§ 2.4. Обеспечивающие подсистемы аис

Выделяемая в соответствии со структурным подходом обеспе­чивающая часть АИС включает в себя организационное, информационное, математическое, алгоритмическое, программное, техническое, лингвистическое, правовое и эргономическое обеспечения. Эти обеспечения создаются на стадии микропроектирования, т. е. внутреннего проектирования системы, ими определяется характер работ при создании АИС, а также взаимосвязь отдель­ных подсистем АИС при функционировании. Организационное обеспечение АИС создается на стадии предпроектного обследова­ния предприятия, когда делаются выводы о необходимости со­вершенствования существующей системы управления. Поэтому организационное обеспечение включает в себя средства и мето­ды, предназначенные для технико-экономического анализа су­ществующей схемы управления предприятием, определения целесообразного уровня автоматизации организационного уп­равления, организации управления производством в условиях АИС. На рис. 2.11 представлен состав организационного обес­печения (00) АИС. Выделены четыре основных взаимодейст­вующих составляющих: методы (М), средства (С), техническая документация (ТД) и персонал (П). Методы организационного обеспечения базируются на руководящих материалах по разра­ботке и внедрению АИС. Средства основываются на типовых задачах управления, имеющихся типовых структурах и схемах организационного управления, существующих унифицированных формах документов, а также пакетах прикладных программ. Техническая документация включает в себя техническое задание на создание АИС, технико-экономическое оборудование или материалы, необходимые для разработки и внедрения АИС. Персонал составляют главные конструкторы АИС и специалисты по отдельным функциям управления. На основе разработанного ор­ганизационного обеспечения реализуется усовершенствованная информационная схема управления, определяются задачи управ­ления, обеспечивающие наибольший экономический эффект раз­рабатываемой системы, формализуются требования к комплексу технических средств, программному обеспечению. Конкретные решения по организационному обеспечению реализуются на ос­нове пакета прикладных программ.

Функционирование любой автоматизированной системы бази­руется на непрерывно протекающем в ней информационном процессе. Все виды информации в АИС представляются в инфор­мационной базе. Совокупность средств и методов построения информационной базы составляет информационное обеспечение АИС. На рис. 2.12 представлена структура информационного

обеспечения (ИО) АИС. Информационное обеспечение делится на внемашинное (ВМ) и внутримашинное (М). Внемашинное обеспечение—это средства, которые используются вне ЭВМ. Сюда относятся системы классификации и кодирования (СК) экономической информации, различные нормативно-справочные документы (НД), оперативная документация (ОД), методиче­ские инструктивные материалы (ММ). Система классификации и кодирования информации обеспечивает формализацию инфор­мации в виде, пригодном для последующей обработки ее на ЭВМ.

Для нормальной производственной деятельности предприя­тия необходима конструкторская, технологическая, производст­венно-техническая информация, объединяемая в систему ин­формационно-справочной информации. При оперативном управ­лении производством необходимо иметь оперативную документацию. Эффективное функционирование производства невозможно без экономико-математических методов управления и отражающей их информации. Информация обычно хранится в памяти ЭВМ и составляет содержание внутримашинного инфор­мационного обеспечения, которое состоит из информационных массивов (ИМ) и программ (П), причем информационные массивы отражают статическую и динамическую информацию. Информационная база подвергается непрерывному обновлению, поэтому возникают входные массивы, представляющие собой совокупность исходных данных для решения задач АИС; сюда же входят данные, снимаемые с технологического процесса. При стыковке отдельных решаемых задач возникает промежуточная информа­ция, когда результаты решения одних задач используются для последующих. Входная и промежуточная информация составляет информационную базу АСУП. Результатом решения задач АИС является выходная информация, используемая для управления объектом.

Информационное обеспечение АИС является одним из наиболее трудоемких и актуальных обеспечений. Информационная база при ее разработке модельно представляется на концептуальном, логическом и физическом уровнях. Концептуальный уровень качественно оценивает имеющуюся информацию, логический уровень позволяет задать организацию информационных массивов в памяти ЭВМ, физический уровень обеспечивает реализацию информационной базы на имеющихся технических средствах. Получили применение различные структуры информационных баз с использованием централизованных и распределенных средств вычислительной техники.

Р ешение функциональных задач АИС, а также доведение управляющих воздействий до исполнительных элементов в автоматическом режиме осуществляется за счет технического обеспечения. Техническое обеспечение АИС — это комплекс технических средств (КТС), осуществляющий взаимосвязь технических средств сбора, обработки, передачи, вывода, представления информации, средств оргтехники и устройств управления ими. Такая взаимосвязь позволяет осуществить информа­ционный процесс в АИС. На основе техни­ческого обеспечения АИС реализуется вы­числительный процесс, который по своей струк­туре является отобра­жением реального процесса управления в сис­теме.

Структура технического обеспечения (ТО) АИС представле­на на рис. 2.13. Основными составляющими являются технические средства (ТС), методические материалы (ММ) и персонал (П) по разработке, внедрению и эксплуатации комплекса тех­нических средств. Технические средства делятся в соответствии основными стадиями преобразования информации. Это—сред­ства подготовки и регистрации (СПР) информации, ее сбора и передачи (ССП), хранения и обработки (СХО), вывода и воспроизведения (СВВ). При более детальном анализе могут вы­деляться средства диспетчеризации, оргтехники, вспомогатель­ное оборудование. Методические материалы отражают, прежде всего, типовые методики (М) выбора КТС, библиотеки типовых проектных решений (ТПР), методики оценки (МО) показателей качества функционирования КТС. Персонал состоит из разработ­чиков: вычислительных центров (РВЦ), периферийных средств (РПС), систем телеобработки данных (РСТ), средств оргтехни­ки (РСО). При внедрении АИС необходим монтажно-наладочный, а при эксплуатации—обслуживающий (ОП) и эксплуата­ционный персонал.

При выборе комплекса технических средств необходимо пом­нить, что: 1) целью функционирования КТС является обеспече­ние решения соответствующих задач АИС; 2) КТС преобразует информацию по различным принятым алгоритмам, способствует повышению производительности труда персонала, оперативности и достоверности принимаемых решений, однако основное реше­ние принимает человек — руководитель; 3) АИС является человеко-машинной системой, что необходимо учитывать при созда­нии комплекса технических средств АИС; 4) затраты на совер­шенствование технических средств должны быть соизмеримы с экономическими затратами, т. е. эффект от применения КТС формируется непосредственно в процессе производства; 5) на всех этапах ввода, обработки, преобразования информации не­обходимо устранять лишнюю избы­точность, т. е. следует хранить, вос­производить только необходимую информацию.

Если исходить из функциональ­ного подхода, то отдельные фазы преобразования информации могут быть объединены в следующие под­системы: регистрации и подготовки информации (ПРПИ), сбора и пере­дачи информации (ПСПИ), хране­ния и обработки информации (ПХОИ), воспроизведения и выдачи информации (ПВВИ). Взаимодейст­вие этих подсистем и объекта управления (ОУ) представлено на рис. 2.14. Информация с ОУ формируется автоматически либо вручную с использованием оператора (О). Она может подготавливаться в виде документа и передаваться курьерской связью (КС) непосредственно на подсистему хранения и обработки, которая является основой информационно-вычислительного центра АИС. Она может быть представлена также в виде электрического сигнала, способного передаваться по каналу связи. Тогда в виде неизбыточного кода она передается в подсистему сбора и передачи информации. В этом случае использу­ются средства телепередачи, т. е. реализуется автоматическая связь (АС).

Подсистема регистрации и подготовки информации может быть реализована на стандартных периферийных средствах, ко­торые через каналы связи, мультиплексоры передачи данных подсоединяются к электронным вычислительным машинам. Подсистема сбора и передача информации обеспечивает переда­чу информации с заданной верностью и сбор информации с ми­нимальной избыточностью. В состав данной подсистемы входят средства кодирования, модуляции, уплотнения линий связи. Под­система сбора и передачи информации по своей структуре явля­ется иерархической и включает в себя оконечное оборудование, каналы связи абонентского и магистрального типов, узлы комму­тации с различными принципами коммутации элементов инфор­мации, устройства хранения и предварительной обработки информации. Все эти средства объединяются сетями связи, имею­щими сложную топологию и разветвленную структуру. Подсисте­ма хранения и обработки информации реализуется в информа­ционно-вычислительном центре, причем вычислительная система может быть с централизованной и распределенной структурой; могут быть использованы вычислительные комплексы, включаю­щие более одной ЭВМ с различной организацией взаимодейст­вия. Подсистема хранения и обработки информации реализует и информационное обеспечение АИС, на ней организуется инфор­мационная база, поскольку именно в этой подсистеме осущест­вляется ввод, хранение, обновление и вывод информации. Здесь же реализуются основные вычислительные задачи АИС. В соот­ветствии с этим серьезное место при разработке данной подсисте­мы уделяется вопросу создания оптимальных алгоритмов обра­ботки и соответствующего программного обеспечения. Воздейст­вие на объект управления АИС осуществляется либо непосредст­венно через подсистему выдачи и воспроизведения информации, которая обеспечивает вывод информации в необходимой форме, либо при удаленности объекта вывод информации идет через подсистему сбора и передачи.

Существует широкий комплекс стандартных технических средств, позволяющий осуществить выбор комплекса технических средств на базе типовых элементов. Выпускаются не только средства обработки информации в виде электронных вычислительных машин, но и сопрягаемые с ними периферийные средства. Поэтому представленная структура взаимосвязи данных подсистем является условной, и современные стандартные средства зачастую могут иметь более крупные подсистемы, объединяющие несколько фаз преобразования информации. Над разработкой комплекса технических средств работают инженеры различных специальностей. Специалист по АИС (инженер-систмотехник) является пользователем; его задача —осуществить выбор, проектирование технических средств на базе стандартных элементов вычислительной техники. Тем не менее, при проектировании КТС АИС перед инженером возникает ряд задач, решение которых обеспечивает: совместимость технических средств и их агрегируемость; соответствие пропускной способности всех звеньев КТС скорости возникающей информации; максимальное использова­ние производительности устройств; надежность функционирова­ния технических средств, верность преобразования информации и эффективность комплекса в целом; возможность работы чело­века — руководителя с техническим комплексом [5].

Математическое обеспечение АИС включает в себя совокуп­ность методов и средств, позволяющих строить экономико-мате­матические модели задач управления заданным объектом. Структура математического обеспечения представлена на рис. 2.15. В состав математического обеспечения (МО) входят сред­ства (С), документация (Д) и мето­ды (М) выбора математического обеспечения. Средства математиче­ского обеспечения включают в себя средства моделирования (СМ) про­цессов управления, описание (ОЗУ) типовых задач управления, методы оптимизации экономико-математиче­ских моделей (MOM), методы мате­матической статистики (МС). Доку­ментация математического обеспече­ния оформляется на описание задач (03), задания на алгоритмизацию (ЗА), экономико-математическую модель (ЭММ) задачи, алгоритм (А) ее решения, типовой и контроль­ные, примеры (П). Методы выбора математического обеспечения—это методы определения типа задач (МОЗ), оценки вычислительной сложности (МОС) алгоритмов, оцен­ки отклонений (МОО) полученного решения от оптимального. Математическое обеспечение АИС предназначено для построения экономико-математической модели АИС, нахождения оптималь­ного решения при раскрытии этой модели, проведения анализа полученного решения.

В настоящее время существуют типовые экономико-математические модели управления, однако, нахождение глобальной модели, её декомпозиция на локальные модели, разрешение каждой локальной модели и составляет основу математического обеспечения АИС. ГОСТ определяет математическое обеспечение как совокупность математических методов, моделей и алго­ритмов обработки информации, использованную при создании АИС. Оно может быть разбито на общее и специальное матема­тическое обеспечение.

Общее математическое обеспечение является машинно-ориентированным и предназначено для обеспечения нормально­го функционирования ЭВМ. Оно реализуется в виде программ операционной системы, системы программирования, а также диагностических программ по проверке исправности узлов обо­рудования. В операционной системе выделяют две основные подсистемы: монитор и супервизор. Монитор осуществляет ор­ганизацию выполнения задач, супервизор управляет процессом взаимодействия между процессором и внешними устройствами» контролирует деятельность внешних устройств. Совместно мо­нитор и супервизор составляют программу «диспетчер», кото­рая определяет прием задачи, порядок ее решения и выдачу ре­зультатов. Операционная система современной АИС должна обеспечивать решение задач как в пакетном режиме, так и в реальном масштабе времени. В пакетном режиме пользователь отделен от машины, и решение задачи может происходить без его участия. При решении задач в реальном масштабе времени не­обходима непосредственная связь машин с объектом, напри­мер с терминалом. Целесообразна организация многопультовой работы, т. е. обслуживание одновременно с решением задач мно­гих пользователей с помощью выносных терминалов. Вместе с тем операционная система должна обеспечить и связь с другими вычислительными машинами. В соответствии с потребностями АИС выделяют четыре основных режима работы операционной системы: индивидуальный, режим пакетной обработки, мульти­программирования, разделения времени. При индивидуальном режиме машина находится в распоряжении одного пользователя. Режим позволяет решать задачи значительной сложности, свя­занные в основном с моделированием сложных объектов. При пакетной обработке пользователь не имеет непосредственного доступа к ЭВМ, он только подготавливает программы. Исходные данные передаются на машину и ожидают своей очереди реше­ния. Обработка ведется пакетами заданий, причем задания под­бираются так, чтобы суммарно обеспечить максимальную загруз­ку ЭВМ. В режиме мультипрограммирования машина использу­ется одновременно при решении нескольких задач по различным программам. Данный режим наиболее эффективен, когда задачи имеют разный характер: одни более загружают внешние устройства, другие — процессор. Поэтому возможно внутреннее прерывание программы и поочередное использование того или иного ресурса машины. В режиме разделения времени с ЭВМ ряд пользователей работает параллельно. В этом случае эффект одновременной работы, т. е. пользователя не мешают друг другу. На самом деле осуществляется прерывание задач, управление прерыванием задается операционной системой. Ре­жим разделения времени обычно требует большого объема памяти и вызывает значительную загрузку ЭВМ. Система программирования предназначена для автоматизации процесса программирования отдельных задач и включает в се­бя трансляторы входных языков, алгоритмические языки раз­личных уровней. С помощью системы программирования осу­ществляется преобразование с языков, близких к естественным, на язык соответствующей ЭВМ. Это освобождает программиста от тяжелого труда, связанного с непосредственным преобразо­ванием команд естественного языка в язык машины. Основой системы программирования обычно является алгоритмический машинно-ориентированный язык» рассчитанный на данный тип машины. Для ЕС ЭВМ таким языком является Ассемблер. При работе с вычислительными машинами распространение получи­ли такие языки, как АЛГОЛ, ФОРТРАН, КОБОЛ, ПЛ/1 и др. Использование любого из языков связано с назначением и предметной областью решаемых задач АИС. Например, для научных исследований пригодным оказывается язык ПАСКАЛЬ, для обработки больших массивов информации списочной струк­туры может подойти КОБОЛ, при реализации численных мето­дов целесообразно использовать ФОРТРАН.

Диагностические программы предназначены для выяв­ления ошибок в программном обеспечении и гарантируют его на­дежность.

Специальное математическое обеспечение ориентирует­ся на некоторую проблемную область. В любой предметной об­ласти могут иметь место наиболее часто встречающиеся матема­тические задачи, сводящиеся к задачам сетевым, линейного программирования, динамического программирования и т. д. Эта часть специального матобеспечения реализуется в виде библиоте­ки стандартных программ. Другая часть, которая обеспечивает функционирование системы управления, реализуется в виде об­щесистемного математического обеспечения. Пользователь, ис­пользуя общесистемное математическое обеспечение, в зависимо­сти от требований, предъявляемых к задачам, может дополнять его индивидуальными прикладными программами. Такое обще­системное математическое обеспечение называется прикладным.

Как следствие, в программном обеспечении АИС формируют­ся пакеты прикладных программ с различным назначением.

С овокупность программ и программных средств для реали­зации всего комплекса задач АИС на основе применения средств вычислительной техники получило название программного обес­печения АИС. ГОСТ определяет программное обеспечение АИС как совокупность программ для реализации целей незадач автоматизированной системы управления, обеспечивающих функционирование комплекса технических средств АИС.

Структура программного обеспечения (ПО) АИС представле­на на рис. 2.16. Программное обеспечение реализует в виде про­грамм те экономико-математические методы управления, кото­рые содержатся в математическом обеспечении АИС. В соответ­ствии с этим в программном обеспечении АИС выделяют три основные части: операционные сис­темы (ОС), пакеты прикладных про­грамм (ППП), проблемно-ориенти­рованные системы. (ПОС) програм­мирования. Операционные системы в программном обеспечении могут быть разделены на две части: на управляющую (УЧ) и обрабатываю­щую (04). Операционная система предназначена для расширения функциональных возможностей ЭВМ, автоматизации планирования вычислительного процесса, а также работы программиста. Управляющая часть операционной систе­мы обеспечивает решение задач в заданных режимах. Обраба­тывающая часть реализует трансляцию с различных языков прог­раммирования, редактирование программных модулей, генера­цию требуемой конфигурации вычислительной системы. Пакеты прикладных программ включают в себя программы общего (ПОН) и функционального (ПФН) назначений. Последние реа­лизуют управление и типовые алгоритмы обработки данных в АИС. Проблемно-ориентированные системы нацелены на авто­матизированное получение программного обеспечения. Сущест­венной задачей является организация вычислительного процесса (ОВП) в АИС, увязанного с потоками заданий по обработке ин­формации и с процессом ведения информационной базы (ВИБ). Проблема организации вычислительного процесса является са­мостоятельной задачей для проектировщика АИС. Отметим, что программное обеспечение является исключительно трудоемкой частью в общем процессе создания автоматизированной системы управления. Поэтому возникает проблема автоматизации проек­тирования программного обеспечения, разработки такой техноло­гии программирования, которая бы позволяла переходить непо­средственно от концептуального представления задач АИС к на­писанию программ обработки информации по каждой из вычис­лительных задач. Наиболее трудным является формализация за­дач на уровне спецификаций, когда необходимо содержательное представление перевести в формальное. Для этого должны соз­даваться специальные программно-технологические комплексы позволяющие иметь на входе представление задачи на естест­венном языке, а на выходе — программы обработки информации в АИС. При создании программного обеспечения особое внимание следует уделять вопросам его надежности и исключать тупиковые ситуации. Программное обеспечение должно строиться с минимальным количеством ошибок, обеспечивать контроль и те­стирование достаточно простыми средствами. Надежность прог­раммного обеспечения в настоящее время достаточно серьезная практическая и теоретическая проблема.

Лингвистическое обеспечение АИС представляет собой сово­купность языковых средств, используемых на различных этапах создания системы. Уже при обследовании предприятия встреча­ются понятия, соответствующие информационному обеспечению АИС: показатели, документы, реквизиты, структурные единицы информации. На этом этапе применяются информационные язы­ки, языки управления и манипулирования данными. При обще­нии с ЭВМ применяют диалоговые языки специального назна­чения. При функционировании системы используются языки программирования, моделирования, пакеты прикладных про­грамм, могут применяться языки высокого уровня, языки управ­ления вычислительным процессом, а также специализированные языки для автоматизации разработки и отладки программного обеспечения.

Правовое обеспечение АИС представляет собой совокупность нормативных актов, определяющих организацию системы, цели задачи, структуру и функции АИС, регламентацию процессов создания и функционирования АИС. Основой правового обеспече­ния являются законы СССР, соответствующие указы и постанов­ления Президиума Верховного Совета СССР, приказы, инструк­ции; акты министерств и ведомств, организаций, предприятий, учреждений, в рамках которых создается АИС. Все юридические акты по своему характеру могут быть разделены на две части: правовое обеспечение по разработке и правовое обеспечение на функционирование АИС. При разработке АИС существенными оказываются договорные отношения разработчика и заказчика, их правовое регулирование, условия использования ресурсов. Для этапа функционирования АИС должны быть определены: статус АИС, правовое положение структурных подразделений, правовые позиции отдельных видов процессов управления, по­рядок создания и использование информационных ресурсов и их носителей, использование программных, технических и дру­гих ресурсов, имеющихся в АИС.

Эргономическое обеспечение АИС представляет собой сово­купность методов и средств, предназначенных для выбора про­ектных решений, которые создают оптимальные условия для высокоэффективной и безошибочной деятельности человека-опе­ратора в АИС, быстрейшего освоения системы обеспечения. Составляющими эргономического обеспечения являются комп­лекс методов, методик, нормативно-справочных документов и технических средств, обеспечивающих формулировку эргономи­ческих требований к рабочим местам человека в системе, информационным моделям, условиям деятельности обслуживающего персонала в АИС. Таким образом, эргономическое обеспечение, с одной стороны, предусматривает меры, создающие удобства работы человека в системе, а с другой — определяет средства, обеспечивающие безошибочную его деятельность.

Требования к рабочим местам человека в АИС различны и зависят от персонала АИС. По способу использования информа­ции персонал АИС может быть разделен на следующие группы: персонал, потребляющий информацию для принятия решения (руководители различных уровней); персонал, выдающий инфор­мацию, т. е. являющийся ее источником (рабочие, контролеры, операторы и т. д.); персонал, который одновременно является и источником, и потребителем информации (начальники цехов, мастера, диспетчеры, оперативный персонал, сотрудники отде­лов, работники технического обслуживания средств вычислитель­ной техники и АИС). Для каждой группы персонала задаются свои эргономические требования и решаются соответствующие эргономические задачи в процессе проектирования и внедрения АИС.

Особое внимание уделяется оценке качества деятельности че­ловека в системе. При этом могут быть использованы методы экспертных оценок, которые позволяют учесть статистический материал, накопленный в процессе функционирования действую­щих систем, математические методы, базирующиеся на специаль­но подобранных математических моделях, отражающих деятель­ность человека. Обычно математические модели строятся по функциональному признаку, на основе выделения функций чело­века в АИС. Функции описываются формализованно, и на базе математических зависимостей дается количественная оценка па­раметров деятельности человека-оператора. Эргономическое обес­печение АИС предназначено также для повышения качества обу­чения персонала, т. е. подготовки обоснованных требований к уровню подготовки, формированию системы отбора, подготовки и переподготовки кадров для АИС. Требования эргономического обеспечения должны учитываться непосредственно на стадии разработки системы.