Базы данных в информационных системах

1. Базы данных в информационных системах Информационные системы В настоящее время информация имеет большое значение в управлении компанией или предприятием, и чем крупнее компания, тем большее значение она имеет. Поэтому во многих организациях созданы и ведутся какие-либо базы данных с применением вычислительной техники — от простейших таблиц для ведения адресной книги клиентов на отдельном персональном компьютере секретаря, до сложнейших систем по управлению бизнес-процессами, размещенных на нескольких серверах со специальной системой зашиты и доступа к информации. Все это информационные системы (ИС). Информационная система становится главным инструментом для сбора, хранения, переработки, передачи информации и принятия решений для ведения бизнеса. Кроме оперативности при получении данных, информационные системы позволяют сократить издержки, связанные с неизбежными ошибками при взаимодействии большого количества участников сложно-переплетенных бизнес-процессов.

Системы создают разные: маленькие и большие, простые и сложные, которые в свою очередь бывают специализированные и комплексные, информационные и управляющие; системы, которые интегрируют множество бизнес-процессов и обеспечивают жизнедеятельность компании (проектирование, изготовление, контроль, складирование, логистика, оплата и выставление счетов, бухучет, планирование, управление заказами и так далее). Такие комплексные системы содержат в себе большое количество таблиц со сложной системой связей, кроме того эти системы как правило должны быть взаимосвязаны с различными решателями, которые используются для решения различных задач: подготовка бухотчета, проектирование и расчет изделий, оформление различной документации, анализ изменяющейся информации и т. п. Для осуществления всех этих задач необходимо специальное программное обеспечение и необходимая вычислительная техника.

Информационные системы на промышленных предприятиях Развитие промышленных предприятий, связанных с созданием и реализацией продукции и услуг, невозможно без использования информационных технологий. Применение программных средств, используемых, для решения задач управления на всех этапах и во всех сферах деятельности компании называется автоматизацией. В зависимости от того какая техника используется на предприятии для измерения производственных издержек, производственные процессы делятся на дискретные и непрерывные. Так как при дискретном производстве можно определить количество материала и рабочего времени, затраченного на изготовление отдельного продукта или серии, то при использовании непрерывного производства невозможно измерить затраты на отдельные продукты, и расчет направляется на вычисление затрат за период.

Информационная структура производственного предприятия Четырехуровневая пирамида дает схематическое представление о структуре информационной системы автоматизации промышленного предприятия.

І-уровень: АСУТП — автоматизированные системы управления технологическими процессами;

ІІ-уровень: MES — исполнительная система производства. Системы такого класса решают задачи синхронизации, координируют, анализируют и оптимизируют выпуск продукции в рамках какого-либо производства в режиме реального времени.

ІІІ-уровень:ERP — система планирования ресурсов предприятия. Основное назначение этой системы — управление финансовой и хозяйственное деятельностью предприятия. ERP-система работает на самом верхнем уровне в иерархической лестнице систем управления, она затрагивает основные аспекты всех элементов производственной и торговой деятельности предприятия.

ІV-уровень:OLAP — оперативный многомерный анализ данных. Аналитическая обработка в реальном времени, включающая составление и динамическую публикацию отчетов и документов. Используется аналитиками для быстрой обработки сложных запросов к базе данных. Служит для подготовки бизнес-отчетов по продажам, маркетингу, в целях управления (способ анализа информации в базе данных с целью отыскивания аномалий и трендов без выявления смыслового значения записей).

Данная пирамида хорошовизуализирует передачу информации по всем ступеням иерархи системы. Из производственной зоны (АСУТП) информация поступает к MES-системам, проходит стадию обработки, а затем уже обработанная информация поступает в ERP-системы, и далее — на уровень высшего менеджмента предприятия (OLAP).

Автоматизированные системы управления технологическими процессами АСУТП представляет совокупность решений технических и программных средств, предназначенных для автоматизации управления технологическим оборудованием на промышленных предприятиях. Программное обеспечение, применяемое в АСУ ТП, позволяет осуществить визуализацию всего предприятия в режиме реального времени. Современные технологии дают возможность корректировать настройки параметров технологических процессов с целью достижения оптимального состояния независимо от применяемого программного продукта. Оптимизация управления производством в реальном времени невозможна без анализа предыдущих событий и статистики производственных процессов, которые позволяют персоналу четко и быстро определять, что пошло правильно или неправильно на предыдущем цикле производства. Оперативные данные об изменении параметров одной переменной могут дать весьма ценную информацию и повлиять на качество процесса в целом. Как правило, для осуществления анализа данных необходимо несколько производственных циклов, чтобы можно было судить об оптимальности тех или иных параметров. Чтобы провести анализ всех процессов, необходимо иметь данные о состоянии и работе всех исполнителей в момент производства. В данном случае требуются приложения для архивации и анализа данных всех производственных процессов. Для этих целей многие производители прикладного программного обеспечения АСУТП предлагают системы хранения исторических данных, предназначенные для записи в реальном времени или по мере необходимости больших объемов значений параметров, полученных в процессе производства. Как правило, большие объемы данных требуются собирать во время запуска производства продукции и зачастую в те моменты, когда в силу различных причин ожидаются отклонения в технологии или в штатном режиме работы оборудования. Эта информация должна быть записана и сохранена точно и своевременно.

Основной частью разработки программного обеспечения АСУТП является его специальная, ориентированная на управление конкретным технологическим объектом часть. Специальное программное обеспечение конкретной АСУТП представляет собой совокупность программ, размещаемых вместе с машинной информационной базой в иерархическом запоминающем устройстве управляющего вычислительного комплекса. Разработка специального программного обеспечения является весьма длительным и трудоемким процессом в силу сложности и исключительного разнообразия управляемых технологических объектов, функций и алгоритмов задач управления и соответственно их программных интерпретаций.

Сложность программного обеспечения АСУТП как системы специального и общего программного обеспечения можно проиллюстрировать на обобщенной конфигурации, в которой выделены функциональные подсистемы и иерархическая база данных.

Базы данных в АСУ Существенное влияние на эффективность информационного обеспечения оказывают проектные решения внутримашинной части информационной базы. В действующих современных АСУ можно выделить два основных: пофайловую организацию массивов данных и организацию на основе баз данных.

Пофайловая организация предусматривает создание специализированных на решение конкретных задач массивов данных, при этом осуществляется жесткая привязка данных к алгоритмам преобразования и реализующим эти алгоритмы программам, что затрудняет процесс пользования информационной базой и реализацию задач, инициируемые в форме запросов. Существенным недостатком пофайловой организации является избыточность информации, поскольку для решения различных задач часто записываются одни и те же данные. Применение пофайловой организации данных и в настоящее время объясняется высокой скоростью обработки данных, поскольку структура и организация файла соответствует логике его обработки программой.

Перспективным для практически любых автоматизированных систем обработки информации (включая АСУТП) является создание баз данных, которые в той или иной степени исключают недостатки пофайловой организации. База данных АСУ — это совокупность используемых при функционировании АСУ данных, организованная по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными, и независимая от прикладных программ.

Одно из основных свойств баз данных — их «независимость», а это означает, что изменение одних программ не приводит к изменению других. Таким образом, обеспечивается относительная простота добавления новых или изменения уже хранимых данных, а также возможность применения общего управляемого способа поиска данных.

Другое важнейшее свойство организации информационной базы на основе баз данных — это минимальная избыточность данных, поскольку, в принципе, одними и теми же данными можно пользоваться при решении различных задач. На практике полностью независимые данные бывают так же редко, как и полностью не избыточные. Действительно, как показывает анализ эволюции концепции баз данных и опыта создания различных систем с базами данных, проектировщики идут на различные компромиссы при организации машинных баз данных для получения практически приемлемого комплекса таких характеристик, как производительность, гибкость, экономичность. Как правило, в АСУ выделяют несколько баз данных, автоматически управляемых СУБД, которая может обеспечить одновременный доступ к каждой базе данных нескольких пользователей. В базы данных включают так называемые общесистемные массивы, кроме того, исходя из практической целесообразности в ИБ, выделяют также локальные массивы для решения отдельных задач.

Для автоматизированных систем управления организационно-технологическими процессами участков и цехов возможность прямого доступа персонала к базам данных, диалоговой работы с данными имеет существенное значение для эффектного принятия решений и выработки регулирующих воздействий. Поэтому важным является развитие способов взаимодействия человека с ЭВМ с возможностью прямого доступа к БД.

MES-системы (Manufacturing Execution System) система управления производственными процессам

MES-система специализированное прикладное программное обеспечение, предназначенное для решения задач синхронизации, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции в рамках какого-либо производства. MES позволяют контролировать ежедневные изменения в процессах и продуктовых линиях. Подобные системы представляют собой платформу для усовершенствования процессов управления производством и, следовательно, открывают прямую дорогу к повышению прибыльности производства.

MES-система стоит на втором уровне стандартной схемы автоматизации, и полученные от первого уровня данные, передает для обработки и управления в программные комплексы — SCADA (Supervise Code And Data Acquisition), связывает воедино все бизнес-процессы предприятия с производственными процессами, оперативно поставляет объективную и подробную информацию руководству. Это система, которая в режиме реального времени документирует производственные процессы от начала формирования заказа до выпуска готовой продукции. Кроме того, она проводит анализ и определяет наиболее эффективное решение проблемы. Например, для конкретного руководителя таким решением может быть переход на другие источники сырья, внедрение систем автоматизации в определенные точки технологического процесса, изменение графика поставок или сокращение ручного труда.

Обеспечение надежного и эффективного управления производственной деятельностью цеха MES-системой осуществляется за счет основных факторов. Одним из таких факторов является формирование единой распределенной базы данных, обеспечивающей централизованный событийный контроль основных технологических процессов и процессов управления производства.

ERP системы (Enterprise Resource Planning) планирование ресурсов предприятия

ERP системы внедряются для того, чтобы объединить все подразделения компании и все необходимые функции в одной компьютерной системе, которая будет обслуживать текущие потребности этих подразделений. Разработка подобной единой системы — непростая задача. Обычно каждое подразделение имеет собственную компьютерную систему, оптимизированную для решения его задач.

ERP-системы имеют модульное устройство. Их можно разделить на два класса:

· системы, предназначенные для управления бизнесом (то есть процессами, в которые вовлечен продукт, уже прошедший производственную фазу);

· системы, рассчитанные на управление производством.

Модель управления предприятием может базироваться на различных концепциях в зависимости от специфики деятельности организации и принятой стратегии.

ERP система ведет единую базу данных по всем подразделениям и задачам, так что доступ к информации становится проще, а главное, подразделения получают возможность обмениваться информацией.

Единая база данных ERP-системы, охватывающая весь поток информации от различных структур организации, исключает возможность возникновения информационных несоответствий внутри системы, что значительно повышает качество информации и обеспечивает дополнительные преимущества при принятии решений.

Благодаря единовременному вводу данных в общую базу предприятия, информация может использоваться одновременно любым количеством пользователей системы, что повышает эффективность как планирования, так и контроля, а также обеспечивает согласованность действий всех звеньев предприятия и продуктивность управления в целом.

ERP-системы позволяют создавать своего рода информационные каналы, способные связать предприятие с компаниями-партнерами для предоставления им доступа к базе данных предприятия и обмена необходимой информацией. В результате такого сотрудничества формируется единый информационный архив, что позволяет оптимизировать процессы снабжения, поставки и другие виды совместной деятельности, а также вывести на качественно новый уровень весь процесс взаимодействия в целом.

MES и ERP системы и их различия Как показано выше, MES-системы и ERP-системы находятся на различных уровнях информационной структуры. Это связано со следующим различием в их основных функциях:

· MES-системы реализует оперативное планирование, т. е.решают вопросы о том, как в заданный срок и в заданном количестве выпускается продукция.

· ERP-системы реализуют объемное планирование, т. е. решают вопросы о том, когда и сколько продукции должно быть изготовлено.

Следует заметить, что в ERP-системах слишком велик объем информации административного и финансового плана, поэтому перепланирование не может производиться часто, это возможно не чаще одного раза в сутки. Многие ведущие производители ERP-систем уже ввели в свои продукты модули планирования производства, тем не менее, скорость их реакции на изменение требований производства все же мала, и не позволяет оптимизировать планы по большому количеству параметров.

В то время как, MES-системы, в большей степени интегрированные с низшим производственным уровнем и владеющие обширной производственной информацией, позволяют скорректировать или полностью пересчитать план в течение рабочей смены столько раз, сколько это необходимо.

Таким образом, MES-системы позволяют оптимизировать производство и сделать его более рентабельным за счет быстрой реакции на происходящие события, а также применения математических методов компенсации отклонений от плановых заданий.

Именно поэтому MES-системы являются связующим звеном между ориентированными на финансово-хозяйственные операции ERP-системами и оперативной деятельностью предприятия на уровне цеха, участка и т. п.

OLAPсистемы информационная автоматизированная система управление

OLAP (On-Line Analysis Processing) оперативная аналитическая обработка данных. Одной из самых актуальных задач, стоящих перед компаниями, является превращение разрозненных данных в структурированную информацию, описанную в экономических терминах и позволяющую принимать обоснованные управленческие решения. Именно для этого предназначены специальные системы аналитической обработки данных в режиме реального времени — OLAP. Чтобы моделировать деятельность компании и оперативно составлять точные отчеты, нужно уметь выбирать данные из многих источников одновременно. Поэтому OLAP-системы специально настраиваются на различные форматы источников данных и формируют многомерный массив корпоративной информации.

OLAP-системы обеспечивают решение многих аналитических задач: анализ ключевых показателей деятельности, маркетинговый и финансово-экономический анализ, анализ сценариев, моделирование, прогнозирование и т. д. Такие системы не обусловлены особенностями информационной инфраструктуры компании и могут работать со всеми необходимыми данными, независимо от их источников.

Программные продукты этого класса получили широкое распространение во всем мире, причем используются они в компаниях самых разных отраслей и видов деятельности. На наш взгляд, в России (с учетом сложности аналитических задач) наиболее перспективными для широкого использования OLAP-технологий являются телекоммуникационные и торговые компании. В этих отраслях средние и крупные компании, как правило, имеют территориально распределенную организационную структуру, широкую номенклатуру продукции и услуг, а также большое количество контрагентов.

Большинство современных OLAP-продуктов нельзя однозначно отнести ни к средствам разработки, ни к готовым приложениям. С одной стороны, их использование не требует длительного изучения теории и практики построения аналитических приложений. Но, с другой стороны, они не являются готовым решением аналитических задач компании, поскольку требуют определенной настройки на источники данных, алгоритмы анализа и формы представления итоговой информации. Эта двойственность приводит к многовариантности внедрения, которое может осуществляться как системным интегратором, так и квалифицированными специалистами заказчика.

Алгоритм работы:

· Получение данных в виде плоской таблицы или результата выполнения SQL запроса.

· Кэширование данных и преобразование их к многомерному кубу.

· Отображение построенного куба при помощи кросс-таблицы, диаграммы и т. п. К одному кубу может быть подключено произвольное количество отображений.

Общая схема работы OLAP-системы Построение OLAP-куба

OLAP-куб позволяет сформировать набор точек в многомерном пространстве на основе информации, находящейся в хранилище данных. Для того, чтобы пользователь мог иметь возможность работы с этими данными, их необходимо представить в виде, удобном для обработки. При этом в качестве основных видов представления данных используются сводная таблица и графики. Причем оба этих способа фактически представляют собой проекции гиперкуба.

С точки зрения реализации система делится на «физическую OLAP» и «виртуальную» (реляционную). «Физическая», в свою очередь, в зависимости от реализации подразделяется на многомерную и гибридную.

В первом случае наличествует программа, выполняющая на этапе предварительной загрузки данных в OLAP из источников предварительный расчёт агрегатов (вычислений по нескольким исходным значениям, например «итог за месяц»), которые затем сохраняются в специальную многомерную базу данных, обеспечивающую быстрое извлечение и экономичное хранение.

Гибридная реализация является комбинацией: сами данные хранятся в реляционной базе данных, а агрегаты в многомерной.

В ROLAP-реализациях все данные хранятся и обрабатываются реляционных системах управления базами данных, а агрегаты (поименованная совокупность данных) могут не существовать вообще или создаваться по первому запросу в СУБД или КЭШе аналитического программного обеспечения.

Можно сказать, что базы данных занимают основное место в информационных системах, потому что они позволяют оперировать большим количеством данных, используя при этом сравнительно низкие вычислительные мощности, и является необходимым средством сохранения данных между последовательными запусками системы. Таким образом, база данных обеспечивает потребность информационной системы — создание в памяти ЭВМ динамически обновляемой модели внешнего мира с использованием единого хранилища.

2. Практическая работа Баланс производительности № 9

Построить баланс производительности РТК, если фактическая производительность равна 0,08 шт/мин., цикловая — 0,1 шт/мин. И К = 0,15 шт/мин. Соотношение собственных и несобственных внецикловых потерь 1:2,5.

Строится диаграмма на основе сбора затрат времени того или иного комплекса в производственных условиях. Исследования производительности автоматов и автоматических линий в условиях эксплуатации обычно ставят две основные цели: определить резервы повышения производительности в данных конкретных условиях производства; дать исходные параметры для проектирования новых автоматов и автоматических линий данного типа путем обобщения опыта эксплуатации, действующих конструкций, сравнительного анализа работоспособности однотипных механизмов и устройств.

Практически в условиях эксплуатации ни один из видов потерь сократить полностью нельзя, поэтому реальные резервы роста производительности зависят от того, во сколько раз можно сократить те или иные потери.

Если анализируются резервы повышения производительности в конкретных условиях эксплуатации, необходимо учитывать все виды потерь: собственных и несобственных. Для этого производятся замеры потерь времени на отказы, остановки и другие внецикловые потери. Так как эти данные носят случайный характер, поэтому посчитать их другим способом без существенных ошибок невозможно. Цикловая и фактическая производительность нам известна по условию, а суммарное время собственных и несобственных внецикловых потерь мы определим как их разность.

??Q = Q_ц — Q_ф = 0,1 — 0,08 = 0,02 шт/мин. = 9 шт/смену.

Эту суммарную величину необходимо разделить между собственными и несобственными внецикловыми потерями в соотношении 1:2,5.

?Q_свп = 0,0057 шт/мин.

?Q_нвп = 0,014 шт/мин.

Откладываем все эти данные в одном масштабе, получаем баланс производительности линии.

Баланс производительности РТК Вывод: Баланс показывает, что если бы линия не имела холостых ходов и внецикловых простоев, а заданный процесс обработки осуществлялся бы непрерывно, она обеспечила бы выпуск 72 изделий в смену (производительность технологического процесса положенного в основу линии). Но так как процесс обработки прерывистый, с холостыми ходами, то даже при бесперебойной работе линия смогла бы обеспечить выпуск только 48 изделий в смену.

Таким образом, общий резерв повышения производительности автоматической линии за счет сокращения холостых ходов составляет 24 изделия в смену. Полное сокращение потерь по организационным причинам позволило бы получить дополнительно 9 изделий в смену.

Анализ баланса производительности наглядно показывает, по каким причинам вместо технологической производительности К получаем значительно меньший выпуск Q_ф, где находятся максимальные резервы повышения производительности.

Принцип моделирования № 31

Показать принцип моделирования работы участка линии, состоящей из 3 агрегатов без накопителей между агрегатами с одинаковым временем цикла на графике.

В линии без накопителей осуществляется так называемая «жестка связь», смысл которой сводится к тому, что отказ одного из станков влечет за собой остановку всех остальных и, следовательно, остановку всей линии.

Станочный комплекс восстанавливается, как только восстанавливается все станки и как только восстанавливается станок с максимальным временем восстановления

Последовательность обработки деталей в комплексе можно проследить, последовательно сравнивая работу двух станков с учетом значений времени безотказной работы и времени восстановления конкретного станка на определенном шаге. А затем работу третьего станка сравнить с работой первого и второго станка в комплексе.

А_i^j — период наработки на отказ;

U_i^j — время восстановления;

i — порядковый номер отказа;

j — порядковый номер восстановления.

Вертикальные линии в каждом периоде наработки на отказ определяют время цикла изготовления единицы продукции. Принятое время цикла обработки деталей на разных станках одинаковое.

Т_ц1 = Т_ц2 = Т_ц3

Из представленной схемы взаимодействия трёх агрегатов можно определить время изготовления заданного количества продукции или количество продукции в заданное время, можно подсчитать суммарный время простоя производственного комплекса и каждого агрегата в отдельности, сравнить время наработки на отказ производственного комплекса с отдельными агрегатами.

Вывод: из представленной схемы мы видим что 3 агрегата за 2 часа производят 15 деталей, следовательно фактическая производительность данного участка линии 0,12 шт/мин., технологическая производительность 0,24 шт/мин, потери 0,12 шт/мин., что составляет половину возможного производства. Наибольшей производительностью обладает первый агрегат, который может обрабатывать 14 шт/мин, но из-за того что два других агрегата работают с меньшей производительностью 0,12 шт/мин. производительность всей линии сокращается.

1. Коробецкий Ю. П., Рамазанов С. К. Имитационные модели в гибких системах. Монография. — Луганск: Вид-во ВНУ им. В. Даля, 2003. — 280 с.

2. Ямников А. С. Компьютерные технологии вмашиностроении и научных исследованиях. — 123 с.

3. Балдин К. В., Уткин В. Б. Информационные системы в экономике: Учебник для вузов. — М.: Издательско-торговая корпорация «Дашков и К», 2004.

4. Автоматизация управления предприятием / Баронов В. В. и др. — М.: ИНФРА-М, 2000.