Автоматизированные системы обработки информации и управления на автомобильном транспорте

Методическое информационное единство на базовом уровне достигается:

* совместимостью различных задач управления;

* интеграцией обработки данных с учетом принципа однократности их ввода на базовом уровне при многократном их использовании на процедурном и функциональном уровнях;

* учетом требований технологии последующей машинной обработки информации и обеспечения взаимосвязи различных знаковых систем идентификации информации.

Процедурный уровень реализует процессы преобразования данных и сообщений, поступающих с базового уровня системы. Он обусловливается методами накопления, хранения и обработки данных, обеспечивающими:

* оптимизацию процесса реализации заданных алгоритмов;

* независимость логической организации массивов информации;

* программную организацию, модульную структуру ПО;

* максимальную эффективность при удовлетворении запросов пользователей.

Связь между базовыми и процедурными уровнями осуществляется посредством взаимодействия соответствующих баз данных и используемым комплексом технических средств. Именно на процедурном уровне осуществляется селекция и отбор информации. Из всей совокупности преобразуемых данных такой отбор реализуется в зависимости от назначения соответствующей информации, определяемого функциональным уровнем.

Если определяющим условием организации информационных процессов на базовом и процедурном уровнях является оперативность многократной комплексной обработки данных, то для функционального уровня существенным является минимизация объемов используемой информации с четким разграничением ее между пользователями.

Функциональный уровень отражает реализацию результатов преобразования данных и передачу информации в функциональные подразделения управляемого объекта. Структура и состав информации на этом уровне полностью определяются требованиями пользователя и методами формирования и выдачи конечных результатов.

На функциональном уровне обеспечивается возможность удовлетворить информационные потребности пользователей всех рангов в следующих направлениях:

* регламентная плановая информация (параметры и характеристики объектов производственного процесса на планируемый период);

* регламентная учетная информация, отражающая основные показатели производственной деятельности объекта управления;

* информация об отклонении хода производственного процесса от планируемых параметров и временных характеристик;

* информация для принятия управленческих решений при изменении ситуаций, зависящих от внешних и внутренних факторов;

* конкретизация отдельных элементов состояния производственного процесса в реальном масштабе (диалоговый режим получения информации).

Исследование ИС на трех уровнях отражает, по существу, разработку моделей объектов и процессов управления. Определяющим уровнем, задающим последовательность преобразований данных и получения необходимой информации является функциональный уровень. Он может трактоваться, как уровень пользователя.

Четкая регламентация получения соответствующей информации в нужное время и в необходимом виде определяет ее структуру и состав на базовом уровне, а также последовательность выполнения процедур преобразования данных на процедурном уровне. Функциональный уровень, обусловливающий технологию управления, является определяющим при проектировании всей информационной системы.

2.3 КЛАССИФИКАЦИЯ АСУ ПО ИХ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ПРИНАДЛЕЖНОСТИ

Параметры и особенности АСУ весьма индивидуальны для каждого предприятия. На них накладываются достаточно жесткие ограничения, диктуемые характером технологических процессов, нормативными актами, инструкциями и приказами вышестоящих органов, установленными формами документации и документооборота на предприятии.

Следовательно, создание каждой конкретной ИС управления должно рассматриваться и решаться комплексно, в нескольких аспектах:

* организационном (принципы организации ИС и взаимодействия ее элементов);

* технологическом (методы обработки информации и технология реализации этих методов);

* техническом (возможности современных средств вычислительной и организационной техники).

Оптимальная организация системы информационного обеспечения является одним из основных факторов, определяющих надежность и эффективность управления в целом.

Во многих научных работах выделяются следующие виды ИС:

* информационно-поисковые;

* информационно-справочные;

* информационно-советующие;

* банки данных.

Основаниями для такой классификации, как правило, служат комплексы используемых методов и средств их реализации, технологические процессы обработки данных, виды и формы обрабатываемой информации, функциональная ориентация системы.

С позиции указанных признаков классификации перечень самостоятельных видов ИС можно было бы продолжить, включив в него, например, такие, как диалоговые, запросные и др. Однако такой подход в методологическом плане нельзя признать правильным. В рамках управления одним и тем же промышленным предприятием пришлось бы конструировать множество различных ИС. Очевидно, речь должна идти о различных режимах функционирования единой ИС предприятия или ее элементов: информационно-поисковом, диалоговом, запросном, режиме реального времени. Что касается банков данных, то они представляют собой ядро информационного обеспечения.

Отметим некоторые особенности информационно-поисковых систем (ИПС). Принятые в настоящее время определения И ПС неоднозначны, они, как правило, раскрывают техническую сторону ее реализации.

Особый интерес представляет классификация ИПС, конкретизирующая различные аспекты их назначения и использования. Такая классификация может быть осуществлена по режиму работы (методу информационного обеспечения пользователей системы, виду обрабатываемой и выдаваемой информации), по степени автоматизации информационных процессов (процедур обработки информации), по типу информационно-поискового языка, способам организации информационных процессов (процедур обработки информации), информационных массивов и поискового массива.

По виду работы ИПС можно подразделять на системы справочно-информационного обслуживания и справочно-библиографические, по режиму работы -- на системы избирательного распространения информации и ретроспективного ее поиска. С точки зрения накопления и обработки информационных массивов, классифицируемые системы можно представить схемой, показанной на рис. 2.4.



2.4 СТРУКТУРА И ИНФОРМАЦИОННЫЕ СВЯЗИ ПОДСИСТЕМ АСУ АТП

Если множество элементов объединено в систему по определенному признаку, то всегда можно ввести некоторые дополнительные признаки для разделения этого множества на подмножества, выделяя тем самым из системы ее составные части -- подсистемы. Любая система содержит ряд подсистем, полученных выделением из исходной системы. В свою очередь, эти подсистемы состоят из более мелких подсистем и т.д.

Подсистемы, полученные выделением из одной исходной системы, относят к подсистемам одного уровня или ранга. При дальнейшем делении получаем подсистемы более низкого уровня. Такое деление называют иерархией (деление должностей на высшие и низшие, порядок подчинения низших по должности лиц высшим и т.п.). Одну и ту же систему можно делить на подсистемы по-разному -- это зависит от выбранных правил объединения элементов в подсистемы. Наилучшим, очевидно, будет набор правил, который обеспечивает системе в целом наиболее эффективное достижение цели.

При делении системы на подсистемы следует помнить о правилах такого деления:

* каждая подсистема должна реализовывать единственную функцию системы;

* связь между подсистемами должна вводиться только при наличии связи между соответствующими функциями системы;

* связи между подсистемами должны быть простыми (насколько это возможно).

Число уровней и число подсистем каждого уровня может быть различным. Однако всегда необходимо соблюдать одно важное правило: подсистемы, непосредственно входящие в одну систему более высокого уровня, действуя совместно, должны выполнять все функции той системы, в которую они входят.

Управление любой организацией, производящей товары или оказывающей услуги, строится по иерархическому принципу.

В иерархической системе управления любая подсистема некоторого уровня подчинена подсистеме более высокого уровня, в состав которой она входит и которой управляется. Для систем управления деление системы возможно до тех пор, пока полученная при очередном делении подсистема не перестает выполнять функции управления. С этой точки зрения системой управления низшего иерархического уровня являются такие подсистемы, которые осуществляют непосредственное управление конкретными орудиями труда, механизмами, устройствами или технологическими процессами. Система управления любого другого уровня, кроме низшего, всегда осуществляет управление технологическими процессами не непосредственно, а через подсистемы промежуточных, более низких уровней.

Одно из главных средств преодоления организованной сложности системы -- это декомпозиция, т.е. деление системы на части (подсистемы) и организация этих частей в иерархическую систему. Расчленение системы на соподчиненные части производится так, чтобы каждая часть содержала объекты, наиболее тесно связанные друг с другом.

Декомпозиция является условным приемом, позволяющим в конечном итоге оценить степень сложности объекта и привести его к некоторым конечным элементам, анализ которых может быть выполнен известными методами. Будем считать, что элемент -- это минимальная часть системы.

Универсальность принципа декомпозиции позволяет использовать его и при определении организационной структуры управления (рис. 2.5).

Организационная структура управления -- это система взаимодействия управленческих звеньев, состоящая из отдельных работников и групп работников с четкой регламентацией функциональных обязанностей в соответствии с местом и ролью этих звеньев в процессе управления.

Практика показывает, что чем выше уровень руководителей (пользователей ИС), тем меньше информации они используют для принятия решения, при этом значимость решений возрастает. Разделение функций управления между различными пользователями ведет к повышению специализации в области принятия решений.

Управленческие решения для устранения наиболее часто возникающих «отрицательных» ситуаций определяются как стандартные и могут накапливаться в ИС в библиотеке стандартных решений. К таким решениям относятся действия пользователя в случаях невыхода ПС на линию, необходимость изменения количества или сроков выпуска автомобилей и т.д. Для каждого конкретного пользователя данная информация детализируется, устанавливается форма и временные параметры ее представления.

В дальнейшем под регламентной информацией будем понимать информацию, выдаваемую пользователям для принятия управленческих решений, координируемых во времени. На практике выдача такой информации предусматривается календарным графиком обработки и использования данных ИС. Как правило, документация, в которой зафиксирована регламентная информация, имеет типовое содержание и формируется в конкретные сроки. При формировании регламентной информации, представляемой пользователю в виде документов, определение сроков их подготовки не представляет особой сложности (они заранее обусловлены условиями производства, его организацией). Намного сложнее выделить временные параметры представления информации при возникающих отклонениях в производственном процессе. В этом случае многое определяется характером отклонений, анализом их причин и, как следствие, сложностью управленческого решения по их устранению.

Другую необходимую информацию пользователь ИС, например диспетчер, должен иметь возможность получить в требуемое время в виде запросов или путем прямого диалога в оперативном режиме. Располагая требуемой информацией, он может принимать решения по формированию сменных заданий на период планирования, о переносе выполнения тех или иных позиций плана при отсутствии заявленного к выходу ПС, отсутствия водителя и т.д.

Такой подход позволяет:

* исключить дублирование в управленческой деятельности пользователей разных рангов;

* конкретизировать функциональные обязанности каждого пользователя при принятии управленческих решений;

* выявить полный состав и структуру информации для управления производственным процессом на всех его стадиях;

* рационально спроектировать соответствующие формы выдачи информации пользователям;

* определить сроки обработки данных в информационной системе и получения итоговой информации;

* разработать рациональный технологический процесс обработки информации в ИС.

Информационные системы управления производственными объектами (предприятиями, объединениями, в том числе и автомобильного транспорта) характеризуются специфическими признаками. Они ориентированы главным образом на реализацию управленческих решений на базе широкого использования средств ВТ и экономико-математического моделирования. Такие системы характеризуются также непосредственным взаимодействием с ними пользователей различных рангов, функционированием режима реального времени получения и использования информации.

Режим реального времени ассоциируется с понятием «мгновенности», а использование в реальном времени -- с понятием «своевременности» получения информации для принятия оперативных управленческих решений. Следовательно, информационный подход обусловливается возможностью оперативного отбора необходимого количества информации и представления ее пользователю для принятия управленческих решений.

Любая сфера управленческой деятельности базируется на определенной системе информации. Однако в качестве системы она может рассматриваться только тогда, когда четко регламентировано информационное взаимодействие между людьми, подразделениями, организациями, когда выделены информационные потоки и имеется возможность их регулирования. Само по себе наличие таких видов деятельности, как сбор, передача, обработка информации, еще не определяет понятия ИС. Только когда определены методы и способы использования имеющейся информации, можно говорить о понятии «информационной системы».

В настоящее время можно говорить не столько о недостаточности, сколько об избыточности информации, поступающей в распоряжение пользователей. В то же время несмотря на избыточность информации, циркулирующей в системах управления, во многих случаях пользователи (чаще всего управленческие работники службы эксплуатации) испытывают недостаток в оперативных данных для принятия управленческих решений. Таким образом, например, при изменении сроков доставки или количественном изменении отгрузок по номенклатуре и клиентуре в плановом периоде возникают определенные затруднения, так как почти невозможно получить информацию в оперативном режиме об уровне готовности ПС, его дислокации и укомплектованности водителями.

Большое значение имеют опыт и интуиция, квалификация диспетчера, его умение четко определять необходимые количественные и качественные характеристики требуемой информации. Оказывает также определенное влияние и типичность возникающих ситуаций, возможность их формализации. Управленческие решения, которые возможно запрограммировать, принято называть программными решениями.

Это обстоятельство следует учитывать при проектировании ИС, работающих в режиме реального времени, при этом возникает целый ряд вопросов, от решения которых зависит эффективность функционирования производственных систем: должна ли вся система, работающая в реальном времени, быть непосредственно связанной с объектами управления, как быстро система должна реагировать на различные сообщения и т. п.

Рассмотрим пример работы АСУ АТП в реальном масштабе времени. Выполнение расчета заработной платы не производится в оперативном режиме. Регистрация данных о выполнении сменных заданий, для которых важны не только даты, но и временной промежуток обслуживания клиента, всегда производится в реальном масштабе времени.

Одним из основных направлений проектирования ИС реального времени является разработка диалога пользователя с ЭВМ. Диалоговый режим -- один из способов эксплуатации И С, при котором человек ведет диалог непосредственно с устройством обработки -- возник как симбиоз новых возможностей обработки информации в реальном времени и передачи сообщений.

Возможность работы в диалоговом режиме прежде всего обусловливает необходимые изменения в методах управления и является наиболее важным фактором внедрения АСУ. Диалог пользователя с ЭВМ может существенно влиять:

* на децентрализацию ответственности пользователей в системе управления;

* улучшение достоверности и полноты информации для принятия управленческих решений;

* стандартизацию представления информации для внутренних информационных обменов и для различных пользователей;

* расширение круга пользователей, повышение эффективности значения функционирования ИС и большую заинтересованность в ее услугах.

Исследования ИС различного назначения, в том числе и АСУ АТП, показывают, что диалоговый режим используется в таких направлениях, как диалоговая система регистрации данных, диалоговая система обращения к информации.

Одной из главных задач оперативного управления перевозками в реальном масштабе времени является задача оперативного контроля за ходом выполнения сменно-суточных заданий водителями. По запросу руководителям управленческих служб через монитор выдается полная информация о состоянии выполнения плана на текущий момент вплоть до дислокации автомобилей на карте обслуживаемого региона.

Обработка данных для удовлетворения информационных потребностей клиента по запросу, нашедшая распространение в информационно-поисковых системах библиографического типа, не имеет еще достаточно широкого применения в системах доставки грузов и пассажиров. Сложность решения этой проблемы заключается в необходимости четкого определения круга возможных запросов для принятия различных по характеру и сложности управленческих решений. Существенное влияние оказывает также количество и ранг пользователей ИС, их информационные потребности. Реализация запросного режима функционирования И С связана с разработкой новых подходов к формированию банка данных, организации технологического процесса преобразования информации. Значительные ограничения накладывают также используемые средства вычислительной и периферийной техники.

В целом запросы могут классифицироваться на регламентируемые и нерегламентируемые. Первые обеспечивают возможность их обработки в определенные моменты времени или через определенные временные интервалы, т.е. здесь предусматривается реализация запросов по расписанию. Такие запросы обрабатываются автоматически. Отличительная особенность регламентируемых запросов заключается в том, что ответы на них выдаются по заранее разработанным программам, использующим известные технологии обработки данных и, как правило, поступают к пользователю в виде документов, т. е. основное содержание и форма запросов определяются заранее. Следует отметить, что чаще всего в существующих разработках изменение постоянного запроса приводит к изменению технологии обработки данных и, как следствие, -- информационного и программного обеспечения.

Перспективными считаются разработки, представляющие возможность пользователю получать ответы на нерегламентируемые перманентные запросы, когда установлена лишь область возможных запросов. На нерегламентируемый запрос в силу отсутствия его сформулированности накладываются определенные ограничения. Реализация нерегламентируемого запроса обычно предусматривает определенный уровень общения пользователя с ИС, в ходе которого запрос может конкретизироваться и детализироваться (собственно, в этом заключается отличие регламентируемого запроса от нерегламентируемого).

Нерегламентируемые запросы могут быть оперативными и сигнальными. Сигнальные запросы обрабатываются по мере поступления в информационную систему соответствующих данных. Результат обработки оперативных запросов пользователь получает немедленно после нахождения конкретной информации. Обработка данных по сигнальным и оперативным запросам наиболее важна при оперативном регулировании хода перевозочного процесса.

Разного рода запросы могут поступать в ИС от ЛПР, решающих как глобальные, так и локальные задачи по управлению производственной системой на различных стадиях протекания процесса доставки. Принято подразделять задачи управления, решаемые на уровне АСУ АТП, по следующим подсистемам:

* учета и анализа деятельности АТП;

* технико-экономического планирования (ТЭП);

* оперативного управления перевозочным процессом;

* управления производственным процессом ТО и TP;

* управления материально-техническим снабжением (МТС);

* управления кадрами;

* управления капиталовложениями и производственными фондами.

Согласно принципам модульности и типизации, а также единой информационной базы, в АСУ АТП все массивы нормативно-справочной информации должны иметь однородную структуру. В общем виде функциональные и организационные решения подсистем АСУ АТП можно сгруппировать в один функционально-организационный блок, где отражаются статистические данные: о выполнении договорных обязательств по отношению к клиентам, заказавшим перевозки, о технической эксплуатации автотранспортных средств, о планах трудовых и материальных ресурсов, о технической оснащенности и загрузке служб ТО и TP, о планах технического перевооружения АТП.

ГЛАВА 3. ПОДСИСТЕМЫ АСУ НА АВТОТРАНСПОРТНЫХ ПРЕДПРИЯТИЯХ

3.1 ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

3.1.1 База данных как основа информационного обеспечения

В состав информационного, программного и математического обеспечения принято включать следующие элементы:

* методы и модели решения задач анализа и управления;

* методы вычисления показателей, используемых для количественной характеристики отображаемых объектов;

* языки информационной системы, ее подсистем и тех систем во внешней среде, с которыми она общается;

* инструкции и программы сбора, подготовки, контроля, обработки, хранения, поиска, выпуска и передачи данных -- для человека или компьютера.

Последовательность записей, размещаемых на внешних запоминающих устройствах и рассматриваемых в процессе обработки как единое целое, именуется файлом.

База данных -- совокупность взаимосвязанных данных, которую можно использовать оптимальным образом для одного или нескольких приложений в определенной предметной области человеческой деятельности.

В современных системах управления БД пользователь имеет дело с содержательной стороной своих данных, а не с деталями их представления в ЭВМ. Сами системы управления базами данных выполняют следующие две основные функции:

* хранение и ведение представления структурной информации (данных);

* преобразование по некоторому запросу хранимого представления в структурную информацию.

Каждая из систем управления базами данных (СУБД) основывается на определенной модели, отражающей взаимосвязи между объектами. Существуют иерархические, сетевые и реляционные модели данных. Большинство современных СУБД используют реляционную модель. С помощью такой модели могут быть представлены объекты предметной области и взаимосвязи между ними.

Использование БД обеспечивает независимость данных и программ, реализацию отношений между данными, совместимость компонентов БД, простоту изменения логической и физической

структур БД, целостность, восстановление и защиту БД и др. К другим целям использования БД относятся: сокращение избыточности в хранимых данных, устранение несовместимости в хранимых данных с помощью автоматической корректировки и поддержки всех дублирующих записей, уменьшение стоимости разработки программ, а также программирование запросов к БД.

Любая СУБД не может одинаково успешно применяться при работе с БД разных классов. Такие системы, как CLIPPER, FOXPRO, ориентированы на первый класс БД (А), а такие СУБД, как Informix, Ingres, SyBase, создавались для второго класса (Б).

Напрашивается задача: найти «золотую середину», которая удовлетворяла бы требованиям обоих классов -- А и Б. Решением является использование распределенной базы данных (РБД).

Прикладные программы управления данными представляют собой необходимый инструмент для распределенной обработки. Архитектура клиент-сервера сети позволяет различным прикладным программам одновременно использовать общую базу данных.

Очевидно, что перенос программ управления данными с рабочих станций на сервер способствует высвобождению ресурсов рабочих станций, предоставляет возможность увеличить число частных, локально решаемых задач. Это позволяет также централизовать ряд самых важных функций управления данными, таких, как защита информации баз данных, обеспечение целостности данных, управление совместным использованием ресурсов.

Одним из важных преимуществ архитектуры клиент-сервера в распределенной обработке данных является возможность сокращения времени реализации запроса. В подтверждение этому рассмотрим две базовые технологии обработки информации в архитектуре клиент-сервера сети и технологии использования традиционного файлового сервера.

Допустим, что прикладная программа БД загружена на рабочую станцию и пользователю необходимо получить все записи, удовлетворяющие некоторым поисковым условиям. В среде традиционного файлового сервера программа управления данными, которая выполняется на рабочей станции, должна осуществить запрос к серверу каждой записи БД (рис. 3.1). Программа управления данными на рабочей станции может определить, удовлетворяет ли запись поисковым условиям, лишь после того, как она будет передана на рабочую станцию. Очевидно, что данный технологический вариант обработки информации имеет наибольшее суммарное время передачи данных по каналам сети.

В среде клиент-сервера, напротив, рабочая станция посылает запрос высокого уровня серверу БД. Сервер БД осуществляет поиск записей на диске и анализирует их. Записи, удовлетворяющие условиям, могут быть накоплены на сервере. После того как запрос целиком обработан, пользователю на рабочую станцию передаются все записи, которые удовлетворяют поисковым условиям (рис. 3.2).

Данная технология позволяет снизить сетевой трафик и повысить пропускную способность сети. Более того, за счет выполнения операции доступа к диску и обработки данных в одной системе сервер может осуществить поиск и обрабатывать запросы быстрее, чем если бы эти запросы обрабатывались на рабочей станции.

Работа пользователей с распределенными базами данных имеет ряд особенностей, тем более, что некоторые данные могут дублироваться. Выгоды, получаемые от дублирования, пропорциональны соотношению объемов выборки данных и их обновления. Для поддержания целостности БД требуется корректировка всех копий. Наличие копий приводит к увеличению стоимости хранения и обновления информации, но так повышается устойчивость системы при отказах.

Эффективность работы пользователей с РБД зависит от обеспеченности информацией о содержащихся в РБД данных, их структуре и размещении. Эту задачу решает сетевой словарь-справочник данных, находящийся в одной ЭВМ сети или дублирующийся на нескольких ЭВМ. Создание РБД было вызвано двумя тенденциями обработки данных: с одной стороны -- интеграцией, а с другой -- децентрализацией. Распределенная структура БД предполагает независимость конечных пользователей и программ от способа размещения информации на рабочих станциях сети, а формулирование запросов к РБД производится аналогично запросам к централизованной БД. Совместный доступ к данным подразумевает модификацию одних и тех же данных несколькими пользователями без нарушения целостности РБД.

Доступ пользователей к РБД и администрирование осуществляются с помощью системы управления распределенной базой данных (СУРБД), которая обеспечивает выполнение следующих функций:

* автоматическое определение ЭВМ, хранящей требуемые в запросе данные;

* декомпозиция распределенных запросов на частные подзапросы к БД отдельных ЭВМ;

* планирование обработки запросов;

* передача частных подзапросов и их исполнение на удаленных ЭВМ;

* прием результатов выполнения частных подзапросов;

* поддержание в согласованном состоянии копий дублированных данных на различных ЭВМ сети;

* управление параллельным доступом пользователей к РБД;

* обеспечение целостности РБД.



3.1.2 Особенности построения современных информационных систем

Актуальность проблемы хранения и оперативного поиска данных привела к появлению такого понятия, как хранилище данных. Следует упомянуть о необходимости использования единых информационных хранилищ в аналитических системах и в первую очередь в системах поддержки принятия решений (СППР). СППР пользуются информацией, собранной с помощью компьютерных сетей из множества систем обработки данных (СОД). Данные в СОД собираются, хранятся и по достижении установленного срока выгружаются. В различных СОД данные могут не быть согласованы между собой, информация в них может быть по-разному структурирована, степень ее достоверности определить сразу бывает достаточно трудно. Все это свидетельствует о том, что архивные данные из СОД без предварительной доработки использовать в информационных хранилищах нецелесообразно.

В настоящее время для совместного использования данных осуществляется интеграция различных СОД на основе единого справочника метаданных.

Информационные хранилища для СППР должны обладать некоторыми специфическими свойствами. От них требуется хранение информации в хронологическом порядке, так как без отражения хронологии данных нельзя говорить о решении задач прогнозирования и анализа тенденций (основных задач СППР). Важнейшее требование, предъявляемое к информационным хранилищам, -- даже не оперативность, также необходимая, а достоверность информации, которую без согласованности данных обеспечить невозможно. Дело в том, что различные СОД на один и тот же запрос могут дать различные ответы по ряду причин:

* асинхронность модификации данных в разных СОД;

* различия в трактовке событий, понятий и т.д.;

* изменение семантики данных в процессе развития предметной области;

* ошибки при вводе и обработке;

* частичная утрата фрагментов информации из архива и т.п. Задача создания информационных хранилищ чрезвычайно сложна, и достаточно часто ее решение связано с рядом проблем.

Хранилища данных работают с внешними источниками, т.е. различными информационными системами, электронными архивами, каталогами и справочниками, статистическими сборниками и т.д. Все внешние источники реализованы на основе различных программных и аппаратных средств. На основе этих разнородных средств и решений необходимо построить единую информационную, функционально согласованную систему.

Если единая информационная система должна иметь распределенное решение, то следует физически разделить узлы компьютерной сети, где происходит операционная обработка информации, и узлы, в которых выполняется анализ данных.

Создание единых хранилищ данных предполагает использование технологий статистической обработки информации для ее предварительного анализа, определения состава и структуры тематических рубрик. Начальный этап предварительного анализа -- выделение групп с однородными данными и расчленение информации на однокачественные интервалы, т.е. группировка по типу информации.

Если существующие в настоящее время технологии анализа данных в хранилищах распределить по увеличению аналитических возможностей, то список будет выглядеть так: Online Transaction Processing (OLTP), Online Analytical Processing (OLAP), Data Mining. Технология оперативного анализа распределенных данных (OLAP-технология), занимающая среднее положение в этом списке, наиболее распространена. Эта технология обеспечивает:

* построение многомерных моделей баз данных;

* иерархическое представление информации по семантическим связям;

* выполнение сложных аналитических расчетов; . динамическое изменение структуры отчета;

* обновление БД.

Аналитические приложения для поддержки принятия решений в бизнесе основываются на модели данных, разработанной для конечного пользователя. Такая модель может обрабатывать информацию из реляционных баз данных и других плоских таблиц многомерным образом.

Программные продукты, использующие OLAP-технологию, сочетают модель представления данных, оптимизированную для анализа, с простыми средствами доступа к этим данным.

К основным преимуществам OLAP-технологии относятся:

. возможность пользователя работать с данными самому, а не через посредника-программиста;

* время ответа на сложный запрос, предполагающий анализ большого объема данных, в этих технологиях намного меньше, чем в OLTP-технологии;

* OLAP-приложения предназначены и наиболее эффективны для анализа большого объема данных.

При выборе СУБД следует учитывать, что скорость работы в сети зависит не только от аппаратных возможностей оборудования, но и в значительной степени от ПО. В классической сетевой технологии БД хранится на сервере. Программы исполняются на рабочих станциях, данные поступают по сети. При локальной работе с базами особенных проблем не возникает. Но когда к таблицам пытаются обратиться по сети одновременно несколько пользователей, возникают трудности. В рамках этой технологии два и более пользователя не могут одновременно изменить одни и те же данные.

Допустим, при работе прикладного ПО, когда автоматизирован отпуск товара со склада с последующей загрузкой автомобиля, два пользователя, в данном случае кладовщики, осуществляющие загрузку разных автомобилей, пытаются списать со склада один и тот же товар. Первый пользователь заблокировал поле «остаток товара», и пока он не закончит запись, остальные пользователи должны ждать. При возникновении ошибки в работе одного из пользователей (сбой питания компьютера, аварийное завершение программы и т.д.) всем остальным приходится завершать работу и ждать, пока администратор не восстановит испорченные индексные файлы (в худшем случае -- саму базу данных).

Так как и сама база, и индексы являются последовательными файлами, при больших объемах данных операции с ними выполняются крайне медленно.

С приходом технологии «клиент --сервер» ситуация несколько улучшилась. Стали создаваться распределенные системы. Современные серверы баз данных (Oracle, Sybase, Informix, Interbase и т.д.) способны перенести часть нагрузки на сервер. Так, возможно выполнение хранимых на сервере процедур, запускаемых как с клиентской части программы, так и с серверной, как реакция на события (с помощью триггеров). Однако, несмотря на улучшение эксплуатационных параметров, уменьшение сетевого трафика не очень значительно. Так, если необходимо обработать значительные объемы информации, на клиентскую часть приходится передавать достаточно много данных. К тому же программы все равно должны исполняться на мощных рабочих станциях. Сегодня решение этой проблемы -- перенос всей математической обработки на центральные компьютеры, когда у клиентов остаются только ввод и отображение данных.

3.2 ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

3.2.1 Назначение и структура комплекса технических средств АСУ АТП

Для информатизации бизнеса необходим широкий спектр программно-аппаратных средств, в том числе ВТ и средств связи. Различные технические средства обеспечивают прием и передачу трех основных видов информации (речь, печатный текст, графика) в статике и динамике с максимальным использованием слуха, осязания, зрения человека.

Человек напрямую работает с различными периферийными устройствами: дисплеи, клавиатуры, «мыши», джойстики и иные манипуляторы, электронные планшеты, табло и т.п. Технические средства связи обеспечивают передачу информации во внешней деловой среде. При этом в системе связи используются не только «чистые» устройства связи, но и информационно-коммуникационные компьютеры. На предприятии в зависимости от масштаба и особенностей предпринимательства может использоваться от одного до нескольких тысяч компьютеров для хранения и обработки информации.

3.2.2 Информационно-телекоммуникационная инфраструктура, сети ЭВМ

Информационной {компьютерной) сетью называется группа компьютеров, соединенных между собой с помощью специальной аппаратуры, обеспечивающей обмен данными. Компьютеры, расположенные в пределах одного или нескольких рядом стоящих зданий и объединенные с помощью высокоскоростного сетевого оборудования, называют локальной сетью (ЛС).

Для подключения компьютера к ЛС необходимо устройство, называемое сетевым адаптером. Современные сетевые адаптеры обеспечивают передачу информации со скоростью 10 -- 100 Мбит в секунду. При объединении компьютеров, расположенных на значительном расстоянии друг от друга (в разных городах, странах), говорят о глобальной сети.

Основным (наиболее массовым в настоящее время, но далеко не единственным) каналом передачи данных в этом случае является телефонный канал. Устройство, необходимое для подключения компьютера к телефонной линии, называется модемом. Скорость передачи данных здесь меньше, чем в ЛС, и находится в существенной зависимости от качества канала связи и типа модема. В настоящее время наблюдается тенденция к подключению ЛС к мировой глобальной сети Интернет.

Выбор технологии магистрали для крупных ЛС предприятия определяется используемыми протоколами нижнего уровня, такими как Ethernet, TokenRing, FDDI, FastEthernet и т.п., и существенно влияет на типы используемого в сети коммуникационного оборудования.

Магистраль -- это одна из наиболее дорогостоящих частей любой сети. Поскольку через нее проходит значительная часть трафика сети, ее свойства сказываются практически на всех сервисах корпоративной сети, которыми пользуются конечные пользователи. Поэтому выбор технологии работы магистрали явно относится к разряду стратегических решений.

Передача данных по сети регламентируется определенными правилами. Набор правил взаимодействия между компьютерами сети называют протоколами передачи данных, или сетевыми протоколами (см.также 3.3.2). Протоколы определяют формат, способ синхронизации, порядок следования, методы обработки ошибок при передаче данных. Передача данных между компьютерами требует выполнения многих шагов. Например, для передачи файла с одного компьютера на другой, файл должен быть разбит на части, эти части должны быть определенным образом сгруппированы (рис. 3.3).

Заголовок	Пакет 1		Пакет N	Концевик

Рис. 3.3 Структура сообщения

Компьютер, принимающий файл, должен получить дополнительную информацию о том, каким образом связаны между собой образованные группы, о способе синхронизации, корректировке ошибок, связанных с передачей данных и т.д.

С учетом сложности осуществления коммуникаций между компьютерами этот процесс обычно разбивается на шаги. Каждый такой шаг выполняется в соответствии со своими правилами, т.е. со своим протоколом. Работая в ЛС, пользователи могут посылать друг другу текстовые сообщения, получать доступ к файлам, находящимся на локальных дисках других компьютеров сети, использовать различные устройства (ресурсы) сети. Примером может служить использование принтера, подключенного к другому компьютеру сети.

Кроме протокола, который будет работать на магистрали, необходимо также выбрать рациональную структуру магистрали. Эта структура будет затем положена в основу структуры кабельной системы, стоимость которой может составлять 15 % всей стоимости сети и более.

Рациональная структура магистрали должна обеспечить компромисс между качеством передачи трафика (пропускная способность, задержки, приоритеты для ответственных приложений) и стоимостью.

На структуру магистрали сильное влияние оказывает выбранная технология, так как она определяет максимальные длины кабелей, возможность использования резервных связей, типы кабелей и т. п. Так как магистраль крупной сети строится практически всегда на основе активного коммуникационного оборудования (коммутаторов и маршрутизаторов), фильтрующего и перераспределяющего трафик между подсетями, то в понятие рациональной структуры входит и выбор активного оборудования.

При этом вопрос состоит не столько в выборе модели оборудования и производителя, а в основном в выборе типа оборудования (маршрутизатор, коммутатор) и режима работы этого оборудования по объединению подсетей и установлению защиты от нежелательного межсетевого трафика.

Сегодня существует несколько режимов работы маршрутизаторов и коммутаторов, отличающихся от стандартных: образование коммутаторами виртуальных сетей, ускоренная маршрутизация при передаче различных видов информации. Пока что эти режимы, часто весьма полезные для работы на магистралях современных сетей, каждый производитель реализует по-своему, хотя работы по стандартизации идут и некоторые приемы и алгоритмы уже близки к тому, чтобы обрести свое стандартное выражение.

Интенсивности потоков данных в разных сегментах ЛС порой значительно разнятся. Следовательно, имеется потребность в экономичном решении, предоставляющем сегментам и подсетям ту пропускную способность, которая им требуется. Тем не менее 10-мегабитный Ethernet устраивал большинство пользователей на протяжении около 15 лет.

Однако в начале 1990-х годов стала ощущаться недостаточная пропускная способность каналов Ethernet. Для компьютеров на процессорах Intel 80286 или 80386 с шинами ISA (8 Мбайт/с) или EISA (32 Мбайт/с) пропускная способность сегмента Ethernet составляла 1/8 или 1/32 канала «память--диск», и это хорошо согласовывалось с соотношением объемов локальных данных и внешних данных для компьютера.

Теперь же у мощных клиентских станций с процессорами Pentium или PentiumPRO и шиной PCI (133 Мбайт/с) эта доля упала до 1/133, что явно недостаточно для передачи аудио-, видеоинформации, распространения мультимедийных приложений. Еще больший недостаток в пропускной способности стали ощущать серверы как на основе RISC-, так и на основе Intel-процессоров. Основным решением в этой области стало использование нескольких сетевых адаптеров, работающих на разные подсети.

В начале 1990-х годов наметились сдвиги и в характере передаваемой по сети информации. Наряду с алфавитно-цифровыми данными появились графические, звуковые и видеоданные, хранящиеся в многомегабайтных файлах. Это еще больше усугубило ситуацию, так как теперь даже несколько ПК, работающих с мультимедийной информацией, могли перегрузить 10-мегабитный сегмент сети. Поэтому многие сегменты 10-мегабитного Ethernet стали перегруженными, реакция серверов в них значительно упала, а частота возникновения коллизий существенно возросла, еще более снижая номинальную пропускную способность.

Самое простое решение -- повышение битовой скорости единственного протокола, работающего во всех сегментах сети, как происходило ранее с сетями на основе Ethernet -- не является уже рациональным для скоростей, больших 30 -- 40 Мбит/с. Это стало ясно после разработки и применения первого высокоскоростного протокола ЛС -- протокола FDDI, работающего на битовой скорости 100 Мбит/с.

Стоимость сегментов FDDI оказалась для этого слишком высокой, поэтому протокол FDDI стал применяться в основном только для построения магистралей крупных ЛС и подключения централизованных серверов предприятия. Для связи сегментов Ethernet с сегментами FDDI потребовалось применение маршрутизаторов или транслирующих коммутаторов.

Схема построения ЛВС с использованием нескольких сегментов (в случае применения коммутаторов) или подсетей (в случае применения маршрутизаторов или умеющих маршрутизировать коммутаторов), в каждой из которых применяется один из двух протоколов в зависимости от пропускной способности, необходимой компьютерам, работающим в этой части сети, является прообразом схемы, к которой сегодня стремятся производители сетевого оборудования и сетевые интеграторы.

Более совершенная схема построения ЛС должна опираться не на две доступные скорости, а на более сложную иерархическую линейку скоростей для компьютеров сети. Тогда можно будет более точно и с меньшими затратами учесть потребности каждой группы компьютеров, объединенных в сегмент, или даже каждого отдельного компьютера.

Для согласования скоростей работы каналов между сегментами сети необходимо применять устройства, обрабатывающие трафик с буферизацией пакетов -- коммутаторы или маршрутизаторы, но не концентраторы, которые организуют побитную передачу данных из сегмента в сегмент.

Обеспечение для абонентов сети требуемого уровня задержек -- это частный случай обеспечения нужного качества обслуживания. Анализ типов трафика, создаваемого современными приложениями, позволил выделить несколько основных типов, для которых понятие качества обслуживания имеет различный смысл и характеризуется различными параметрами. Трафик реального времени с постоянной битовой скоростью обычно требует предоставления ему постоянной полосы пропускания, причем в понятие качества обслуживания входит не только величина предоставляемой ему пропускной способности, но и величина задержек передачи каждого пакета -- обычно среднее время задержки и величина ее вариации.

Для пульсирующего компьютерного трафика, который не является трафиком реального времени, так как не чувствителен к задержкам, обычно достаточно обеспечить параметры пропускной способности, а о величинах задержек можно не заботиться.

Для случая, когда трудно точно оценить среднюю скорость передачи данных приложением и максимальный всплеск интенсивности, применяют упрощенное толкование понятия качества обслуживания, как верхний и нижний пределы пропускной способности, предоставляемой сетью абоненту в течение достаточно длительного промежутка времени.

Компьютерный трафик при отсутствии специальных каналов связи передавали по телефонным каналам с помощью модемов. Однако при этом определенные неудобства испытывали компьютерные абоненты сети -- канал с постоянной пропускной способностью не может хорошо передавать пульсации трафика. Если нужно передать трафик со средней интенсивностью 10 Кбит/с и пульсацией до 500 Кбит/с на протяжении одной секунды, то, очевидно, что канал с пропускной способностью 28,8 Кбит/с не сможет хорошо справиться с этой задачей.

Такое положение дел всегда сохраняется при использовании сетей с коммутацией каналов, в том числе и сетей, которые изначально проектировались, как сети с интегральными услугами, в которых компьютерный трафик должен передаваться наравне с телефонным, трафиком факсов, службы телетекста и трафиками других служб (ISDN -- цифровые сети интегрального обслуживания).

С учетом большого числа клиентов, пользующихся сервисом удаленного доступа, основным видом телекоммуникационного транспорта, подходящего для этих целей, остаются телефонные сети -- как аналоговые, так и ISDN.

Для быстрой передачи данных сети ISDN подходят в гораздо большей степени, чем узкополосные и зашумленные каналы аналоговых сетей.

Для передачи компьютерного трафика через сети ISDN используется сервис коммутации каналов со скоростью до 2 Мбит/с, а значит, все проблемы с передачей пульсаций остаются.

При более низких скоростях передачи данных задержки могут быть достаточно чувствительными.

Даже в ненагруженной сети framerelay при скорости передачи данных по каналу в 1,5 Мбит/с передача пакета компьютерных данных длиной 4096 байт может задержать пакет голосовых данных на 22 мс, что скорее всего очень сильно снизит качество передачи голоса.

Существует несколько способов объединения компьютеров в ЛС. Наиболее широко используются топологии «звезда», «общая шина», «кольцо» (рис. 3.4).

Топология «звезда» предполагает, что каждый компьютер подключен с помощью отдельного кабеля к объединяющему устройству. Топология «общая шина» предполагает использование одного кабеля, к которому подключены все компьютеры сети. В топологии «кольцо» данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Несколько ЛС, выполненных с помощью различных топологий, можно объединить в единую сеть.

3.3 ПРОГРАММНО-МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

3.3.1 Структура программно-математического обеспечения АСУ, его функции и принципы разработки

Программные средства обеспечивают обработку данных и состоят из общего и прикладного ПО и программных документов, необходимых для эксплуатации этих программ. К общему ПО относят операционные системы (ОС), системы программирования и программы технического обслуживания, которые предоставляют сервис для эксплуатации компьютера, выявления ошибок при сбоях, восстановления испорченных программ и данных. В зависимости от функций, выполняемых ПО, его можно разделить на две большие группы: системное и прикладное ПО.

Системное программное обеспечение (СПО) -- это «программная оболочка» аппаратных средств, предназначенная для отделения остальных программ от непосредственного взаимодействия с оборудованием и организации процесса обработки информации в компьютере. К СПО относятся такие типы программ, как ОС, различные сервисные средства, функционально дополняющие возможности ОС, инструментальные средства (системы управления базами данных, программирования, оболочки экспертных систем). Прикладное ПО предназначено для решения определенных задач пользователя.

Основная компонента СПО -- ОС выполняет следующие функции:

* организация многоцелевой работы компьютера, при которой возможно одновременное выполнение нескольких программ;

* организация хранения программ и данных на носителях информации и, возможно, санкционирование доступа к этой информации;

* обеспечение взаимодействия с пользователем на основе графического интерфейса;

* обеспечение сетевых возможностей, т.е. возможности доступа к информации, хранимой в памяти другого компьютера локальной или глобальной сети.

Последняя функция в настоящее время стала стандартной для любой современной ОС. Тем не менее, проводя их классификацию, можно выделить две группы по данному признаку. Это, во-первых, системы, предназначенные для использования в узлах коммуникаций корпоративных сетей, и системы для рабочих станций сети.

Примером таких систем могут служить Microsoft Windows NT Server 4.0, Novell NetWare 4.x (для узлов коммуникаций) и Microsoft Windows NT Workstation 4.0 (для рабочих станций).

По своим функциональным возможностям все сетевые ОС делятся на два четко различимых класса: сетевые ОС масштаба отдела и корпоративные ОС. Это следует учитывать при принятии стратегического решения относительно использования ОС того или иного класса.

Выбор корпоративной сетевой ОС обусловлен, прежде всего, возможностью в широких пределах масштабирования производительности.

На сегодняшний день признанными лидерами являются фирменные версии «коробочных» продуктов Unix. Это можно отследить при увеличении числа пользователей (до 64), когда график роста производительности близок к линейному. Следует учитывать и тот факт, что выбранная ОС должна поддерживать ряд универсальных (на сегодняшний день) API, таких, которые могли бы выполняться эффективно с приложениями Windows, MS DOS и OS/2 при вытеснении многозадачности и мультиплексирования. Подробнее об этом см. подразд. 3.3.2.