания.

На 4-м этапе формируется перечень основных деятельностей предприятия и содержащихся в них бизнес-процессов и дается их краткое описание.

На 5-м этапе выявляются основные классы данных (логически связанные категории данных). Такими классами, например, могут являться: «Сотрудники», «Ремонты», «Технологический транспорт» и т. д. В итоге выполнения четвертого и пятого этапов формируется матрица связей.

На 6-м этапе осуществляется анализ существующих на предприятии деловых и системных взаимодействий. По аналогии с пятым этапом строятся четыре матрицы, демонстрирующие использование существующих и планируемых информационных подсистем:

матрица «руководители-процессы», демонстрирующая основные обязанности руководителей, степень их вовлеченности в основные бизнес-процессы предприятия;

матрица «информационные системы-руководители», показывающая, какими системами (существующими или планируемыми) пользуются руководители;

матрица «информационные системы-процессы», демонстрирующая, как системы соотносятся с бизнес-процессами предприятия;

матрица «информационные системы-файлы данных», показывающая, какие файлы данных и какими системами используют-

ся.

На 7-м этапе решаются следующие задачи:

уточнение матриц;

определение и оценка необходимой руководству информации;

определение приоритетов потребностей;

определение текущих задач;

привлечение на свою сторону руководства.

Далее, на 8-м этапе все проблемы разделяются на три вида:

не относящиеся к автоматизации и не затрагивающие информационные системы;

связанные с существующими информационными системами;

связанные с будущими системами.

Проблемы первого вида передают руководству предприятия для принятия соответствующих решений. Оставшиеся проблемы сортируют по бизнес-процессам.

На 9-м этапе традиционными методами осуществляют проектирование архитектуры информационной системы.

На 10-м этапе определяет приоритеты в реализации и намечает последовательность ее этапов. Планирование модификаций информационной системы в связи с постоянным процессом появления новых требований к такой системе осуществляется на 11-м этапе.

Наконец, 12-й и 13-й этапы заключаются в выработке рекомендаций и планов и формировании отчетности по проведенным работам.

Анализ и реорганизация деятельности предприятия производятся на основе построенных матриц и выявленных проблем (естественно, эти матрицы детализируются до уровня бизнес-функций), основные изменения осуществляются с целью ориентации предприятия на спроектированную информационную систему.

Методика (подход) CPI (Continuous Process Improvement) и его японский аналог TQM (Total Quality Management) успешно применялись при реорганизации предприятий еще в середине XX в. Этот под-

ход продолжает активно использоваться и в настоящее время, о чем свидетельствует, например, возрастающий объем применения стандартов серии ISO 9000, фактически поддерживающих CPI.

В основе подхода лежит очевидная концепция управления качеством выпускаемой продукции. Качество должно быть направлено на удовлетворение текущих и будущих потребностей потребителя как самого важного звена производственной линии. Достижение соответствующего уровня качества требует постоянного совершенствования производственных процессов. Для решения этой задачи Деминг предложил 14 принципов, в совокупности составляющих теорию управления качеством и применимых для предприятий произвольных типов и различных масштабов. Безусловно, этих принципов недостаточно для полного решения стоящих перед современными предприятиями проблем, тем не менее они являются основой трансформации промышленности Японии и США.

ISO 9000 — стандарт на качество проектирования, разработки, изготовления и послепродажного обслуживания. Он определяет базовый набор мероприятий по контролю качества и представляет собой схему функционирования бизнес-процессов предприятия, обеспечивающую высокое качество его работы. В то же время ISO 9000 не является стандартом качества собственно для производимых предприятием товаров/услуг. Схема покрывает все этапы выпуска товаров/услуг, включая закупку сырья и материалов, проектирование, создание и доставку товаров, обслуживание клиентов, обучение персонала и т.п.

ISO 9000 (на самом деле представляющий собой серию стандартов 9000, 9001, 9002, 9003, 9004) регламентирует два ключевых момента:

наличие и документирование соответствующего бизнеспроцесса;

измеряемость его качества.

Наиболее полным является стандарт ISO 9001, специфицирующий модель обеспечения качества на всех этапах жизненного цикла товара/услуги.

Сертификация предприятия по стандарту ISO 9000 включает следующие три этапа:

применение стандартов на предприятии, заключающееся в разработке и вводе в действие ряда мер (процессов), предписываемых стандартами;

проведение собственно сертификации аккредитованными ISO органами;

периодические (два раза в год) проверки предприятия на пред-

мет следования стандартам.

Следует отметить, что сертификация по ISO 9000 является добровольным делом каждого предприятия. Основной побудительной причиной сертификации является то, что многие зарубежные компании требуют наличие сертификата от своих поставщиков. Более того, наличие сертификата может оказаться обязательным условием участия предприятия в международных тендерах, госзаказах, а также получения льготных кредитов и страховок.

4.Выбор системы — многокритериальная задача. Задание объективных критериев, по которым будет осуществляться выбор конкретной системы, напрямую связано с качеством и полнотой проработки всех предшествующих этапов цепочки выбора. Действительно, практически все объективные соображения, которыми руководствуются при выборе системы (функциональные возможности, технические характеристики, стоимость системы и совокупная стоимость владения, перспективы развития, поддержки и интеграции, и т.п.), выводятся на предыдущих этапах. При тщательной проработке всех предшествующих этапов выбор системы перестает быть проблемой.

5.Внедрение системы. Основные стратегии внедрения:

1)параллельная стратегия — одновременно работают старая (ручная) и новая системы, и их выходные документы сравниваются. Если они согласуются длительное время, осуществляется переход на новую систему;

2)«скачок» — эта стратегия привлекательна, но не рекомендует-

ся;

3)«пилотный проект» — это наиболее часто используемая стратегия, когда тактика «скачка» применяется к ограниченному числу процессов. Область применения стратегии — небольшой участок деятельности. Такой подход снижает риск и наиболее надежен. Практически все предприятия применяют эту тактику сегодня;

4)«узкое место» — это малая часть производственного процесса. При использовании такого похода план внедрения выполняется только для «узкого места» и работающих там людей. Точность данных повышается только для изделий, производимых в этом «узком месте»; переподготовка кадров — только для сотрудников этого участка; ана-

4.3. Особенности проектирования АСУ

4 . 3 . 1 . Особенности исходных данных, процесса проектирования и оценки риска проекта

Основными отличиями стадий проектирования АСУП от стадий проектирования технических систем являются:

1.Проектирование ведется для конкретного предприятия, имеющего свои особенности. Типовая разработка, как правило, сильно затруднена. На адаптацию таких разработок порой тратится времени больше, чем на проектирование новой системы.

2.АСУП создают в одном экземпляре и проведение натурных экспериментов практически исключено. Это повышает роль математических методов.

3.В разрабатываемой АСУП предусматривают возможность совершенствования (принцип непрерывного развития), что повышает важность начальных стадий разработки.

4.Ввод системы в эксплуатацию проводят постепенно, очередя-

ми.

5.Учитывают взаимодействие «человек-машина» в процессе эксплуатации системы.

6.Основная тяжесть разработки ложится на информационное и программное обеспечение в силу стандартности комплекса технических средств.

Особенности исходных данных:

большое число действий, подлежащих реализации (многофункциональность);

значительный объем и сложность ограничений на взаимосвязи проектируемой системы с окружением и трудности их формального описания;

распределенный и асинхронный режимы обработки данных;

многообразие используемых информационных объектов и их свойств;

нечеткость требований, их субъективный характер;

неполнота требований, их расширение в процессе проектирова-

ния, необходимость учета развития системы.

Особенности процесса проектирования:

предположения о конечном результате проектирования делаются до того, как исследованы средства его достижения;

при исследовании событий в обратном порядке (от конечного результата) обнаруживаются непредвиденные трудности или открываются новые (благоприятные) возможности;

поиск решения возможен путем изменения формулировки зада-

чи —самая интересная и самая сложная часть разработки.

Особенности оценки риска проекта. Процесс проектирования АСУ требует больших затрат (временных, трудовых и материальных). Ошибки приводят к значительным экономическим потерям, поэтому важна оценка риска проекта в трех аспектах:

заказчика;

исполнителя;

проекта.

Характеристики заказчика, влияющие на оценку риска проекта:

стабильность организационной структуры и удовлетворенность заказчика организационной структурой;

уровень формализации процессов обработки данных в существующей технологии;

существующий уровень автоматизации процессов сбора и обработки данных;

уровень подготовки кадров в области автоматизированной технологии обработки данных.

Характеристики исполнителя, влияющие на оценку риска проекта:

опыт разработки и работы с прикладным программным обеспечение (ПО) и с техническими средствами;

предполагаемая смена технической и программной среды;

наличие в группе специалистов данной предметной области. Показатели проекта, влияющие на оценку риска проекта:

уровень охвата автоматизацией процессов обработки данных;

объем обрабатываемых данных и характер обработки данных (сбор, поиск, представление, оптимизация).

требования к достоверности данных;

наличие прототипов;

требования к времени ответа;

требования к надежности;

наличие территориально разнесенных подразделений;

требования к обслуживающему персоналу.

4 . 3 . 2 . Особенности создания АСУ при различных подходах к их проектированию

4 . 3 . 2 . 1 . Создание АСУ при подсистемном построении

В подсистемном построении АСУ выделяют следующие основные стадии:

предпроектное обследование,

техническое проектирование,

рабочее проектирование,

внедрение;

сопровождение системы (программного продукта).

Предпроектное обследование. Цель стадии — изучение сущест-

вующего документооборота, его совершенствование и обоснование целесообразности внедрения АСУ.

На этой стадии выделяют следующие составляющие.

график работ отдельных групп исследователей с согласованием этих работ;

формы первичных документов, которые заполняются в процессе обследования;

результаты обследования в виде схем документооборота, позво-

ляющих дать рекомендации по совершенствованию документооборота.

Стадия длится до полугода, начиная с приказа по организациям исполнителя и заказчика и завершается отчетом по результатам обследования. В отчете должны быть отражены структура аппарата управления, функции управления, потоки информации, применяемые методы управления, модели документооборота и рекомендации по его улучшению. По результатам отчета составляют техникоэкономическое обоснование на разработку АСУП, которое должно быть защищено на техническом совете из представителей заказчика и исполнителя.

На этой стадии осуществляют укрупненный расчет срока окупаемости системы. Если срок окупаемости не превышает 3,3 года, то разработка АСУ считается целесообразной. В этом случае составляют техническое задание (ТЗ) на разработку АСУП.

Техническое проектирование. Цель — проверить все принципи-

альные технические решения. На данной стадии, которая начинается с утверждения технического задания, проводятся следующие работы:

определяют график разработки АСУП, состав подсистем, комплекс решаемых задач и формируют их постановки;

выбирают и заказывают соответствующий комплекс технических средств;

составляют техническое задание на несерийную аппаратуру (например, различного рода табло);

создают информационные языки, классификаторы и системы шифровки, разрабатывают базу данных;

формируют библиотеку программ, с помощью которых можно решать все имеющиеся разновидности задач;

формируют интерфейс пользователей;

составляют перечень мероприятий по подготовке объекта (предприятия) к внедрению АСУП.

На этой или на следующей стадии возможен уточненный расчет срока окупаемости системы.

Начинают обучение эксплуатационного персонала.

Стадия заканчивается составлением документации технического проекта, перечень которой определяется «Общеотраслевыми методическими материалами по созданию АСУ предприятий и объединений

— ОРММ-2».

Техническое проектирование заканчивается защитой проекта на техническом совете.

Рабочее проектирование. Цель — реализация в полном объеме всех функций и технических решений, которые были приняты на стадии технического проектирования. Данная стадия заканчивается составлением документации рабочего проектирования, перечень которой оговорен в ОРММ-2. Рабочее проектирование повторяет в большем объеме (масштабе) процессы технического проектирования.

Внедрение. Предусматривается два этапа: опытное внедрение и промышленное внедрение. Цель первого этапа — переход от ручного управления к параллельному ручному и автоматизированному управлению для проверки работоспособности системы. Приемка в опытную эксплуатацию осуществляется специальной комиссией из представителей заказчика и исполнителя. В комиссии выделяют рабочие группы, осуществляющие прием отдельных частей системы. Факт приемки фиксируется актом приемки, подписанным представителями соответствующей рабочей группы. На основе этих актов составляют общий акт приемки. На этой стадии определяется фактический срок окупаемости системы.

На втором этапе осуществляется переход от параллельного ручного и автоматизированного управлений только к автоматизированному управлению. Перечень работ и документов тот же, что и на предыдущем этапе.

В проектировании автоматизированных систем при подсистемном представлении выделяют следующие этапы (табл. 10.4):

•предпроектное обследование;

•техническое проектирование;

•рабочее проектирование;

•внедрение и сопровождение. Таблица 10.4

исопроСопровождение систирование

сопровождение

Нельзя не учитывать и накопленный в подсистемном представлении опыт методической упорядоченности процесса проектирования. Эта этапность хорошо методически проработана и отражена в методических материалах ОРРМ-2 и ГОСТах.

Специфика проектирования современных автоматизированных систем заключена в следующем.

1.В настоящее время заканчивается переход от подсистемного представления (структуры) к процедурному представлению. Для последнего предложена этапность, представленная в графе 2 табл. 10.4. Эта этапность в отличие от технологии подсистемного представления проработана слабо.

2.Проектирование автоматизированных систем ведется, как правило, на основе оболочки, которой могут служить BAAN, SAP/R3, система «Галактика». Фактически — это метод стандартизации, который ранее назывался объектным подходом. Не учитывать влияние стандарта на процесс проектирования не приходится.

3.К технико-экономическим стандартам подсистемного представления в настоящее время добавились стандарты качеств TQM и ИСО.

4.Существует множество схемных нотаций, которые настоятельно рекомендованы к использованию. Однако их области применения четко не прочерчены, что вызывает затруднение. С другой стороны, нотации предоставляют архитектуру, а в лучшем случае — и структуру системы. Вместе с тем многие авторы афишируют лишь структурную стадию, как окончательную в процессе проектирования.

5.Динамичность внешней рыночной среды, в которой работают автоматизированные системы, определяет динамичность автоматизированных систем, что вводит дополнительные детали в процесс проектирования.

6.Отсутствие устойчивой терминологии в процедурном представлении существенно затрудняет процесс проектирования.

7.В состав автоматизированных систем входят базы данных (БД),

аиногда — и экспертные системы. Более того, экспертные системы реального времени (ЭСРВ) — суть разновидность автоматизированных систем. БД и ЭСРВ первоначально развивались автономно и не-