Классификация автоматизированных систем. Основные виды асупа

ГОСТ
34.003—90 дает такое понятие автоматизированной
систе­мы управления (АСУ): «АСУ —
система «человек — машина», обес­печивающая
эффективное функционирование объекта,
в которой сбор и обработка информации,
необходимой для реализации функ­ций
управления, осуществляются с применением
средств автомати­зации и вычислительной
техники».

Выделяют
следующие виды автоматизированных
систем: АСУТП — АСУ технологическими
процессами; АСОУ — автомати­зированные
системы организационного управления;
ИАСУ — ин­тегрированные АСУ; ОАСУ —
отраслевые АСУ; АСУП — АСУ пред­приятия;
АСУО — АСУ объединения; ИПС —
информационно-по­исковые системы;
ИСС — информационно-советующие системы;
ИУС — информационно-управляющие системы.

В
силу значительного разнообразия АСУ
их целесообразно клас­сифицировать.
АСУ — понятие многогранное и потому
имеет боль­шое число признаков
классификации. Из них рассмотрим три
основ­ные (рис. 1.8).

1.
Анализируя первый признак классификации,
следует отметить, что объектом управления
в АСУТП являются машины или системы
машин, а в АСОУ (АСУ на уровне цеха,
предприятия и выше) — люди. В АСУТП
информация передается сигналами, а в
АСОУ — с помощью документов.

В
последнее время появился новый класс
систем — ИАСУ, объе­диняющий в одну
систему АСУТП и АСОУ. Среди них выделяют
ИАСУ гибкими автоматизированными
заводами, для которых из­вестны три
основные рассмотренные далее концепции:
ГАЗ (СССР), ESPRIT (ЕЭС) и ICAM
(США). ИАСУ гибкими автоматизированны-

Рис.
1.8. Классификация АСУ

ми
заводами за рубежом называют компьютерными
интегрирован­ными производствами
(Computer Integrated
Manufacturing CIM).

• Иерархия
  управления отражена во втором
  классификационном признаке (см. рис.
  1.8). В дальнейшем будем рассматривать
  АСУП, т. е. АСУ, предназначенную для
  управления предприятием.
• АСУ
  существенно отличаются по уровню
  автоматизации. И ПС предназначены для
  записи и длительного хранения информации,
  ко­торая считывается по запросу.
  Такая система может быть самостоя­тельной
  (библиотеки) или входить составной
  частью в АСУП. База данных является
  основой таких систем. В ней может быть
  отражена как структурированная (в виде
  таблиц), так и неструктурированная
  (текстовая) информация. В последнем
  случае это системы компьюте­ров
  офисов, учреждений, получившие широкие
  возможности благо­даря электронной
  почте.

ИСС
вырабатываютдляЛПР соответствующие
решения-советы в логической, числовой
или символьной форме, при этом
окончатель­ное решение остается за
человеком. В ИСС широко используют
диа­логовый режим.

Сложности
реализации таких систем определяются
трудностями формирования алгоритмов
этапов анализа, выработки вариантов
ре­шений и принятия решений в цикле
управления. Первоначально ал­горитмизацией
этих этапов занимались разработчики
автоматизиро­ванных систем. Пользователь
вводил данные и получал результат. Если
результат его удивлял, он желал получить
(и не получал) объяс­нение, КАК получено
то или иное решение. Выяснилось к тому
же, что логики решений разработчика и
ЛПР серьезно отличаются.

В
связи с этим попытались использовать
опыт принятия решений руководителем,
выявляя систему используемых ими правил.
ЛПР за­давали вопрос: «Ваше подразделение
не выполнило план за предыду­щий день
и с начала месяца — Ваши действия?».

Ответы
ЛПР представляли собой систему правил
по схеме:

ЕСЛИ
недостаточно определенного ресурса,

ТО
предпринимаются определенные действия
по их получению или замене.

Подобные
правила позволили не только в значительной
мере пре­одолеть отчужденность ЛПР
по отношению к компьютерам, но и
реа­лизовать экспертные системы,
которые позволяли не только выраба­тывать
решения-советы, но и давать объяснения
(в виде системы ис­пользованных
правил), КАК получено то или иное решение.

Вместе
с тем только около 5 % существующих
автоматизирован­ных систем реализованы
как информационно-советующие системы.

Подавляющее
большинство АСУП являются по своей сути
информа­ционно-поисковыми системами.

ИУС
фактически являются синонимами
автоматической системы в виде, например,
гибкого автоматизированного завода
(компьютер­ного интегрированного
производства — КИП).

Каждый
класс АСУ характеризуется общими или
специфически­ми положениями. Для
иллюстрации общетеоретических и
приклад­ных положений выбран наиболее
распространенный класс АСУП.

Круг
объектов управления чрезвычайно широк
и разнообразен: экономика, территория,
социальная сфера, производство, научный
эксперимент, образование и др.

В
настоящее время автоматизированное
управление все шире ис­пользуется в
различных областях: в управлении
производствами (предприятиями) — АСУП,
технологическими процессами — АСУТП,
в автоматизации научных исследований
— АСНИ, в обучении.

Наиболее
широко автоматизация проводится в
управлении про­изводствами и
технологическими процессами.

Уже
до 1985 г. XX в. в нашей стране было введено
в строй свыше 6000 традиционных АСУ
различных классов. Распад СССР сильно
за­медлил в России работы по построению
и внедрению АСУ, однако в последние
пять-шесть лет в этой области наблюдается
оживление. В традиционных АСУП наметился
переход от подсистемного построе­ния
к процедурному. Разработаны отечественные
тиражируемые АСУП, получившие название
корпоративных информационных сис­тем
(КИС) «Галактика» и «Парус».

Условно
выделяют тиражируемые, полузаказные и
заказные сис­темы.

Тиражируемая
КИС не требует доработки со стороны
разработчи­ка, существует сама по
себе, не предоставляет возможности
внесения изменений. Такая система
предназначена для малых предприятий.

Заказная
система создается для производств с
очень большой спе­цификой.

Полузаказная
система является наиболее гибкой, в
большей сте­пени удовлетворяет
требованиям заказчика, требует меньших
капи­тальных затрат. Основная область
применения — крупные предпри­ятия
(сотни документов в месяц и более пяти
человек в цепочке биз­нес-процессов).

Внедрение
АСУП предполагает автоматизацию
управления тех­нологическими
процессами. АСУТП находят широкое
применение в управлении как
детерминированными процессами, так и
процессами с вероятностным характером,
способствуют повышению производи­тельности
труда, росту загрузки оборудования,
сокращению непроиз­водительных
потерь.

В
настоящее время в области АСУТП
господствующей является концепция
открытых систем
на основе системной интеграции,
бази­рующаяся на следующих принципах:

• совместимость
  программно-аппаратных средств различных
  фирм производителей снизу вверх;
• комплексная
  проверка и отладка всей системы на
  стенде фир­мы-интегратора на основе
  спецификации заказчика.

В
большинстве случаев АСУТП представляет
двухуровневую сис­тему управления.
Нижний уровень включает контроллеры,
обеспечи­вающие первичную обработку
информации, поступающей непосред­ственно
с объекта управления. Программное
обеспечение контролле­ров обычно
реализуется на технологических языках
(язык релей- но-контактных схем).

Верхний
уровень АСУТП составляют мощные
компьютеры, вы­полняющие функции
серверов баз данных и рабочих станций,
обес­печивающих хранение, анализ и
обработку всей поступающей ин­формации,
а также взаимодействие с оператором.
Основой про­граммного обеспечения
верхнего уровня являются пакеты SCADA
(Supervision Control
And DATA
Acquisition).

Наиболее
ярко концепция открытых систем
прослеживается в от­крытой модульной
архитектуре контроллеров — ОМАС (Open
Modular Architecture
Controls), разработанной
фирмой «General Motors».
Близкие к ним
концепции предложены
европейскими (European Open
Systems Architecture for Controle within Automation Systems —
OSACA), японскими (Japan
International Robotics and Factory Automation — IFORA; Japan Open
Systems Environment for Controller Architecture — OSEC) и
американскими (Technologies
Enabling Agile Manufacting — TEAM Projects) организациями.
Содер­жание ОМАС-требований
заключается в основных терминах:

• Open
  — открытая архитектура, обеспечивающая
  интеграцию ап­паратного и программного
  обеспечения;
• Modular
  — модульная архитектура, позволяющая
  использовать компоненты в режиме Plug
  and Play;
• Scaleable
  — масштабируемая архитектура, позволяющая
  легко изменять конфигурацию для
  конкретных задач;
• Economical
  — экономичная архитектура;
• Maintenable
  — легко обслуживаемая архитектура.

Аппаратная
платформа контроллеров базируется на
миниатюр­ных PC-совместимых
компьютерах, обладающих высокой
надежно­стью, быстродействием,
совместимостью в силу «родственности»
с компьютерами верхнего уровня.
Операционная среда РС-контролле- ров
также должна удовлетворять требованиям
открытости. Здесь наи­более распространена
операционная система QNX
(фирма QSSL, Ка­нада),
архитектура которой является открытой,
модульной, легко мо­дифицируемой.
Специфика работы с контроллерами —
использова­ние языков технологического
программирования, описывающих сам
технологический процесс и ориентированных
на работу не програм­мистов, а
технологов.

АСУТП
работают в реальном масштабе времени
и строятся на ос­нове средств
вычислительной техники, позволяющих
получать на выходе системы электрические
сигналы. Это дает возможность ин­тегрировать
АСУТП и АСУП, минуя ручной ввод оперативной
ин­формации в АСУП. Такие системы
называют интегрированными (ИАСУП).

Высокоавтоматизированная
разновидность ИАСУП, использую­щая
современный подход к проектированию,
получила название «гибкий автоматизированный
завод» (ГАЗ). За рубежом подобные системы
называют компьютерными интегрированными
производст­вами (Computer
Integrated Manufacturing
— CIM).

В
ГАЗ производства, приспосабливаясь к
изменчивому спросу по­требителя,
становятся динамичными, что, в свою
очередь, требует ав­томатизации
конструкторской и технологической
подготовки, преж­де всего в части
формирования новой продукции. Возрастает
роль подсистем испытаний изделий на
качество.

Для
ускорения разработки принципиально
новой продукции тре­буется автоматизация
научных исследований и экспериментов.
Авто­матизация научных экспериментов
может носить и автономный ха­рактер.

Проведение
научных исследований на современном
этапе сопро­вождается постановкой
экспериментов на базе уникального
оборудо­вания с необходимостью
обработки большого объема информации.
Оперативная компьютерная ее обработка
позволяет выявлять крити­ческие
ситуации и своевременно принимать
решения по дальнейше­му ходу
эксперимента. Автоматизация позволяет
резко повысить опе­ративность и
сократить сроки проведения эксперимента.

Растущий
уровень автоматизации и компьютеризации
в различ­ных областях требует подготовки
квалифицированных специалистов. В
последнее время складывается направление,
связанное с автомати­зацией и
компьютеризацией обучения. Такая
автоматизированная система состоит из
комплекса изучаемых дисциплин, связанных
еди
ной «цепочкой» последовательности их
рассмотрения, и сопровожда­ется
системой компьютерной поддержки.

Следует
отметить, что в последнее время особое
внимание уделя­ется изучению процедур
поддержки принятия решений в АСУ
раз­личных классов. Все серьезнее
рассматривается процедура выработ­ки
решений-советов с объяснениями (по
запросу пользователя) по­следовательности
выработки решений. Для этого все чаще
привлека­ются возможности экспертных
систем, искусственных нейронных сетей
и генетических алгоритмов.

Таким
образом, сфера автоматизации непрерывно
расширяется.

Направления
классификации чрезвычайно разнообразны.
На­пример, представляет интерес
классификация систем производст­венного
управления (рис. 1.9) в зависимости от
временнбй иерархии, в табл. 1.1 приведено
развитие этой классификации по
совокупности признаков.

Переход
нашей страны к рынку означает, что
товарные отноше­ния ориентированы
на потребителей (заказчиков), требования
кото­рых к инерционности производства
(определяемому временем от мо-

мента
получения заказа до его выполнения)
характеризуются широ­ким спектром
классов (табл. 1.1, строка 1).

Нефть
Пищевые
Бытовая
техника,
Строи­
Авиа­
Строи­
продукты,
легкая
тельная
строе­
тель­
лекарства
промышленность,
машино-
и приборостроение,
электронная
промышленность
техника
ние
ство
зданий, корабле­строение

Рис.
1.9. Классификация систем производственного
управления: 1 — массовый тип производства;
2
— серийный; 3 — единичный тип производства

ной
«цепочкой» последовательности их
рассмотрения, и сопровожда­ется
системой компьютерной поддержки.

Классификацион­ный
признак
Классы
1
2
3
4
1.
Разделение за­казчиков
Конструиро­вание
на заказ
Изготовле­ние
на заказ
Сборка
на заказ
Изготовле­ние
на склад
2.
Способ изготов­ления
Единичный
Серийный
Массовый
—
3.
Спектр продук­ции
Индивиду­альный
Типовой
Стандар­тный
без ва­риаций
Стандарт­ный
с вариа­циями
4.
Изменение за­казов в процессе
из­готовления
В
большом объеме
Случайные
Незначи­тельные
—
5.
Автоматизация
Высокая
Средняя
Малая
Отсутствует
6.
Экономический интерес
Прибыль
Зарплата
Выпуск
—
7.
По уровням управления
Одноуров­невые
Многоуров­невые
—
—
8.
По выпускае­мой номенклатуре
Одноно-
менклатурные
Многоно­менклатурные
—
—
9.
По возмущени­ям
Целевые
Структурные
Параметри­ческие
Сигнальные
10.
Описание по цехам
Непрерыв­ное
Непрерыв-
но-дискретное
Дискретное
—
11.
Запас
Нулевой
(JIT)
Оптималь­ный
—
—
12.
Протекание изготовления
Остров
Линия
Поток
—
13.
Способ соеди­нения
Последо­вательный
Параллель­ный
С
обратной связью
—
14.
Протекание монтажа
Групповой
монтаж
Остров
Линия
Поток

Перечисленные
классы связаны с быстрым изменением
(дина­мичностью) спроса, которое
обусловлено либо быстрыми измене­ниями
в технологии (радиоэлектронная и
химическая промышлен­ность, приборо-
и машиностроение, производство бытовых
товаров), либо сильной конкуренцией
(при отсутствии монополии — легкая
промышленность, полиграфия).

Несмотря
на разнообразие областей применения
автоматизации, существуют общие
тенденции, которые ведут к формированию
тео­рии автоматизированного управления.
Она рассматривает методоло­гические
основы и общие принципы построения АСУ
разных клас­сов. В то же время каждая
автоматизируемая область имеет свою
спе­цифику. Для иллюстрации
общетеоретических и детализации
специ­фических положений выбраны
АСУП, для которых представлены
организационные, функциональные и
обеспечивающие аспекты.

В
современной АСУ выделяют следующие
компоненты, обеспе­чивающие ее
функционирование: методическое,
правовое, эргоно­мическое, математическое,
информационное, инструментальное,
программное и техническое обеспечения.

Методическое
обеспечение
АСУ представляет собой совокупность
документов, поддерживающих процессы
проектирования, внедре­ния и
эксплуатации. Одной из основных задач
методического обеспе­чения является
унификация и стандартизация.

Правовое
обеспечение
АСУ представляет собой совокупность
норм, выраженную в нормативных актах,
устанавливающих и закреп­ляющих
организацию процессов проектирования,
внедрения и экс­плуатации, а также
регламентирующих правовой статус АСУ.

Эргономическое
обеспечение
— это совокупность методов и средств,
обеспечивающих оптимальные условия
деятельности чело­века в условиях
автоматизированного управления.

Математическое
обеспечение
АСУ представляет собой совокуп­ность
математических и экономико-математических
моделей управ­ления заданным объектом.

Информационное
обеспечение
предназначено для хранения, поиска и
доступа к информационным ресурсам, на
основе которых реализу­ется жизненный
цикл АСУ.

Под
инструментальным обеспечением
понимается комплекс про­граммных и
технических средств, обеспечивающих
эффективное функционирования АСУ.

Программные
средства АСУ
можно разделить на две большие группы:
базовые и прикладные. Базовые программные
средства включают в себя: операционные
системы; языки программирования;
программные среды; системы управления
базами данных. Приклад­ные программные
средства предназначены для решения
комплекса задач или отдельных задач
АСУ.

Комплекс
технических средств
— это совокупность взаимосвя­занных
единым управлением средств вычислительной
техники и те­лекоммуникационных
средств.

• В
  чем сущность автоматизированного
  управления?
• Какие
  существуют уровни (режимы работы)
  автоматизированного управ­ления?
• В
  чем суть «каскадной» схемы проектирования
  АСУ?
• Укажите
  основные преимущества схемы непрерывной
  разработки.
• Сформулируйте
  основные понятия системного подхода.
• В
  чем различие дескриптивного и
  конструктивного подхода?
• Укажите
  основные виды информационных потоков
  в структуре автомати­зированного
  управления.
• Перечислите
  основные классификационные признаки
  АСУ.
• Приведите
  классификацию систем производственного
  управления в зави­симости от временной
  иерархии.
• Дайте
  характеристику основных видов
  обеспечения АСУ.