Исследование и разработка методов обеспечения информационной совместимости различных уровней интегрированной АСУ

Основными направлениями экономического и социального развития СССР на 1981 — 1985 годы и на период до 1990 года предусмотрено внедрение комплекса разработанных мер по совершенствованию хозяйственного механизма и усиления его воздействия на повышение эффективности и качества, улучшения организационной структуры управления. Одной из таких мер является внедрение вычислительной техники в сферу управления общественным производством и на основе этого создание автоматизированных систем управления /6, 62, 79/.

В решениях ХХУ1 съезда КПСС /3/ отмечено, что дальнейшее развитие автоматизированных систем управления (АСУ) доляно происходить по пути «.совершенствования вычислительной техники, ее элементной базы и математического обеспечения, средств и систем сбора, передачи и обработки информации.

На июньском (1983 г.) Пленуме ЦК КПСС было указано, что еще «Предстоит осуществить автоматизацию производства, обеспечить широчайшее применение компьютеров.» /V".

Таким образом на современном этапе развития и применения ЭВМ важнейшее значение приобретает создание таких автоматизированных систем, которые обеспечивали бы совместное решение задач организационного управления предприятием и задач управления технологическими процессами.

Одним из основных направлений решения этой задачи является достижение интеграции процессов управления различными уровнями промышленного производства посредством поддержания между ними надежных и оперативных информационных взаимосвязей.

В настоящее время разработаны и функционируют большое количвство АСУ промышленными предприятиями. Они, как правило, подразделяются на автоматизированные системы управления на уровне предприятия (АСУП) и автоматизированные системы управления на уровне технологических процессов (АСУТП). Даже если на предприя тии функционируют как АСУП, так и АСУТП, они обычно представляют собой две самостоятельные системы, имеющие не связанные информационные фонды /13, 47, 104/*.

Разобщенность информационных фондов влечет разобщенность решения задач управления технологическими процессами и задач административно-организационного управления. В свою очередь это приводит к тому, что задачи оперативно-диспетчерского управления, для решения которых требуется своевременное получение информации, как с уровня АСУП, так и с уровня АСУТП, имеют низкую эффективность /45, 58, 95/.

Преодоление этого недостатка возможно при создании интегрированной автоматизированной системы управления предприятием, предусматривающей сочетание интеграции информации в пределах функциональных подсистем одного иерархического уровня управления с интеграцией информационных фондов ее смежных уровней /7, 40, 46, 79/.

Построение интегрированных АСУ осуществляется по принципам многоуровневых иерархических систем /72, 73, 117/, в которых локальные цели различных уровней взаимно координируются для достижения глобальной цели всей системы.

Функционирование ЙАСУ обеспечивает поиск наилучших решений при совместном решении задач управления предприятием в целом и задач управления технологическими процессами. При этом выработка управленческих решений задачами верхнего уровня во многом определяется обратной связью (реакцией) нижнего уровня, а при решении задач управления технологическими процессами необходимо использование управленческих воздействий, поступающих с верхнего уровня.

Следовательно, одним из основных факторов эффективности ИАСУ является своевременный обмен данными между уровнями автоматизации, необходимыми для принятия решения на определенном уровне управления, который возможен при достижении совместимости в системе. При этом АСУП и АСУТП рассматриваются как подсистемы ИАСУ, интеграция которых обеспечивается совместимостью их входов и выходов и разработкой интерфейса совместимости.

Значительный вклад в решение различных аспектов проблемы построения интегрированных АСУ и разработки ее программного и информационного обеспечения внесен работами советских ученых В. М. Глушкова, М. А. Королева, А. Г. Мамиконова, Г. М. Марчука, Р.С.Се-дегова, В. И. Скурихина, А. А. Стогния, Э. Н. Хотяшова, а также ряда зарубежных ученых.

Необходимость комплексного решения проблемы совместимости между различными уровнями интегрированной АСУ определяет актуальность выбранной темы диссертации: «Исследование и разработка методов обеспечения информационной совместимости различных уровней интегрированной АСУ» .

Достижение информационной совместимости между различными уровнями ИАСУ принадлежит к числу важных научных задач, что обосновывается отсутствием надежной и пригодной для использования на практике методики ее реализации при построении информационного обеспечения системы.

Исходя из вышеуказанного основной целью диссертационной работы является повышение эффективности автоматизации управления в результате разработки и внедрения специальных методов инфор мационного обмена между различными уровнями ИАСУ (на примере системы управления химическим предприятием).

В соответствии с поставленной целью в работе сформулированы и решены следующие задачи:

— разработка методики анализа и формализованного описания информационных потоков, циркулирующих между уровнями ИАСУ;

— разработка алгоритма построения инфологической модели предметной области ИАСУ, предусматривающей обеспечение информационной совместимости;

— построение экономико-математической модели определения оптимального состава базы данных и разработка алгоритма ее реализации;

— разработка логической структуры базы данных, содержащей информацию различных уровней автоматизации, необходимую для решения задач оперативно-диспетчерского управления;

— разработка информационно-поискового языка диспетчерской информационно-справочной системы и реализация процедур поиска информации по запросам пользователей.

В качестве объекта исследования выбраны информационные процессы, имеющие место при совместном функционировании различных уровней ИАСУ Уральским химическим заводом (УХЗ).

Теоретической и методологической основой диссертационного исследования послужили труды классиков марксизма-ленинизма, материалы ХХУ1 съезда КПСС и последующих пленумов ЦК КПСС, постановления ЦК КПСС и Советского правительства по вопросам совершенствования управления и планирования народным хозяйством и развития научно-технического прогресса.

В процессе работы над диссертацией использовались труды советских и зарубежных авторов по теории информационных систем, банков данных, машинной обработке экономической информации. При исследовании применялись методы системного анализа, теории множеств, графов, линейной алгебры, математической логики.

В настоящей работе с позиций системного подхода рассматривается весь процесс обеспечения информационной совместимости между различными уровнями ИАСУ, включающий и этап организации обмена данными в автоматизированном режиме, в отличие от имеющихся работ, где рассматривается только достижение понятийно-терминологического единства информационных фондов системы.

В диссертации сформулировано решение задачи информационной совместимости в ИАСУ, посредством создания программно-информационного интерфейса между ее различными уровнями.

При построении логической структуры базы данных, обработку информации которой выполняют программные средства интерфейса, обосновано применение инфологического подхода к ее проектированию.

В работе разработана экономико-математическая модель определения состава базы данных, обеспечивающая минимум затрат машинного времени на обработку запросов пользователей и поддержание базы данных в актуальном состоянии в течении фиксированного промежутка времени на основе выявления оптимального соотношения между хранимой и вычисляемой частями базы данных.

Полученные в работе практические результаты пригодны к использованию на других объектах. Практическая ценность диссертации определяется тем, что в ней разработаны:

— методика анализа и формализованного описания информационных потоков, использование которой позволяет определить информационно-связанные элементы данных, направляемые с одного уровня на другой, произвести их однозначную идентификацию при достижении информационной совместимости и выявить тип взаимосвязи;

— алгоритм построения инфологической модели предметной области информационного взаимодействия различных уровней управления, обеспечивающей наиболее адекватное описание этой предметной области при создании интерфейса совместимости;

— алгоритм реализации модели определения оптимального состава базы данных, применение которого сокращает время информационного отклика системы при ограничении на объем памяти, отводимой для базы данных;

— диспетчерская информационно-справочная система, в рамках которой разработаны основные процедуры поиска информации по запросам пользователя, являющиеся программным расширением СУБД «БАНК», использующей в ИАСУ Уральским химическим заводом.

Структура работы обусловлена спецификой проблемы и логикой проводимого исследования. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3.

1. Проведен анализ предметной области подсистемы диспетчеризации «Оптимальное управление технологическими узлами» применительно для узла синтеза хладона-22 на Уральском химическом заводе, рассмотрены этапы ее решения.

2. Исследованы и формализованно описаны потоки информации, имеющие место при функционировании выбранной подсистемы диспетчеризации производства.

3. В соответствии с разработанным алгоритмом в разделе 2.3. построена инфологическая модель предметной области исследуемой подсистемы. В качестве исходных данных для построения ИЛМ ПО использованы результаты обработки форм обследования.

4. Рассмотрены вопросы проектирования логической структуры БДОП в терминах СУБД «БАНК», которая выбрана в качестве базовой СУБД в ИАСУ Уральским химическим заводом. Приведено обоснование выбора СУБД «БАНК» .

5. На основании построенной ИЛМ ПО спроектирована логическая структура БДОП, содержащая информацию различных уровней ИАСУ, требуемую для решения подсистемы «Оптимальное управление узлом синтеза Х-22» .

6. Разработан алгоритм определения оптимального состава БД в соответствии с предложенной в разделе 2.4. экономико-математической моделью определения хранимого состава БД.

7. Приведена блок-схема машинной реализации разработанного алгоритма оптимизации состава БД. В качестве исходного материала использована информация спроектированной БДОП для исследуе мой подсистемы.

8. Разработаны принципы организации диспетчерской информационно-справочной системы, предназначенной для обработки запросов оперативных пользователей при обращении к информации, хранящейся в БДОП и решения функциональных задач диспетчерского управления.

9. Разработан информационно-поисковый язык запроса, предуематривающий перевод терминов естественного языка в термины, понятные диспетчерской информационно-справочной системе.

10. Разработаны программные средства ДИСС, состоящие из комплекса сервисных программ и прикладных программ поиска.

Прикладные программы поиска ДИСС обеспечивают поиск информации в БДОП по критериям, не реализуемым программными средствами СУБД «БАНК» .

Приведены блок-схемы и описания алгоритмов, реализующих основные процедуры диспетчерской информационно-справочной системы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В диссертации поставлена и решена задача обеспечения информационной совместимости различных уровней интегрированной АСУ за счет достижения понятийно-терминологического единства информационных фондов системы и организации автоматизированного обмена информацией между ними, посредством совместимости баз дан ных различных уровней ИАСУ.

Решение данной задачи способствует повышению эффективности интегрированной АСУ в целом, так как информационное обеспечение системы является ее центральным звеном.

Настоящая работа является одной из первых попыток решения задачи совместного функционирования различных уровней АСУ при условии их информационной совместимости на основе выделения информации взаимодействия в отдельную базу данных, обслуживаемой диспетчерской информационно-справочной системой.

В ходе выполненных исследований по теме диссертации получены следующие результаты:

1. Проведен системный анализ вопросов обеспечения совместимости в интегрированной АСУ, исследованы ее функциональный, программный, технический и информационный аспекты. В результате анализа выявлено, что вопросы информационной совместимости при создании ИАСУ, являются наименее изученными.

2. Рассмотрены информационные процессы, имеющие место при функционировании системы управления предприятием с непрерывным характером производства на каждом уровне автоматизации, при этом выделены информационные потоки, направляемые на другой уровень. Определен комплекс задач оперативно-диспетчерского управления, требующий для своего решения оперативного обмена информацией между уровнями управления.

3. Сформулирована задача обеспечения информационной совместимости в ИАСУ: реализация которой предусматривает достижение совместимости документооборотов различных уровней управления и машинную совместимость их информационных баз.

4-. Показано, что решение задачи доотижения совместимости документооборотов, включающее обеспечение единства понятийнотерминологической базы системы и разработку унифицированной системы документации, в основном достигнута.

5. Определено, что достижение машинной совместимости информационных баз в ИАСУ обеспечивается созданием информационно-программного интерфейса. В качестве программных средств интерфейса выступает диспетчерская информационно-справочная, которая предназначена для обработки информации, используемой при решении комплекса задач оперативно-диспетчерского управления. Данная информация интегрирована в базу данных оперативных пользователей.

6. Разработана методика исследования информационных потоков на качественно новом уровне детализации обследования — на уровне элементов данных, представлено формализованное описание составных единиц информации, достигаемое с помощью картотеки паспортов элементов данных и матриц их логической взаимосвязи.

Материалы, полученные при проведении обследования информационных потоков, являются исходными данными для разработки информационно-логической модели*.

Отмечены особенности проведения обследования при достижении информационной совместимости между различными уровнями ИАСУ'*.

7. Разработан алгоритм построения инфологической модели предметной области, использующий в качестве формального описания структур данных теоретико-множественный аппарат,.

Инфологическая модель отражает семантические свойства единиц информации и их логические взаимосвязи, в процессе решения функциональных задач управления.

Таким образом построенная инфологическая модель является логико-семантической.

8. Представлена экономико-математическая модель задачи определения состава БД на основе выбора оптимального соотношения хранимой и виртуальной частей БД.

В качестве критерия целевой функции выбран минимум затрат машинного времени ЭВМ на обработку запроса пользователя и проведения корректировок для поддержания информации БД в актуальном состоянии. Разработан алгоритм ее машинной реализации.

9. Рассмотрены вопросы проектирования логической структуры БД в терминах системы «БАНК», предусматривающие преобразование независимых инфологических структур данных в сетевые структуры, поддерживаемые СУБД «БАНК» .

10. Сформулированы принципы функционирования диспетчерской информационно-справочной системы, предназначенной для обработки оперативных запросов пользователей к информации БДОП.

Разработаны информационно-поисковый язык и программное обеспечение системы.

II. Предложенные теоретические разработки были опробованы при построении интегрированной АСУ Уральским химическим заводом.

Анализ процесса управления производством хладонов на Уральском химическом комбинате позволил сделать вывод о целесообразности выделения задач оперативно-диспетчерского упрэвления в отдельный комплекс. При этом информация различных уровней ИАСУ, необходимая для решения выделенных задач интегрирована в базу данных оперативных пользователей. Обработка этой базы данных выполняется программными средствами интерфейса совместимости.

В качестве объекта исследования использованы информационные процессы, имеющие место при функционировании подсистемы диспетчеризации «Оптимальное управление узлом синтеза хладона—22» .

Практическое использование предложенных теоретических разработок подтверждено соответствующими актами внедрения.

— 155.