Рассмотрим одну из возможных реализаций математического обеспечения АСОИУ. 1 страница

Московский авиационный институт

(национальный исследовательский университет)

 

Кафедра 302

 

 

Введение в АСОИУ

 

Конспект лекций для бакалавров

 

2015 – 2016 учебный год

 

Доцент Романов О.Т.

 

Москва

Г.

 

СОДЕРЖАНИЕ

Введение…………………………………………………………………...3

Глава 1. Теоретические вопросы АСОИУ организационных систем…..5

1.1. Основные понятия теории автоматизированного управления…….6

1.2. Терминология теории автоматизированного управления………….12

1.3. Этапы управления………………………………………………………..19

1.4. Объект и предмет теории автоматизированного управления…………...23

1.5. Основные понятия теории организационных АСОИУ ……………..……34

1.6. Виды структурной организации АСОИУ…………………………………41

1.7. Классификация АСОИУ……………………………………………………46

1.8. Закономерности функционирования и развития АСОИУ как сложной системы…………………………………………………………………………..57

Глава 2. Цели в АСОИУ организационных систем…………………………63

2.1. Проблемы формулирования целей………………………………………...63

2.2. Методики структуризации целей………………………………………….68

2.3. Формализация процесса структуризации целей. Анализ………………..78

Глава 3. Основные принципы построения и этапы разработки АСОИУ……87

3.1. Принципы построения АСОИУ……………………………………………87

3.2. Структура АСОИУ………………………………………………………………..90

3.2.1. Виды обеспечения АСОИУ……………………………………………..97

3.2.2. Функциональные подсистемы АСОИУ………………………………113

3.2.3. Архитектура АСОИУ…………………………………………………..122

3.3. Порядок и этапы разработки АСОИУ……………………………………127

3.4. Среда создания автоматизированной системы………………………….131

3.5. Нормативная база проектирования АСОИУ……………………………137

3.6. Типы моделей жизненного цикла АСОИУ……………………………...138

Глава 4. АСОИУ на примере АСДО кафедры……………………………………..142

4.1. Общие положения…………………………………………………………142

4.2. Выбор вида представления учебного материала……………………….143

4.3. Организационно-функциональная структура АСДО…………………..144

   4.4 Обоснование необходимости разработки подсистемы «Визуализация учебных материалов»………………………………………………………….148

   4.5. Основные алгоритмы решения задач визуализации……………….149

      4.5.1. Подзадача ввода аннотации к ЭУМ……………………………..149

4.5.2. Подзадача выбора и редактирования ЭУМ…………………………..151

4.5. 3. Подзадача визуализации ЭУМ, выбранного пользователем…151

Литература……………………………………………………….……………..153

Лекция 1.

Введение. Содержание курса.

Термин и содержание предметной области «Автоматизированные системы обработки информации и управления» (АСОИУ) в значительной степени обусловлены отечественной традицией и не всегда соответствуют западным пред­ставлениям. Так, в США и странах Европы исторически сложились две области деятельности в интересующей нас сфере:

- с одной стороны, это деятельность, направленная на оптимиза­цию управленческой структуры, формализацию, унификацию и со­вершенствование процессов управления предприятием, методы сис­темного анализа, организационного менеджмента и др. развивались на Западе, начиная с 20-х годов прошлого века;

- с другой стороны, это информатизация и компьютеризация уп­равленческих процессов, создание баз данных и программного обес­печения, автоматизирующих эти процессы.

Как правило, западные специалисты в области компьютерных на­ук приходили на предприятие, в котором все организационно-управ­ленческие процессы были уже отлажены и хорошо формализованы.

К сожалению, в СССР это направление было упущено. Создавае­мые на отдельных предприятиях отделы научной организации труда хоть и предназначались для такого рода задач, однако не могли спра­виться с все подавляющей административно-командной системой уп­равления. Асушники, начиная работать с предприятием, сталкивались с тем, что большинство автоматизируемых процессов оказывались плохо формализованными, не оптимальными!

Один из начинателей АСУ в стране академик В.М. Глушков, высказываясь на эту тему, говорил, что «нельзя автоматизировать хаос». Как следствие, именно на плечи специалистов по АСОИУ падали задачи формализации и приведения организационных процессов на предприятии, к «виду, пригодному для автоматизации».

Это обуслови­ло в 70-80-е годы прошлого века следующее наполнение специальности АСОИУ: со­четание теории управления, системного анализа и компьютерных на­ук. Это сочетание остается уникальным и до сих пор, что делает спе­циальность АСОИУ очень привлекательной и востребованной.

Бурное развитие информационных технологий, вычислительной техники, смена экономического строя в нашей стране привели к суще­ственному пересмотру взглядов на методологию и технологию созда­ния АСОИУ, особенно в административно-организационной сфере. Вследствие этого существующая в данной области литература сильно устарела, хотя принципиальные идеи, заложенные классиками - В.М. Глушковым, А.Г. Мамиконовым, В. А. Трапезниковым, В.Н. Четвериковым и другими учеными, остаются актуальными и непре­взойденными и по сей день.

К сожалению, большинство новых изда­ний по проектированию АСОИУ либо повторяют старые ошибки, ли­бо копируют западные технологии, не обращая внимание на огромный прошлый отечественный опыт. Аналогичная ситуация наблюдается и в области стандартизации информационных технологий.

Данный курс лекций преследует следующие три цели:

 1) дополнить классические учебники по АСОИУ современным мате­риалом и технологиями,

 2) изложить личный опыт автора в данной области, иллюстрирующий решение ряда задач и современные тен­денции в области административно-организационных АСОИУ,

3) обеспечить сту­дентов специальности 230100 - АСОИУ методическим материалом для изучения и выполнения всех видов практических работ в следующем учебном году ней дисциплины «Проектирование АСОИУ».

Чтобы определить содержание курса лекций, обратимся к госу­дарственному образовательному стандарту (ГОС) направления 654600 - Информатика и вычислительная техника, специальности 230100 — Автоматизированные системы обработки информации и управления. ГОС следующим образом определяет содержание дисциплины СД.10 Проектирование АСОИУ общая характеристика процесса проекти­рования АСОИУ; структура информационно-логической модели АСО­ИУ, разработка функциональной модели; исходные данные для проек­тирования, разработка модели и защита данных, разработка пользова­тельского интерфейса, разработка проекта распределенной обработки, структура программных модулей, разработка алгоритмов, логический анализ структур АСОИУ, анализ и оценка производительности АСО­ИУ, управление проектом АСОИУ; проектная документация, инстру­ментальные средства проектирования АСОИУ, типизация проектных решений, графические средства представления проектных решений.

Теория и практика разработки и использования систем автоматизированной обработки информации охватывает много направлений, начиная с управления техническими системами и технологическими процессами на предприятиях и заканчивая управлением регионами и даже государством в целом.

 В этом многообразии объектов управления можно выделить класс таких объектов, для которых существенным является человеческий фактор. В том смысле, что здесь наряду с техническими системами в качестве управляемых элементов выступают люди, трудовые коллективы, население региона и так далее, а среди задач управления существенную часть занимают организационные вопросы такие, как планирование, оперативное регулирование деятельности предприятия, организации или региона, учет и контроль.

Подобного рода объекты управления будем называть организационными системами в отличие от технических систем, где основное внимание сосредотачивается на поддержании должных значений одного или группы заранее оговоренных параметров, описывающих текущее состояние управляемого объекта.

Задачи проектирования автоматизированных систем обработки информации и управления организационными системами для своего решения требуют применения самых разнообразных подходов и математических методов моделирования и формализации описания объектов соответствующей проблемной области. Отличительной особенностью этих задач является большая изначальная неопределенность при их формулировке. По этой причине проектирование АСОИУ организационных систем должно осуществляться с использованием методов системного анализа, которые позволяют достичь успеха при решении столь сложных вопросов.

Глава 1. Теоретические вопросы АСОИУ организационных систем

 

В этой главе изложены основные понятия теории автомати­зированного управления, подробно раскрыто одно из основных понятий — управление, показано, что любой процесс управления представляет собой информационный процесс, а система управ­ления — это органическая совокупность объекта управления и управляющего органа. При этом выделена роль понятия цели уп­равления, без формулировки которой управление системой теря­ет всякий смысл. Детально описано определение «информация». Хотя авторы понимают, что это понятие раскрывается студентам в дисциплинах «Информатика», «Теория информации», однако ввиду особой важности информации в процессах управления, и особенно при принятии решения, в этой главе студентам еще раз напоминается роль понятия «информация» в дисциплинах ки­бернетического направления. Дается краткое объяснение поня­тиям «система» и «большая система». В этой главе обращается особое внимание на отличие автоматизированного управления от автоматического.

 

1.1. Основные понятия теории автоматизированного управления

 

Центральным понятием кибернетики и ее раздела — теории автоматизированного управления — является понятие «управ­ление».

Управление как процесс. Управление — в широком, киберне­тическом смысле — это обобщение приемов и методов, накоп­ленных разными науками об управлении искусственными объ­ектами и живыми организмами. Язык управления — это ис­пользование понятий «объект», «среда», «обратная связь», «алгоритм» и т. д.

Под управлением будем пони­мать процесс организации такого це­ленаправленного воздействия на не­которую часть среды, называемую объектом управления, в результате которого удовлетворяются потреб­ности субъекта, взаимодействующего с этим объектом. Анализ управления позволяет выделить триаду — среду, объект и субъект, — внутри которой разыгрывается процесс управления (рис. 1.1). В данном случае субъект ощущает на себе воздействие среды X и объекта Y. Если состояние среды Х он изменить не может, то состоянием объекта Y он может управлять с помощью специально организованного воздействия U. Это и есть управление.

 

Рис. 1.1. Кибернетический подход к процессу управления

Состояние объекта Y влияет на состояние потребностей субъ­екта. Потребности субъекта , где — состояние i-й потребности субъекта, которая выражается неотрицательным числом, характеризующим насущность, актуальность этой пот­ребности. Свое поведение субъект строит так, чтобы минимизи­ровать насущность своих потребностей, т. е. решает задачу мно­гокритериальной оптимизации:

                                         (1.1)

где R – ресурсы субъекта. Эта зависимость выражает неизвестную, но существующую связь потребностей с состоянием среды X и поведением  U субъекта.

Пусть  - решение задачи (1.1), т.е. оптимальное поведение субъекта, минимизирующее его потребности A. Способ решения задачи (1.1), позволяющий определить , называется алгоритмом управления, т.е. можно записать:

                                                                             (1.2)

где  – алгоритм, позволяющий синтезировать управление по состоянию среды  и потребностей .

Потребности субъекта изменяются не только под влиянием среды или объекта, но и самостоятельно, отражая жизнедеятельность субъекта во времени. Это отмечено индексом t.

     Алгоритм управления , которым располагает субъект, как раз и определяет эффективность его функционирования в данной среде. Алгоритм имеет рекуррентный характер:

т.е. позволяет на каждом шаге N улучшать управление. Например, в смысле

,

т.е. уменьшения уровня своих потребностей.

Процесс управления как организация целенаправленного воздействия на объект может реализовываться как на интуитив­ном, так и на осознанном уровне. Первый используют животные, второй — человек. Осознанное удовлетворение потребностей за­ставляет декомпозировать алгоритм управления и вводить проме­жуточную стадию — формулировку цели управления, т. е. дейс­твовать по двухэтапной схеме:

.

                                                                                 ^{1             2}

На первом этапе определяется цель управления , причем задача решается на интуитивном уровне:

где  — алгоритм синтеза цели  по потребностям  и состоя­нию среды X. На втором этапе определяется управление , реа­лизация которого обеспечивает достижение цели , сформули­рованной на первой стадии, что и приводит к удовлетворению потребностей субъекта. Именно на этой стадии может быть ис­пользована вся мощь формального аппарата, с помощью которо­го по цели  синтезируется управление

где  — алгоритм управления. Этот алгоритм и есть предмет изу­чения кибернетики как науки.

Таким образом, разделение процесса управления на два этапа отражает известные стороны науки — неформальный, интуитив­ный, экспертный и формальный, алгоритмизуемый. Если первый этап пока полностью принадлежит человеку, то второй является объектом приложения формальных подходов. Естественно, что эти различные функции выполняются разными структурными элементами. Первую функцию  выполняет субъект, а вторую  — управляющее устройство (УУ). На рис. 1.2 показано взаимо­действие этих элементов. Штриховой линией выделена система управления

 (СУ), выполняющая функции реализации целей управления , формируемых субъектом.

Рис. 1.2. Взаимодействие элементов системы управления

Системы управления и сложный объект управления. Структур­ная схема системы управления в ее общем виде приведена на рис. 1.3. Здесь  и  — датчики, из­меряющие состояние среды и объекта соответственно. Результа­ты измерений  и  образуют исходную инфор­мацию  для УУ, которое на этой основе вырабатывает команду управления U, являющуюся лишь информацией о том, в какое положение должны быть приведены управляемые входы объекта. Следовательно, управление U есть результат работы ал­горитма .

Как видно, управление в широком смысле образуется четверкой

.

Лекция 2

Рассмотрим основные понятия управле­ния в технических и организационных системах.

Управление — целенаправленная организация того или иного процесса, протекающего в системе. В общем случае процесс уп­равления состоит из следующих четырех этапов:

— получение информации о задачах управления ( );

 

Рис. 1.3. Структурная схема системы управления

 

— получение информации о результатах управления (т. е. о поведении объекта управления );

— анализ полученной информации и выработка решения ;

— исполнение решения (т. е. осуществление управляющих воз­действий ).

Процесс управления — это информационный процесс (рис. 1.4), заключающийся в сборе информации о ходе процесса, передаче ее в пункты накопления и переработки, анализе поступающей, накопленной и справочной информации, принятии решения на основе выполненного анализа, выработке соответствующего уп­равляющего воздействия и доведении его до объекта управления. Каждая фаза процесса управления протекает во взаимодействии с окружающей средой при воздействии различного рода помех. Цели, принципы и границы управления зависят от сущности ре­шаемой задачи.

---

Дата добавления: 2019-01-14; просмотров: 299; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!