§ 1.3. Классификация аис

Автоматизированная система управления представляет собой совокупность коллектива людей и комплекса технических средств, т. e. является человеко-машинной системой, которая базируется на экономико-математических методах управления, использовании средств электронной вычислительной техники и совместно с математическим, программным, информационным и тех­ническим обеспечением и реализует заданную функцию управ­ления. АИС относится к классу больших систем, поскольку объе­диняет в своей структуре огромное количество элементов. Она является также сложной системой, так как связи между отдель­ными элементами зачастую остаются неясными и требуется не­прерывное их совершенствование и дальнейшее развитие сис­темы. Подход к рассмотрению большой или сложной системы может осуществляться на трех модельных уровнях. Концеп­туальный уровень дает содержательное, качественное описа­ние системы. Логический уровень позволяет на основе ма­тематического аппарата формализовать, логически определить место отдельных элементов системы в пространстве и оценить их взаимодействие во времени. Физический уровень модель­ного рассмотрения позволяет судить о возможностях реализа­ции системы на основе различных программно-аппаратных средств.

В основе построения АИС лежит организационная схема уп­равления заданным объектом. В настоящее время эта схема яв­ляется принятой на уровне отрасли, предприятия, цеха, участка и т. д. Организационная структура самого предприятия являет­ся основой для создания организационной структуры АИС, од­нако при переходе к автоматизированной системе управления требуется совершенствование организационной структуры объек­та, и в этом смысле должна проводиться значительная работа по упорядочению процесса управления до автоматизации.

Весьма важными оказываются и функции, выполняемые автоматизированной системой, поэтому наряду с организационным актуальным является функциональный аспект. Исторически в автоматизированных системах управления выделялись наиболее ха­рактерные функциональные части системы, которые получили название функциональных подсистем. Они зачастую разрабаты­вались последовательно во времени, что приводило к дублиро­ванию используемой информации в информационной базе, к ус­ложнению алгоритмов обработки информации и увеличивало требуемый вычислительный ресурс. При приобретении опыта соз­дания и внедрения АИС оказалось более полезным расчленять систему на функциональные задачи. Совокупность взаимоувя­занных функциональных задач составляет функциональную структуру системы. Функциональный подход к рассмотрению системы позволяет провести анализ выполняемых функций, на­метить пути развития системы и ее дальнейшего совершенство­вания.

С развитием производства усложняются и технологические процессы, и процессы управления предприятием, расширяется спектр производственных задач, составляющих основу функционирования задач АИС. Это приводит к развитию системы по горизонтали. АИС должна быть открытой системой, т. e. должна позволять в созданном и внедренном виде дополнять набор решаемых функциональных задач, что исключительно важно в гике перспектив развития АИС. Существенное влияние на развитие систем оказало и совершенствование средств вычисли­мой техники. С одной стороны, это приводило к все более быстродействующим, высокопроизводительным вычислительным системам, что позволяло решать информационные задачи большой размерности, с другой — появлялись периферийные средства, что позволило работать руководителю-оператору в режиме диалога. Процесс диалогового управления дал возмож­ность уменьшить ошибочность управленческого решения и вскрыл новые возможности по оперативности и точности ре­зультата.

Современный этап развития АИС характеризуется перехо­дом от централизованной структуры к децентрализованной, по­явились вычислительные средства—персональные ЭВМ, кото­рые позволяют строить распределенную вычислительную систе­му с распределением функций памяти, средств обработки информации, периферийных устройств. Все это заставляет пере­осмыслить уже установившиеся принципы разработки АИС и перейти к созданию новых типовых проектных решений по от­дельным элементам системы. Таким образом, организацион­ный, функциональный и технический аспекты структуры АИС являются взаимонезависимыми, однако в реально созданной системе они тесно взаимосвязаны и составляют единое Целое.

При построении АИС необходимо определить типовые объек­ты управления и настроенные на них базовые варианты авто­матизированных систем. Типизация объектов управления в ус­ловиях социалистического планового хозяйства является вполне реальной. В общем виде любое производство определяется тех­нологическим процессом, под которым мы понимаем определен­ное взаимодействие орудий и предметов труда, обслуживающей и транспортной систем, что обеспечивает выпуск продукции заданного качества. В основе технологического процесса лежит Перемещение предметов труда от одной стадии обработки к дру­гой, и это может быть отображено в виде материального патока I производственном пространстве.

В соответствии с характером материального потока техноло­гические процессы могут быть разделены на непрерывные и дискретные. В непрерывных технологических процессах как материальный поток, так и отражающая его информация являются непрерывными по своему характеру. В соответствии с этим возникает понятие непрерывного производства, к которому можно отнести предприятия нефтеперерабатывающей, газовой, энергетической, химической промышленности. Продукцией непрерыв­ного производства является некоторое вещество либо энергия, а параметрами технологии—непрерывные величины (концентра­ция, давление, температура и т. д.). Для дискретных техно­логических процессов характерным является дискретность вы­ходной продукции. Соответственно и технологическому процессу присущ дискретный характер. К производству дискретного типа можно отнести предприятия приборостроительной, машинострои­тельной промышленности. Материальный поток здесь дискретен либо может считаться непрерывным. Соответственно технологические процессы характеризуются дискретными параметрами (чис­лом заготовок, полуфабрикатов на межоперационных складах, выпускаемых изделий, а также бракованных изделий). Каждая операция также может быть представлена дискретными величи­нами в смысле начала и конца времени выполнения, адреса и т. д. Информация о таком производстве носит дискретный ха­рактер. В реальных условиях может иметь место производство непрерывно-дискретного типа, сочетающее в себе особенности непрерывного и дискретного производства (напри­мер, производства в пищевой, металлургической промышленно­сти и др.). Обычно дискретному производству соответствуют мелкосерийное и единичное производства. Непрерывно-дискрет­ное производство — это поточно-массовое, крупносерийное про­изводства.

Независимо от типа производства любая автоматизирован­ная система состоит из двух основных частей: управляющей части и объекта управления.

Для классификации автоматизированных систем управле­ния необходимо выбрать ряд основных классификационных при­знаков: уровень управления, характер объектов управления, ха­рактер решаемых задач, структуру, выполняемые функции, степень использования выходных результатов, характер производства. Учитывая, что детальная классификация АИС приведена в других изданиях, остановимся подробнее лишь на интегрирован­ных АИС и выделим основные уровни управления с учетом ха­рактера производства.

ГОСТ определяет АИС как систему «человек—машина», обеспечивающую эффективное функционирование объекта, в которой сбор и переработка информации, необходимой для реа­лизации функций управления, осуществляется с применением средств автоматизации и вычислительной техники [З].

Интегрированные системы включают в себя АИС организа­ционно-экономического типа и АИС технологическими процес­сами. Интегрированная система управления может интегриро­ваться как по вертикали, так и по горизонтали. Ее отличитель­ной особенностью является единый подход к процессу управле­ния, причем в качестве управляемого объекта выступают аппараты, машины, технологические процессы, а также коллективы людей в экономических и социальных системах, Интегрированные системы управления дают наибольший экономический эффект и являются исключительно перспективными, однако серьезной проработки информационного, математического, программного и технического обеспечении. По характеру производства выделяют интегрированные АИС с непрерывным, дискретным и непрерывно-дискретным типом производства.

Если рассмотреть систему управления производством в виде подсистем, отображающих иерархическую структуру уровней управления, то можно выделить шесть уровней объектов, которые отличаются не только самим объектом, но и контролируемыми, управляющими параметрами, а также теми средствами и алгоритмами управления, которые в них используются.

Первый уровень — рабочее место, где осуществляется управление отдельными станками или технологическими уста­новками; в качестве технических средств используют регулято­ра устройства защиты, блокировки. Могут быть использованы специализированные логические блоки, построенные на микро­процессорных наборах. Все это позволяет исключить человека из контура управления. Здесь реализуется автоматическое уп­равление объектом. На втором уровне — участке — решаются задачи управления комплексом станков, машин, обслуживаю­щим персоналом. Все они связаны технологическим процессом. На третьем уровне – уровне цеха, где осуществляется управ­ление технологическими участками, серьезное место занимают технико-экономические задачи, связанные с планированием про­изводства, с контролем выполнения производственных заданий, контролем технологического процесса, с выработкой управляю­щих воздействий на первый уровень. Технической базой здесь могут служить системы сбора и обработки информации с исполь­зованием управляющих вычислительных машин. На четвертом, пятом и шестом уровнях, т. е. на уровнях предприятия, отрасли и народного хозяйства, где целью АИС является соответственно повышение эффективности функционирования предприятия, взаимодействие подразделений министерств подчиненных предприятий, а также отраслей промышленности, в основном решаются вопросы организационно-экономического характера. Это—составление производственных программ предприятий, планирование деятельности и формирование документации, решение задач качества выпускаемой продукции. Здесь широко используются ЭВМ разного уровня, средства оргтехники. Основная роль при принятии решений отводится человеку. Таким образом, мы получаем иерархическую структуру системы деления.

Для правильного построения такой системы необходимы четкая взаимосвязь целей системы с критериями ее функционирования, рациональное формирование структуры управления на каждом уровне, определение рационального уровня автоматизации функций управления, установление минимума влияния внешней среды на качество функционирования системы, т. е. обеспечение устойчивости системы в целом. Трудность построения АИС в том, что она является разомкнутой системой, и в ней могут быть слабо использованы разработанные в теории управления методы синтеза сложных систем. Наличие человеческого фактора в АИС ещё более усложняет проблему создания этих систем. Формали­зация человека как элемента системы является одной из важных составляющих задачи синтеза АИС и занимает самостоятельное место в этой проблеме. Эффективность автоматизации управле­ния производством в значительной степени зависит от надежно­сти функционирования, организации и экономической эффектив­ности работы цехов, участков, технологического оборудования.