№146.11.Барщевский
.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО МОРСКОГО И РЕЧНОГО ТРАНСПОРТА
ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ВОДНЫХ КОММУНИКАЦИЙ»
Е. Г. Барщевский Г. Н. Румянцева В. Д. Чертовской
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО УПРАВЛЕНИЯ
ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ
Рекомендовано Редакционно-издательским советом Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций
Санкт-Петербург
2011
УДК 681.3.016 ББК 32.973.018.2
Рецензенты:
Доктор технических наук, профессор Санкт-Петербургского государственного гидрометеорологического университета
П. П. Бескид;
Доктор технических наук, профессор Санкт-Петербургского государственного университета водных коммуникаций
И. А. Сикарев
Барщевский Е. Г., Румянцева Г. Н., Чертовской В. Д. Теоретические основы автоматизированного управления. Пробле-
мы и перспективы: учебное пособие. — СПб.: СПГУВК, 2011. — 398 с.
Настоящая работа является учебным пособием по курсу «Основы автоматизированных систем управления» для специальности 230201.65 «Информационные системы и технологии».
В данном пособии систематически изложены подсистемное и процедурное представления процесса функционирования автоматизированной системы. Показана глубокая связь представлений, отличающихся разным распределением задач АСУП (бизнес-функций) между структурными элементами системы. Отмечена динамичность внешней рыночной среды, обуславливающая необходимость адаптации автоматизированной системы к изменениям параметров среды. Представлены математические основы адаптивного автоматизированного управления.
Пособие характеризуется системным изложением современного состояния автоматизированного управления.
Данное учебное издание может быть использовано студентами и других специальностей СПГУВК, а также аспирантами, руководителями организаций (в части автоматизации управления предприятием с помощью бизнес-процессов), желающих познакомиться с современными компьютерными методами управления.
УДК 681.3.016 ББК 32.973.018.2
© Барщевский Е. Г., Румянцева Г. Н., Чертовской В. Д., 2011 © Санкт-Петербургский государственный
университет водных коммуникаций, 2011
3
Оглавление
ВВЕДЕНИЕ ........................................................................................................................................ |
7 |
РАЗДЕЛ 1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ........... |
11 |
Глава 1. Понятие автоматизированного управления ................................................................ |
11 |
1.1. Основные понятия.............................................................................................................. |
11 |
1.2. Цикл управления и автоматизированное управление .................................................... |
12 |
1.3. Формальные процессы и неформальные процедуры...................................................... |
14 |
1.4. Документальное сопровождение процесса управления................................................. |
17 |
Глава 2. Компьютерное обеспечение автоматизированного управления............................... |
24 |
2.1. Техническое и математическое обеспечение.................................................................. |
24 |
2.2. Информационное обеспечение......................................................................................... |
26 |
2.2.1. Упорядочение немашинной информации ................................................................ |
26 |
2.2.2. Преобразование немашинной информации к машинному виду............................ |
27 |
2.2.3. Упорядочение машинной информации .................................................................... |
29 |
2.3. Подсистемное и процедурное представления автоматизированных систем ............... |
33 |
2.4. Технология процесса проектирования автоматизированных систем........................... |
35 |
РАЗДЕЛ 2. ПОДСИСТЕМНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ |
|
АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ..................................................................................... |
37 |
Глава 3. Характеристика подсистемного представления ......................................................... |
37 |
3.1. Внешняя среда при плановых отношениях..................................................................... |
37 |
3.2. Программно-целевой метод.............................................................................................. |
37 |
3.3. Предприятие как система управления.............................................................................. |
44 |
3.4. Стадии процесса проектирования .................................................................................... |
46 |
Глава 4. Характеристики функциональных подсистем............................................................ |
49 |
4.1. Автоматизация тактического планирования и управления........................................... |
49 |
4.1.1. Подсистема технико-экономического планирования.............................................. |
49 |
4.1.2. Подсистема материально-технического снабжения и сбыта.................................. |
52 |
4.2. Автоматизация оперативного управления....................................................................... |
56 |
4.2.1. Подсистема оперативного управления основным производством........................ |
56 |
4.2.2. Подсистема технической подготовки производства............................................... |
61 |
4.2.3. Подсистема бухгалтерского учета............................................................................. |
64 |
РАЗДЕЛ 3. ПРОЦЕДУРНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ |
|
АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ..................................................................................... |
67 |
Глава 5. Технология функционирования автоматизированных систем.................................. |
67 |
4 |
|
5.1. Порядок выполнения задач АСУП................................................................................... |
67 |
5.2. Стандартизация процесса проектирования ..................................................................... |
77 |
5.3. Подсистемное представление и рыночные отношения.................................................. |
79 |
5.4. Достоинства и недостатки подсистемного представления............................................ |
90 |
Глава 6. Специфика процедурного представления КИС.......................................................... |
94 |
6.1. Внешняя среда при рыночных отношениях и новые требования к автоматизации.... |
94 |
6.2. TQM- и QMS-стандарты.................................................................................................. |
100 |
6.3. ERP-система...................................................................................................................... |
105 |
6.4. Потребность в построении адаптивной автоматизированной системы...................... |
110 |
6.5. Проектирование систем при процедурном представлении.......................................... |
114 |
Глава 7. Процедурное представление функционирования КИС............................................ |
117 |
7.1. Состав и структура бизнес-процессов............................................................................ |
117 |
7.2. Порядок выделения бизнес-процессов........................................................................... |
121 |
7.3. Математическая графическая модель процедурного представления и ее |
|
компьютерная поддержка....................................................................................................... |
128 |
РАЗДЕЛ 4. АДАПТИВНОЕ УПРАВЛЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМОЙ.... |
137 |
Глава 8. Концепция и методология математического описания процесса адаптивного |
|
управления................................................................................................................................... |
137 |
8.1. Концепция описания функционирования в адаптивных автоматизированных |
|
систем....................................................................................................................................... |
137 |
8.2. Обобщенная модель......................................................................................................... |
139 |
8.3. Обобщенная технология.................................................................................................. |
141 |
8.4. Единое математическое описание.................................................................................. |
142 |
Глава 9. Процесс адаптивного планирования.......................................................................... |
159 |
9.1. Специфика описания процесса адаптивного планирования........................................ |
159 |
9.2. Описание процесса автоматизированного планирования при неизменных параметрах
внешней среды......................................................................................................................... |
167 |
9.3. Согласование интересов элементов процесса планирования...................................... |
178 |
9.4. Описание процесса автоматизированного планирования при изменении параметров
внешней среды......................................................................................................................... |
182 |
Глава 10. Влияние финансовых ресурсов на функционирование автоматизированной |
|
системы........................................................................................................................................ |
189 |
10.1. Переход к составляющим финансовых ресурсов........................................................ |
189 |
10.2. Бюджетирование как инструмент для изучения финансовых потоков .................... |
202 |
10.3. Формирование бюджетов операционной и финансовой составляющих.................. |
204 |
5 |
|
10.4. Анализ финансовых потоков......................................................................................... |
209 |
10.5 Маржинальный анализ.................................................................................................... |
211 |
Глава 11. Процесс адаптивного управления............................................................................ |
214 |
11.1. Варианты и технология моделирования процесса управления................................. |
214 |
11.2. Оптимизационная модель процесса управления......................................................... |
221 |
11.2.1 Формирование оптимизационной модели............................................................. |
221 |
11.2.2 Управление при изменяющихся векторе цели и структурных связях................ |
222 |
11.3. Технология изучения процесса управления................................................................ |
226 |
11.4. Исследования на основе декомпозиции....................................................................... |
232 |
11.5. Координация работы элементов процесса управления.............................................. |
235 |
Глава 12. Процесс автоматизированного управления в производствах |
|
единичного типа ......................................................................................................................... |
239 |
12.1. Требования к методам описания процессов и сравнительный анализ методов....... |
239 |
12.2. Технология описания и методы исследования процесса автоматизированного |
|
управления............................................................................................................................... |
241 |
12.3. Основы предикатно-временных сетей......................................................................... |
246 |
12.4. Оптимизационные задачи на базе предикатно-временной сети................................ |
256 |
РАЗДЕЛ 5. ВОПРОСЫ ПРИКЛАДНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ |
|
СИСТЕМЫ ..................................................................................................................................... |
261 |
Глава 13. Реализация адаптивного автоматизированного управления................................. |
261 |
13.1. Структура реализации процессов управления производством.................................. |
261 |
13.2. Специфика реализации.................................................................................................. |
262 |
13.4. Реализация работы ПВС................................................................................................ |
279 |
Глава 14. Проектирование автоматизированных систем........................................................ |
288 |
14.1. Характеристика систем Галактика и BAAN................................................................ |
288 |
14.2. Проблемы проектирования ........................................................................................... |
297 |
14.3. АСУП картонно-полиграфического комбината.......................................................... |
316 |
14.4. Автоматизированная система в единичном производстве......................................... |
319 |
Заключение.................................................................................................................................. |
334 |
Литература................................................................................................................................... |
336 |
Приложение................................................................................................................................. |
338 |
Приложение 1 .......................................................................................................................... |
338 |
Приложение 2 .......................................................................................................................... |
340 |
Приложение 3 .......................................................................................................................... |
347 |
Приложение 4 .......................................................................................................................... |
368 |
|
6 |
Приложение 5 .......................................................................................................................... |
374 |
Приложение 6 .......................................................................................................................... |
376 |
Приложение 7 .......................................................................................................................... |
382 |
Приложение 8 .......................................................................................................................... |
383 |
Приложение 9 .......................................................................................................................... |
384 |
Приложение 10 ........................................................................................................................ |
391 |
Приложение 11 ........................................................................................................................ |
394 |
7
ВВЕДЕНИЕ
Автоматизация организационных систем началась в СССР и за рубежом в
60-е годы XX века [1, 2].
Первоначально [1–7] до 90-х годов XX века реализация и функционирование автоматизированных систем осуществлялось в рамках подсистемного представления. Оно было «привязано» к организационной структуре предприятия, рассчитано на стабильную (плановую) внешнюю среду, хорошо методически проработано в виде общесоюзных методических материалов и ГОСТов, не отмененных до сих пор.
Подсистемное представление преследовало цель автоматизации документооборота, что было оправдано при относительно стабильной (плановой) внешней среде.
В 90-е годы XX века это представление пытались трансформировать для использования в рыночных отношениях. Однако новая парадигма (бизнес) рынка связана с высокой динамичностью внешней среды, что не учитывать стало уже невозможно. В этих условиях только автоматизация документооборота уже не решает проблему автоматизации управления. Выявился и других ряд недостатков подсистемного представления. Потребовалось [8], как следствие, и построение систем с адаптацией к изменению параметров (спрос, ресурсное обеспечение, цена) внешней среды [9]. Эти обстоятельства привели к необходимости совершенствования подсистемного представления.
Совершенствование проходило в несколько этапов:
I. Построение ERP-систем как результат стандартизации описания процессов (80-е годы XX века).
II. Разработка международного QMS-стандарта (конец XX века).
III. Переход к процедурному представлению – с конца XX века по настоящее время [2]. Начала этого представления формировались в СССР еще в 70-е годы XX века (Волжский автозавод), однако его разработка не была доведена до конца. В 90-е годы эта идея вернулась к нам из-за рубежа в более проработанном виде.
IV. Потребность в построении адаптивных систем – с 80-х годов XX ве-
ка.
Вместе с тем подавляющее большинство отечественных и зарубежных публикаций по-прежнему посвящено только автоматизации документооборота
[1–7].
Следует отметить, что процедурное представление, в отличие от подсистемного, находится на начальном этапе своего развития. Достаточно сказать, что до сих пор нет установившегося определения термина «бизнес-процесс», как элемента организационной структуры автоматизированной системы, а в адаптивном управлении не сформировался универсальный метод математического описания разнородных по сути процессов планирования и управления в системе.
Многочисленные публикации [8] характеризуются несистемным освещением проблем процедурного представления и порой запутывают, а не упорядо-
8
чивают знания в данной предметной области. Названные обстоятельства затрудняют понимание сути представления не только для студентов и специалистов, но и для преподавателей вузов.
Вэтих условиях требуется систематическое изложение проблем процедурного представления. Одной из первых попыток в этом направлении является работа [2], в которой обсуждаются и начала адаптивного автоматизированного управления.
Развитие процедурного представления невозможно, на наш взгляд, без его сравнения с подсистемным представлением. Это позволяет более четко определить возможности и область применения процедурного представления.
Вто же время практически отсутствуют учебные пособия, которые отражали бы как нынешнее состояние, так и ретроспективу – с современных позиций – проблем автоматизации управления предприятиями.
Следовательно, требуется системное изложение подсистемного и процедурного представлений, включая вопросы адаптивного управления, устанвовление взаимосвязи и взаимовлияния представлений.
Такое изложение характерно для настоящего пособия, являющегося фактически развитием работ [4, 9].
Пособие состоит из введения, заключения, приложения и 14 глав. Главы разбиты на 5 разделов.
Впервом разделе (главы 1–2) приводятся общие характеристики автоматизированного управления независимо от используемого представления.
Вглаве 1 рассмотрены основные понятия, выявлен универсальный цикл управления, позволяющий уточнить понятие «автоматизированная» и являющийся основой для дальнейшего изложения. Определяются понятия «формальные процессы», как основа математического описания процессов управления, и «неформальные процедуры».
Вглаве 2 рассмотрены вопросы обеспечения автоматизированного управления. Обсуждаются техническое, математическое и информационное обеспечение. Показано, что реализация и функционирование автоматизированной системы может быть осуществлена с помощью подсистемного или процедурного представлений. Определяется суть каждого из представлений, приведены их сравнительные характеристики, определяющие сферу их применения. Затем подробно рассматривается специфика подсистемного (раздел 2) и процедурного (раздел 3) представлений.
Раздел 2 включает главы 3–4 и описывают подсистнемное представление
сучетом современных взглядов на автоматизированное управление.
Вглаве 3 дана характеристика плановой внешней среды, для работы в которой предназначено подсистемное представление. Показано, что стабильность среды обеспечивается надлежащим прогнозированием ее поведения с применением программно-целевого метода. Рассматривается предприятие как система управления. Показана четкая привязка структуры подсистемного представления к организационной структуре предприятия.
Вглаве 4 описывается суть функциональных подсистем.
9
Вразделе 3 (главы 5–7) обсуждаются характеристики процедурного представления.
Вглаве 5 рассматривается технология выполнения задач в системе в це-
лом.
Рассматриваются достоинства и недостатки представления. Отмечено, что подсистемное представление пытались первоначально использовать для внешней рыночной среды, что не дало должного эффекта. Выявляются причины этого явления и потребность в переходе к процедурному представлению. Устранение недостатков подсистемного представления ведется в следующих направлениях:
1) перераспределение функций управления между структурными элементами, т.е. формирование нового представления процесса функционирования автоматизированной системы;
2) введение адаптивного автоматизированного управления для компенсации динамичности рыночной внешней среды.
Глава 6 посвящена основам процедурного представления. Описываются характеристики внешней рыночной среды, в которой «работает» это представление. Рассматривается новая парадигма автоматизированного управления – бизнес-парадигма. Анализируется система QMS-стандарта, предполагающего рассмотрение полного цикла управления, а не его части, что имело место в подсистемном представлении. Обсуждаются вопросы построения ERP-систем как базы для стандартизации и унификации описания процессов управления. Показаны возможности процедурного представления в части реинжиниринга. Определяются основные положения адаптивного автоматизированного управления.
Вглаве 7 приводится варианты состава и структуры бизнес-процессов, нотации (графические модели) для описания бизнес-процессов и компьютерная поддержка нотаций. Рассматриваются достоинства и недостатки нотаций. Даются сравнительные характеристики графических и формульноалгоритмических методов описания технологии функционирования автоматизированных систем. Определяются критерии для выявления бизнес-процессов и вопросы проектирования систем. Проблемы адаптации, как специфические, вынесены в отдельный раздел 4.
Раздел 4 включает главы 8–12.
Вглаве 8 формулируется интегрированный метод описания процессов планирования и управления.
Вглаве 9 изучается процесс адаптивного планирования в иерархической структуре КИС. Отмечено, что при переходе к рыночным отношениям на первый план выходит задача оценки финансовых ресурсов. Учесть их только в качестве ограничений недостаточно в силу многогранности финансов. Требуется отдельный углубленный системный анализ финансов как отдельная процедура.
Всвязи с этим предложена трехэтапная системная технология.
Показано, что описание нестационарного режима изменения параметров внешней среды сводится к эквивалентному описанию стационарного процесса, для которого рассматриваются вопросы ресурсного обеспечения и согласования темпов работы.
10
Вглаве 10 проводится анализ финансовых ресурсов, как этап предложенной технологии. На основе его результатов может уточненно решаться задача оптимального планирования.
Глава 11 посвящена адаптивному автоматизированному управлению на основе линейно-квадратичной оптимизации. Обсуждаются возможности единого универсального метода динамического линейного программирования (ДЛП), позволяющего учесть как экономические, так и управленческие характеристики автоматизированных систем, которые в последнее время называют и корпоративными информационными системами (КИС). Анализируется функционирование системы в условиях динамичной внешней среды. Оцениваются как экономическая, так и управленческая составляющие.
Глава 12 посвящена описанию процесса автоматизированного управления для единичного производства на основе разновидности сетей Петри – пре- дикатно-временных сетей. Показаны сфера применения и возможности такого описания.
Раздел 5 представлен главами 13, и 14 в которых даны прикладные результаты моделирования бизнес-процессов, в том числе и при адаптивном автоматизированном управлении.
Глава 13 посвящена вопросам реализации адаптивных автоматизированных систем.
Вглаве 14 приводятся примеры систем, базирующихся на процедурном представлении.
Взаключении подводятся итоги рассмотрения подсистемного и процедурного представлений, рассматриваются перспективы развития автоматизированного управления.
Вприложении освещены некоторые положения для современных КИС.