4.4. Методы решения функциональных задач и алгоритмы обработки информации

Основные свойства АИС закладываются на этапе предпроектного анализа, где исходя из глобальной цели управления и кри­териев, ставятся конкретные задачи перед каждым подразделени­ем предприятия. На уровне концептуального проектирования определяются модели, устанавливается перечень автоматизирован­ных функций и моделей их реализации, определяется структура вычислительной системы с учетом затрат на создание и эксплуа­тацию АИС, имеющихся мощностей вычислительных средств для ее разработки и эксплуатации. Уже на уровне концептуальной модели нам необходимо знать основные функциональные задачи, которые решает АИС, и в процессе логического проектирования определить уровни управления и распределить задачи и алгорит­мы их решения по каждому уровню с установлением дискрета уп­равления и необходимой степени агрегирования информации. Та­ким образом, проблема постановки множества задач и алгорит­мов, дискрета их решения, максимизации качества системы уп­равления с учетом количественных характеристик используемых алгоритмов возникает уже на стадии логического проектирования. Задачи на этом этапе носят оптимизационный характер, их по­становка дается при ограничении на суммарный объем вычисли­тельных ресурсов, на время решения задач, на объем памяти и т. д. На уровне физического проектирования определяют струк­туру системы обработки информации, которая реализует вычис­лительные алгоритмы АИС. Эти алгоритмы представляют сред­ство для решения вычислительных задач, отображающих функ­циональные задачи управления. Полученные на предыдущих этапах проектирования функциональная и алгоритмическая струк­туры позволяют построить модель вычислительной системы и найти набор необходимых вычислительных алгоритмов. После­довательность разработки АИС- в функциональном отношении представляется как переход от общих задач АИС к моделям, от моделей—к алгоритмам, от алгоритмов—к вычислительным алгоритмам системы обработки информации. Эти переходы осу­ществляются с использованием типовых проектных решений, ко­торые формально можно отобразить на модельном уровне как операторы перевода (OHi) обобщенной математической модели управления (Мо) в частную математическую модель уп­равления предприятием (Mi), преобразования (ОПа) част­ной математической модели в локальную математическую модель (Мд) и оператор преобразования (ОПд) локаль­ной математической модели в логическую модель систе

мы управления (М₃). Эти операторы и соответствующие им уровни проектирования представлены не рис.4.7. Идео­логия решения функциональных задач закладывается уже на уровне общей модели М₀, где определяется класс предприятий и систем управления ими. Модель М₁ описывает систему управ­ления данным предприятием в целом, М₂ представляет собой совокупность локальных математических моделей, которые реализуют функциональные задачи АИС. Модели М₃—это модели ре­шения функциональных задач. Однако запись в общем виде про­цесса декомпозиции моделей является конструктивной лишь в идеологическом смысле. При проектировании операторы ОП_i есть методы принятия, проектных решений на соответствующих этапах проектирования. Если формализовать процесс принятия решения, то для каждого ОП_i должна существовать некоторая модель принятия решения, которая носит в основном эвристиче­ский характер. В настоящее время установился модельный под­ход к создан-ию АИС и решению ее функциональных задач. На этапе концептуального проектирования нам необходимо иметь всевозможные концептуаль­ные модели и с помощью ло­гического проектирования осуществить выбор лучшей логической модели. Сущест­венным оказывается здесь и агрегирование параметров. Чем выше уровень агрегиро­вания, тем проще опериро­вать с моделью, однако труд­нее потом настраивать ее на конкретные частные функциональ­ные задачи. Поэтому на уровне логической модели возникают две задачи: выбрать необходимый комплекс алгоритмов для решения функциональных задач и определить операторы агре­гирования.

Раскрытие операторов ОП₁, ОП₂, ОП₃ в определенной степени упрощается в связи с переходом на новую информационную тех­нологию принятия управленческого решения, главной тенденци­ей которой является персонификация вычислений и предоставле­ние конечному пользователю возможности обработки данных с прямым контролем над всеми ее стадиями.

Вместе с АИС возникли новые элементы технологии—авто­матизированные рабочие места (АРМ). АРМ как проблемно-ориентированный и программно-технический комплекс выносится на рабочее место пользователя и автоматизирует его основные про­изводственные и управляющие функции. Это позволяет увели­чить оперативность управления и, главное, обеспечить диалого­вое управление. Наличие АРМ позволяет человеку настроить общую модель управления на конкретные производственные и социально-экономические условия предприятия, использовать опыт развития практические результаты имеющихся АИС. Что­бы представить содержание моделей, рассмотрим несколько под­робнее модель системы управления.

В качестве элемента формализованного описания системы уп­равления вводится понятие операции. Операция—это преобразо­вание предметов труда, которое осуществляется с помощью име­ющихся ресурсов. Формально операцию характеризуют три па­раметра: множество входов, по которым поступают предметы труда; множество выходов или предметов труда, полученных в результате воздействия; множество ресурсов. Имея набор опе­раций, можно представить полностью процесс изготовления из­делий и использовать для формализации некоторый ориентиро­ванный граф с конечным числом вершин, каждая из которых ото­бражает операцию, а дуги,—отношение непосредственного пред­шествования. Задав параметры операций как отношения между вершинами этого графа, можно формализовать производствен­ную деятельность предприятия, отдельных его подразделений и определить характеристики операций. При решении конкретных функциональных задач необходимо установить размер партии, определить ресурсы, привлекаемые к каждой операции, устано­вить длительность операции, спланировать запуски и выпуски от­дельных изделий при взаимной координации операций. Тогда про­цесс производства записывается, как изменение во времени количества предметов труда и для каждой операции устанавли­ваются моменты запуска операции в заданном горизонте плани­рования. Так может быть поставлена и решена задача планиро­вания размеров партий, применяемости ресурсов и запусков отдельных операций. При заданном объеме незавершенного произ­водства можно определить область допустимых значений управ­ляемых параметров и тем самым решить данную функциональ­ную задачу.

Все множество функций, выполняемых АИС, необходимо представить в виде совокупности математических взаимоувязан­ных моделей. На уровне объемного планирования устанавлива­ются модели выбора оптимальной производственной программы, оптимальных размеров партий, решается задача составления рас­писаний. При решении функциональных задач существенную проблему составляет выбор алгоритмического обеспечения и оп­ределение комплекса используемых вычислительных алгоритмов. Так как тезаурус (т. е. словарь) алгоритмов обычно бывает из­вестен, то при выборе алгоритма необходимо учитывать возмож­ность его количественных характеристик, к которым обычно от­носят оперативность, точность и себестоимость алгоритма. На каждом уровне принятия решения существует некоторый блок принятия решения, который на основе принятой модели Мз, су­ществующего множества алгоритмов и имеющегося множества вычислительных ресурсов позволяет найти единственный алго­ритм, удовлетворяющий ограничениям по вычислительным ресурсам и доставляющий максимум эффективности решения задач.

Имея граф задач, полученный непосредственно вз анализа производства, можно определить граф альтернативных алгорит­мов. Если вершины этого графа отображают алгоритмы, а ду­ги—параметры их эффективности, то формальный подход к на­хождению максимального пути в графе алгоритмов будет озна­чать получение единственного оптимального алгоритма. Путем агрегирования данных можно решать задачи в системе обработки информации в обобщенном виде с использованием меньших вы­числительных ресурсов. Необходимо оценить максимальную воз­можность укрупнения информации для каждого уровня решае-емой задачи. При получении максимальной степени агрегирова­ния находим минимальные затраты вычислительных ресурсов. Проблема уменьшения потребного вычислительного ресурса мо­жет быть решена, если исходный конструкторско-технологический граф изделия преобразовать в агрегированный граф. Вершина­ми его будут агрегированные операции, которым должны быть присущи и агрегированные ресурсы. Известны такие понятия, как группа оборудования, обрабатывающий рабочий центр и т, д. При переходе от конструкторско-технологического графа к укрупненному необходимо разбиение ресурсов предприятия на отдельные группы в соответствии с выбранйыми агрегированны­ми операциями. Тогда может возникнуть новый граф организа­ционной структуры, соответствующий разбиению ресурсов, в вер­шинах которого будут укрупненные структурные подразделения. Построение такого графа соответствует построению агрегирован­ных операций. Если предложить обобщенную формальную про­цедуру построения агрегированного графа, то эта процедура бу­дет применена к агрегированию операций, подразделений и ис­пользуемых ресурсов.

Таким образом, вычислительные задачи и соответствующие им вычислительные алгоритмы могут иметь в АИС укрупненный характер, что позволяет организовать вычислительный процесс с использованием минимальных вычислительных ресурсов. Это возможно на таких этапах управления, как планирование, когда обработка информации реализуется в пакетном режиме. Для ав­томатизированных систем управления реального времени при вы­полнении вычислительных процедур приходится работать в мас­штабе времени, соответствующем реальным производственным процессам. Это не позволяет строить агрегированные модели, и расход ресурса будет больше. Тогда возникает проблема поста­новки вычислительных задач, однозначно отображающих функ­циональные задачи АИС. Организация вычислительного процесса в таких системах сводится к реализации алгоритмов управления и решается путем создания программного обеспечения, модульно получаеморо-как следствие формального представления алгорит­мов в АИС. В таких задачах могут быть выделены отдельные элементы задач – задания, которые могут обьединяться по временному признаку,требуемой информации, распределению этой информации в памяти и т. д. Объединением заданий в некоторые совокупности удается осуществить реализацию вычислительного процесса в системы обработки информации в реальном масштабе времени. Практически для всех функциональных задач АИС су­ществует соответствующий математический аппарат.

На уровне планирования имеют место модели перспективно­го планирования, которые отличаются высокой степенью обоб­щенности и описывают предприятие как единое целое. Эти мо­дели лежат в основе общих математических моделей управления, В качестве математического аппарата могут быть использованы производственные функции, которые могут иметь однопарамет­рический и многопараметрический характер.

На уровне технико-экономического управления находят при­менение балансовые модели, которые устанавливают соответствие между ресурсом и потреблением.

Широко используются модели объемного планирования» ко­торые работают при наличии критериев и ограничений и приме­няются для составления оптимальной производственной прог­раммы.

В качестве математических методов разрешения этих моделей используют линейное» нелинейное, целочисленное и стахостиче-ское программирования. Широкое разнообразие частных мате­матических моделей используется на уровне производственного планирования. Это — сетевое планирование с ограниченными ре­сурсами и модель объемно-календарного планирования. Для оперативного управления и регулирования применяют модели календарного планирования, оперативного регулирования. В ка­честве математического аппарата используется теория расписа­ний, методы дискретной оптимизации. При разработке и опытной эксплуатации АИС широкое применение находит имитационное моделирование, которое позволяет, не проводя экспериментов на конкретной системе, получить оптимальные режимы ее функцио­нирования, оптимальные значения управляющих параметров. Решение функциональных задач в АИС тесно связано с пробле­мами использования математических моделей. Оно подкрепляется вычислительными процедурами и всей организацией вычисли­тельного процесса.