Основные понятия автоматизированной обработки информации. Представление об автоматических и автоматизированных системах управления. АСУ различного назначения, примеры их использования. 1.1. Основные понятия управления Управление - это совокупность организационных, методических, технико-экономических решений с целью улучшения функционирования какого-либо объекта. Процесс управления заключается в том, чтобы из множества состояний системы выбрать наиболее рациональное с точки зрения поставленной цели. На протяжении десятков лет теория регулирования, а затем и теория управления имели дело с объектами и процессами определенной природы, создаваемыми для вполне определенных целей, и в рамках некоторых ограничений можно было ставить задачу оптимизации целевой функции. На этих “трех китах” (назначение объекта управления - критерий управления - ограничения) основывалась вся теория управления. Само понятие “управление” считалось неразрывно связанным с назначением объекта управления, отражаемым целевой функцией, критерием управления и ограничениями. Знание объекта и критерия управления давало возможность ответить на вопрос о качестве управления. Лучшим считалось такое управление, которое обеспечивало более предпочтительные значения целевой функции в условиях выполнения заданных ограничений в предположении, что объект управления удовлетворяет своему назначению. Такой подход к управлению принято считать классическим. Важным принципом классической теории управления является принцип массовости, широко известный в прикладной математике. Суть этого принципа состоит в том, что методы, разрабатываемые в теории, должны находить применение при решении многих однотипных задач. Именно принцип массовости лежит в основе того, что в теории управления стали возможны формализация объектов и систем управления, замена реальных физических и технических систем их математическими аналогами. Такие модели объектов управления принято называть синтаксическими. Однако не все объекты управления укладываются в рамки классической теории управления. Управление отраслями народного хозяйства, территориально-производственными комплексами, энергосистемами, транспортными системами постоянно сталкивается с необходимостью пересмотра сложившихся в классической теории управления принципов и методов решения. Все эти объекты принадлежат к той категории, для которой использование чисто синтаксических моделей управления невозможно. Для моделей управления иного типа важно не только составить, насколько это возможно, формализованное описание данного объекта управления, найти средства формализации сведений о цели управления, но и о том, как объект реагирует на те или иные управляющие воздействия, какие ограничения необходимы. Новые модели получили название семиотических. Семиотику можно определить как “науку о знаковых системах”. Знаки, входящие в подобные системы, есть объекты, обладающие тремя качествами: синтаксисом, семантикой и прагматикой. Синтаксис знака - это форма его выражения. Семантика связана с его смыслом, содержанием. Прагматика может быть выявлена лишь при наличии “потребителя” знака, того, кто использует объект. Итак, модели объектов управления и самого процесса управления, в которых необходимо отразить не только формальные связи и процессы (то есть синтаксис), но и семантику объекта управления, прагматику самого управления, называют семиотическими. Рассмотрим основные отличия моделей классической теории управления от семиотических. Модели первого типа являются преимущественно процедуральными. Для них процедуры управления могут быть представлены в виде алгоритмов и программ, реализуемых на ЭВМ. Модель управления, отражающая внутреннюю структуру, закономерности функционирования объекта и его отклика на управляющие воздействия, - это совокупность декларативных знаний. В рамках семиотических моделей должны гармонично объединяться и процедуральные, и декларативные знания. Семиотические модели существенно расширяют возможности автоматизации процессов управления. Наличие в памяти ЭВМ модели управляемого объекта и достаточного количества информации об опыте управления этим объектом позволяет организовать в ЭВМ процесс обучения и порождения процедуральных знаний на основе накопленного опыта по управлению. Помимо семиотических моделей существует еще ряд других, таких как игровое управление, имитационное моделирование и т.п. Итак, методы управления, основанные на использовании семиотических и других неклассических моделей, применяются при решении задач, для которых невозможна формализация структуры объектов, протекающих в них процессов, критериев управления и методов управления ими. Придя на смену формальным моделям теории управления, они не отвергают последних. Процесс управления - многоуровневый. На примере управления отраслью можно выделить несколько уровней (рис. 1). Рис. 1 С течением времени из-за усложнения производственно-хозяйственных связей и информационных коммуникаций растет объем управленческих работ на предприятиях и в организациях, увеличивается число звеньев, где принимаются решения. Миллионы принимаемых управленческих решений оформляются документально. Все более значительны затраты времени на подготовку, передачу и переработку информации. При этом нельзя компенсировать рост объемов управленческих работ за счет создания все новых и новых рабочих мест в аппарате управления хотя бы по финансовым соображениям. Это диктует необходимость перехода в сфере управления от экстенсивных форм развития, при которых увеличение объемов управленческих работ обеспечивается ростом числа рабочих мест, к интенсивным формам, предполагающим в ряде случаев сокращение рабочих мест управленческого аппарата. Интенсификация в сфере управления может быть достигнута за счет внедрения автоматизированных систем обработки информации и управления (АСОИУ). Цель создания автоматизированных систем обработки информации и управления - обеспечение всех звеньев какой-либо системы достоверной информацией, представленной в форме, пригодной для принятия быстрых научно обоснованных решений, иными словами, повышение эффективности управления, совершенствование руководства. 1.2. Основные понятия информации и управления автоматизированных систем обработки Под автоматизированной системой обработки информации и управления понимается совокупность экономико-математических методов, организационных мероприятий, информационных и технических средств, обеспечивающих сбор, передачу, обработку и представление результатов о деятельности какого-либо объекта, предприятия, подразделения. Автоматизированные системы обработки информации и управления относятся к классу человеко-машинных систем, причем их развитие в каждой конкретной области применения идет по линии повышения роли ЭВМ как в сфере принятия решений, так и в сфере реализации принятых решений. Предельный случай, когда ответственность как за принятые решения, так и за их выполнение возлагается на вычислительную машину, должен рассматриваться как отдельная сфера применения ЭВМ, а именно сфера автоматического управления в реальном масштабе времени[1]. Чтобы обеспечить работу в реальном времени, соответствующие языки программирования и программы должны содержать зависящие от времени конструкции. В этом случае ЭВМ используется в контуре обратной связи некоторой системы управления, то есть вмешательство человека в процесс управления полностью исключается. Итак, следует отличать термины ”автоматизированный” и “автоматический”. 1.3. История развития информации и управления автоматизированных систем обработки Вскоре после создания первых ЭВМ им была отведена первостепенная роль в развитии автоматизации. Так, Н. Винер, родоначальник кибернетики, дал удивительно точный прогноз изменений в промышленном производстве: управление производством будет осуществляться с помощью ЭВМ, которые будут использоваться как для непосредственного управления исполнительными механизмами, так и для обработки деловой информации. В то время, когда ЭВМ применялись в основном в научных исследованиях, Винер предсказал, что данные машины явятся основой переворота в промышленном производстве, причем “новым машинам потребуется от десяти до двадцати лет, чтобы занять подобающее им место”. Время внесло коррективы в сроки реализации прогноза Н. Винера. Если в первое время ведущей областью применения ЭВМ были научно-технические расчеты, то в 60-70-е годы наступило время широкого использования электронных вычислительных машин в сфере обработки больших массивов информации, в основном экономического характера. Для этой сферы характерно построение на основе ЭВМ информационных и информационноуправляющих систем. С каждым поколением ЭВМ имело место систематическое повышение возможностей вычислительных машин как средства автоматизации все более сложных объектов и процессов управления. В тот период была разработана государственная программа автоматизации производства и управления. В высших учебных заведениях страны открылась новая специальность “Автоматизированные системы управления”. В СССР первые системы, управляемые ЭВМ, появились в 60-х годах. В 1962 году в Киевском институте автоматики была создана одна из первых в мире система с непосредственным компьютерным управлением технологическим процессом химического производства - система “Автооператор”. Внедрение в 60-е годы автоматизированных систем управления Ленинградского оптико-механического объединения, московского завода “Фрезер”, Львовского телевизионного завода, Барнаульского радиозавода и других предприятий принесло значительный экономический эффект. Во второй половине 60-х годов было введено в действие более 400 таких систем, в том числе 170 систем управления технологическими процессами производства. За период 1971-1981 гг. - свыше 5 тысяч систем, управляемых ЭВМ. В 80-е годы роль ЭВМ как средства автоматизации существенно возросла в связи с разработкой систем коллективного пользования, то есть систем разделения времени, и информационно-вычислительных систем коллективного пользования. Концепция разделения времени базируется на использовании различия в скорости прохождения и обработки сигналов живых организмов и электронных систем. В результате возникает возможность такого типа общения пользователей с ЭВМ, когда ЭВМ поочередно взаимодействует, решая задачи и отвечая на вопросы, с каждым из пользователей. Вследствие того, что быстрота реакции человека в тысячи, миллионы раз меньше, чем у электронной системы, у пользователя создается впечатление, что только он ведет непрерывный диалог с ЭВМ. Важнейшим результатом развития систем разделения времени явилось создание информационно-вычислительных сетей. В СССР концепция Государственной сети вычислительных центров, предложенная академиком В.М. Глушковым, предполагала объединение основных вычислительных мощностей страны для создания базы общегосударственной автоматизированной системы сбора и обработки информации для учета, планирования и управления народным хозяйством (СОГАС). Практическую реализацию получили специализированные сети (например, “Сирена” - для резервирования авиабилетов), отраслевые АСУ (“Морфлот”, “Прибор” и др.), территориальные вычислительные сети (например, сеть, разработанная Академией наук Латвийской ССР). Следует отметить, что окупаемость затрат на внедрение таких систем составляла два года, окупаемость затрат на АСУ технологическими процессами составляла несколько месяцев.
