Системы автоматизированного управления на базе компьютерных технологий

Департамент образования города Москвы

Некоммерческая организация «Ассоциация московских вузов» Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Национальный исследовательский университет «МИЭТ»

Научно-образовательный материал

Организация и проведение мастер-классов по направлению «Компьютерные технологии в области автоматизации и управления»

Системы автоматизированного управления на базе компьютерных технологий

Москва 2011 г.

1. Определение понятия «компьютерная технология»

В современных системах автоматизации и управления основным техническим средством обработки информации, выполнения научно-технических расчетов, вычисления задающих и управляющих воздействий является компьютер. Внедрение компьютера в технологию таких сфер как научная, производственная, обработки информации и процессов управления подчеркивается прилагательным «компьютерная». В понятие «компьютерная технология» включаются также коммуникационные технологии, которые обеспечивают передачу информации по каналам связи (информационно-вычислительные сети).

В современной литературе можно встретить различные определения технологий в сфере обработки информации и управления. Наиболее часто употребляется термин «информационная технология». автоматизированный управление компьютерный

Замечание:, Компьютерная технология, Компьютерная технология

Прилагательное «компьютерная» подчеркивает, что основным техническим средством ее реализации является компьютер.

Поскольку предметом нашего изучения являются компьютерные технологии в области автоматизации и управления, а задачи автоматизации решаются в свою очередь с помощью систем автоматизации (автоматизированных систем), перейдем к определению понятия автоматизированная система.

2. Определение автоматизированной системы

2.1 Понятие автоматизированной системы

Система (system — целое, составленное из частей; греч.) — это совокупность элементов, взаимодействующих друг с другом, образующих определенную целостность, единство.

Архитектура системы, Элемент системы, Замечание:, Организация системы, Структура системы

Приведем определения в соответствии с ГОСТ 34.003-90.

Автоматизированная система

В зависимости от вида деятельности выделяют, например, следующие виды АС: автоматизированные системы управления (АСУ), системы автоматизированного проектирования (САПР), автоматизированные системы научных исследований (АСНИ) и др.

6 стр., 2665 слов

Автоматизированные системы управления (3)

... Как правило, автоматизированная система управления имеет единую систему управления технологическим процессом оператором в виде одного или нескольких пультов управления, средства обработки и архивирования информации о протекании технологического процесса, типичные элементы автоматизации: измерительные приборы, ...

В зависимости от вида управляемого объекта (процесса) АСУ делят, например, на АСУ технологическими процессами (АСУТП), АСУ предприятиями (АСУП) и т.д.

Дадим развернутое определение. АС — совокупность персонала, технических и программных средств, математических методов и организационных комплексов, обеспечивающих рациональное управление сложным объектом или процессом в соответствии с заданной целью.

В составе АС выделяют:

  • основную часть, в которую входят информационное, техническое и математическое обеспечение;
  • функциональную часть, к которой относятся взаимосвязанные программы, автоматизирующие конкретные функции управления.

В современном понимании автоматизированная система немыслима без персонала, взаимодействующего с компьютерами и телекоммуникациями.

В нормативно-правовом смысле автоматизированная система определяется как «организационно упорядоченная совокупность документов (массив документов) и информационных технологий, в том числе и с использованием средств вычислительной техники и связи, реализующих информационные процессы» (Закон РФ «Об информации, информатизации и защите информации» от 20.02.1995, № 24-ФЗ).

2.2 Процессы, протекающие в автоматизированных системах

Информационный процесс — процесс создания, сбора, обработки, накопления, хранения, поиска, распространения и потребления информации (Закон РФ «Об участии в информационном обмене» от 04.07.1996, № 85-ФЗ).

Информационный ресурс — это отдельные документы и отдельные массивы документов, документы и массивы документов в различных видах автоматизированных систем (Закон РФ «Об участии в информационном обмене»).

В нормативно-правовом аспекте документ определяется как зафиксированная на материальном носителе информация с реквизитами, позволяющими ее идентифицировать.

Процесс документирования превращает информацию в информационные ресурсы.

Процессы, обеспечивающие работу автоматизированной системы любого назначения, условно можно представить состоящими из следующих этапов:

  • ввод информации из внешних или внутренних источников;
  • обработка входной информации и представление ее в удобном (требуемом) виде;
  • хранение информации в виде баз данных, информационных массивов, файлов;
  • вывод информации для представления потребителям или передачи в другую систему;
  • передачу информации по каналам связи от источника потребителю;
  • изменение входной информации по требуемому закону.

Процессы реализуются с помощью процедур, реализующих тот или иной механизм переработки входной информации в конкретный результат.

Различают следующие типы процедур:

1. Полностью формализуемые, при выполнении которых алгоритм переработки информации остается неизменным и полностью определен (поиск, учет, хранение, передача информации, печать документов, расчет на моделях, алгоритм управления исполнительным устройством).

2. Неформализуемые процедуры, при выполнении которых создается новая уникальная информация, причем алгоритм переработки исходной информации неизвестен (формирование множества альтернатив выбора, выбор одного варианта из полученного множества).

3. Плохо формализованные процедуры, при выполнении которых алгоритм переработки информации может изменяться, и полностью не определен (задача планирования, оценка эффективности вариантов и т.п.).

12 стр., 5615 слов

Автоматизированные системы обработки информации и управления на предприятии

... системы торговых представителей входит создание и дальнейшее развитие: подсистемы оперативного обмена информацией ... выполнения транспортных операций и получения транспортных документов; осуществление страхования грузов ... хозяйство) Операционная группа (прием, обработка заявок от клиентов, печать накладных) ... структура управления предприятием построена по линейно-функциональному принципу и представлена ...

информационных процедур

Процессы создания и поддержки автоматизированных систем: разработка и настройка системы на выполнение определенного класса задач, администрирование (поддержка службы доступа, прав пользователей), обработка запросов; поддержание целостности и сохранности информации; периодическая ревизия информации; автоматизация индексирования информации.

В целом автоматизированные системы определяется следующими свойствами:

  • при построении автоматизированной системы необходимо использовать системный подход;
  • любая автоматизированная система может быть подвергнута анализу, построена и управляема на основе принципов теории систем;
  • в автоматизированную систему должен быть заложен принцип дальнейшего развития и расширения (расширяемость, масштабируемость);
  • выходной продукцией автоматизированной системы является информация, на основе которой принимаются решения;
  • автоматизированную систему следует рассматривать как человеко-машинную систему обработки информации и управления.

Использование автоматизированных систем может служить для эффективного решения следующих основных задач:

  • получение более рациональных вариантов решения задач управления за счет внедрения математических методов;
  • освобождение работников от рутинной работы за счет ее автоматизации;
  • повышение достоверности информации, на основе которой принимаются решения;
  • совершенствование структуры информационных потоков (включая систему документооборота);
  • уменьшение в целом затрат на производство продукции (включая информационные).

Замечание

3. Классификация автоматизированных систем

Системы управления делятся на два больших класса: системы автоматического управления (САУ) и автоматизированные системы управления (АСУ).

В САУ управление объектом или системой осуществляется без непосредственного участия человека автоматическими устройствами. Это замкнутые системы. Основные функции САУ: автоматический контроль и измерения, автоматическая сигнализация, автоматическая защита, автоматические пуск и остановка различных двигателей и приводов, автоматическое поддержание заданных режимов работы оборудования, автоматическое регулирование. В отличие от САУ в АСУ в контур управления включен человек, на которого возлагаются функции принятия наиболее важных решений и ответственности за принятые решения. Под АСУ обычно понимают человеко-машинные системы, использующие современные экономико-математические методы, компьютерные технологии, средства связи, а также новые организационные принципы для отыскания и реализации на практике наиболее эффективного управления объектом (системой).

Классификация АСУ может осуществляться по различным признакам: функциональному, структурному, по сфере применения, по характеру используемой информации и др.

64 стр., 31931 слов

Разработка информационной системы для автоматизации работы отделений ...

... колледжа и структура управления рассматриваемого дипломным проектом отдела - Приемной комиссии. Во второй главе описана функциональная модель разрабатываемой системы, входная, выходная информация, структура главного меню информационной системы и технология работы созданного проекта, ...

По сфере применения различают:

  • управления предприятием (АСУП);
  • производственные системы;
  • административные системы (человеческих ресурсов);
  • финансовые и учетные системы;
  • системы маркетинга;
  • системы научных исследований;
  • автоматизации проектирования;
  • системы моделирования;
  • проблемно-ориентированные.

Производственные системы подразделяются на:

  • автоматизированные системы управления производством;
  • автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП);
  • автоматизированные системы управления техническими средствами.

АСУ предприятием (АСУП) предназначены для автоматизации функций управленческого персонала. К этому классу относятся информационные системы управления как промышленными фирмами, так и непромышленными объектами: гостиницами, банками, торговыми фирмами и др. Эти системы ориентированы как на стратегические, так и на тактические функции, обеспечивающие широкий спектр управленческих и производственных задач.

АСУ технологическими процессами (АСУТП) служат для автоматизации функций производственного персонала. Они контролируют и используют данные, определяющие состояние технологического оборудования и обеспечивают требуемый режим протекания технологических процессов. Именно эти системы называют системами промышленной автоматизации. В состав АСУТП вводят систему SCADA (Supervisory Control and Data Acquition).

Непосредственное программное управление технологическим оборудованием осуществляют с помощью системы CNC (Computer Numerical Control) на базе контроллеров (специализированных компьютеров, называемых промышленными), которые встроены в технологическое оборудование.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) предназначены для автоматизации функций инженеров-проектировщиков, конструкторов, архитекторов, дизайнеров при создании новой техники или технологии. Основными функциями подобных систем являются: инженерные расчеты, создание графической документации (чертежей, схем, планов), создание проектной документации, моделирование проектируемых объектов.

Интегрированные (корпоративные) АСУ используются для автоматизации основных функций предприятия, охватывая весь цикл работ от планирования производства и проектирования продукции до сбыта и возможно утилизации продукции. Создание таких систем весьма затруднительно, поскольку требует системного подхода с позиций главной цели, например получения прибыли, завоевания рынка сбыта и т.д. Такой подход может привести к существенным изменениям в самой структуре предприятия, на что может решиться не каждый управляющий.

По способу организации архитектуры компьютеров групповые и корпоративные АСУ подразделяются на следующие классы:

  • системы на основе архитектуры файл-сервер;
  • системы на основе архитектуры клиент-сервер;
  • системы на основе многоуровневой архитектуры;
  • системы на основе коммуникационных (интернет) технологий.

Приведенная классификация не является исчерпывающей. При необходимости ее можно дополнить.

4. Виды обеспечения автоматизированных систем

Системы автоматизированного управления являются сложными АС.

Общую структуру сложной системы можно рассматривать как совокупность подсистем независимо от сферы применения. В этом случае говорят о структурном признаке классификации, а подсистемы называют обеспечивающими.

19 стр., 9052 слов

Модернизация информационной системы управления на ОАО «RONEe’S»

... рынке, необходимо провести модернизацию управления данным предприятием. Для достижения этой цели решаются следующие задачи: 1. Выбор архитектуры интегрированной системы автоматизации; 2. Выбор программно-аппаратных ... потоки, необходимые для эффектив-ной работы структурных подразделений ОАО «RONEe`S». Эта информация передаётся с меньшей периодичностью. Схема информационных потоков представлена на ...

Таким образом, структура любой сложной системы, в частности сложной системы автоматизированного управления, может быть представлена совокупностью обеспечивающих подсистем (рис. 1), среди которых обычно выделяют:

  • информационное,
  • техническое,
  • математическое и программное,
  • организационное и правовое обеспечение.

Информационное обеспечение

Назначение подсистемы информационного обеспечения состоит в своевременном формировании и выдаче достоверной информации для принятия управленческих решений на различных уровнях иерархии.

Техническое обеспечение

  • Комплекс технических средств составляют:
  • компьютеры (любых платформ);
  • устройства сбора, накопления, обработки и вывода информации;
  • устройства передачи/приема данных и линии связи;
  • оргтехника и другие вспомогательные устройства;
  • эксплуатационные и расходные материалы и др.

К настоящему времени сложились две основные формы организации технического обеспечения (формы использования технических средств) — централизованная и частично или полностью децентрализованная.

Рис. 1. Структура системы автоматизированного управления

Централизованное техническое обеспечение базируется на использовании в автоматизированной системе больших компьютеров (мейнфреймов, супер ЭВМ) и вычислительных центров.

Децентрализация технических средств, предполагает реализацию функциональных подсистем сложной АС на рабочих станциях, персональных компьютерах, промышленных компьютерах непосредственно на рабочих местах.

Перспективным подходом следует считать, по-видимому, частично децентрализованный подход — организацию технического обеспечения на базе распределенных сетей, состоящих из персональных и больших компьютеров для хранения баз данных, общих для любых функциональных подсистем.

Для автоматизации сложных объектов или процессов территориально расположенных на ограниченном пространстве часто оказывается целесообразной централизованная структура. Для объектов, распределенных на большой территории, например в различных зданиях, удаленных друг от друга филиалах, либо таких объектов как перекачивающие станции (газ, нефть), электрические сети и т.п. единственной целесообразной структурой оказывается децентрализованная структура.

Математическое и программное обеспечение — совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ для реализации целей и задач автоматизированной системы, а также нормального функционирования комплекса технических средств.

К средствам математического обеспечения относятся:

  • средства моделирования систем и процессов управления;
  • типовые алгоритмы управления оборудованием и процессами;
  • методы математической теории систем, системотехники, математической статистики, теории массового обслуживания, математического программирования и др.

программного обеспечения

Рис. 2. Состав программного обеспечения

3 стр., 1187 слов

Глава 1 Основы диспетчерского управления

... диспетчерского управления таксомоторными перевозками Глава 1 Основы диспетчерского управления Диспетчеризация - это оперативное управление пассажирскими перевозками в реальном масштабе времени, осуществляемое из одного центра. Диспетчерское руководство на пассажирском транспорте включает в себя весь комплекс работ ... построения автоматизированных систем диспетчерского управления и задач, решаемых ими, ...

К общесистемному программному обеспечению относятся комплексы программ, ориентированных на пользователей и предназначенных для решения типовых задач обработки информации и управления. Они служат для расширения функциональных возможностей компьютеров, контроля и управления процессом обработки данных.

Специальное программное обеспечение представляет собой совокупность программ, разработанных при создании конкретной автоматизированной системы. В его состав входят пакеты прикладных программ, реализующие разработанные модели разной степени адекватности, отражающие функционирование реального объекта.

Техническая документация на программные средства должна содержать описание задач, их алгоритмизацию, экономико-математическую модель задачи, контрольные примеры.

Организационное обеспечение

  • анализ существующей системы управления объектом, где будет использоваться АСУ, и выявление задач, подлежащих автоматизации;
  • подготовку задач к решению на компьютере, включая техническое задание на проектирование АСУ и технико-экономическое обоснование эффективности;
  • разработку управленческих решений по составу и структуре организации, методологии решения задач, направленных на повышение эффективности.

Правовое обеспечение

Главной целью правового обеспечения является укрепление законности. Оно базируется на законах, указах, постановлениях государственных органов власти, приказах, инструкциях и других нормативных документах министерств, ведомств, организаций, местных органов власти.

В правовом обеспечении можно выделить общую часть, регулирующую функционирование любой АСУ, как информационно-управляющей системы, так и локальную часть, регулирующую функционирование конкретной подсистемы.

Правовое обеспечение включает:

  • статус системы;
  • права и обязанности разработчика (поставщика) и заказчика;
  • права, обязанности и ответственность персонала;
  • правовые положения отдельных видов процесса управления;
  • порядок создания и использования информации и др.

5. Контрольные вопросы

1. Что такое информационные процессы?

2. Что такое автоматизированная система (система автоматизированного управления)?

3. Какими свойствами обладает автоматизированная система?

4. Как можно классифицировать информационные системы?

5. Какие типы автоматизированных систем существуют?

6. Какова роль АСУП и АСУТП?

7. Что означает понятие распределенная система?

8. Что такое человеко-машинная система?

9. Что такое сложная автоматизированная система?

10. Какие виды обеспечения вам известны?