Функциональные задачи и подсистемы АИС

Современная автоматизированная система управления является многоуровневой. Анализ и синтез такой системы может быть выполнен на основе теории многоуровневых иерархических систем. В соответствии с этой теорией систему можно разделить на подсистемы и далее на задачи, что позволяет декомпозировать общую цель управления на отдельные подцели реализуемые подсистемами. Метод иерархической декомпозиции является основным методом исследования сложных иерархических систем управления. Декомпозиция системы по функциональному признаку приводит к выделению отдельных функциональных частей АИС, которые получили название функциональных подсистем; дальнейшая декомпозиция функциональных подсистем приводит к выделению функциональных задач. Такая последовательность действий является естественной при анализе созданной АИС, однако, на этапе синтеза, создания и внедрения исходной является некоторая организационно-экономическая модель, включающая в себя функции и уровни управления, разделение этих функций по производственным подразделениям с выделением отдельных задач управления. Нам необходимо определить множество функций управления, которые подлежат автоматизации, оценить целесообразные уровни управления и, если необходимо, выделить стадии управления производством, которые охватываются автоматизацией. При создании АИС весьма важно экономно расходовать вычислительный ресурс, а поэтому данные задачи являются оптимизационными. В качестве ограничений выступает вычислительный ресурс по производительности вычислительной машины и объему используемой памяти. Для упорядочения решаемых задач управления необходимо их совместить с соответствующими уровнями управления, которые являются достаточно определенными для каждого типа предприятия. Как указывалось выше, основными уровнями управления являются перспективное планирование, управление подготовкой производства, технико-экономическое планирование, общезаводское производственное планирование и управление, оперативное управление. На уровне перспективного планирования можно выделить ряд функций управления, которые подлежат автоматизации. Одной из основных функций на этом уровне выступает прогнозирование. Применительно к отраслевой АИС прогнозирование может касаться целого ряда экономических показателей, связанных с развитием отрасли. Для автоматизированных систем управления предприятием прогнозирование относится к выпускаемой продукции, к потребностям предприятия в каких-то видах сырья, изделий смежников. В условиях социалистического производства может быть осуществлен достаточно точный прогноз с использованием математических методов. Конкретными функциональными задачами могут быть: определение капитальных вложений по республике, краю, области, городу; прогнозирование объема строительно-монтажных работ и потребности в строительных материалах; оптимальное размещение предприятий данной отрасли и ряд других. Решение этих задач в основном базируется на оценке экономического процесса, ранее имевшего место в деятельности предприятия и экстраполяции этого опыта на будущие годы. Вводится ряд функций, отображающих зависимость требуемых экономических показателей по годам от каких-то параметров, т. е. оценивают тенденцию развития на основе принятых математических закономерностей. Проверка этих закономерностей осуществляется на опыте прошлых лет, оценивается совпадение прогнозируемых и полученных результатов. Методы прогнозирования опираются на стационарность экономического процесса, что не всегда имеет место, а поэтому зачастую более полезными оказываются методы экспертных оценок. Использование автоматизированного управления для решения подобных функциональных задач позволяет осуществить оптимизационную постановку задач. В качестве критерия принимаются полные приведенные затраты и минимизируется функционал затрат. В результате получают рекомендации по функциональному развитию отдельных отраслей промышленности" оптимальному размещению объектов производства с учетом имеющихся людских" материальных и энергетических ресурсов. В целом минимизируются суммарные капитальные и эксплуатационные затраты на производство, затраты на транспортировку и сырье.

На уровне предприятия основной задачей является максимизация прибыли предприятия или обеспечение производства продукции в заданном объеме и ассортименте при минимуме экономических затрат. Решается ряд частных функциональных задач по определению номенклатуры выпускаемой продукции, расчету объемов производства по каждому виду продукции, сроков ввода отдельных мощностей и т. д. На уровне подготовки производства наиболее существенной функциональной задачей является реализация функций подготовки производства, создание информационного обеспечения уровней управления, разработка конструкторско-технологических и экономико-организационных нормативов на производимую продукцию. Технико-экономическое управление направлено на выполнение производственной программы предприятия при имеющихся ресурсах. Функциональной задачей является составление техпромфинплана на каждый год, его корректировка в течение планируемого периода, контроль выполнения технико-экономических показателей, оценка отклонений их от заданных. Задачи технико-экономического планирования решаются многократно в течение года. Сначала проводится оптимальный расчет техпромфинплана, который отражает возможности производства продукции при существующих фондах. Затем разрабатывается директивный техпромфинплан, в котором исходные показатели являются ограничениями, а предприятие составляет свои показатели. Решение задач технико-экономического планирования и управления позволяет получить основные цифры, по которым строятся ограничения при функционировании остальных функциональных подсистем АИС. От Эффективности решения этих задач в целом зависит эффективность функционирования всей системы.

На уровне общезаводского производственного управления осуществляется планирование и регулирование выпуска товарной продукции, загрузки и потребностей производства в материальных ресурсах. Целью данных функциональных задач является установление квартальных и месячных заданий по цеха. На уровне оперативного управления решаются функциональные задачи по разработке оперативных производственных планов очередности выполнения работ, планирования производственной мощности, благодаря чему предприятию удается достичь в течение директивного планируемого периода основных плановых показателей. Здесь же корректируются отклонения хода производственного процесса от заданного. В качестве объектов управления выступают оборудование, производственный персонал, предметы труда, при этом обеспечивается непрерывное оперативное управление в ходе производственного процесса. Частными функциональными задачами могут быть задачи оперативного планирования, учета, контроля и регулирования. За счет оперативного управления осуществляется согласование работы производственных участков во времени по имеющимся ресурсам, реализуется рассчитанный объемный календарный план производства на выбранном интервале планирования, осуществляется оптимальная загрузка оборудования и рабочих.

Существенной на уровне оперативного управления является выдача оперативной информации управленческому персоналу для контроля и регулирования производства. В зависимости от типа производства возникли различные системы планирования и управления, отличающиеся разными планово-учетными единицами, периодами планирования, контроля и регулирования, а также различной степенью централизации функций управления в системе. Оперативное управление в интегрированной АИС доходит непосредственно до технологического процесса. В соответствии с этим могут быть определены оптимальные размеры партий деталей, которые идут на обработку, оценены затраты на переналадку оборудования, затраты, вызванные наличием незавершенного производства. Могут быть решены оптимизационные задачи по оценке размеров партий изделий и узлов в производстве, что позволяет получить значительный экономический эффект от автоматизированной системы управления. Решение каждой функциональной задачи в АИС базируется на некотором математическом обеспечении, отображающем экономико-математическую модель задачи. На основе этой экономико-математической модели задачи и ее целей строится оптимальный алгоритм решения. Алгоритм реализуется программой, входящей в состав программного обеспечения АИС. Таким образом, в условиях автоматизированной системы управления любая функциональная задача обладает экономико-математическим алгоритмическим, информационным аспектами. Поэтому по методам решения, алгоритмам и программному обеспечению, а таксе используемой информации эти задачи могут иметь некоторую мощность. Возникла идея объединения функциональных задач по общности функциональных признаков управления в подсистемы, называемыефункциональными подсистемами. Важно, чтобы создаваемые функциональные подсистемы были достаточно сильно связаны по информации. Связь по информации можно оценить коэффициентом информационной взаимосвязи отдельных подсистем. Учитывая, что информация, используемая для управления в отдельных функциональных подсистемах, хранится в виде информационных массивов, данный коэффициент может быть записан в виде k=N/N₀, где N— количество взаимоиспользуемых информационных массивов в рассматриваемых функциональных подсистемах; N₀—общее количество информационных массивов в обеих подсистемах.

Целесообразность выделения функциональных подсистем можно подтвердить объективным делением управляемого процесса производства на отдельные независимые части в связи с существующей организационной структурой управления, функциональной спецификой отдельных частей процесса управления, ограниченными возможностями отдельных управляющих частей подсистем по обработке соответствующих объемов информации. Содержание функциональных подсистем зависит от уровня АИС, характера объекта управления, типа производства. Однако для большинства автоматизированных систем управления предприятиями установились достаточно четкие основные наименования функциональных подсистем АИС.

Выделяют следующие основные подсистемы: технико-экономического планирования (ТЭП), технической подготовки производства (ТПП), управления качеством продукции (УКП), оперативного управления производством (ОУП), сбыта и реализации продукции (СРП), материально-технического снабжения (МТС), бухгалтерского учета (БУ), управления кадрами (УК). Большинство указанных функциональных подсистем относится к уровню организационно-экономического управления предприятием, однако, подсистемы оперативного управления производством, управления качеством продукции могут находиться на организационно-технологическом уровне управления и доходить до технологического.

Для каждой подсистемы может, быть выявлена организационная структура управления в рамках данной подсистемы, функциональная структура в виде совокупности отдельных функциональных блоков по основным стадиям и фазам управления пример с выделением блоков планирования, учета, контроля, анализа и регулирования. Информационные связи между носителями информации устанавливаются на основе информационной модели функциональной подсистемы АИС. Выделяют входные документы, массивы оперативной информации, массивы нормативно-справочной информации, промежуточные массивы, входные массивы, выходные документы. Информационная позволяет также установить внешние информационные связи рассматриваемой подсистемы с остальными функциональными подсистемами АИС. По выделенным функциональным блокам должны быть построены алгоритмы решений типовых задач, что можно реализовать с помощью экономико-математической модели. Таким образом, декомпозиция функциональной подсистемы на функциональные задачи позволяет использовать типовые созданию оптимальных алгоритмов реализации.

Выше указывалось, что функциональная структура АИС зависит также и от уровня объекта. Так, если мы перейдем к отраслевой АИС, где объектом управления является министерство, то могут быть выделены основные функциональные подсистемы перспективного планирования, технико-экономического планирования, оперативного управления, управления материально-техническим снабжением, капитальным строительством, сбытом продукции, планирования, учета и анализа труда и зарплаты, управления финансовой деятельностью, научно-исследовательскими работами, научно-технической информации, бухгалтерского учета, управления кадрами. Каждой подсистеме свойственна организационная структура, функциональное разбиение на отдельные части, например, в подсистеме перспективного планирования могут быть выделены три основных функциональных блока: развития отрасли, размещения предприятий, капитального строительства. Несмотря на разнообразие функций, выполняемых этими блоками, математические модели решения задач могут базироваться на одних и тех же зависимостях, отражающих закономерности развития отрасли в прошлом и выдающих прогноз на предстоящие годы.

Если в качестве объекта управления выступает научно-испытательный комплекс (НИК), предназначенный для проведения экспериментальных исследований и испытаний различной аппаратуры, то видоизменяется и функциональная структура АИС. В соответствии с решаемыми задачами (стратегическое управление экспериментальным исследованием, оперативное управление ходом эксперимента, диспетчирование конкретного эксперимента) могут быть выделены три основных уровня управления: верхний — организационно-экономический; промежуточный — организационно-технологический и нижний—технологический. Организационно-экономическому уровню АИС при функциональном разбиении соответствуют подсистемы перспективного планирования, текущего планирования, технической подготовки, материально-технического снабжения, труда и зарплаты, финансовой деятельности и др. Функциональные задачи, решаемые каждой из этих подсистем, практически мало отличаются от функциональных задач, решаемых АСУП в рамках крупного предприятия. На технологическом уровне могут быть выделены функциональные подсистемы планирования эксперимента, его подготовки, проведения, а также обработки результатов эксперимента [14].

Для каждой функциональной подсистемы можно определить и соответствующие основные функциональные задачи. На рис. 2.10 представлена функциональная структура технологического уровня АИС экспериментом. Выделенные функциональные задачи могут быть разбиты и далее, однако указанные выше являются основными для формализации функциональной структуры на базе известных математических методов, что позволяет дать количественную оценку эффективности выбора каждого варианта структуры системы. Таким образом, функциональный подход к структуре АИС позволит выделить основные функции, выполняемые системой, формализовать эти функции я перейти к созданию обеспечивающих подсистем. Если объектом управления является технологический участок, функциональная структура АИС технологическим участком предполагает выполнение следующих функций: составление расписания загрузки оборудования, оперативное регулирование (диспетчирование), коррекция календарных планов, учет. Структурно АИС технологическими участками замыкаются сверху на АСУП, периодически получают из АСУП плановые задания, директивные указания о смене и реализации планов технологического процесса, регулярно либо по запросу сообщают в АСУП статическую и динамическую информацию.