Методологическиепринципы проектирования комплекса технических средств АСУ
Введение
Использованиевычислительной техники в процессе управления не может являться самоцелью.Созданная на основе квалифицированно выполненного системного анализа АСУориентирована на конечный результат – повышение эффективности функционированияпроизводства или иного объекта. Все системные решения — улучшение иавтоматизация документооборота, обработка на ЭВМ больших массивов информации,составление различных сводок и отчетов, решение оптимизационных задач и т.п.-имеют смысл только в том случае, если в результате существенно повышаетсяпроизводительность труда работающих, улучшается использование материальных,энергетических и трудовых ресурсов, возрастает количество и качествовыпускаемой продукции.
Нельзязабывать, что АСУ является человеко-машинной системой. Очень важно построитьхорошую модель, адекватную объекту, создать эффективный алгоритм, написать иотладить быструю программу, не требующую больших вычислительных ресурсов,организовать сбор, хранение и поиск информации и т.д. Но если при этом не будетстоль же тщательно учтен человеческий фактор, интересы работающих в системеуправления людей, то трудно ожидать успешной эксплуатации такой системы. Вовзаимодействии человека и ЭВМ безусловный приоритет следует отдавать человеку.Трудности, если они возникают, должны разрешаться за счет усложнения работыЭВМ. Нельзя облегчать себе жизнь созданием более простых алгоритмов и программза счет увеличения объема функций, выполняемых человеком, какими бы легкими онини казались разработчику.
Разработанныесистемы должны обладать высокой степенью адаптации к непрерывно меняющимсятребованиям пользователя и живучести, т.е. способности работать в условияхотклонений от нормальных ситуаций. Обеспечение таких свойств трудно поддаетсяформализации и, кроме того, требует непрерывного участияинженера-системотехника в процессе анализа функционирования системы и введениянеобходимой модернизации без перерывов в работе. По существу именно это нарядус наблюдением за тем, насколько успешно выполняет свои функции АСУ, иобеспечением ее работы в соответствии с проектными решениями и являетсяосновной обязанностью эксплуатационников-системотехников. Не следует смешиватьэти функции с деятельностью людей, эксплуатирующих АСУ в качестве пользователей– решающих задачи управления на основе созданных программного, информационного,технического и других видов обеспечения АСУ. Таким образом, понятие«эксплуатация АСУ» имеет два четко выраженных аспекта: использованиеАСУ в качестве инструмента, повышающего эффективность управления, и обеспечениеее работоспособности и развития.
Важнейшимусловием успешной работы АСУ является подготовка персонала аппарата управления.Уже в процессе разработки должны осуществляться контакты с сотрудникамиорганизации для правильной постановки задач, разъяснения и обсужденияпринимаемых решений, обучения новым методам и формам работы. Сохранение иразвитие этих контактов в процессе эксплуатации системы обеспечивает еесвоевременную и эффективную адаптацию и модернизацию.
1. Принципыпроектирования комплекса технических средств АСУ
Создание КТС являетсясложным итерационным процессом, который в настоящее время не может бытьполностью формализован из-за отсутствия единого подхода к выбору КТС для АСУразличных объектов. В связи с этим важно определить основные принципыпроектирования КТС, которые на основе отечественного и зарубежного опытаформулируются следующим образом. В процессе проектирования КТС необходимо:
1) провести четкое разграничениефункций между отдельными подсистемами КТС, определить их специализацию делениемна основные, вспомогательные и обслуживающие подсистемы; при этом особоевнимание должно быть уделено вопросам непрерывности процесса обработкиинформации;
2) учесть распределениеобязанностей по управлению объектом при выборе устройств ввода и отображенияинформации, что связано со сложно формализуемым процессом управления, удобствомработы операторов и непредвиденностью ситуаций при функционировании АСУ;
3) обеспечитьрезервирование технических средств исходя из требуемой надежности иработоспособности комплекса в различных экстремальных ситуациях;
4) предусмотретьконцентрацию родственных задач на отдельных ЭВМ многомашинного комплекса и ихпродуманное перераспределение;
5) обеспечить модульностьразработки всех подсистем КТС, что позволяет осуществить автономную поставку,монтаж и наладку оборудования по функциональным подсистемам и таким образомсократить сроки разработки и учесть потребности развития объектов; модульноепостроение вычислительных систем позволяет создавать экономически оправданныесистемы, развитие которых полностью соответствует этапам внедрения АСУ;
6) предусмотретьвозможность как программной, так и аппаратной защиты системы отнесанкционированного доступа;
7) соотнести возможноститерминального оборудования с возможностью вычислительных средств,производительность входящих в КТС ЭВМ с пропускной способностью линий связи(при проектировании распределенных вычислительных систем);
8) учесть преемственностькак основных вычислительных средств, так и периферийного оборудования постыковке вновь приобретаемых с уже действующими устройствами ВС.
Необходимость учета привыборе КТС АСУ не только технических и экономических характеристик техническихсредств, но и организационных и конъюнктурных факторов обусловливает высокуюсложность данной проблемы.
Для реализации изложенныхпринципов проектирования КТС используется так называемый «трехступенчатыйподход», заключающийся в следующем. На первом этапе проектируют«семейство компонентов ВС». В это оборудование входят: процессоры,устройства внешней памяти, оборудование связи и передачи данных, каналы ввода — вывода, контроллеры устройств и т д. Эти компоненты являются составными частямидля проведения второго этапа — выбора варианта установки КТС в соответствии стребованиями заказчика. К этому этапу системотехник располагает значительноболее детальным знанием рабочей нагрузки будущей ВС. Сюда же входит выбор нетолько аппаратных, но и программных компонентов системы. Третий этап –настройка системы – выполняется при реальной рабочей нагрузке ВС после еемонтажа и запуска.
Независимо от подхода напрактике существуют две принципиально различные методологии проектированиясистем. Одна называется проектированием «снизу вверх», а другая — «сверху вниз».
Проектирование снизувверх состоит в итеративной выработке решения проблемы для получения системы,удовлетворяющей заданным условиям.
Проектирование сверхувниз основано на получении как характеристик компонентов системы, так и системыв целом непосредственно из проектных спецификаций, что в результате позволитобойтись без проверок, кроме необходимых для устранения возможных сомненийотносительно корректного применения процедур проектирования.
В настоящее время эти методологии,к сожалению, развиты и реализованы лишь для простых случаев, в то время как ихосновное достоинство – обеспечение корректности сложных проектов.
При использовании обоихметодологий важно помнить, что постоянно необходимо искать компромисс между аппаратнымии программными средствами при реализации конкретных систем управления. Споявлением интеллектуальных терминалов и персональных ЭВМ времена выбора КТСбез учета создаваемого программного обеспечения АСУ прошли.
2.Специальные технические средства
автоматизированныйсистема управление кодирование информация
Специальные, илиспециализированные, устройства предназначены для выполнения особых функций привзаимодействии пользователя с ЭВМ. Данный термин в большей мере отражает цель,нежели конструкцию устройства. Требования, предъявляемые к устройствам данногокласса, различны, и акцент на наиболее важные из них делает заказчик.
В общем случаеспециализированное (специальное) устройство должно быть; более экономичным, чемустройство общего назначения при его конкретном применении; серийнопроизводимым, что отражается как на его стоимости, так и на надежности(оборудование, проходящее, как правило, несколько итерационных этапов отопытного образца до серийного изготовления, обладает большей надежностью иремонтсспособностью, чем мелкосерийное и уникальное оборудование); эффективноиспользуемым, т.е. эффективность специализированного устройства всегда должнасопоставляться с эффективностью реализации тех или иных операций с помощью,стандартных средств.
В первом приближениизатраты на реализацию специализированных аппаратных средств могут быть оценены,как стоимость заменяющих их программ и соответствующих ресурсов. Если стоимостьразработки и эксплуатации программных средств несущественно превышает стоимостьспециального устройства, необходимо принимать во внимание тот факт, что вперспективе стоимость программного обеспечения будет только увеличиваться,тогда как аппаратные средства постоянно дешевеют. Специальное (специализированное)устройство должно быть удобным в эксплуатации, что подразумевает не толькохорошую конструкцию и дизайн данного устройства, но и удобство его применения вконкретных решаемых пользователем задачах.
Таким образом, выбораппаратных средств специального или общего назначения должен основываться насравнительной оценке настоящей или прогнозируемой стоимости с учетом изложенныхтребований, причем стоимость должна определяться в соответствии спродолжительностью жизни комплекса.
Примером средствспециального назначения, получивших широкое применение в настоящее время,являются устройства ввода графической информации, которые обеспечивают двакласса взаимодействия с ЭВМ: указание на элементы изображений и определениеположения элементов изображения, которые в свою очередь подразделяются наустройства позиционирования (определения координат точек на экране дисплея) иустройства ввода (кодирования) информации с графических документов.
В качестве устройствауказания элементов изображения наиболее широко применяется световое перо,реагирующее на свечение той области экрана графического дисплея, куда ононаправлено.
Для определения координатточки на экране дисплея применяются прямые методы, когда рабочий органустройства устанавливается в требуемую точку, а следящая система вычисляет егоположение (например, при сенсорном методе в качестве рабочего органаиспользуется палец, а следящая система состоит из матрицы фото- и светодиодов,окружающих экран).
Значительно чащеприменяются косвенные методы определения координат точки на экране. В этомслучае перемещение изображения знака слежения (курсора) на экране дисплеяобеспечивается изменением характеристик устройства позиционирования. Припопадании знака слежения в нужную точку по команде оператора вычисляютсяискомые координаты.
Такие устройства вводаобычно имеют две степени свободы (рис. 1) и реализуются в виде шарового (рис.1, а), рычажного (рис. 1, б) указателей или устройства типа «мышь»(рис. 1, в). На клавиатуре большинства современных дисплеев выделены специальныеклавиши для указания четырех направлений перемещения курсора (по осямкоординат).
Отметим, что взависимости от способов обработки получаемых от устройств позиционированияпараметров одни и те же устройства ввода используются как указатели позицииточки на экране, так и для ввода числовых параметров.
Устройства кодированияграфической информации предназначены для автоматического илиполуавтоматического ввода точек с графических документов. Автоматическиеустройства на основе сканирующего блока считывают графические изображения впамять ЭВМ. При использовании устройства полуавтоматического типа операторперемещает рабочий орган (зонд) вручную по рабочей поверхности устройства(планшета), при этом координаты зонда определяются автоматически. Во всехподобного типа устройствах осуществляется фиксация считанных координат либо навнешние носители, либо непосредственно в память ЭВМ.
Обычно такие устройствасостоят из планшета, зонда (в виде карандаша), алфавитно-цифровой ифункциональной клавиатуры, блока индикации и обрабатывающего устройства.Современные устройства кодирования определяют координаты точки на основесигналов между излучателем (зондом) и приемником (планшетом) и по числовымзначениям характеристик принятых сигналов вычисляют координаты зонда.
При этом используютсяэлектромагнитные, световые, ультразвуковые и звуковые сигналы; точностьвычисления координат составляет более десятых долей миллиметра.
Подобные устройства имеютдва режима работы: дискретный — когда оператор после установки зонда в требуемойточке дает команду на определение координат зонда, и непрерывный, когдаоператор перемещает зонд вдоль некоторой линии, а устройство вводаавтоматически вычисляет и фиксирует координаты некоторой последовательноститочек. Для идентификации объектов в состав устройств кодирования включаютсяразличные клавиатуры и функциональные кнопки. В табл. 1 представленыхарактеристики наиболее распространенных устройств кодирования информации.
Таблица 1
/>
Описываемыми устройствамиввода информации обычно комплектуют «интеллектуальные» терминалы илиперсональные ЭВМ, которые программирует пользователь, что позволяет изменятьсвойства терминалов не только аппаратным путем (добавлением или модификацией блоков),но и изменением программного обеспечения данного терминала. Терминалы данногокласса имеют различные возможности: начиная от терминалов, имеющих жесткуюструктуру, ограниченный набор функций (их схема управления выполняет минимумкоманд, а обмен данными с ВС осуществляется посимвольно), и кончая терминаламис гибкой модульной структурой, позволяющей легко модифицировать его свойства всоответствии с конкретными задачами пользователя, обеспечивающие возможностьпредварительного редактирования вводимой информации, что позволяет значительноразгрузить линии связи и центральный процессор ВС, повышая таким образом еепроизводительность.
Наряду со специальнымиустройствами ввода широко используются специальные устройства выводаинформации, такие, как графопостроители (они бывают рулонные и планшетные) итабло различного класса (электромеханические, на электронно-лучевых трубках,люминесцентных источниках, светодиодах и жидкокристаллических индикаторах).Характеристики основных отечественных графопостроителей приведены в табл. 2.
Таблица 2
/>
Перспективы развитияописанных выше устройств ввода – вывода и предварительной обработки информациисвязываются в настоящее время с «интегральными» терминалами,включающими в себя различные по функциональным возможностям и комплектующимсоставляющим наборы, компонуемые по спецификации заказчика.
3.Психологические аспекты проектирования
Автоматизированныесистемы управления имеют существенное отличие от технических систем,заключающееся в необходимости учета психологии человека. Это относится в равнойстепени к психологии руководителя, использующего результаты решения задач вАСУ; пользователя, обращающегося к услугам АСУ, но не являющегося ееучастником; самого разработчика.
Достаточно развитая инженернаяпсихология, определяющая поведение и характеристику человека при взаимодействиис техническими средствами, имеет лишь очень ограниченное отношение к работечеловека в АСУ.
Разработчикам необходимоуделять психологическим аспектам особое внимание, тщательно продумывая, какбудут практически реализованы проектные решения в действующей системе с учетомчеловеческого фактора. Большое значение при этом имеют психологические тесты иэксперименты, предварительное «проигрывание» возможных реальныхситуаций.
Без совместной работы спсихологами провести такое исследование на хорошем уровне трудно, если неневозможно, однако для достижения успеха специалист-системотехник должен и самобладать определенным уровнем знаний в этой области, сочетая методы психологическогои системного анализа.