§2.3. Функциональные задачи и подсистемы аис

Современная автоматизированная система управления явля­ется многоуровневой. Анализ и синтез такой системы может быть выполнен на основе теории многоуровневых иерархических си­стем. В соответствии с этой теорией систему можно разделить на подсистемы и далее на задачи, что позволяет декомпозиро­вать общую цель управления на отдельные подцели реализуе­мые подсистемами. Метод иерархической декомпозиции явля­ется основным методом исследования сложных иерархических систем управления. Декомпозиция системы по функциональному признаку приводит к выделению отдельных функциональных час­тей АИС, которые получили название функциональных подсистем; дальнейшая декомпозиция функциональных подсистем приводит к выделению функциональных задач. Такая последовательность действий является естественной при анализе созданной АИС, однако, на этапе синтеза, создания и внедрения исходной является некоторая организационно-экономическая модель, включающая в себя функции и уровни управления, разделение этих функций по производственным подразделениям с выделением отдельных задач управления. Нам необходимо оп­ределить множество функций управления, которые подлежат автоматизации, оценить целесообразные уровни управления и, если необходимо, выделить стадии управления производством, которые охватываются автоматизацией. При создании АИС весьма важно экономно расходовать вычислительный ресурс, а поэтому данные задачи являются оптимизационными. В качест­ве ограничений выступает вычислительный ресурс по производительности вычислительной машины и объему используемой памяти. Для упорядочения решаемых задач управления необ­ходимо их совместить с соответствующими уровнями управления, которые являются достаточно определенными для каждого типа предприятия. Как указывалось выше, основными уровнями уп­равления являются перспективное планирование, управление подготовкой производства, технико-экономическое планирование, общезаводское производственное планирование и управление, оперативное управление. На уровне перспективного планирова­ния можно выделить ряд функций управления, которые подле­жат автоматизации. Одной из основных функций на этом уровне выступает прогнозирование. Применительно к отраслевой АИС прогнозирование может касаться целого ряда экономиче­ских показателей, связанных с развитием отрасли. Для автома­тизированных систем управления предприятием прогнозирова­ние относится к выпускаемой продукции, к потребностям пред­приятия в каких-то видах сырья, изделий смежников. В условиях социалистического производства может быть осуществлен до­статочно точный прогноз с использованием математических ме­тодов. Конкретными функциональными задачами могут быть: определение капитальных вложений по республике, краю, об­ласти, городу; прогнозирование объема строительно-монтажных работ и потребности в строительных материалах; оптимальное размещение предприятий данной отрасли и ряд других. Решение этих задач в основном базируется на оценке экономического процесса, ранее имевшего место в деятельности предприятия и экстраполяции этого опыта на будущие годы. Вводится ряд функций, отображающих зависимость требуемых экономических показателей по годам от каких-то параметров, т. е. оценивают тенденцию развития на основе принятых математических закономерностей. Проверка этих закономерностей осуществляется на опыте прошлых лет, оценивается совпадение прогнозируемых и полученных результатов. Методы прогнозирования опираются на стационарность экономического процесса, что не всегда имеет место, а поэтому зачастую более полезными оказываются методы экспертных оце­нок. Использование автоматизированного управления для решения подобных функциональных задач позволяет осуществить оптимизационную постановку задач. В качестве критерия прини­маются полные приведенные затраты и минимизируется функ­ционал затрат. В результате получают рекомендации по функ­циональному развитию отдельных отраслей промышленности» оптимальному размещению объектов производства с учетом име­ющихся людских» материальных и энергетических ресурсов. В це­лом минимизируются суммарные капитальные и эксплуатационные затраты на производство, затраты на транспортировку и сырье.

На уровне предприятия основной задачей является максими­зация прибыли предприятия или обеспечение производства про­дукции в заданном объеме и ассортименте при минимуме эконо­мических затрат. Решается ряд частных функциональных задач по определению номенклатуры выпускаемой продукции, расчету объемов производства по каждому виду продукции, сроков ввода отдельных мощностей и т. д. На уровне подготовки производства наиболее существенной функциональной задачей является реа­лизация функций подготовки производства, создание информа­ционного обеспечения уровней управления, разработка конструкторско-технологических и экономико-организационных нормати­вов на производимую продукцию. Технико-экономическое управление направлено на выполнение производственной про­граммы предприятия при имеющихся ресурсах. Функциональной задачей является составление техпромфинплана на каждый год, его корректировка в течение планируемого периода, контроль выполнения технико-экономических показателей, оценка откло­нений их от заданных. Задачи технико-экономического планиро­вания решаются многократно в течение года. Сначала прово­дится оптимальный расчет техпромфинплана, который отражает возможности производства продукции при существующих фон­дах. Затем разрабатывается директивный техпромфинплан, в котором исходные показатели являются ограничениями, а пред­приятие составляет свои показатели. Решение задач технико-экономического планирования и управления позволяет получить основные цифры, по которым строятся ограничения при функцио­нировании остальных функциональных подсистем АИС. От Эф­фективности решения этих задач в целом зависит эффективность функционирования всей системы.

На уровне общезаводского производственного управления осуществляется планирование и регулирование выпуска товарной продукции, загрузки и потребностей производства в матери­альных ресурсах. Целью данных функциональных задач являет­ся установление квартальных и месячных заданий по цеха. На уровне оперативного управления решаются функциональные задачи по разработке оперативных производственных планов очередности выполнения работ, планирования производственной мощности, благодаря чему предприятию удается достичь в течение директивного планируемого периода основных плановых показателей. Здесь же корректируются отклонения хода производственного процесса от заданного. В качестве объектов управле­ния выступают оборудование, производственный персонал, предметы труда, при этом обеспечивается непрерывное оперативное управление в ходе производственного процесса. Частными функциональными задачами могут быть задачи оперативного планирования, учета, контроля и регулирования. За счет оперативного управления осуществляется согласование работы производственных участков во времени по имеющимся ресурсам, реализуется рассчитанный объемный календарный план производства на выбранном интервале планирова­ния, осуществляется оптимальная загрузка оборудования и рабочих.

Существенной на уровне оперативного управления является выдача оперативной информации управленческому персоналу для контроля и регулирования производства. В зависимости от типа производства возникли различные системы планирования и управления, отличающиеся разными планово-учетными едини­цами, периодами планирования, контроля и регулирования, а также различной степенью централизации функций управления в системе. Оперативное управление в интегрированной АИС доходит непосредственно до технологического процесса. В соответствии с этим могут быть определены оптимальные размеры пар­тий деталей, которые идут на обработку, оценены затраты на переналадку оборудования, затраты, вызванные наличием незавершенного производства. Могут быть решены оптимизационные задачи по оценке размеров партий изделий и узлов в производ­стве, что позволяет получить значительный экономический эффект от автоматизированной системы управления. Решение каждой функциональной задачи в АИС базируется на некотором математическом обеспечении, отображающем экономико-математическую модель задачи. На основе этой экономико-математической модели задачи и ее целей строится оптимальный алгоритм решения. Алгоритм реализуется программой, входящей в состав программного обеспечения АИС. Таким образом, в условиях автоматизированной системы управления любая функциональная задача обладает экономико-математическим алгоритмическим, информационным аспектами. Поэтому по ме­тодам решения, алгоритмам и программному обеспечению, а так­се используемой информации эти задачи могут иметь некоторую мощность. Возникла идея объединения функциональных задач по общности функциональных признаков управления в подсистемы, называемые функциональными подсистемами. Важно, чтобы создаваемые функциональные подсистемы были достаточно сильно связаны по информации. Связь по информации можно оценить коэффициентом информационной взаимо­связи отдельных подсистем. Учитывая, что информация, используемая для управления в отдельных функциональных подсистемах, хранится в виде информационных массивов, дан­ный коэффициент может быть записан в виде k=N/N₀, где N— количество взаимоиспользуемых информационных массивов в рассматриваемых функциональных подсистемах; N₀—общее количество информационных массивов в обеих подсистемах.

Целесообразность выделения функциональных подсистем можно подтвердить объективным делением управляемого процесса производства на отдельные независимые части в связи с существующей организационной структурой управления, функциональной спецификой отдельных частей процесса управле­ния, ограниченными возможностями отдельных управляющих частей подсистем по обработке соответствующих объемов ин­формации. Содержание функциональных подсистем зависит от уровня АИС, характера объекта управления, типа производст­ва. Однако для большинства автоматизированных систем управления предприятиями установились достаточно четкие ос­новные наименования функциональных подсистем АИС.

Выделяют следующие основные подсистемы: технико-экономического планирования (ТЭП), технической подготовки производства (ТПП), управления качеством продукции (УКП), оперативного управления производством (ОУП), сбыта и реа­лизации продукции (СРП), материально-технического снабже­ния (МТС), бухгалтерского учета (БУ), управления кадрами (УК). Большинство указанных функциональных подсистем от­носится к уровню организационно-экономического управления предприятием, однако, подсистемы оперативного управления производством, управления качеством продукции могут нахо­диться на организационно-технологическом уровне управления и доходить до технологического.

Для каждой подсистемы может, быть выявлена организаци­онная структура управления в рамках данной подсистемы, функ­циональная структура в виде совокупности отдельных функциональных блоков по основным стадиям и фазам управления пример с выделением блоков планирования, учета, контроля, анализа и регулирования. Информационные связи между носителями информации устанавливаются на основе информационной модели функциональной подсистемы АИС. Выделяют входные документы, массивы оперативной информации, массивы нормативно-справочной информации, промежуточные массивы, входные массивы, выходные документы. Информационная позволяет также установить внешние информационные связи рассматриваемой подсистемы с остальными функциональными подсистемами АИС. По выделенным функциональным блокам должны быть построены алгоритмы решений типовых задач, что можно реализовать с помощью экономико-математической модели. Таким образом, декомпозиция функциональной подсистемы на функциональные задачи позволяет использовать типовые экономико-математические модели решения этих задач и приводит к созданию оптимальных алгоритмов реализации,

В ыше указывалось, что функциональная структура АИС зави­сит также и от уровня объекта. Так, если мы перейдем к отрас­левой АИС, где объектом управления является министерство, то могут быть выделены основные функциональные подсистемы перспективного планирования, технико-экономического планиро­вания, оперативного управления, управления материально-техни­ческим снабжением, капитальным строительством, сбытом про­дукции, планирования, учета и анализа труда и зарплаты, уп­равления финансовой деятельностью, научно-исследовательскими работами, научно-технической информации, бухгалтерского уче­та, управления кадрами. Каждой подсистеме свойственна орга­низационная структура, функциональное разбиение на отдель­ные части, например, в подсистеме перспективного планирования могут быть выделены три основных функциональных блока: раз­вития отрасли, размещения предприятий, капитального строи­тельства. Несмотря на разнообразие функций, выполняемых эти­ми блоками, математические модели решения задач могут бази­роваться на одних и тех же зависимостях, отражающих закономерности развития отрасли в прошлом и выдающих прогноз на предстоящие годы.

Если в качестве объекта управления выступает научно-испы­тательный комплекс (НИК), предназначенный для проведения экспериментальных исследований и испытаний различной аппа­ратуры, то видоизменяется и функциональная структура АИС. В соответствии с решаемыми задачами (стратегическое управле­ние экспериментальным исследованием, оперативное управление ходом эксперимента, диспетчирование конкретного эксперимен­та) могут быть выделены три основных уровня управления: верхний — организационно-экономический; промежуточный — организационно-технологический и нижний—технологический. Организационно-экономическому уровню АИС при функциональном разбиении соответствуют подсистемы перспективного планирова­ния, текущего планирования, технической подготовки, материально-технического снабжения, труда и зарплаты, финансовой деятельности и др. Функциональные задачи, решаемые каждой из этих подсистем, практически мало отличаются от функцио­нальных задач, решаемых АСУП в рамках крупного предприятия. На технологическом уровне могут быть выделены функциональные подсистемы планирования эксперимента, его подготовки, проведения, а также обработки результатов эксперимента [14].

Для каждой функциональной подсистемы можно определить и соответствующие основные функциональные задачи. На рис. 2.10 представлена функциональная структура технологического уровня АИС экспериментом. Выделенные функциональные задачи могут быть разбиты и далее, однако указанные выше являются основными для формализации функциональной структуры на базе известных математических методов, что позволяет дать ко­личественную оценку эффективности выбора каждого варианта структуры системы. Таким образом, функциональный подход к структуре АИС позволит выделить основные функции, выполняемые системой, формализовать эти функции я перейти к созданию обеспечивающих подсистем.

Если объектом управления является технологический участок, функциональная структура АИС технологическим участком предполагает выполнение следующих функций: составление рас­писания загрузки оборудования, оперативное регулирование (диспетчирование), коррекция календарных планов, учет. Струк­турно АИС технологическими участками замыкаются сверху на АСУП, периодически получают из АСУП плановые задания, ди­рективные указания о смене и реализации планов технологиче­ского процесса, регулярно либо по запросу сообщают в АСУП статическую и динамическую информацию. Наряду с организационно-плановыми функциями по расчету календарных и объемных планов, учету текущего состояния оборудования, управлению взаимодействием оборудования АИС технологическими участками обеспечивают управление локальным оборудованием: станками с числовым программным управлением, роботами, раз­личными технологическими установками.