Общее математическое и программное обеспечение АСУ.
Специальное математическое и программное обеспечение АСУ
Учебная цель : Ознакомиться с принципами построения основных математических и программных компонент АСУ ВМФ.
Литература :
В.Ф. Шпак Основы автоматизации управления. Ч.1, стр. 145-162. Петродворец, ВМИРЭ, 1998 г.
Н.Ф. Директоров и др. Автоматизация управления и связь в ВМФ. С. 118-121. СПб. Элмор, 2001.г.
С.М. Доценко и др. Единое информационно-функциональное пространство ВМФ: от идеи до реализации. Стр. 221-268. СПб., НИКА, 2003 г.
Математическое и программное обеспечение (МПО), наряду с информационным обеспечением (ИО) относятся к важнейшим видам обеспечения АСУ ВМФ. Разделение МПО и ИО является в достаточной степени условным. Информационное обеспечение предоставляет пользователю компьютера (лицу принимающему решения) информацию для принятия решений. Математическое и программное обеспечение позволяет выполнить пользователю необходимые расчеты, используя информацию, предоставленную информационным обеспечением.
Различие между математическим и программным обеспечением носит чисто технологический характер. Сначала создается математическое обеспечение (МО), а затем оно реализуется в программном обеспечении (ПО). В то же время оба вида обеспечения имеют право на самостоятельное существование. Конкретное МО может иметь несколько версий ПО для различных типов ЭВМ. Вместе с тем в последнее время укоренилось понятие “математическое и программное обеспечение”, относящееся к единому виду обеспечения.
По своим функциям МПО делят на общее (ОМПО) и специальное (СМПО). В свою очередь ОМПО представляется в виде общего математического обеспечения (ОМО) и общего программного обеспечения (ОПО), а СМПО - в виде специального математического обеспечения (СМО) и специального программного обеспечения (СПО).
Общее математическое обеспечение АСУ - это совокупность описаний и алгоритмов, предназначенных для организации и обеспечения:
эффективного функционирования технических средств при моделировании операций (боевых действий) и решении задач по обработке информации;
взаимодействия офицеров-операторов со средствами автоматизации;
подготовки и отладки СПО.
Общее программное обеспечение АСУ - это совокупность программных средств, реализующая алгоритмы ОМО.
В состав ОПО входят операционная система, пакеты прикладных программ (ППП) и комплекс программ технологического обслуживания (КПТО).
Под операционной системой понимают часть ПО, предназначенную для планирования и организации процесса обработки информации, ввода-вывода и управления данными, распределения ресурсов, подготовки и отладки программ и других вспомогательных операций. В соответствии определением операционную систему делят на две части: функциональную и технологическую.
Технологическая часть операционной системы составляет систему программирования, в состав которой входят языки программирования, трансляторы, редактор связей, загрузчик и другие средства подготовки и отладки СПО. Причем языки программирования относят к лингвистическому обеспечению АСУ.
Для больших ЭВМ (ЕС-1045, ЕС-1046 и др.) широко применяемыми являются операционные системы ОС ЕС и СВМ ЕС, содержащие многоязыковые системы программирования. Например, в операционной среде СВМ ЕС можно создавать программные продукты на процедурных языках ПЛ-1, ФОРТРАН IV, ПАСКАЛЬ и др.
В современных ПЭВМ системы программирования не являются атрибутом операционной системы (ОС). Они оформляются в виде отдельных ППП и классифицируются согласно языку программирования. Например, в настоящее время известны системы программирования DELPHI, Visual C, Visual Basic и др.
Пакеты прикладных программ расширяют возможности ОС и предоставляют дополнительные средства разработки СПО. В соответствии со средствами выделяют ряд технологий создания СМПО, с которыми можно ознакомится ниже.
Комплекс программ технического обслуживания состоит из тестовых программ, предназначенных для наладки, поиска и устранения неисправностей ЭВМ.
Модели и алгоритмы, которые используются при функционировании АСУ. Управление любым объектом немыслимо без разработки модели, которая позволяет понять устройство оригинала, уточнить его состав, структуру, выявить основные свойства, понять законы, и взаимодействия составляющих элементов, их развитие во времени, а также взаимодействие с окружающей средой. Модель позволяет научится управлять объектом и выявить наилучшие способы управления им при заданных ограничениях для достижения поставленной цели. Варьируя внешними и внутренними факторами модели можно провести прогнозирование результатов управления строительства и реализовать оптимальные решения. Однозначная последовательность действий решения задачи называется алгоритмом. В процессе проектирования АСУ разработка алгоритма проходит несколько стадий – от самого общего описания, содержащего идею, замысел и т.д. до подробной его детализации. Начальную стадию разработки алгоритма часто называют структурной схемой решения задач. Они как правило содержат наиболее существенные блоки операций, действия и связи между ними. При решении задач на ЭВМ конечной стадией алгоритмизации является программа решения задачи в командах, выполняемых процессором. Программа и алгоритм – не одно и то же. Программа – алгоритм решения задачи, который может быть введен и реализован на ЭВМ. Для описания алгоритмов используются различные языки описания – алгоритмические языки, которые отличаются степенью детализации и классом описываемых задач. Алгоритмизация решения задач является важным этапом разработки АСУ. Этот этап тесно связан с этапом постановки задач. От того, как и на каком языке сформулирована задача, какова цель ее решения – во многом зависит алгоритм ее решения.
Наиболее часто под моделью понимается нечто подобное реальному объекту (его копия), обладающая теми, или иными сходными свойствами. Модель обычно заменяет реальный объект в тех случаях, когда это возможно и необходимо, или удобно. В условиях АСУ, основой функционирования которой является информация модели создаются для получения информации о свойствах и поведении реальных систем в определенных условиях, поэтому за основу принимается определение модели, как системы, исследование которой служит средством для получения информации о другой системе – оригинале. Кроме основного назначения модели, которое дано в определении к нему можно добавить 3 главных свойства, которые характерны для них:
1. Модель – представитель определенного оригинала
2. Модель охватывает не все свойства оригинала, а только те, которые существенны для исследователя
3. Модель однозначно соответствует оригиналу, однозначное соответствие устанавливается для определенных объектов внутри определенного промежутка времени.
Моделирование – это опосредственное практическое, или теоретическое исследование объекта, при котором непосредственно изучается не сам интересующий нас объект, а некоторое вспомогательная искусственная, или естественная модель, которая позволяет в результате ее исследования получить …
2 класса моделей:
1. Физические – представляют собой некоторую материально-физическую систему и отличаются от моделируемого оригинала размером и т.п.
2. Абстрактные – используются в АСУ, они создаются с помощью языковых, логических, математических средств описания и абстракции, поэтому они физического сходства с оригиналом не имеют, однако призваны содержать и порождать информацию оригинала.
Наиболее распространенные – математические модели.
1. Статические и динамические
2. Детерминированные и вероятностные
3. Непрерывные и дискретные
4. Модели исследования операций, игровые модели, модели массового обслуживания, имитационные модели.
Этапы создания модели, на основе которых разрабатывается алгоритм, а затем и программа – следующие:
1. Формулировка цели моделирования
2. Получение и сбор информации о структуре модели, взаимодействии между элементами системы
3. Формирование представления об объекте и условиях его функционирования
4. Математическое описание, которое включает математическую формализацию, создание математических моделей с учетом ее решаемости.
5. Методы решения математических отношений
6. Алгоритм решения
7. Решение и его анализ
8. Сопоставление полученных данных с реальными
9. Контроль результатов деятельности
10. Корректировка модели.
Наиболее часто используются модели исследования операций .
Исследование операции - это научная дисциплина, и занимается изучением способов
повышения эффективности функционирования систем в различных условиях.
1. Распределительные – задачи, связанные с оптимальным распределением ограниченных ресурсах (задачи о назначении, транспортные задачи).
2. Задачи управления запасами (минимизация сроков, частоты и т.п.)
3. Задачи замены оборудования – оптимизация срока службы оборудования, длительность его использования, время замены оборудования, выбор оптимального плана ремонта с целью уменьшения вероятности отказа.
4. Упорядочивание и согласование – упорядочивание последовательности выполнения работ в совокупности со средствами их выполнения для достижения минимального выполнения работ, минимизации сроков или стоимости, или расхода ресурсов при выполнении заданного комплекса работ.
5. Задачи выбора оптимальных режимов движения.
6. Задачи массового обслуживания.
7. Задачи поиска – минимизация затрат на поиск неисправностей и т.д.
При решении всех этих задач вначале требуется изучение реальной системы и составлении ее математической модели, применительно к выбранному математическому методу оптимизации. Затем математическая модель преобразуется к целевой функции, в явном виде, выражающей главный критерий оптимизации, а дальше устанавливаются необходимые ограничения по второстепенным критериям. Физический смысл целевой функции зависит от существа оптимизационной задачи. Целевая функция чаще всего представляет собой подлежащую максимизации прибыль, или минимизацию затрат.
Фигурирующие в математической модели ограничения представляют собой систему ограничений, который сужают ОДЗ. В число методов исследования операций обычно входят классические методы оптимизации: прямой перебор, дифференциальные и интегральные исчисления и т.д. Методы поиска – наискорейшего спуска и т.д. Методы поиска экстремума и методы различного программирования.
Методы теории игр .
Теория игр является математической теорией оптимального поведения в условиях конфликтной ситуации. Основная задача - это определение оптимальных стратегий
поведения участников.
Конфликт - определяется как наличие у элементов системы нескольких целей и
связанные с этим интересы в их поведении.
Конфликт разделяется на
антагонистический – когда два лица преследуют противоположные интересы, и
НЕ антагонистические – когда интересы хотя и разные, но не противоположны.
В каждой игре исследуются 3 вопроса:
1. В чем состоит оптимальное поведение игроков в каждой игре
2. Существуют ли соответствующие стратегии
3. Нахождение оптимальной стратегии
В результате решения вопросов определяется путь решения задачи и строится модель.
Имитационное моделирование
Структурное сходство, подражание оригиналу в большей степени, чем в предыдущих моделях.
В отличие от моделей исследования операций, которые преследуют экстремум – в рамках имитационной модели невозможно получит оптимальное решение. Обычно они (?) имеют блочную, иерархическую структуру.
Широкое применение современных средств вычислительной техники, внедрение в экономическую деятельность методов оптимизации и форматизации ситуаций значительно изменили технологию информационного обеспечения управления.
В современных условиях информационное обеспечение управления осуществляется с помощью автоматизированных систем управления (АСУ).
Автоматизированная система управления (АСУ) - информационная система, предназначенная для автоматизированного осуществления управленческих процессов.
Ввод в действие АСУ должен быть оправдан, т. е. должен приводить к полезным технико-экономическим, социальным или другим результатам. В частности, использование автоматизированной системы управления позволяет добиться снижения численности управленческого персонала, повышения качества функционирования объекта управления и самого управления и т. д.
К АСУ предъявляется ряд общих требований.
В первую очередь, должна быть обеспечена совместимость элементов друг с другом, а также с автоматизированными системами, взаимосвязанными с данной АСУ.
Автоматизированная система должна быть приспособлена к модернизации, развитию и расширению с учетом будущих перспектив.
АСУ должна иметь достаточную степень надежности для достижения установленных целей функционирования системы при заранее заданных условиях ее применения.
Автоматизированная система управления должна обладать достаточной адаптивностью к изменениям условий ее использования. При этом степень изменения условий применения системы, как правило, специально оговаривается заранее.
В АСУ должны быть предусмотрены контроль правильности выполнения автоматизируемых функций и диагностирование с указанием места, вида и причины возникновения нарушений правильности функционирования системы.
В автоматизированной системе управления должны быть предусмотрены меры защиты от неправильных действий персонала, приводящих к аварийному состоянию объекта или системы управления, от случайных изменений и разрушения информации и программ, а также от несанкционированного вмешательства и утечки информации.
АСУ, как и любую современную информационную систему, которая имеет сложную многоплановую структуру, можно разделить на две составляющие - функциональную часть и обеспечивающую.
Функциональная часть решает те задачи, ради выполнения которых создается каждая отдельно взятая система. Эти задачи преобразуются в соответствующие функции АСУ.
Любая АСУ в процессе своей работы должна выполнять следующие функции:
сбор, обработка и анализ информации (сигналов, сообщений, документов и т. п.) о состоянии объекта управления;
выработка управляющих воздействий (программ, планов и т. д.);
передача управляющих воздействий (сигналов, указаний, документов) на исполнение и контроль их передачи;
реализация и контроль выполнения управляющих воздействий;
Обмен информацией (документами, сообщениями и т. п.) с другими связанными с ней автоматизированными системами.
Состав автоматизированных функций АСУ и степень их автоматизации определяются в соответствии с технико-экономическими показателями, а также с учетом необходимости освобождения персонала от выполнения повторяющихся действий и создания условий для использования его творческих способностей в процессе работы.
Обеспечивающую часть АСУ можно разделить на следующие составные части:
программно-математическое обеспечение;
информационное обеспечение;
техническое обеспечение;
методико-организационное обеспечение;
лингвистическое обеспечение;
кадровое обеспечение.
Программно-математическое обеспечение является одной из наиболее важных составляющих современной информационной системы. Программное обеспечение составляют все программные средства, использующиеся как непосредственно для выполнения поставленных перед системой задач, так и для обеспечения нормального функционирования всего комплекса используемых технических средств. Математическое обеспечение представляет собой совокупность математических алгоритмов, методов и моделей, которые используются в работе информационной системы.
Программное обеспечение АСУ должно быть достаточным для выполнения всех ее функций, реализуемых с применением средств вычислительной техники. Кроме того, должны быть в наличии средства организации всех требуемых процессов обработки данных, позволяющие своевременно выполнять все автоматизированные функции во всех режимах функционирования АСУ.
Программное обеспечение АСУ должно обладать следующими свойствами:
Функциональная достаточность (полнота);
Надежность (в том числе восстанавливаемость и наличие средств выявления ошибок);
адаптивность к изменяющимся условиям;
возможность модификации системы при необходимости;
модульность построения;
удобство эксплуатации.
Как правило, программное обеспечение АСУ строится на базе уже существующих пакетов прикладных программ. Такое программное обеспечение допускает загрузку и проверку по частям и позволяет производить замену одних программ без коррекции других.
К программному обеспечению АСУ предъявляется ряд требований, которые позволяют добиться надежности работы системы в целом. В частности, программное обеспечение подбирается и настраивается таким образом, чтобы отсутствие отдельных данных не сказывалось на выполнении функций АСУ, при реализации которых эти данные не используются. В обязательном порядке осуществляются меры по защите от ошибок при вводе и обработке информации, обеспечивающие заданное качество выполнения функций автоматизированной системы.
Используемое программное обеспечение должно иметь средства диагностики технических средств АСУ и контроля достоверности входной информации.
Общее программное обеспечение АСУ должно позволять осуществлять настройку отдельных компонентов специального программного обеспечения и дальнейшее развитие программного обеспечения системы без прерывания процесса ее функционирования. Все программы специального программного обеспечения конкретной АСУ должны быть совместимы как между собой, так и с ее общим программным обеспечением. Кроме того, необходимо обеспечение защиты уже сгенерированной и загруженной части программного обеспечения от случайных изменений.
Информационное обеспечение включает в себя всю совокупность информации, на основе которой будет функционировать АСУ, в том числе данные по содержанию, системе кодирования, методам адресования, форматам данных и форме представления информации, получаемой и выдаваемой АСУ.
Совокупность информационных массивов АСУ организуется в виде баз данных на машинных носителях. Содержащаяся в базах данных информация должна постоянно обновляться в соответствии с периодичностью ее использования при функционировании системы. Предусматриваются необходимые меры по восстановлению информационных массивов при отказах каких-либо технических средств АСУ, а также меры по контролю идентичности одноименной информации в базах данных.
Техническое обеспечение составляет комплекс всех технических средств, использующихся при работе информационной системы. Современные технические средства отличаются большим разнообразием и позволяют решать широкий спектр задач.
Можно выделить следующие группы технических средств, обеспечивающих функционирование современных информационных систем:
Средства вычислительной техники (ЭВМ различной производительности и назначения);
средства коммуникации;
средства организационной техники.
Средства вычислительной техники используются на всех стадиях обработки и хранения информации и являются основой для интеграции всех технических средств в единую автоматизированную систему.
Средства коммуникации предназначены, в первую очередь, для передачи информации и, в ряде случаев, функционируют совместно со средствами вычислительной техники.
Оргтехника позволяет осуществлять с информацией различные действия (например, представление в различных формах, копирование и т. п.), а также вспомогательные операции в рамках различных задач информационного обеспечения управленческой деятельности.
Технические средства АСУ при взаимодействии с другими системами должны быть совместимы по интерфейсам с соответствующими техническими средствами этих систем и используемых систем связи.
Любое техническое средство АСУ должно допускать замену его аналогичным техническим средством без регулировки или каких-либо конструктивных изменений в остальных технических средствах АСУ
Методико-организационное обеспечение представляет собой совокупность методов, средств и специальных документов, устанавливающих порядок совместной работы технических средств АСУ и обслуживающего ее персонала, а также взаимодействие персонала между собой в процессе работы с системой. К этому виду обеспечения также относят различные методы и средства организации и проведения обучения персонала приемам работы с данной информационной системой (например, методики обучения, программы курсов и практических занятий, технические средства обучения и т. п.).
Основной целью методико-организационного обеспечения является поддержание работоспособности информационной системы и возможности дальнейшего ее развития. Инструкции, входящие в методико-организационное обеспечение АСУ, должны четко определять действия персонала при выполнении всех функций системы во всех режимах функционирования. Кроме того, инструкции должны содержать конкретные указания о действиях в случае возникновения аварийных ситуаций или нарушения нормальных условий функционирования АСУ.
Инструкции также играют роль правового обеспечения АСУ. В них закрепляется юридическая сила информации на носителях данных и документов, используемых при функционировании АСУ и создаваемых системой. Инструкциями регламентируются правовые отношения между людьми, входящими в состав персонала АСУ (права, обязанности и ответственность), а также между персоналом данной АСУ и персоналом иных систем, взаимодействующих с этой АСУ.
Лингвистическое обеспечение представляет собой совокупность языков общения обслуживающего персонала АСУ и ее пользователей с техническим, программно-математическим и информационным обеспечением системы, а также используемых в ней терминов и определений.
С помощью лингвистического обеспечения достигаются удобство, однозначность и устойчивость общения пользователей со средствами автоматизации. Обязательным условием является наличие средств исправления ошибок, возникающих при общении пользователей с техническими средствами АСУ.
Процесс автоматизации управления может осуществляться различными путями. В одном случае организация может установить и использовать компьютерные средства обработки информации лишь для упрощения некоторых рутинных операций процесса работы с документами. При этом общие принципы и методы работы с информацией остаются неизменными. Такой путь не является эффективным, так как не в полной мере использует возможности современных информационных технологий.
Принципиально другой подход заключается в создании комплексных систем автоматизации управленческой деятельности. Такие системы включают в себя не только средства обработки документов, но и системы управления базами данных, экспертные системы, современные средства телекоммуникаций и многое другое. Создание таких систем позволяет значительно повысить эффективность управления организацией.
В современных условиях функционирования организаций значительно повышаются требования к оперативности доставки информации потребителю и к скорости обработки информации. Поэтому создаются многоуровневые, распределенные АСУ Примерами таких систем являются банковские, налоговые, статистические, снабженческие и прочие службы, информационное обеспечение которых осуществляется путем создания электронных баз и банков данных, построенных с учетом организационной, функциональной и информационной структур объекта. Для их реализации используются средства и системы распределенной обработки информации, построенные на основе локальных автоматизированных рабочих мест, соединенных высокопроизводительными каналами связи.
Подобные многоуровневые распределенные АСУ позволяют эффективно решать проблемы оперативной обработки информации и работы с документами, помогают в анализе рыночных ситуаций и выработке управленческих решений.
Применение автоматизированной системы управления способствует повышению производительности конкретной организации и обеспечивает определенный уровень качества управления. Наибольшая эффективность АСУ достигается путем оптимизации планов работ предприятий и отраслей в целом.
Большое значение имеют быстрая выработка оперативных решений, четкое маневрирование материальными, финансовыми и прочими ресурсами, другие факторы. Поэтому процесс управления с использованием автоматизированных систем основывается на экономико-организационных моделях, в большей или меньшей степени отражающих структурные и динамические свойства объекта (предприятия, организации, фирмы). Адекватность модели является непременным условием ее применения. Под адекватностью понимается прежде всего ее соответствие объекту с точки зрения поведения в условиях, имитирующих реальную ситуацию. Кроме того, модель должна отражать поведение моделируемого объекта в части его характеристик и свойств, существенных для решения поставленной задачи. Очевидно, что полного повторения объекта в модели добиться невозможно. Однако можно пренебречь некоторыми деталями, несущественными для анализа ситуации и принятия соответствующего управленческого решения.
Программные средства обеспечивают обработку данных и состоят из общего и прикладного ПО и программных документов, необходимых для эксплуатации этих программ. К общему ПО относят операционные системы (ОС), системы программирования и программы технического обслуживания, которые предоставляют сервис для эксплуатации компьютера, выявления ошибок при сбоях, восстановления испорченных программ и данных. В зависимости от функций, выполняемых ПО, его можно разделить на две большие группы: системное и прикладное ПО.
Системное программное обеспечение (СПО) -- это «программная оболочка» аппаратных средств, предназначенная для отделения остальных программ от непосредственного взаимодействия с оборудованием и организации процесса обработки информации в компьютере. К СПО относятся такие типы программ, как ОС, различные сервисные средства, функционально дополняющие возможности ОС, инструментальные средства (системы управления базами данных, программирования, оболочки экспертных систем). Прикладное ПО предназначено для решения определенных задач пользователя.
Основная компонента СПО -- ОС выполняет следующие функции:
Последняя функция в настоящее время стала стандартной для любой современной ОС. Тем не менее, проводя их классификацию, можно выделить две группы по данному признаку. Это, во-первых, системы, предназначенные для использования в узлах коммуникаций корпоративных сетей, и системы для рабочих станций сети.
Примером таких систем могут служить Microsoft Windows NT Server 4.0, Novell NetWare 4.x (для узлов коммуникаций) и Microsoft Windows NT Workstation 4.0 (для рабочих станций).
По своим функциональным возможностям все сетевые ОС делятся на два четко различимых класса: сетевые ОС масштаба отдела и корпоративные ОС. Это следует учитывать при принятии стратегического решения относительно использования ОС того или иного класса.
Выбор корпоративной сетевой ОС обусловлен, прежде всего, возможностью в широких пределах масштабирования производительности.
На сегодняшний день признанными лидерами являются фирменные версии «коробочных» продуктов Unix. Это можно отследить при увеличении числа пользователей (до 64), когда график роста производительности близок к линейному. Следует учитывать и тот факт, что выбранная ОС должна поддерживать ряд универсальных (на сегодняшний день) API, таких, которые могли бы выполняться эффективно с приложениями Windows, MS DOS и OS/2 при вытеснении многозадачности и мультиплексирования. Подробнее об этом см. подразд. 3.3.2.
Хотя существует еще ряд не менее важных характеристик, которые надо учитывать при выборе сетевой ОС, таких, например, как степень стабильности и безопасности ОС, наличие программных средств удаленного доступа, способность работать в гетерогенной среде и т.д., реальная жизнь упрощает задачу выбора. Сегодня рынок корпоративных ОС поделен между несколькими ОС: примерно по одной трети имеют NetWare и Windows NT, 10% приходится на разные версии Unix и 20 % представлены остальными типами ОС.
Модели Windows NT во многих отношениях построены на основе Unix, особенно в части сетевой деятельности и определенных механизмов управления ресурсами. В Unix добавление пользователя означает по существу создание отдельного каталога и подкаталогов, предназначенных для данного пользователя, и предоставление различных прав собственности и разрешений на доступ к файлам и процессам в этой структуре каталогов. В некоторых системах пользователи могут просматривать (но не изменять или добавлять) всю структуру каталогов машины Unix, но администратор имеет полномочия ограничить пользователям доступ лишь отдельными областями системы.
Windows 95, как, впрочем, DOS и Windows 3.x, не содержит практически никаких встроенных средств обеспечения безопасности, аналогичных имеющимся в Windows NT и Unix, поэтому мало пригодна в качестве среды для рабочих станций корпораций и организаций.
В настоящее время существует три жизнеспособные и развивающиеся промышленные технологии передачи графических интерфейсов: X-terminal многочисленных вариантов Unix (для Х-Window), Remote Desktop фирмы Microsoft (для Windows Terminal Server) и средства WEB-броузеров Netscape и Microsoft (с помощью HTML, Java и JavaScript и соответствующих интерфейсов к СУБД).
Через стандартизацию интерфейсов обеспечивается совместимость специалиста с компьютером, т.е. через стандарты интерфейса специалист может выполнять с помощью компьютера определенные действия (определенную технологию) по превращению данных в информацию. Таким образом, информационно-командная среда представляет собой совокупность программного и информационного обеспечения и определенного стандарта интерфейса.
Разнообразие технических средств и ОС привели к появлению понятия платформы. Практика показывает, что эволюция программно-аппаратного комплекса идет непрерывно по мере повышения квалификации и уровня знаний тех, кто реально использует эти средства. Модульность программно-аппаратных средств -- ключ к эволюционному развитию систем. Международные организации и крупные фирмы в области информатики предлагают различные стандарты на аппаратные и программные интерфейсы.
В традиционном понимании платформа -- это комплекс аппаратных и программных средств, на котором функционирует ПО пользователя ЭВМ. Основа аппаратной платформы {hardware-платформы) -- процессор. Тип процессора определяет тип и характеристики компьютера.
Существует несколько направлений развития аппаратных платформ -- для ПК, рабочих станций, мини-компьютеров, больших компьютеров и суперкомпьютеров. В настоящее время в обеспечении информационных технологий управления наиболее широко распространены IBM-совместимые персональные компьютеры с процессорами Intel.
Программный продукт (ПП) -- это совокупность отдельных программных средств, их документации, гарантий качества, рекламных материалов, мер по обучению пользователей, распространению и сопровождению готового ПО.
Подобно живому организму, всякий продукт (товар или услуга) имеет свой ЖЦ, который начинается с момента его «рождения» (или, возможно, с момента зарождения идеи) и заканчивается его «смертью», или изъятием из употребления. Эта концепция получила значительное развитие и оказалась весьма полезной при управлении процессом создания ПП.
Можно выделить несколько фаз существования ПП в течение его ЖЦ. Иногда они перекрываются, начало и конец каждой фазы не всегда могут быть точно определены.
Фаза исследования начинается с момента, когда руководитель разработки осознает потребность в данном продукте. Выполняемая в этой фазе работа состоит в планировании и координации, необходимых для подготовки формального перечня требований к продукту.
Фаза анализа осуществимости есть техническая часть фазы исследования. Работа заключается в исследовании предполагаемого продукта с целью получения оценки возможности реализации проекта. Рассматриваются также:
Часто после проведения анализа осуществимости работы по разработке ПП прекращаются.
Фаза конструирования обычно начинается еще в фазе анализа осуществимости, как только оказываются определенными некоторые предварительные цели. В этой фазе разработанные алгоритмы программ фиксируются в официальных спецификациях.
Фаза программирования начинается в фазе конструирования, как только станут доступными основные спецификации на отдельные компоненты изделия, но не раньше утверждения соглашения о требованиях. Эта фаза состоит в подробном внутреннем конструировании ПО, а также составлении схем алгоритмов, документировании, кодировании и отладке программ.
Фаза оценки наступает, как только все компоненты собраны вместе и испытаны. Для оценки затрат можно использовать несколько методов. Если при этом получаются несогласованные результаты, следует добиться устранения этой несогласованности. Используются методы экспертных оценок, метод алгоритмического анализа, пошаговый анализ и т.д.
Фаза использования начинается, когда изделие передается в систему распределения, и обычно продолжается от 2 до 6 лет. В фазе использования выполняется обучение персонала, внедрение, настройка, сопровождение и, возможно, расширение ПП. Фаза заканчивается, когда изделие изымается из употребления.
Фазы ЖЦ программного продукта можно привязать к функциям управления, т.е. к организационным функциям любого предприятия. Так, группа планирования на предприятии определяет необходимость в программном продукте, устанавливает возможность его реализации и осуществляет слежение за ним до конца использования. Группа разработки составляет спецификации, конструирует, документирует программный продукт. Группа обслуживания предоставляет средства ВТ для обеспечения всех названных функций, конфигурационного управления, распространения и административной поддержки. Группа выпуска документации обеспечивает пользователей различными руководствами и справочными материалами. Группа испытаний дает независимую оценку как ПО, так и документации до передачи их пользователю. Группа поддержки обеспечивает распространение ПП и обучение пользователей, его установку на месте использования и постоянную связь между отдельными группами и пользователями. Группа сопровождения обеспечивает исправление ошибок и некоторые улучшения в фазе использования.
Все вышесказанное относится как к общему, так и к прикладному ПО. Прикладное ПО определяет разнообразие ИТ и состоит из отдельных ПП или пакетов, называемых приложениями. Некоторые приложения могут применять все пользователи, а применение других требует определенного уровня квалификации проектировщика.
Рассматривая стратегические проблемы создания корпоративных приложений, следует отметить, что чаще всего важен выбор не самого приложения, а той технологии, в соответствии с которой приложение создается, поскольку большая часть приложений создается силами сотрудников предприятия или же силами сторонней организации, но по конкретному техническому заданию для этого предприятия. Случаи использования готовых крупных приложений, настраиваемых на потребности данного предприятия, например SAPR/3, более редки по сравнению с созданием специальных приложений.
Специальные приложения часто модифицируются, добавляются, снимаются с работы, поэтому важно, чтобы технология их создания допускала быструю разработку (например, на основе объектного подхода) и быстрое внесение изменений при возникновении такой необходимости. Кроме того, важно, чтобы технология позволяла строить распределенные системы обработки информации, использующие все возможности современной корпоративной сети.
Технология Intranet удовлетворяет этим требованиям, являясь одновременно и самой перспективной технологией создания приложений. Однако и при выборе Intranet для создания корпоративных приложений остается немало проблем, которые можно отнести к стратегическим, так как существует несколько вариантов реализации этой технологии -- Microsoft, Sun, IBM, Netscape и др.
В конечном итоге свойства приложений определяют требования, предъявляемые к остальным слоям и подсистемам корпоративной сети. Объемы хранимой информации, их распределение по сети, тип и интенсивность трафика -- все эти параметры, влияющие на выбор СУБД, операционной системы и коммуникационного оборудования и т.п., являются следствием выбора приложений, работающих в сети.
Характерной особенностью АСУ ТП является применение ЭВМ. Поскольку АСУ ТП многофункциональны, в машину закладывается определенное количество программ, каждая из которых обеспечивает реализацию той или иной функции системы управления.
Совокупность программ, необходимых для функционирования АСУ ТП, образует математическое обеспечение системы аналогично тому, как совокупность технических средств образует аппаратурное (техническое) обеспечение системы .
В математическом обеспечении АСУ ТП отражается математический аспект функционирования системы.
Математическое обеспечение системы делится на две группы: а) внутреннее математическое обеспечение (стандартное программное обеспечение; б) внешнее математическое обеспечение (функциональное программное обеспечение). К внутреннему математическому обеспеченно относятся программы, гарантирующие функционирование собственно управляющего вычислительного комплекса и поставляемые вместе с машинной данного типа независимо от особенностей АСУ ТП и от конкретного набора выполняемых системой функций. К внешнему математическому обеспеченно относятся программы, реализующие функции АСУ ТП. Очевидно, что программы,
реализующие одинаковые функции для различных объектов управления, также различны. Некоторые программы внутреннего и внешнего математического обеспечения иногда заменяются специальными устройствами. Таким образом, некоторые функции АСУ ТП могут быть реализованы с помощью как программы, так и аппаратуры.
Рисунок 1.7 - Алгоритмическая структура АСУ ТП.
Обычно под созданием внешнего математического обеспечения АСУ ТП подразумевают алгоритмизацию технологических процессов, представляющую собой разработку математического описания поведения системы технологический процесс-АСУ ТП . Основные задачи алгоритмизации:
1) изучение технологического процесса и факторов, определяющих его поведение;
2) постановка задачи автоматизированного управления технологическим процессом;
3) разработка математической модели (идентификация), алгоритма управления (оптимизация) процессом и программ применительно к конкретной управляющей вычислительной машине.
Алгоритмическая структура выполнения соответствующих функций АСУ ТП, отражающая системный подход к управлению производствами, и технологическими процессами, принятая за основу создания математического обеспечения АСУ ТП ОФ и ряда других предприятий , представлена на рисунок 1.7.
Основным узлом является математическая модель объекта, реализованная на вычислительной машине . При этом вся технологическая схема производства рассматривается как единая совокупность отдельных процессов и операций. На вход модели подаются значения сырья Y, поступающего на производство или на отдельный агрегат, задания на требуемое качество конечных продуктов X и критерии оценки F, характеризующие эффективность работы отдельных технологических агрегатов и производства в целом. В соответствии с разработанными алгоритмами оптимизации и учетом возмущений Z модель с большой скоростью выдает управление (сигналы U), которое подается на автоматические (программные устройства управления, системы регулирования) либо полуавтоматические устройства в виде сигналов команд, выполняемых частично человеком, частично автоматом, для их осуществления на конкретных агрегатах технологической схемы производства.
Алгоритмизация технологических процессов, являющаяся важным этапом создания АСУ ТП, разделяется на предварительную и окончательную . Задачи предварительной алгоритмизации, которая выполняется на первых этапах анализа производства до разработки и внедрения АСУ ТП: изучение алгоритмической структуры процесса, созданное его первоначальной математической модели и алгоритма оптимизации, моделирование процесса на ЭВМ. опытная реализация разработанных алгоритмов в производственных условиях, сценка ожидаемого
экономического эффекта, предварительный выбор средств управляющей вычислительной техники. Предварительная алгоритмизация позволяет оценить подготовленность различных технологических процессов к созданию АСУ ТП, наметить мероприятия по совершенствованною существующих систем автоматического контроля и регулирования, установить очередность развертывания работ на предприятиях той или иной отрасли по созданию АСУ ТП.
На стадии окончательной алгоритмизации более углубленно изучаются технологические процессы, корректируются (с учетом дополнительных сведений) модели и алгоритмы оптимизации, окончательно выбираются необходимые технические средства, определяется экономическая эффективность создаваемой системы управления.
