- •Лекция . Основы проектирования автоматизированных систем управления вмф.
- •1. Традиционная методика проектирования автоматизированных систем.
- •2. Особенности проектирования автоматизированных систем управления вмф.
- •3. Системы автоматизированного проектирования асу.
- •Лекция. Новые технологии проектирования асу.
- •1. Cals-технология и стандарты.
- •2. Case-технология проектирования программного обеспечения.
- •3. Основные сведения о пакете case-Аналитик.
Лекция . Основы проектирования автоматизированных систем управления вмф.
Вопросы:
1. Традиционная методика проектирования автоматизированных систем.
2. Особенности проектирования автоматизированных систем управления ВМФ.
3. Системы автоматизированного проектирования АСУ.
Учебная цель: Ознакомиться с основами методики проектирования АСУ ВМФ.
Литература:
1. В.Ф. Шпак Основы автоматизации управления. Ч.2, стр. 288-303. Петродворец, ВМИРЭ, 1998 г.
2. Н.Ф. Директоров и др. Автоматизация управления и связь в ВМФ. С. 147-160. СПб. Элмор, 2001.г.
3. С.М. Доценко и др. Единое информационно-функциональное пространство ВМФ: от идеи до реализации. Стр. 309-317. СПб.:НИКА, 2003.
1. Традиционная методика проектирования автоматизированных систем.
Порядок разработки новых и совершенствования действующих АСУ регламентируют соответствующие ГОСТы, общеотраслевые руководящие методические материалы. Все стадии создания АСУ условно можно разделить на три группы: 1) предпроектная; 2) проектная; 3) ввода АСУ в эксплуатацию.
1.1. Предпроектная стадия проектирования АСУ. Основные этапы предпроектной группы: исследование и обоснование создания АСУ и разработка технического задания.
Назначение первого этапа — обследование объекта автоматизации и выработка требований к системе. Обследование объекта включает в себя обследование органа управления, его функциональной структуры и информационной структуры.
Обследование органа управления начинается с выявления целей и критериев эффективности функционирования системы управления, а также факторов, препятствующих и способствующих достижению целей.
Это обследование проводится по специальной программе, представляющей перечень вопросов, ответы на которые должны достаточно полно характеризовать функционирование системы управления, и позволяет определить основные параметры будущей АСУ. Полученные в результате обследования ответы служат основой для разработки организационной, функциональной и информационной структуры будущей АСУ, а также для определения состава подсистем и комплексов задач, составления технического задания на создание АСУ.
Обследование функциональной структуры органа управления заключается в составлении перечня содержания и периодичности выполнения той или иной функции управления органом управления, его подразделениями и отдельными должностными лицами. По каждой функции управления определяют: количество и состав операторов, участвующих в ее реализации; затрачиваемое ими время; наличие и содержание формальных методов решения задач, связанных с выполнением этой функции; применяемые технические средства; должностные инструкции, регламентирующие ход выполнения функции управления.
Характеристика органа управления включает также описание его организационной структуры, представляемой в виде схемы, на которой размещают все подразделения с указанием их административной подчиненности. Схему сопровождают пояснительной запиской.
Обследование информационной структуры состоит: в выявлении используемых документов и составлении схемы документооборота; определении информационных связей органа управления с объектом управления, источниками информации, вышестоящими и взаимодействующими органами управления между его подразделениями. Выявляют также информационные потребности подразделений и отдельных должностных лиц органа управления. Количественные характеристики информационных потоков позволяют определить объемы входной, обрабатываемой и выходной информации органа управления в целом и его подразделений, а также изменение этих объемов во времени. Дополнительно определяются формы документов, которыми обмениваются между собой пункты управления; перечни задач, которые решаются на каждом пункте управления; необходимая для решения этих задач информация; формы представления результатов.
Помимо изучения форм документов, выясняют маршруты их движения — с момента формирования до сдачи на хранение или передачи за пределы обследуемого объекта. Изучив маршруты движения документов, можно определить информационные связи внутри обследуемого подразделения, связи с другими подразделениями системы и внешними организациями.
В результате обследования объекта автоматизации формируется совокупность концептуальных моделей — таких как модель предназначения, модель цикла управления, функциональная модель, модель структуры системы и процесса управления, — характеризующих объект в степени, достаточной для разработки и оформления требований к системе. В частности, на этом этапе:
принимают решение о целесообразности создания АСУ;
осуществляют предварительный выбор и обоснование состава функций системы, а также состав процессов, подлежащих автоматизации;
— определяют требования к системе, ее частям и к качеству выполнения автоматизируемых функций управления;
— оценивают затраты и производят предварительный расчет ожидаемой эффективности АСУ.
Основной документ, который разрабатывается на стадии исследования и обоснования создания АСУ, — это оперативно-тактическое (технико-экономическое) обоснование. В отношении жизненного цикла АСУ этот документ можно рассматривать в качестве постановки задачи на автоматизацию процесса управления. Далее рассмотрены состав и структура этого документа.
Введение: основание для проведения работ; организация-заказчик; организации-участники работ; сроки начала и окончания работ; источники, объемы и порядок финансирования работ; перечень нормативно-технических документов и методических материалов, использованных при проведении обоснования.
Характеристика объекта и существующей системы управления: общая характеристика объекта; характеристика функционирования, организационной и функциональной структуры объекта; характеристика существующей системы управления и ее структурных элементов (с указанием распределения функций управления, используемых методов и средств управления); перечень и характеристика недостатков в организации управления объектом; оценка потерь, возникающих из-за недостатков в управлении; характеристика готовности объекта к созданию АСУ.
Цели, критерии и ограничения по созданию АСУ: формулировки оперативно-тактических, научно-технических и экономических целей и критериев создания АСУ; характеристика ограничений по созданию АСУ.
Функции и задачи создаваемой АСУ: обоснование перечня автоматизируемых функций и комплексов задач управления; очередность внедрения; требования к качеству реализации функций и комплексов задач управления; дополнительные требования к АСУ в целом и к ее частям, учитывающие специфику объекта управления и создаваемой АСУ.
Ожидаемые оперативно-тактические и технико-экономические результаты: перечень основных источников повышения эффективности; оценка ожидаемых изменений основных оперативно-тактических показателей функционирования объекта; оценка ожидаемых затрат; ожидаемые обобщающие показатели эффективности АСУ.
Выводы и предложения: сопоставление ожидаемых результатов создания АСУ с заданными целями и критериями ее создания; принципиальное решение вопроса о создании АСУ (положительное или отрицательное); предложения по функционированию объекта, по совершенствованию организационной и функциональной структуры системы управления, методов управления, по развитию видов обеспечения АСУ; рекомендации по обеспечению совместимости создаваемой АСУ с другими АСУ, по организационной и функциоальной структуре создаваемой АСУ, по составу и характеристикам подсистем и видов обеспечения, по составу организаций-разработчиков, по рациональной организации работ, финансированию работ и материальному обеспечению их и др.
В виде дополнительного документа по результатам обследования может быть представлена информационная модель объекта, которая должна отражать все структурные подразделения и, по возможности, все процессы управления с существующими потоками информации. Также эта модель должна представлять взаимную связь всех структурных подразделений в процессе управления силами.
Завершающая стадия предпроектной группы — разработка технического задания, в котором определяется концепция или идеология построения будущей АСУ. При этом исследуют лишь те системные требования, которые определяют общую конфигурацию (облик) АСУ.
Непосредственной разработке технического задания на создание АСУ могут, при необходимости, предшествовать еще два этапа: этап проведения предпроектных НИР по наиболее важным направлениям автоматизации, а также этап разработки аванпроекта.
Цель разработки аванпроекта — предварительная разработка проектных решений, включающих: (а) разработку вариантов функциональной структуры АСУ в целом и вариантов структур АСУ по видам обеспечения; (б) сравнительную технико-экономическую оценку рассматриваемых вариантов; (в) выбор типовых проектных решений по видам обеспечения АСУ.
Состав и структура технического задания следующие.
1. Введение: полное наименование и условное обозначение АСУ; основание для создания АСУ (перечень документов); наименование и условное обозначение темы или разработки; сроки начала и окончания работ по созданию АСУ; наименование организаций, участвующих в создании АСУ (исполнители, соисполнители); сведения об источниках и порядке финансирования.
Характеристика объекта управления: описание состава объекта управления; организационная, функциональная, информационная и другие структуры; описание особенностей объекта управления, определяющих основные требования к создаваемой АСУ.
Назначение АСУ: основные цели ее создания; критерии эффективности функционирования объекта в условиях автоматизированного управления; перечень выполняемых функций, необходимых для достижения целей; описание общей структуры системы управления (с указанием места комплексов средств автоматизации - КСА в ней); взаимосвязи создаваемой АСУ с системами управления других уровней; перспективы развития АСУ.
4. Основные требования к АСУ: основные требования к АСУ подразделены на три подгруппы — требования к системе и ее частям; требования к качеству выполнения функций АСУ; требования к видам обеспечения АСУ.
требования к системе и ее частям: основные показатели, которые должны быть достигнуты в условиях автоматизированного управления объектом; требования к функционированию АСУ и ее режимам работы; способы обмена информацией со смежными системами (с указанием режима обмена, объема, содержания, системы кодирования и, при необходимости, формы представления информации);эргономические требования к рациональной компоновке технических средств, удобству обслуживания, комфортности пунктов управления и эстетического решения; требования по защите информации;
требования к качеству выполнения функций АСУ: перечень функций управления и решаемых комплексов задач (с указанием для каждой из них основных входных и выходных параметров, а также потребителей информации). По каждой функции управления указывают периодичность и формы представления информации, режимы выполнения и требования к результатам.
требования к видам обеспечения АСУ: в соответствии со стандартами на АСУ.
Оперативно-тактические и технико-экономические показатели АСУ, которые должны быть достигнуты в результате создания АСУ, с указанием допускаемых затрат.
Состав, содержание и организация работ по созданию АСУ: перечень стадий и этапов выполнения работ; перечень работ по стадиям и этапам, сроки их выполнения и организации-исполнители работ; форма завершения стадий и этапов создания АСУ; перечень мероприятий по подготовке объекта к внедрению АСУ (с указанием сроков выполнения работ и исполнителей); последовательность внедрения частей АСУ и ее отдельных задач. Все эти сведения могут быть представлены в виде планов-графиков.
Порядок приемки АСУ: состав и объем приемо-сдаточных испытаний, которые проводятся при вводе системы в эксплуатацию или предъявлении государственной (межведомственной, внутриведомственной) комиссии.
При формировании облика АСУ в рамках технического задания важное значение имеет описание постановки задач управления. Это описание включает определенные характеристики, в число которых входят:
Характеристика комплекса задач: цель, назначение, оперативно-тактическая сущность комплекса задач и обоснование целесообразности его решения; перечень объектов, при управлении которыми решается комплекс задач; описание порядка и процедур использования выходной информации; периодичность решения задач и ограничения по срокам выдачи выходной информации; требования к организации сбора и обработки информации, к порядку ее контроля и корректировки (обновления); связи данного комплекса с другими комплексами задач АСУ; распределение функций между персоналом и техническими средствами при различных ситуациях решения комплекса задач.
Характеристика входной информации: перечень и описание входных сообщений; перечень и описание структурных единиц информации входных сообщений. По каждому сообщению указывают: идентификатор, форму представления сообщения и частоту поступления. В описании по каждой структурной единице информации входных сообщений указывают: наименование, требуемую точность числового значения, источник информации и его идентификатор.
Характеристика выходной информации: перечень и описание выходных сообщений; перечень и описание имеющих самостоятельное смысловое значение структурных единиц информации выходных сообщений, команд и сигналов управления. По каждому выходному сообщению указывают: идентификатор; форму представления сообщения (документ, видеограмма, сигнал управления) и требования к ней, периодичность выдачи; сроки выдачи; получатель информации. В описании по каждой структурной единице информации сообщают: наименование; идентификатор выходного сообщения, содержащего структурную единицу информации; требования к точности и надежности вычисления (при необходимости).
В качестве приложения включают чертежи форм документов, видеограмм входной и выходной информации, а также другие материалы по усмотрению разработчика (например, описание массивов).
1.2. Проектная стадия создания АСУ. Проектирование АСУ начинается с разработки технического проекта. При создании сложных АСУ может быть введена еще одна стадия, предшествующая техническому проекту — эскизный проект. Необходимость введения этой стадии вызвана сложностью и многообразием задач, решаемых в АСУ, а также ответственностью принимаемых решений. Важность стадий эскизного и технического проектов определяется следующим фактом: даже незначительные ошибки в системе могут в будущем привести к необходимости значительных переделок на последующих этапах, что вызовет дополнительные затраты и увеличение сроков создания АСУ.
В рамках эскизного проектирования разрабатывают варианты функциональной, системной и технической архитектуры. Эти варианты уточняют и принимают к разработке на последующих этапах технического и рабочего проектирования.
Разработка всех видов архитектур базируется на концептуальных моделях предпроектной стадии. Результатом разработки функциональной архитектуры является общесистемное и прикладное программное обеспечение, а также базы данных и документов, обеспечивающие реализацию функций должностными лицами системы управления.
Результатом разработки системной архитектуры становится согласование различных проектов типов прикладных платформ — в части сопряжения источников информации, передачи данных и средств их обработки, — а также реализация профиля стандартов взаимодействия с внешними платформами (сопряжения с внешними объектами).
В результате проектирования технической архитектуры появляются комплекс средств автоматизации и сети передачи данных.
Разработка технического проекта начинается с разработки окончательных решений по общесистемным вопросам. При этом, прежде всего, разрабатывают функциональную структуру АСУ (общий алгоритм функционирования АСУ), уточняют состав задач, обеспечивающих выполнение автоматизируемых функций управления, а также функций, выполняемых в автоматическом режиме. Затем выбирают и обосновывают принципиальные проектные решения по структурам АСУ, с учетом совместимости со смежными системами.
Основные критерии при выборе тех или иных решений:
выполнение технических требований;
соотношение "стоимость-эффективность";
сложность технического исполнения;
влияние выбранной технологии на организацию функционирования органа управления;
требования к квалификации персонала, обслуживающего АСУ.
После общесистемных решений разрабатывают решения по видам обеспечения: организационному, техническому, информационному и программному.
При разработке решений по организационному обеспечению определяют:
— функции персонала АСУ (непосредственно функции персонала, требования к квалификации, предложения по подготовке персонала АСУ);
организационную структуру АСУ (штатные расписания подразделений, обеспечивающих функционирование АСУ);
правовое обеспечение АСУ (статус АСУ; правовое положение структурных подразделений и должностных лиц АСУ; порядок получения, накопления и использования информации).
На этапе разработки решений по техническому обеспечению выбирают и обосновывают состав и структуру комплекса технических средств АСУ, в том числе комплекса средств автоматизации; также определяют технические средства, подлежащие разработке; производят проектную оценку надежности комплекса технических средств АСУ.
Один из основных этапов стадии технического проекта — разработка решений по информационному обеспечению. Содержание этого этапа:
разработка решений по информационной базе (определение состава и объема нормативно-справочной информации);
определение структуры базы данных и поиск решений по ее организации и ведению; определение состава и характеристик входной и выходной информации (сигналов, документов, данных);
выбор номенклатуры и привязка систем классификации и кодирования информации (определение перечня типов информационных объектов, подлежащих классификации в АСУ, и необходимых классификаторов и кодовых словарей, их выбор и разработка; определение системы внесения изменений и дополнений в классификаторы);
— поиск решений по обеспечению обмена информацией в системе. Еще один важный этап — разработка решений по программному обеспечению. В состав работ этого этапа входят:
определение основных решений по программному обеспечению АСУ (выбор принципов построения и структуры программного обеспечения);
определение состава программного обеспечения (определение состава общего и специального программного обеспечения АСУ, выбор пакетов прикладных программ).
Весьма ответственный этап разработки технического проекта — согласование решений по видам обеспечения между собой и разработка общесистемной документации по АСУ в целом.
Необходимо иметь в виду, что на этапе технического проекта выбирают принципиальные решения, которые определяют основные характеристики АСУ. В дальнейшем происходит, в основном, только детальная разработка отдельных составных частей системы.
На основе утвержденного технического проекта разрабатывается рабочая документация, которая содержит все необходимое для отладки или АСУ в целом, или соответствующей ее очереди, а так-
организационную структуру АСУ (штатные расписания подразделений, обеспечивающих функционирование АСУ);
правовое обеспечение АСУ (статус АСУ; правовое положение структурных подразделений и должностных лиц АСУ; порядок получения, накопления и использования информации).
На этапе разработки решений по техническому обеспечению выбирают и обосновывают состав и структуру комплекса технических средств АСУ, в том числе комплекса средств автоматизации; также определяют технические средства, подлежащие разработке; производят проектную оценку надежности комплекса технических средств АСУ.
Один из основных этапов стадии технического проекта — разработка решений по информационному обеспечению. Содержание этого этапа:
разработка решений по информационной базе (определение состава и объема нормативно-справочной информации);
определение структуры базы данных и поиск решений по ее организации и ведению; определение состава и характеристик вход ной и выходной информации (сигналов, документов, данных);
выбор номенклатуры и привязка систем классификации и кодирования информации (определение перечня типов информационных объектов, подлежащих классификации в АСУ, и необходимых классификаторов и кодовых словарей, их выбор и разработка; определение системы внесения изменений и дополнений в классификаторы);
— поиск решений по обеспечению обмена информацией в системе. Еще один важный этап — разработка решений по программному обеспечению. В состав работ этого этапа входят:
определение основных решений по программному обеспечению АСУ (выбор принципов построения и структуры программного обеспечения);
определение состава программного обеспечения (определение состава общего и специального программного обеспечения АСУ, выбор пакетов прикладных программ).
Весьма ответственный этап разработки технического проекта — согласование решений по видам обеспечения между собой и разработка общесистемной документации по АСУ в целом.
Необходимо иметь в виду, что на этапе технического проекта выбирают принципиальные решения, которые определяют основные характеристики АСУ. В дальнейшем происходит, в основном, только детальная разработка отдельных составных частей системы.
На основе утвержденного технического проекта разрабатывается рабочая документация, которая содержит все необходимое для отладки или АСУ в целом, или соответствующей ее очереди, а также для подготовки к вводу в эксплуатацию, к проведению приемо-сдаточных испытаний и к последующему ее нормальному функционированию.
На этапах рабочего проектирования осуществляют формирование информационной базы, разработку программ функциональных задач; макетируют и исследуют отдельные элементы АСУ; определяют организацию функционирования системы; вырабатывают принципы технического обслуживания. Тогда же осуществляют создание комплекса технических средств (КТС) АСУ, их отладку, производят проверку математического и программного обеспечения.
Дополнительной стадией при проектировании АСУ может быть изготовление ее не серийных компонентов.
Ввод АСУ в эксплуатацию. Заключительная стадия создания АСУ – ввод ее в эксплуатацию. Эта стадия также подразделяется на несколько этапов: организационный, проведение пусконаладочных работ, проведение опытной эксплуатации, приемка в эксплуатацию. На этой стадии осуществляется весь комплекс мероприятий по реализации материалов рабочего проекта, выявляют и корректируют ошибки в построении системы, МПО и т.д.
На первом этапе проводят ряд организационных мероприятий по подготовке пользователей и обслуживающего персонала АСУ, обеспечению подразделений объекта управления инструктивно-методическими материалами. Осуществляется комплектация АСУ техническими и программными средствами, ЗИПом, при необходимости проводят строительно-монтажные работы.
Второй важный этап ввода АСУ в действие — проведение пусконаладочных работ, комплексная отладка КСА. На этом этапе осуществляется наладка технических средств АСУ, постановка и отладка программных средств, загрузка информации в базу данных, предварительные испытания АСУ на работоспособность, разрабатывается программа проведения опытной эксплуатации АСУ.
Следующий важный этап — это проведение опытной эксплуатации АСУ, в ходе которой дорабатывается программное обеспечение, проводится дополнительная наладка технических средств АСУ, корректируются документы по результатам опытной эксплуатации АСУ, а также подготавливаются программы и методики приемосдаточных испытаний АСУ. Далее осуществляют приемочные испытания и устранение замечаний, выявленных при испытаниях.
Создание АСУ заканчивается приемкой АСУ в эксплуатацию. Приемку оформляют, составляя акт о вводе АСУ в действие.
Необходимо отметить, что специфика разработки АСУ обуславливает совмещение ее отдельных этапов во времени. Решение одной задачи может находиться на стадии рабочего проектирования и даже внедрения, а для других, в то же время, может осуществляться техническое проектирование. Существует возможность, например, не ожидая конца эскизного проектирования, приступить к решению ряда задач, очевидность которых не вызывает сомнений, т.е. к их техническому проектированию. Общий порядок разработки АСУ представлен на рис. 3.8.