ГЛАВА 1. АСОИУ КАК ОБЪЕКТ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Лекция 1.

Классификация АСУ

В настоящее время сложились два направления автоматизации различного рода технических, экономических и организационно-технических (производственных) систем. Первое направление осуществляется за счет автоматических систем различных типов, которые без участия человека выполняют измерение, контроль, регулирование и управление работой агрегатов, машин, устройств, технологических линий и систем, таких, например, как транспортные системы, системы воздушного движения и т.п.

Существует четыре группы автоматических систем:

1) измерительно-информационные системы (ИИС);

2) системы автоматического контроля (САК);

3) системы автоматического регулирования (САР);

4) системы автоматического управления (САУ).

Развитие техники и методов управления в экономических, организационно-экономических и организационно-технических системах, необходимость повышения эффективности их функционирования привели к созданию принципиально нового класса систем управления – автоматизированных систем. Как известно, в любой системе управления решаются три основные задачи: 1) сбор и передача информации об управляемом объекте; 2) обработка информации и принятие решений; 3) выдача управляющего воздействия на объект управления.

Автоматизированная система управления обеспечивает решение перечисленных задач в комплексе с обязательным участием человека, основываясь на использовании средств вычислительной техники, экономико-математических методов, прогрессивных изменений организационной структуры, совершенствования информационной базы объекта автоматизации, рационального распределения функций между человеком и техникой.

Дадим развернутое определение этому понятию.

Автоматизированной системой обработки информациии управления называют систему, состоящую из взаимосвязанных и взаимодействующих в пространстве и во времени вычислительных и алгоритмических средств, средств связи, источников информации с метрологическим обеспечением, средств моделирования и отображения информации, а также средств управления этими процессами, применяемыми для получения продукта заданного качества в определенных условиях функционирования с обязательным участием человека.

По своей структуре, целям и функциям АСОИУ относят к классу больших систем. Основными признаками АСОИУ, характеризующими ее как большую систему, считают следующие признаки

I. Иерархичность структуры, т.е. возможность выделения отдельных элементов  - подсистем АСОИУ с устойчивыми пространственно-временными связями, имеющими подчиненный характер. Подчиненность выражается как структурным местоположением элементов подсистем, так и распределением управляющих функций между ними.

II. Адаптация и самоорганизация системы в целом и отдельных ее подсистем. Поскольку практически нельзясразу создать АСОИУ, удовлетворяющую всем запросам пользователей в будущем, и она должна развиваться по мере изменения характера объекта управления и целей функционирования, то необходимо заложить в системе возможность ее совершенствования, т.е. адаптирования и самоорганизации к изменениям внешней среды.

III. Наличие ЭВМ в подсистемах различных рангов для оптимизации принимаемых решений, преобразования и обработки информации, поступающей из различных источников.

Широкий спектр систем, попадающих под определение АСОИУ (в дальнейшем, согласно гопредщелению ГОСТа, просто АС), требует их классификации по ряду признаков. Основными из этих признаков являются следующие признаки:

По уровню управления различают следующие АС:

- межгосударственные

- общегосударственные

- отраслевые и межотраслевые

- предприятий и объединений (фирм)

- подразделений предприятий

- технологических процессов или операций.

По назначению или характеру объектов управления различают следующие АС:

- административные

- общественно-политические

- коммерческие

- оборонные

- транспортные

- производственно-технические и др.

По характеру решаемых задач различают АС:

- стратегические (например, перспективного планирования отрасли или фирмы)

- тактические (например, текущего планирования фирмы)

- оперативные

- информационные.

По степени использования выходных результатов различают следующие АС:

- информационно-справочные

- информационно-советующие

- информационно-управляющие.

По структуре различают АС:

- централизованные

- иерархические

- децентрализованные.

По характеру протекающих поцессов в объекте управления различают АС:

-для предприятий и организаций с непрерывным производством;

- для предприятий и организаций с дискретным производством;

- для предприятий и организаций с дискретно-непрерывным производством.

По выполняемым функциям различают три класса АС:

1) АСУП – автоматизированные системы управления производством; 2) АСУТП – автоматизированные системы управления технологическим процессом; 3) САПР – системы автоматического проектирования.

АСУП создаются как человеко – машинные системы, предназначенные для автоматизации управления производственно–хозяйственной деятельностью на предприятии или какой–либо другой организации. Они представляют собой сложную иерархическую, многоуровневую систему, состоящую из коллектива работников аппарата управления, комплекса технических средств (КТС), различных методик и инструкций по управлению объектом, носителей данных, т.е. документов и технических носителей информации. Как всякая сложная система, АСУП подразделяется на подсистемы, органические взаимодействия которых при реализации задач управления обеспечивает достижение основной цели АСУП – оптимизацию принятия управленческих решений.

АСУП обычно интегрируется как элемент в автоматизированной системе более высокого уровня организационного управления – отраслевые АС или АС крупными компаниями, возможно межгосударственными или территориально-отраслевыми АС.

Появление второго класса АС – АСУТП связано, во-первых, с развитием автоматических устройств и совершенствованием технологического оборудования и, во-вторых, со значительным усложнением всех функций управления технологическими процессами. Принципиально важным для создания АСУТП было появление оборудования с числовым программным управлением (ЧПУ), промышленных роботов, управляемых ЭВМ, обрабатывающих центров и т.п.

Под АСУТП в настоящее время понимают человеко-машинную систему, которая при участии операторов, технологов, диспетчеров, контролеров, в реальном масштабе времени обеспечивает автоматизированное управление процессом изготовления изделий из исходных материалов в соответствии с заданной технологией и установленными технико-экономическими критериями. К АСУТП в области авиации можно отнести АСУ воздушным движением в стране в целом или отдельных аэроузлах – регионах страны,  а также управление боевыми операциями, операциями по организации защиты отдельных наиболее важных регионов страны.

По степени охвата управляемого процесса АСУТП делятся на локальные, т.е. управляющие отдельными станками, агрегатами, линиями, участками, регионами для АСУ воздушным движением в зоне аэропорта или взлетной полосы, и комплексные, которые управляют группами установок, цехами, заводами, имеющими отдельные подсистемы.

По степени участия человека в управлении технологическими процессами различают информационные, информационно-советующие и управляющие АСУТП.

Третий класс АСУ – САПР, предназначен для реализации автоматизированных процедур проектирования тех или иных объектов различного класса. Под САПР обычно понимают организационно-техническую систему, состоящую из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного с подразделениями проектной организации, и выполняющую автоматизированное проектирование тех или иных объектов. Об этом мы будем подробно говорить в следующем, т.е. весеннем семестре.

Автоматизированные системы управления рассмотренных классов (АСУП, АСУТП и САПР) различаются, прежде всего, по виду информации, отражающей только одну определенную сторону деятельности автоматизированного объекта управления: организации, предприятия или объединения. Однако на практике реализация функций управления связана с необходимостью получения и переработки всей информации о состоянии управляемого объекта на данный момент времени с целью выработки оптимального решения.

Разрешение противоречия между реализацией локальных функций управления с одной стороны и необходимостью оптимизации функционирования всей автоматизированной системы в целом с другой стороны привело к созданию так называемых интегрированных АС – ИАСУ. В ИАСУ совокупно и взаимосвязано взаимодействуют все перечисленные классы АС, используя единую организационную, информационную, техническую и программно-математическую основу.

Классификационные признаки предприятий, содержащих разные классы АС и их интеграция в ИАСУ,  могут быть сведены в следующую таблицу 1.1.

Таблица 1.1

Группа предприятий	Основные составляющие АСУ	Характер интеграции
I	1. САПР 2. АСУТП 3. АСУП	Проектирование, технология, экономико-организационные процессы
II	1. САПР 2. АСУП	Проектирование, экономико-организационные процессы
III	1. АСУТП 2. АСУП	Технология, экономико-организационные процессы
IV	АСУП	Экономико-организационные процессы

 

В ИАСУ научно-производственным объединением можно выделить следующие автоматизированные системы (см. рис. 1):

· САПР, которая конструирует изделия, узлы, детали, разрабатывает требования к ним;

· АСУП, планирующая и координирующая работу всех структурных элементов (подразделений, подсистем) интегрированного автоматизированного производства;

· АСНИ, исследующая готовые и проектируемые образцы изделий на соответствие требованиям ТЗ;

· АСТПП, проектирующая технологические процессы и управляющие программы для станков с ЧПУ, технологическую оснастку, инструмент;

· Автоматизированная система организационно-экономического управления, осуществляющая текущее и оперативное планирование и учет хода производственных процессов (АСОЭУ);

· Автоматизированная система организационно-технологического управления, осуществляющая управление технологическими объектами управления, состоящими из комплекса производственных модулей, снабженных локальными информационно-управляющими системами управления (АСУОТ);

· Распределенная система автоматического контроля, осуществляющая контроль качества функционирования интегрированного автоматизированного производства и качество изготовления изделий (САК);

· Интегрированная информационно-управляющая система (банк данных интегрированного автоматизированного производства) – ИУС.

Подсистемы САПР, АСУП, АСНИ объединяют в комплекс верхнего уровня иерархии интегрированного автоматизированного производства. На этом верхнем уровне вырабатывается стратегия организационно-экономического управления, планируется загрузка автоматизированного производства по номенклатуре и числу изделий, осуществляется подготовка производства, автоматизировано проектируются изделия. Таким образом, компоненты АСУП-САПР-АСНИ генерируют своеобразную информационную среду для всего интегрированного автоматизированного производства, реализованную в виде верхнего уровня общего распределенного банка данных системы. Компоненты АСТПП, АСОЭУ, САК, АСУОТ объединяют в комплекс иерархии нижнего уровня интегрированного автоматизированного производства. На этом уровне решаются практические задачи организационно-технологического планирования и управления, автоматизировано подготавливаются технологические управляющие программы и осуществляется непосредственное цифровое управление технологическими объектами управления в режиме реального времени. Данные подсистемы нижнего уровня иерархии генерируют своеобразную внутреннюю информационную среду, реализованную в виде нижнего уровня общего распределенного банка данных интегрированного автоматизированного производства.

Взаимосвязь указанных автоматизированных систем может быть представлена в виде обобщенной схемы, изображенной на рис. 1.1.

Лекция 2

Структуризация АС

Виды структур АС

Проектирование любого объекта, в том числе и АС, требует предварительного анализа этого объекта с целью его структуризации.

Структуризация АС – это локализация ее границ и выделение структурных составных частей. Выделенную по определенному признаку часть АС называют ее подсистемой. Совокупность действий, направленную на достижение определенной цели, называют функцией АС. Выполнение автоматизированной системой управления функций, осуществляемое на действующем объекте управления и обеспечивающее достижение заданных целей, называют функционированием АС (ГОСТ 24.003-84).

Структура системы управления отражает строение и внутреннюю форму организации, относительно устойчивые взаимоотношения и взаимосвязи элементов системы. В автоматизировнной системе, как и любой сложной системе, можно выделить большое число элементов, свойств, связей между элементами.

В процессе создания и в ходе функционирования АС выделяют различные аспекты ее внутреннего строения, различая в соответствии с этим разные виды структур системы: организационную, функциональную, информационную, комплекса технических средств и др.

 

              Рис. 1.1. Схема организационной структуры ИАСУ предприятием

Организационная структура АС отражает существование в системе управления объектом нескольких подразделений разного иерархического уровня и их взаимное административное подчинение.

Структурообразующий элемент такой структуры – это подсистема АС, осуществляющая автоматизацию таких процессов обработки информации и принятия решений, которые присущи соответствующему подразделению системы управления. Связи между элементами такой организационной структуры АС – это информационные потоки между структурными подразделениями,. При этом от вышестоящих подразделений в нижестоящие информация имеет характер директив (приказы, распоряжения, инструкции и т.п.), а от нижестоящих к вышестоящим подразделениям характер отчетности о выполнении полученных директив (рапорты, отчеты, сводки и т.п.).

Примеры организационной структуры АС приведены на рис. 1.2, 1.3.

Функциональной структурой АС называют структуру, элементами которой являются подсистемы, автоматизирующие выполнение отдельных функций управления. Функция управления – это совокупность действий, выполняемых в системе управления для достижения объектом управления определенной цели. Понятие функции управления переносится на функцию АС, если АС реализует эту функцию.

Состав функций реализуемых АСУ определяет ее назначение. Примеры функциональных подсистем АСУ воздушным движением страны:

- подсистема перспективного планирования полетов в регионе;

- подсистема суточного (предварительного) планирования полетов в районе;

- подсистема текущего планирования полетов в аэроузле;

- подсистема управления взлетом – посадкой самолетов в аэропорту.

 

 

Рис. 1.2. Организационная структура АСУ производственного объединения

Рис. 1.3. Пример организационной структуры АСУ воздушным

движением страны

 

Связи между элементами функциональной структуры АСОИУ – это потоки информации, циркулирующей между отдельными функциональными подсистемами. Информация, поступающая от одной функциональной подсистемы к другой подсистеме, может быть двух видов. Первый вид – это результат решения некоторой задачи управления, полученный в одной из функциональных подсистем, который необходим как исходные данные для задачи, решаемой в другой функциональной подсистеме.

Второй вид – это информация о состоянии объекта управления, которая используется в разных функциональных подсистемах. Например, информация о подлете группы самолетов в зону аэроузла используется как в подсистеме текущего планирования этого аэроузла, так и в подсистеме управления взлетом – посадкой в аэропорту, куда направляется данная группа самолетов. С другой стороны, результаты решения задач управления в подсистеме суточного (предварительного) планирования полетов самолетов в районе используется как исходные данные для подсистемы текущего планирования полетов в аэроузле. Типичные функциональные группы дискретного производства представлены на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Типичные функциональные группы дискретного производства

 

Схема функциональной структуры автоматизированной системы управления научными исследованиями (АСНИ) приведена на рис. 1.5

Рис. 1.5. Пример функциональной структуры АСНИ

 

Если в организационной структуре системы управления существуют структурные подразделения, предназначенные для выполнения присущих только им определенных функций, то организационная и функциональная структуры АС могут совпадать. Например, если в системе управления аэропортом есть подразделения текущего планирования воздушного движения, управления взлетом – посадкой, материального обеспечения и другие, ориентированные на выполнение какой-то одной функции управления, то организационная и функциональная структуры создаваемой АСУ аэропорта могут совпасть.

С другойстороны, если какое-либо структурное подразделение системы управления выполняет несколько функций и его деятельность автоматизируется, то организационная и функциональная структуры АС могут быть частично или полностью совмещенными. В этом случае в качестве структурообразующих элементов АС могут выступать как организационные подсистемы (т.е. структурные подразделения, работа которых автоматизирована), так и функциональные подсистемы. При этом функциональные подсистемы раскрывают содержание автоматизируемых функций управления соответствующего структурного подразделения. Пример такого совмещения структур АСУ приведен на рис. 1.6.

 

 

Рис. 1.6. Пример совмещения организационной и функциональной

структур АСУ ВД

 

Близкие по методам решения или исходной информации задачи управления, решаемые в функциональных или организационных подсистемах АСУ, часто объединяют в отдельные блоки, называемые модулями. Каждый такой модуль должен обладать следующими качествами:

- функциональность, т.е. модуль должен представлять собой функционально законченную и максимально независимую совокупность операций по обработке данных; обращение к модулю осуществляется как к единому целому и значения вызываемых параметров обычно отражает специфику функций модуля;

- связность, т.е. модуль, реализует совокупность взаимосвязанных функций, требующих одних и тех же данных; часть этих данных обычно скрыта для системы в целом;

- алгоритмичность, т.е. модуль включает несколько функций, которые реализуются последовательно, причем выходные результаты одной функции являются входными для другой и т.д.; кроме того, функции модуля обычно являются взаимосвязанными во времени;

- однородность, т.е. в модуле объединяются однородные по своему функциональному назначению задачи управления и процедуры их решения.

Если в качестве структурообразующего элемента АСОИУ выступает модуль, то говорят, что задана модульная структура системы. Выделение модулей и построение из них создаваемой АСОИУ является в настоящее время одним из перспективных направлений автоматизации процессов проектирования таких систем.

 

Кроме функциональных и организационных подсистем в АСОИУ выделяют обеспечивающие подсистемы. Как правило, эти подсистемы являются общими для большинства или даже всех задач, решаемых в различных функциональных (организационных) подсистемах. Основными обеспечивающими подсистемами АСОИУ являются подсистема комплекса технических средств и подсистема информационного обеспечения.

Структурой комплекса технических средств автоматизированной системы называют структуру, элементами которой являются отдельные устройства комплекса технических средств системы.

Связи между элементами этой структуры отображают информационный обмен между этими устройствами. Для АСОИУ сложными объектами данная структура имеет вид многоуровневой распределенной вычислительной системы (РВС), отражающей в той или иной степени организационную структуру автоматизированной системы.

Информационная структура АСОИУ показывает характер и взаимосвязь информационных элементов (показателей, документов, блоков, массивов данных), используемых в процессе функционирования автоматизированной системы. В ней находят отражение классификационные свойства используемой информации, ее назначение, формы представления (машинная, внемашинная, документированная и т.д.).

При построении информационной структуры АСОИУ необходимо стремиться к тому, чтобы она в полной мере отражала информационные потоки между отдельными подсистемами и задачами системы, показывала какая информация является первичной, какая промежуточной, какая результатной. Понятие информационная структура АСОИУ тесно связано с понятием информационное обеспечение (информационная компонента) АСОИУ.

12345678910Следующая ⇒

Поделиться: