Системный подход и последовательность разработки АИУС

Лекция №1

Тема: Системный подход и последовательность разработки АИУС

1. Основные положения, задачи, содержание и особенности изучения дисциплины

Информатизация общества, понятие информации и системы управления

Измерение производительности — способ оценки возможностей страны обеспечить повышение жизненного уровня. Обратная связь позволяет оценивать эффективность производственного процесса (выход производственной системы), степень удовлетворения покупательского спроса.

Рост производительности подразумевает совершенствование производственного процесса, которое предполагает нахождение наиболее результативного варианта соотношения количества затраченных ресурсов (входа производственной системы) и количества полученных товаров и услуг (выхода системы). Снижение потока ресурсов на входе системы, в то время как ее выход (выпуск товаров и услуг) остается постоянным, или увеличение потока продукции на выходе системы, когда ее вход постоянен, характеризуют рост производительности. С экономической точки зрения вход производственной системы — это факторы производства (земля, труд, капитал и менеджмент), которые комбинируются в ходе производственного процесса.

За последние 100 лет США имели среднегодовой прирост производительности в размере 2,5%. Этот прирост достигался за счет трех факторов, которые являются переменными производительности:

* труд, обеспечивавший 0,5% прироста производительности;

* капитал, вклад которого составлял 0,4%;

* менеджмент, обеспечивавший 1,6% прироста.

Росту производительности способствует развитие системы здравоохранения, образования, улучшение рациона питания, сокращение рабочей недели и т. п. Выделяют три ключевых параметра, определяющих уровень производительности труда:

— уровень базового образования;

— продолжительность жизни;

— уровень социального обеспечения (в том числе транспортных и медицинских услуг).

В экономически слаборазвитых странах менеджеру сложно контролировать все эти параметры. Вместе с тем в индустриально развитых странах здоровье рабочей силы выступает как критическая переменная роста производительности. Менеджмент обеспечивает расширение возможностей роста производительности. Менеджмент ответственен за совершенствование производства, внедрение новых технологий и знаний.

Совершенствование производства требует высокого уровня образования работников. Образование является важным высокозатратным аспектом развития постиндустриального общества. Большинство стран Запада являются постиндустриальными, в которых большая часть рабочей силы используется в работах, базирующихся на знаниях. США инвестируют в развитие образования и гражданских исследований меньше, чем ее главные индустриальные конкуренты, но значительно больше, чем Россия. В современной Японии информация в производстве обновляется и распространяется быстрее и с большей отдачей, чем в любой другой стране.

Большой прогресс в развитии менеджмента сделан в XX столетии, но попытки совершенствования материального производства отмечались еще с незапамятных времен. Громадная роль в обеспечении роста производительности связана с предприимчивостью менеджеров, функционирующих в качестве катализаторов производительности, и их стремлением к обновлению производства.

Многие нововведения в управлении производством товаров и услуг были сделаны лицами или организациями, чей вклад послужил фундаментом для внедрения других достижений. Так, Эли Уитни впервые в истории реализовал принцип взаимозаменяемости деталей (1800 г.), который получил развитие в производстве на базе внедрения стандартизации и контроля качества. Реализованный им принцип лежит в основе современного производства.

Фредерик У. Тейлор известен как отец научного менеджмента. С его именем связаны идеи отбора персонала, планирования составления расписаний, использования человеческого фактора в производстве (1881 г.). Он полагал, что менеджмент как форма организации управления производством должен быть более результативным и активным в совершенствовании методов работы. Тейлор и его коллеги были первыми, кто систематически стремился к поиску оптимальных путей производства. Тейлор установил различия между менеджментом (осуществляющим планирование, организацию, управление персоналом, руководство и контроль) и трудом.

Он полагал, что менеджмент должен гарантировать большие возможности для:

* содействия работникам в выборе работы, повышающей уровень их способностей;

* обеспечения правильного обучения;

* обеспечения работников необходимыми методами работы и инструментами;

* создания стимулов для совершения работы.

В 1913 г. Генри Форд и Чарльз Соренсон использовали методы стандартизации деталей применительно к конвейерным линиям и создали концепцию скоординированных конвейерных линий. Во время второй мировой войны Соренсон спроектировал конвейерную линию, которая выпускала один самолет-бомбардировщик В-24 Liberator каждый час. Уолтер Шухарт применил методы статистики к описанию процессов контроля качества, тем самым создал фундамент статистических испытаний и контроля качества (1924 г.).

Особенно важное воздействие на развитие менеджмента оказали информационные технологии управления, которые можно определить как процессы систематизации данных и переработки информации. Информационные технологии получили развитие еще в XIX веке. Чарльз Бэбидж в 1832 г. был первым, кто спроектировал прототип компьютера, а Ада — дочь поэта Байрона — впервые разработала подход к программированию его работы. Веком позже, в 1937;1938 гг., Джон Атанасов из университета штата Айова описал и построил первый цифровой компьютер (АВС-компьютер).

Появление персонального компьютера произвело информационную революцию. За дисплей ЭВМ сел непрограммист. Информация стала ресурсом наравне с материалами, энергией и капиталом. Появилась новая экономическая категория — национальные информационные ресурсы. Истощение природных ресурсов привело к использованию воспроизводимых ресурсов, основанных на применении научных знаний. Затраты на получение профессиональных знаний, используемых в производстве наукоемких изделий на базе персональных компьютеров, составляют приблизительно 70% себестоимости, а число занятых в сфере обработки информации — 60−90% экономически активного населения индустриально развитых стран.

Профессиональные знания экспортируются посредством продажи наукоемкой продукции. Производство вновь становится мелкосерийным с быстрым ростом производительности труда и увеличением номенклатуры производимых изделий. Информация стала стратегическим ресурсом. Внедряются дистанционное обучение, автоматизированные офисы, всемирные каталоги изделий. Проектируются геоинформационные системы по управлению природными богатствами, экологией, информационной политикой правительств.

Страны становятся зависимыми от источников информации, от уровня развития и эффективности использования средств передачи и переработки информации. Происходит информатизация общества.

Информатизация общества — совокупность взаимосвязанных политических, социально-экономических, научных факторов, которые обеспечивают свободный доступ каждому члену общества к любым источникам информации (кроме составляющих государственную и коммерческую тайну).

Информатизация означает широкое использование информационных технологий во всех сферах деятельности. Появилась индустрия информационных услуг.

Если в индустриальном обществе стратегическим ресурсом был капитал, то в информационном — информация, знание, творчество. Стратегическим ресурсом становится творческий потенциал людей, занятых в производственном процессе, наравне с материалами, энергией, капиталом. Поэтому основная задача современного общества — стимулировать творческий процесс. Основные черты переходного периода к информатизации общества следующие: переориентация экономики на эксплуатацию информационных ресурсов, вовлечение профессионалов в процесс автоформализации знаний, ускорение технологического цикла развития «знание — производство — знание», массовое тиражирование профессиональных знаний.

В середине XX века в науке и технике были получены три группы важнейших результатов:

— доказана аналогичность информационных процессов, происходящих при управлении в системах самой различной природы (технических, биологических, социальных);

— созданы ЭВМ и налажено их промышленное производство;

— разработаны методы решения дискретных оптимизационных задач в процессе управления (особенно в системах организационного управления).

Каждый из этих результатов сам по себе имел принципиально важное значение для научно-технического прогресса. Но революционное влияние на научно-технический прогресс оказало сведение названных результатов в единую систему, т. е. совокупное использование их при решении научных и практических задач.

Понятие информации

Термин «информация» — один из самых популярных в нашем лексиконе. В него вкладывается широкий смысл и, как правило, его объяснение дается на интуитивном уровне. Информация передается по телефону, телеграфу, радио, телевидению. Она хранится в библиотеках, архивах, базах данных. Информация — это и показатели измерительных приборов, и вкус пищи, и запахи, и вид звездного неба и т. д.

В общем, информация — это новые сведения, которые могут быть использованы человеком для совершенствования его деятельности и пополнения знаний.

Информация, являясь отражением материальной сущности, служит способом описания взаимодействия между источником информации и получателем. Одно и то же сообщение одному получателю может дать много информации, а другому — мало или ничего. Одним словом, «информировать» в понимании теории информации означает сообщать ранее неизвестное. Так как информацию можно хранить, преобразовывать и передавать, должны быть ее носители, передатчики, каналы связи и приемники. Эта среда объединяет источники информации и ее получателей в информационную систему. Активными участниками этой системы необязательно должны быть люди: обмен информацией может происходить в животном и растительном мире. Когда речь идет о человеке как участнике информационного процесса, имеется в виду смысловая или семантическая информация.

Наиболее высокие требования к информации предъявляются при принятии решений. В повседневной практике такие понятия, как данные, информация и знания, часто рассматриваются как синонимы. Однако это не так. На рис. 1.1 отображены функции данных и знаний в процессе принятия решения. Данные — это сведения, факты, величины и их соотношения, преобразование и обработка которых позволяет получить информацию, т. е. знание о том или ином предмете, процессе или явлении. Иными словами, данные служат сырьем для создания информации, получаемой в результате обработки данных.

Рис. 1.1. Функции данных и знаний в процессе принятия решения информация автоматизированный технология управляющий Какова же граница между данными и знаниями и что такое знания?

В книге Б. Г. Тамма «Применение знаний в автоматизированных системах проектирования и управления» приводятся основные свойства знаний:

1. Знания могут быть представлены в форме данных. В частности, в виде текста на некотором формальном языке, в виде сети, задающей связи разного рода между элементами знаний. Из этого свойства следует, что знание есть некоторая более высокая степень организации данных, которая допускает специальную интерпретацию (рис. 1.1).

2. Знания обладают способностью управлять информационными процессами (вычислениями). Точнее, в системе, в которой применяются знания, протекание процессов определяется знаниями и почти не зависит от устройства системы.

3. Знания могут содержать процедурную часть — программы. Но применение этих программ управляется знаниями, в частности, связывание параметров и запуск программ могут происходить автоматически внутри системы, использующей знания, без ведома того, кто запустил процесс, использующий знания.

4. Знания делятся на отдельные фрагменты — описания объектов, процессов, ситуаций, явлений. Такие фрагменты (модули знаний) называются фреймами. Фреймы могут быть связаны друг с другом родо-видовыми отношениями, могут быть и узлами семантических сетей.

5. При работе со знаниями важна прагматическая сторона — знания всегда используются для чего-то, в частности, для решения задач, какую бы сложную структуру они не имели.

Целесообразно различать три вида знаний:

* предметное, или фактографическое знание, складывающееся из наборов количественных и качественных характеристик различных конкретных объектов;

* алгоритмическое знание — знание методов, способов, процедур некоторых действий, приводящих к конкретному результату;

* понятийное, или концептуальное знание, складывающееся из совокупности основных терминов, применяемых в той или иной сфере деятельности (предметной области), понятий, кроющихся за этими терминами, их свойств, взаимосвязей и зависимостей.

Говоря о разнице между знаниями и данными, можно дать полуформальное определение понятия базы знаний:

база данных считается базой знаний, если она содержит данные, способные управлять информационными процессами, и используется для получения новых данных.

2. Назначение и структура современных АИУС

Под технологией в широком смысле понимают науку о производстве материальных благ, включающую три аспекта: информационный, инструментальный и социальный.

Информационный аспект включает описание принципов и методов производства, инструментальный — орудия труда, с помощью которых реализуется производство, социальный — кадры и их организацию. В более узком промышленном смысле технология рассматривается как последовательность действий над предметом труда в целях получения конечного продукта. Например, технология получения стали из железной руды или технология производства сливочного масла из молока.

Возникновение информационных технологий. понятие информации

Понятие информационная технология возникло в последние десятилетия XX в. в процессе становления информатики. Особенностью информационных технологии является то, что в ней и предметом, и продуктом труда является информация, а орудиями труда — средства вычислительной техники и связи. Информационная технология как наука о производстве информации возникла именно потому, что информация стала рассматриваться как вполне реальный производственный ресурс наряду — с другими материальными ресурсами. Причем производство информации и ее верхнего уровня — знаний оказывает решающее влияние на модификацию и создание новых промышленных технологий.

Человечество в процессе своего развития прежде всего уделяло внимание созданию орудий труда, облегчающих и делающих более эффективным его труд. Существует мнение, что между появлением первых орудий труда и первыми попытками обмена информацией человечество проделало путь в миллионы лет.

Появление простейших информационных технологий можно отнести к началу письменности. Это и наскальные рисунки, и знаки и рисунки на коре, на папирусе и т. д. Мощным толчком к развитию информационных технологий явилось книгопечатание, позволившее тиражировать информацию и открывшее эру бумажной информационной технологии, занимающей и в настоящее время значительное место.

Потребность в передаче и обмене информацией человечество испытывало уже на ранних стадиях своего развития. Если сначала для ускорения передачи информации использовались костры, курьеры, потом почта, семафорный телеграф и пр., то с изобретением электрического телеграфа и телефона принципиально изменились возможности передачи информации.

Изобретение радио и телевидения, а затем компьютера, цифровых систем связи и вычислительных сетей, создание в 1978 г. первого персонального компьютера и совершенно невероятное и исключительно быстрое его распространение и развитие именно в качестве инструментального средства накопления, преобразования и передачи информации и позволили новым, автоматизированным информационным технологиям внедриться практически во все области человеческой деятельности. Интеграция достижений человечества в области средств связи, обработки, накопления и отображения информации способствовала формированию автоматизированных информационных технологий (АИТ) (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Формирование АИТ на основе технических достижений Основу автоматизированных информационных технологий составляют следующие технические достижения:

* создание средств накопления больших объемов информации на машинных носителях, таких, как магнитные и оптические диски;

* создание различных средств связи, таких, как радиои телевизионная связь, телекс, телефакс, цифровые системы связи, компьютерные сети, космическая связь, позволяющих воспринимать, использовать и передавать информацию практически в любой точке земного шара;

* создание компьютера, особенно персонального, позволяющего по определенным алгоритмам обрабатывать и отображать информацию, накапливать и генерировать знания.

Автоматизированные информационные технологии направлены на увеличение степени автоматизации всех информационных операций и, следовательно, ускорение научно-технического прогресса общества.

Понятие информации является чрезвычайно емким и широко распространенным, особенно в настоящее время, когда информатика, информационные технологии, компьютеры сопровождают человека чуть ли не с рождения.

Сам термин информация происходит от латинского слова informatio — разъяснение, осведомление, изложение. Мы вкладываем в это слово весьма широкий смысл и часто можем пояснить его только на интуитивном уровне. Говоря информация, мы имеем в виду и сообщения по радио и телевидению, и содержание газет, книг, баз данных, библиотек, и знания, почерпнутые из общения с людьми и полученные в научных журналах. Информацию хранят в книгах, библиотеках, в базах данных, на бумаге и машинных носителях. Передают информацию устно и письменно, с помощью электрических сигналов и радиоволн. Получают с помощью органов чувств, электрических датчиков фотои видеокамер.

Отдельные данные и сообщения обрабатывают, преобразовывают, систематизируют, сортируют и получают новую информацию, или новые знания.

В широком смысле информация — это сведения, знания, сообщения, являющиеся объектами хранения, преобразования, передачи и помогающие решить поставленную задачу.

В философском смысле информация есть отражение реального мира; это сведения, которые один реальный объект содержит о другом реальном объекте. Таким образом, понятие информации связывается с определенным объектом, свойства которого она отражает.

Сама по себе информация может быть отнесена к абстрактным понятиям типа математических. Однако ряд ее особенностей приближает информацию к материальному миру. Так, информацию можно, получить, записать, передать, стереть. Информация не может возникнуть из ничего. Но есть и особенности, отличающие информацию от реального мира. При передаче информации из одной системы в другую количество ее в передающей системе не уменьшается, хотя в принимающей системе оно, как правило, увеличивается. Кроме того, наблюдается независимость информации от ее носителя, так как возможны ее преобразование и передача по различным физическим средам с помощью разнообразных физических сигналов безотносительно к ее семантике, т. е. содержательности, смыслу. Информация о любом материальном объекте может быть получена путем наблюдения, натурного или вычислительного, эксперимента или путем логического вывода. В связи с этим информацию делят на доопытную, или априорную, и послеопытную, или апостериорную, полученную в результате проведенного эксперимента.

Для того чтобы в материальном мире происходили обмен информацией, ее преобразование и передача, должны быть носитель информации, передатчик, канал связи, приемник и получатель информации. Среда передачи объединяет источник и получателя информации в информационную систему (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Информационная система Подобные информационные системы возникают не только среди людей. Обмен информацией происходит и в животном, и в растительном мире. Если же участником информационной системы является человек, то речь идет о смысловой информации, т. е. информации, выражаемой человеком.

Получатель информации оценивает ее в зависимости от того, для какой задачи информация будет использована. Поэтому информация имеет свойство относительности. Одна и та же информация для одного получателя имеет глубокий смысл и обладает чрезвычайной ценностью, а для другого является либо давно уже известной, либо бесполезной. Например, информация о последних достижениях в физике частиц высоких энергий очень важна для физика-ядерщика и совершенно бесполезна для агронома.

При оенке информации различают такие ее аспекты, как синтаксический, семантический и прагматический.

Синтаксический аспект связан со способом представления информации вне зависимости от ее смысловых и потребительских качеств. На синтаксическом уровне рассматриваются формы представления информации для ее передачи и хранения. Обычно информация, предназначенная для передачи, называется сообщением. Сообщение может быть представлено в виде знаков и символов, преобразовано в электрическую форму, закодировано, т. е. представлено в виде определенной последовательности электрических сигналов, однозначно отображающих передаваемое сообщение, и промодулировано для того, чтобы имелась возможность его передачи по выбранному каналу связи. Характеристики процессов преобразования сообщения для его передачи определяют синтаксический аспект информации при ее передаче. При хранении синтаксический аспект определяется другими формами представления информации, которые позволяют наилучшим образом осуществить поиск, запись, обновление, изменение информации в информационной базе.

Информацию, рассмотренную только относительно синтаксического аспекта, часто называют данными.

Семантический аспект передает смысловое содержание информации и соотносит ее с ранее имевшейся информацией. Смысловые связи между словами или другими элементами языка отражает тезаурус — словарь. Тезаурус состоит из двух частей: списка слов и устойчивых словосочетаний, сгруппированных по смыслу, и некоторого ключа, например алфавитного, позволяющего расположить слова в определенном порядке. При получении информации тезаурус может изменяться, и степень этого изменения характеризует воспринятое количество информации.

Прагматический аспект определяет возможность достижения поставленной цели с учетом полученной информации. Этот аспект отражает потребительские свойства информации. Если информация оказалась ценной, поведение ее потребителя меняется в нужном направлении. Проявляется прагматический аспект информации только при наличии единства информации (объекта), потребителя и поставленной цели.

Информация относительно ее возникновения и последующих преобразований проходит три этапа, которые, собственно, и определяют ее семантический, синтаксический и прагматический аспекты. Человек сначала наблюдает некоторый факт окружающей действительности, который отражается в его сознании в виде определенного набора данных. Здесь проявляется синтаксический аспект. Затем после структуризации этих данных в соответствии с конкретной предметной областью человек формирует знание о наблюдаемом факте. Это семантический аспект полученной информации. Информация в виде знаний имеет высокую степень структуризации, что позволяет выделять полную информацию об окружающей нас действительности и создавать информационные модели исследуемых объектов. Полученные знания человек затем использует в своей практике, т. е. для достижения поставленных целей, что и отражает прагматический аспект информации.

Информация классифицируется по в и д, а м.

Научная информация — это информация, наиболее полно отражающая объективные закономерности природы, общества и мышления. Ее подразделяют по областям получения или пользования на политическую, экономическую, техническую, биологическую, физическую и т. д., по назначению — на массовую и специальную.

В системах организационного управления выделяют экономическую информацию, связанную с управлением людьми, и техническую информацию, связанную с управлением техническими объектами.

Экономическая информация отражает процессы производства, распределения, обмена и потребления материальных благ и услуг. В связи с тем, что экономическая информация большей частью связана с общественным производством, ее часто называют производственной информацией.

Экономическая информация характеризуется большим объемом, многократным использованием, обновлением и преобразованием, большим числом логических операций и относительно несложных математических расчетов для получения многих видов результатной информации.

Структурной единицей экономической информации является показатель. Показатель представляет собой контролируемый параметр экономического объекта и состоит из совокупности реквизитов. Реквизит имеет законченное смысловое содержание и потребительскую значимость. Реквизит — это логически неделимый элемент показателя, отражающий определенные свойства объекта или процесса. Реквизит нельзя разделить на более мелкие единицы без разрушения его смысла. Каждый показатель состоит из одного реквизита-основания и одного или нескольких реквизитов-признаков. Реквизит-признак характеризует смысловое значение показателя и определяет его наименование. Реквизит-основание характеризует, как правило, количественное значение показателя.

Общая характеристика автоматизированных информационно-управляющих систем

Автоматизированная информационно-управляющая система (АИУС) — человеко-машинная система, основанная на комплексном использовании экономико-математических методов и технических средств автоматической обработки информации для решения задач управления функционированием (в том числе и производственно-хозяйственной деятельностью) объектов управления.

Интенсивное усложнение и увеличение масштабов производства, развитие экономико-математических методов управления, внедрение вычислительных машин (ВМ) во все сферы производственной деятельности человека, обладающих большим быстродействием, гибкостью логики, значительным объемом памяти, послужили основой для разработки АИУС, которые качественно изменили технологию управления.

Рассмотрим упрощенную структурную схему переработки данных в АИУС (Рис. 3.1.1). Цифрами обозначены этапы процесса переработки данных. Из схемы следует, что этапы 1,2,3,4,8,9 содержат множество операций, которые не требуют участия человека и, следовательно, могут быть выполнены техническими средствами. Этапы же 5,6,7 требуют творческого участия человека в решении поставленных задач, этап 7 не может вообще быть выполнен без участия человека, так как предполагает правовую ответственность за принятое решение.

Рис. 3.1.1 Упрощенная схема переработки данных в АИУС Существенными признаками АИУС являются наличие больших потоков информации, сложной информационной структуры, сложных алгоритмов обработки информации.

Общими свойствами и отличительными особенностями АИУС, как сложных систем, являются:

* наличие большого числа взаимосвязанных и взаимодействующих элементов, при этом изменение функционирования какого-либо из элементов отражается на функционировании других и системы в целом;

* система и входящие в нее элементы в большинстве своем являются многофункциональными;

* взаимодействие элементов в системе может проходить по каналам обмена информацией, энергией, материальными объектами;

* наличие у всей системы общей цели функционирования, определяющей единство сложности и организованности, несмотря на все разнообразие входящих в нее элементов;

* изменение структуры (связей и состава системы), обеспечивающее многорежимный характер функционирования, возможность адаптации, как в структуре, так и в алгоритме функционирования;

* взаимодействие элементов в системе с внешней средой в большинстве случаев носит стохастический характер;

* управление в подавляющем большинстве АИУС носит иерархический характер, предусматривающий сочетание централизованного управления с автономностью ее частей.

Особенностью современных АИУС является то, что любая промежуточная или окончательная информация может быть визуализирована, т. е. выведенана экран видеотерминала в виде текста, схем, графиков, диаграмм и других наглядных представлений.

Задачи, решаемые в рамках АИУС различного назначения, более разнообразны и отличаются от задач систем автоматического управления (САУ).

Они могут быть подразделены на следующие группы:

1. Формирование входов системы, т. е. формулирование целей и нахождение тех факторов, которые в процессе функционирования объекта управления целесообразно изменять, проверка исходной информации на новизну, полноту, непротиворечивость и пр.;

2. Анализ полученных решений по управлению и их проверка на соответствие условиям, совокупность которых конкретизирует поставленную цель управления. Анализу может предшествовать или сопутствовать нахождение (теоретически или экспериментально) свойств полученных решений, вычисление значений параметров, характеризующих эти решения, моделирование решений на ВМ для имитации будущих условий функционирования объекта управления АИУС и пр.;

3. Оптимизация, т. е. нахождение (в заранее обусловленном смысле) решений. Это означает, что решение должно удовлетворять набору ограничительных условий и обусловливать наибольшее (либо наименьшее) значение критерия оптимальности.

4. Автоматизированная подготовка всех графических и текстовых документов.

Первая группа задач в отличие от остальных по принципиальным соображениям не может быть полностью формализована.

Современные АИУС базируются на информационной технологии, которая отличается от технологии САУ.

Для АИУС характерны:

* объектно-ориентированный подход к формированию и использованию технического, информационного, программного обеспечения АИУС;

* сквозная информационная поддержка на всех этапах обработки информации па основе интегрированной базы данных и знаний, предусматривающей единую унифицированную форму представления, храпения, поиска, отображения, восстановления и защиты информации;

* интерактивный режим решения задачи, когда работы осуществляются в режиме диалога с ВМ.

Эта технология предъявляет высокие требования к интеллектуальному уровню, психологической и профессиональной подготовке специалиста, который должен не только понимать основные принципы работы АИУС, но и хорошо знать ее возможности, уметь свободно пользоваться средствами общения с ВМ, постоянно успевать ставить задачи и осмысливать результаты их решения.

Информационная технология на предприятии имеет основной целью создание информационного продукта, позволяющего формировать управляющие воздействия на производство. Целью же производства является создание конкурентоспособной продукции «с минимальными затратами, обеспечивающими наибольшую прибыль.

Для реализации этой цели разрабатывается модель выпускаемой продукции, отражающая различные аспекты — от маркетинговых до технологических, организуются производство и система управления этим производством. Последняя необходима для того, чтобы удерживать производство в рамках разработанной модели продукции при неизбежных внешних возмущениях. Для повышения эффективности управления создается автоматизированная экономическая информационная система управления предприятием, в которой основным является контур информационной технологии.

Базовая информационная технология в управлении предприятием

Информационная технология в управлении предприятием учитывает сложившиеся информационные потоки и их содержание в его организационной структуре. На любом крупном предприятии, где имеет смысл создавать автоматизированную систему управления предприятием (АСУП), можно выделить типовые блоки организационной структуры (рис. 7.1).

Во главе предприятия стоит директор, решения которого реализуются в производстве администрацией. Обычно в администрации состоят заместитель директора по экономике, руководящий планово-экономическим отделом (ПЭО) и бухгалтерией; служба главных специалистов (СГС), включающая и главного инженера, под чьим руководством находится служба технической подготовки производства (СТПП), и заместителя директора по общим вопросам, в функции которого входит решение различных вопросов, не отнесенных к перечисленным службам, а также руководство службой хранения и сбыта продукции. Администрация со своими службами управления организует, планирует и регулирует основное производство, которое состоит из производственных подразделений, таких, как производственные бригады, участки, цехи. Именно в подразделениях основного производства модель продукции воплощается в готовый продукт.

В контур автоматизированного организационного управления предприятием может быть включен контур АСУТП — автоматизированной системы управления технологическими процессами, охватывающий основное производство и службы главных специалистов.

При автоматизированном управлении предприятием выполняется несколько основных фаз управления (рис. 7.2), позволяющих выдерживать сформулированную в общей математической модели управления (ОММУ) траекторию достижения цели — производства запланированной продукции.

Рис. 7.1. Структура предприятия Производство организуется в соответствии с планом, разработанным в фазе планирования и отражающим модель выпускаемой продукции. В процессе функционирования производства на него оказывают влияние внешние возмущающие воздействия U, что приводит к отклонению от параметров, заданных планом.

Фиксация текущего состояния производства производится в фазе учета. На следующей фазе, фазе анализа, определяется степень отклонения производства от заданного плана и вырабатывается стратегия устранения возникшего отклонения. Непосредственное воздействие на производство, регулирование его параметров осуществляется й фазе регулирования, которая и позволяет вернуть производство на заданную траекторию движения.

На разных фазах управления производством приходится решать многочисленные функциональные задачи управления, которые агрегируются в комплексы функциональных задач (КФЗ). При решении функциональных задач средствами информационной технологии (СИТ) они должны быть преобразованы в вычислительные задачи, алгоритмизированы и введены в ЭВМ.

Функциональные задачи формируются на основе информационных моделей управления. Общая математическая модель управления дает комплексы взаимосвязанных функциональных задач, определяющих проблематику фаз управления. Частные математические модели управления (ЧММУ), вытекающие из общей, порождают функциональные задачи (ФЗ), выделяемые из комплексов.

На основе концептуальной модели (КМ) решения из функциональной модели формируется вычислительная задача (ВЗ), пригодная к решению средствами информационной технологии.

Однако для решения задачи управления на ЭВМ необходимо иметь алгоритм (А) ее решения, который разрабатывается на основе логической модели (ЛМ). Эта взаимосвязь моделей и задач управления показана на рис. 7.3.

Таким образом, от концептуальной модели управления, определяющей фазы управления и их содержание, через системы математических и алгоритмических моделей и функциональных задач, составляющих логический уровень управления, переходят к физическому уровню решения задач управления средствами вычислительной техники.

Каждая фаза управления производством включает ряд комплексов задач, описываемых соответствующими математическими моделями. Решение этих задач дает необходимую для данной фазы результатную информацию.

Фаза планирования (рис. 7.4). На этой фазе управления в различных временных режимах решается несколько комплексов функциональных задач планирования: перспективное планирование (на 3−5 лет), годовое и оперативное (менее года).

Рис. 7.3. Модели и задачи управления

Рис. 7.4. Комплексы задач и модели фазы планирования Математические модели перспективного планирования призваны описать состояние и стратегию развития производственного предприятия через 3−5 лет.

Естественно, такие планы являются прогнозными, и для их создания привлекаются математические методы и модели, позволяющие «проигрывать» поведение управляемого объекта при различных прогнозируемых параметрах самого объекта и окружающей среды.

В качестве «внутренних» параметров прогнозируются ресурсы производства, его организационная структура и т. д. На разработку перспективного плана сильнейшее влияние оказывает прогноз состояния внешней среды: спрос на производимую продукцию, рынки сбыта продукции, состояние конкуренции, политическая и экономическая ситуация в регионе и стране, изменение вкусов и обеспеченности потребителей и т. п. Точно спрогнозировать значение внешних параметров на перспективу в 3−5 лет невозможно, поэтому используются вероятностные методы и методы математической статистики, позволяющие выявить по крайней мере предполагаемую тенденцию изменений параметров внешней среды, влияющих на состояние предприятия. При этом широко пользуются производственными функциями как аппаратом моделирования и имитационными моделями.

Комплекс задач годового планирования более конкретен, поэтому для моделирования «образа» производства предприятия (т.е. плана) используются детерминированные модели, поскольку определить значение производственных параметров и параметров внешней среды на ближайшую перспективу можно с достаточной степенью точности. Для разработки годового плана (фактически — концептуальной модели производства) используются модели производственного баланса и оптимального программирования (как правило, линейного). Стратегической входной информацией этого комплекса является перспективный план. Результатом решения комплекса задач годового планирования является бизнес-план предприятия, в котором должны быть представлены в сбалансирован-ном. виде ресурсные, производственные и маркетинговые возможности предприятия, объединенные сквозной целью.

Если комплекс задач перспективного планирования решается в основном для предприятия в целом и оперирует агрегированной информацией, то комплекс задач годового планирования решается в различных модификациях как для предприятия в целом, так и для его производственных, подразделений. На оперативном уровне планирования производства используются модели календарного планирования, управления запасами, теории массового обслуживания, сетевые модели, модели оптимального программирования. Результатом решения задач этого комплекса являются планы и графики работ производственных подразделений.

Информация фазы планирования является ориентирующей входной информацией объекта управления (производства), и в соответствии с ней организуется технологический производственный процесс.

Параметры производства, заданные в фазе планирования, неизбежно испытывают возмущающее воздействие окружающей среды и отклоняются от запланированных значений. Для того чтобы возвратить производство в очерченные планом рамки, необходимо его оперативное регулирование.

Заметим, что регулирование возможно лишь при наличии резервов производственных ресурсов. Содержание резервов (запасов) ресурсов приводит к издержкам, увеличивает себестоимость продукции, поэтому точность решения комплексов задач годового и особенно оперативного планирования имеет большое значение.

Для эффективного регулирования производства требуется знание направления и степени воздействия на производство, поскольку как недорегулирование, так и перерегулирование приводит к неустойчивости производственного процесса.

Поэтому в управлении предприятием важное значение приобретают фазы учета и анализа.

Фаза учета необходима для констатации истинного состояния параметров производства. Фаза анализа позволяет определить размер и направление отклонений значений этих параметров, а также предугадать тенденции изменений.

Фаза учета. Комплекс задач, решаемых в этой фазе, относится в основном к задачам бухгалтерского учета и имеет в своем составе такие задачи, как учет основных средств и материальных ценностей, учет труда и его оплаты, учет себестоимости продукции, учет денежных и расчетных операций и т. п. Математические модели здесь достаточно просты, а результатной информацией являются бухгалтерские регистры учета и отчетности, характеризующие состояние производства (рис. 7.5).

Выходная информация фазы учета используется фазой анализа, на вход моделей которой поступает также выходная информация фазы планирования как эталон состояния производства.

Фаза анализа. Здесь решаются задачи по анализу состояния отдельных параметров производственного процесса по отношению к заданным значениям (плану). Это задачи по анализу выпускаемой продукции и ее себестоимости, трудовых ресурсов и трудозатрат, состояние материальных и финансовых ресурсов (рис. 7.6). На логическом уровне эти задачи описываются математическими моделями однои многофакторного анализа, аналитических и оптимизационных расчетов.

В фазе анализа в результате решения функциональных задач получают аналитические таблицы, графики, рекомендации по регулированию производства. Выходная информация этой фазы поступает к ЛПР, который с учетом дополнительных факторов и принимает решение о размерах и направлениях регулирования производства.

В сложных ситуациях в фазе анализа используется информация экспертов, в качестве которых могут выступать как опытные специалисты, так и (при возможности) компьютерные экспертные системы. Использование в фазе анализа моделей представления и формализации знаний существенно повышает обоснованность и корректность принимаемых решений.

Фаза регулирования. Здесь решаются функциональные задачи (рис. 7.7) календарного планирования и диспетчирования производства, т. е. на основе информации и принятых решений в фазе анализа происходит оперативное воздействие на параметры производственного процесса. Для формального описания задач регулирования привлекаются методы и модели календарного и сетевого планирования, транспортные модели и модели оперативного управления. Результатной информацией этой фазы являются календарные и сетевые графики производства продукции, маршруты, алгоритмы диспетчирования.

Комплексы задач различных фаз управления производственным предприятием имеют разные периодичность решений и объемы перерабатываемой информации. В фазе планирования периодичность решений наибольшая, особенно для задач перспективного планирования (3−5 лет), объемы же перерабатываемой информации наименьшие по сравнению с другими фазами. Наибольшая информационная нагрузка ложится на фазу учета, где некоторые задачи решаются ежедневно.

Фаза анализа оперирует более агрегированной информацией и с большим периодом решения задач. В фазе регулирования номенклатура функциональных задач существенно меньше, но решаются они ежедневно и на всех уровнях производства.

Математические модели и методы решения функциональных задач тесно переплетаются в различных фазах управления, поэтому естественно, что алгоритмическое и программное обеспечение фаз управления является общим и составляет обобщенную алгоритмическую модель процесса обработки данных.

Целью базовой информационной технологии на предприятии является создание информации, позволяющей определить «образ» и осуществить управление производством конкурентоспособной сельскохозяйственной продукции. Фазы управления производством реализуются на концептуальном уровне информационной технологии совокупностью базовых информационных процессов (рис. 7.8).

В настоящее время все большая часть производственной информации, необходимой для управления предприятием, обрабатывается на уровне данных. Тем не менее постановка и наполнение информацией функциональных задач (ФЗ,…, Ф3″) производятся, как правило, на основе документооборота, существующего на предприятии и составляющего базу для обмена производственной информацией между функциональными задачами. С помощью частных математических моделей функциональные задачи преобразуются в вычислительные (ВЗ|,…, ВЗ"), и, таким образом, выполнение информационных функций управления производством переходит на уровень данных При решении вычислительных задач основным технологическим информационным процессом является процесс обработки данных, управляемый процедурой организации вычислительного прогресса (ОВП). Информационное взаимодействие вычислительных задач с другими информационными процессами осуществляется процессом обмена данными. Необходимость такого взаимодействия объясняется тесной связью алгоритмов решения вычислительных задач и общностью внутримашинной информационной базы для всех задач управления. Процесс обработки данных реализуется с помощью процедур организации и планирования вычислительных работ, а необходимое информационное отображение результатов решения задач (PP3_l,…, PP3_n) — с помощью процедуры отображения.

При обработке из первичных данных получают промежуточные и выходные (результатные) данные, которые с помощью процессов обмена и накопления поступают в базу данных, организуемую процедурой ОИБ — организации информационной базы. Эта процедура позволяет перевести концептуальное представление базы данных через инфологическую модель и логическую схему к ее физическому представлению. Процесс накопления, описываемый на логическом уровне моделями выбора, хранения и актуализации данных, позволяет создать базу данных, необходимых для решения задач управления предприятием.

Особое место среди процессов информационной технологии управления предприятием занимает процесс представления знаний, в силу ряда причин еще не нашедший широкого распространения в АИТ. Но именно в сельскохозяйственном производстве задачи управления характеризуются большим числом взаимосвязанных и трудноформализуемых факторов, позволяющих получить решение либо в достаточно общем, либо в весьма приближенном виде. Поэтому при решении задач управления на предприятии часто требуется мнение экспертов, что в АИТ может быть реализовано с помощью экспертных систем, являющихся одной из форм реализации процесса представления знаний.

На физическом уровне информационная технология реализуется с помощью программно-аппаратных средств информационной технологии, объединенных в соответствующие подсистемы: управления, обмена, накопления, обработки, представления знаний (см. рис. 2.3). Широкое распространение персональных компьютеров, быстрое увеличение их функциональных возможностей, стремительное улучшение их основных параметров (производительности, емкости оперативной и внешней памяти), заметно снизившаяся стоимость сетевого ПО и оборудования позволяют организовать на предприятии распределенные системы обработки и накопления данных. В этом случае решение частных функциональных задач управления возлагается на автоматизированные рабочие места (АРМ) специалистов.

Под АРМ понимают рабочие места специалиста-управленца (обычно письменный стол), укомплектованные персональным компьютером с программным обеспечением, позволяющим в автоматизированном режиме решать возложенные на специалиста задачи. Естественно, специалист должен быть обучен работе с установленным на компьютере ПО.

Для повышения эффективности и степени автоматизации информационной технологии, реализуемой с помощью АРМ, последние должны быть объединены в локальные сети с выходом в корпоративную и глобальную сеть. Физическая реализация информационной технологии в управлении предприятием, как правило, содержит в себе черты организационной структуры (см. рис. 7.1) и для административного здания может представлять собой шинную «клиент-серверную» сеть, разбитую на сегменты, обмен между которыми осуществляется через устройство коммутации — мост (рис. 7.9).

Сегмент администрации содержит АРМ директора и главных специалистов. К шине этого сегмента подключен сервер, на котором хранятся основное функциональное программное обеспечение и банк данных предприятия.

Шинная технология сегмента позволяет обмениваться данными между главными специалистами предприятия и директором, а через мост связываться с АРМ служб главных специалистов (ПЭО, бухгалтерия, СГС и т. д.). В этом сегменте подготавливаются и принимаются решения по управлению. Службы главных специалистов выделены в сегменты и через мост могут взаимодействовать между собой и АРМ главных специалистов. На компьютерах этого сегмента вычислительной сети предприятия разрабатываются производственные планы, ведется учет и анализ производственных параметров, подготавливаются агрегированная информация и рекомендации по управлению производством для сегмента администрации. Производственная информация, характеризующая динамику производственного процесса на предприятии, собирается и проходит первичную обработку в сегментах производственных подразделений. Сервер вычислительной сети предприятия для расширения функций информационной технологии в управлении предприятием должен быть через устройство сопряжения подсоединен к магистральному каналу, дающему выход в корпоративные сети и сеть Интернет.