Электронно-вычислительные машины в системах управления

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЭВМ в системах управления

Содержание

Введение

1. Цифровые системы управления

2. ЭВМ в контурах систем управления

3. Системы управления предприятием

4. Обеспечение работы систем управления

5. Программное обеспечение систем управления

Литература

Введение

Мы все умны, когда дело идет о том, чтобы давать советы.

Менандр. Греческий поэт-комедиограф. IV в. до н.э.

Главный принцип управления - выслушивать всех, но принимать только собственные решения, и все будут довольны. От твоего правильного решения все выиграют, от неправильного - почувствуют себя более мудрыми.

Спартак Нетунаев. Уральский геолог, ХХ в.

Многие задачи в системах управления требуют формирования таких сложных законов управления объектами, которые не могут быть реализованы традиционными элементами и устройствами автоматики. Так, например, в системах управления движущимися объектами требуются сложные вычисления с преобразованием координат, решением прямоугольных и сферических треугольников, счислением пути и т. п. Очень сложные вычисления производятся в адаптивных системах управления. Эти задачи решаются с помощью современных средств вычислительной техники, вводимых в контур управления динамической системой или используемых для разнообразных расчетов и поисков оптимальных решений.

Системы управления, в состав которых входят ЭВМ или иные устройства, осуществляющее обработку цифровой информации, принято называть цифровыми системами автоматического управления.

Форма представления и способ обработки информации определяют основную особенность работы цифровых систем и методов синтеза цифровых регуляторов. Дискретный характер сигналов в управляющей ЭВМ вызывает необходимость использования дискретных алгоритмов управления, которые могут быть построены преобразованием соответствующих непрерывных регуляторов. Вместе с тем использование ЭВМ в контуре обратной связи приводит к целому ряду особенностей цифровой системы, обусловленных спецификой взаимодействия ее функциональных элементов, а для построения аналитической модели цифровой системы необходимо принимать во внимание аппаратные средства системы и процессы обмена информацией между ними.

цифровой управление контроллинг информационный

1. Цифровые системы управления

Укрупненная схема цифровой системы управления приведена на рис. 1.1. Она содержит управляющую ЭВМ, объект управления ОУ, устройство ввода информации УВ и устройство, предназначенное для сопряжения ЭВМ с объектом, получившие название устройства сопряжения УС. Управляемый процесс (объект), как правило, имеет аналоговую природу, и связанные с ним сигналы у(t) и u(t) являются аналоговыми. Управляющая ЭВМ (а равно и любое другое цифровое устройство) имеет дело только с цифровой информацией, и сигналы на ее входах N_y и выходах N_u представлены цифровым кодом.

Рис. 1.1.

К современным измерительным устройствам относятся разнообразные датчики аналоговой природы, выходом которых являются электрические сигналы постоянного или переменного тока y(t), кодовые датчики, обеспечивающие получение параллельного цифрового кода N_y, а также импульсные измерительные устройства, на выходе которых получается импульсная последовательность n_у. Цифровые измерительные устройства совместимы с цифровыми процессами в управляющей ЭВМ, что упрощает устройства ввода УВ.

Центральным элементом системы является управляющая ЭВМ, которая по заданному алгоритму осуществляет обработку информации от измерительных устройств и выполняет функции устройства управления (цифрового регулятора).

Важнейшими модельными особенностями управляющей ЭВМ как цифрового регулятора являются ее дискретность, циклический характер обработки информации и наличие запаздывания в процессе обработки сигналов. Дискретность обусловлена квантованием по уровню и времени всех вычислительных процессов, а, следовательно, и дискретным характером сигналов на входе N_y(kT) и выходе ЭВМ N_u(kT). Интервал квантования по времени задается с помощью таймера, а приращение по уровню зависит от разрядности ЭВМ. Для ЭВМ с достаточно большой разрядной сеткой квантованием по уровню обычно пренебрегают. Тогда сигналы N_y(kT) и N_u(kT) рассматриваются как стандартные амплитудно-модулированные импульсные последовательности (решетчатые функции).

Запаздывание, вносимое управляющей ЭВМ, вызвано потерями времени на ввод-вывод информации и вычисление управления по заданному алгоритму. С учетом запаздывания выходом ЭВМ следует считать дискретный сигнал N_u(kT-t), смещенный относительно идеального сигнала на величину t. Для упрощения модели системы запаздыванием либо пренебрегают, либо полагают равным одному интервалу дискретизации с выходным сигналом N_u((k-1)T).

В дальнейшем будем полагать, что работа всех устройств цифровой системы синхронизирована и происходит с интервалом дискретности Т, а их разрядные сетки одинаковы.

В функции устройств сопряжения с объектом входит промежуточное хранение цифровой информации и (при необходимости) преобразование аналоговых сигналов в цифровые и обратно.

Эквивалентная схема цифровой системы управления. Для построения математической модели цифровой системы введем в рассмотрение некоторые специальные блоки:

* квантователь непрерывных сигналов (рис. 1.2,а), имеющий характеристику

x₁(kT) = x₂(t) при t = kT; (1.1)



Рис. 1.2.

* фиксатор, или экстраполятор нулевого порядка (рис. 1.2, б), описываемый выражением

x_l(t) = x₂(kT) при t ? [kT, (k+1)Т); (1.2)

* звено запаздывания (элемент задержки на время t, рис. 1.2, в) с характеристикой

x₁(t) = x₂(t-t). (1.3)

Функциональная схема цифровой системы с объектом управления аналоговой природы и сигналы в различных ее точках приведены на рис. 1.3 и 1.4. Схема представлена самим ОУ с аналоговыми измерительными и исполнительными устройствами, управляющей ЭВМ, таймером Т, обеспечивающим тактирование процессов с интервалом Т, и устройствами аналогового ввода-вывода. При рассмотрении пренебрежем эффектом квантования сигналов по уровню и различием между аналоговыми и цифровыми сигналами, принимая во внимание, что способ кодирования информации не влияет на информационное содержание сигналов. Работа цифровых систем управления аналоговыми процессами с цифровыми измерительными и исполнительными устройствами, инкриментными датчиками и иными типами цифровых устройств может рассматриваться по той же схеме и приводит к идентичной математической модели.

Рис. 1.3.

Рис. 1.4.

Функциональная схема содержит АЦП, входным сигналом которого является непрерывный сигнал y(t) (точка А), а выходным кусочно-постоянный сигнал ?(t) = y(kT) (точка В), который поступает на вход следующего блока - входного регистра ВхР. Выходом последнего служит шина управляющей ЭВМ (точка С), на которой в моменты ввода информации t = kT появляется импульсный сигнал y(kT). Таким образом, первые два блока системы преобразуют непрерывный сигнал y(t) в квантованный по времени дискретный сигнал y(kT), т. е. представляют собой квантователь, при этом эффект квантования вызван периодическими обращениями ЭВМ к входному регистру.

Дискретный сигнал y(kT) поступает в процессор ЭВМ, где производится расчет текущих значений управляющего воздействия. В идеальном случае на выходе ЭВМ (точка D) мгновенно формируется дискретный сигнал u'(kT). С учетом запаздывания - смещенная импульсная последовательность u'(kT-t), где t<Т, или, полагая для простоты t=Т, сигнал u'((k-1)T).

В моменты времени t = kT-t сигнал с выхода ЭВМ u'(kT-t) поступает на выходной регистр ВыР, который обеспечивает его сохранение в течение интервала Т. Тем самым обеспечивается преобразование импульсной последовательности в кусочно-непрерывный сигнал ы'(kT-t) (точка Е). Этот элемент схемы является фиксатором.

Цифроаналоговый преобразователь, как уже отмечалось, является пассивным элементом и поэтому сигнал на его выходе (точка F) по информационному содержанию совпадает с входным сигналом и является входным сигналом объекта управления.

Эквивалентная схема цифровой системы управления, соответствующая ее математической модели для случая линейного объекта управления, линейного регулятора и запаздывания t=Т приведена на рис. 1.5. В состав схемы входит ОУ с передаточной функцией W_o(p), цифровой регулятор с передаточной функцией K(z), квантователь К, элемент задержки l/z и экстраполятор Э. В общем случае модель может включать каналы задающих воздействий и обратные связи по различным переменным системы.

Рис. 1.5.

Особенности цифровых систем. Основной особенностью цифровой системы является способ обработки информации в регуляторе (управляющей ЭВМ), который предусматривает использование только арифметических операций и позволяет реализовывать алгебраические алгоритмы управления, включая рекуррентные процедуры решения разностных уравнений. При этом возможность непосредственной реализации динамических алгоритмов управления, записанных в виде дифференциальных либо интегральных уравнений, исключается, и подобные алгоритмы также должны быть приведены к рекуррентной форме.

Пример 1. Простейший пропорциональный алгоритм управления имеет вид:

u = Кe, e = y* - y.

Выражения содержат операции сложения и умножения и легко реализуются на ЭВМ (рис. 1.6, а).

Рис. 1.6.

Пример 2. Наиболее распространенным элементом динамических регуляторов является интегрирующее звено, описываемое дифференциальным уравнением

u'(t) = Ky(t), u(0) = u0.

В интегральной форме:

u(t) = u0 + К у(t) dt.

Численное интегрирование:

u(kT) = u0 + КTу(iT).

Для получения рекуррентной формы найдем значение u в момент времени (k+1)T:

u((k+1)T) = u0 + КTу(iT) = u(kT) +KT y(kT).

Выражение реализуется алгоритмом, приведенным на рис. 1.6, б.

Таким образом, цифровой способ обработки информации вызывает необходимость использования дискретных моделей регуляторов. Учитывая непрерывную природу большинства реальных управляемых процессов, модельная особенность цифровой системы заключается в том, что она является дискретно-непрерывной, и описывается как разностными, так и дифференциальными уравнениями. Сопряжение этих двух частей модели осуществляется с помощью квантователя и экстраполятора нулевого порядка, а также звена запаздывания для учета задержки обработки информации.

Указанные выше особенности моделей цифровых систем и их дискретно-непрерывная природа обусловливают основные трудности анализа и проектирования. В связи с этим нашли распространение два подхода к исследованию цифровых систем:

* с использование теории непрерывных систем;

* с использование теории дискретных систем.

Первый подход предусматривает построение непрерывного регулятора, и его последующую дискретизацию. Основной недостаток такого подхода заключается в наличии определенной методической ошибки при замене непрерывной функции y(t) кусочно-постоянной функцией, и не позволяет учесть эффекта запаздывания цифрового регулятора. Тем не менее, этот подход получил широкое распространение ввиду его простоты и возможности достижения хорошего качества процессов при использовании быстродействующих вычислительных устройств с малым значением интервала квантования Т.

Второй подход предполагает дискретизацию самого объекта управления, а затем синтез дискретного регулятора. Можно считать его более перспективным, хотя и несколько более сложным.

2. ЭВМ в контурах систем управления

Универсальность цифровых вычислительных машин как средства решения самых разнообразных задач, огромные объемы информации, перерабатываемые и хранимые в ЭВМ, мощные алгоритмические возможности сделали ЭВМ эффективным средством решения современных задач управления.

В современной теории и практике управления динамическими системами используются электронно-вычислительные машины (ЭВМ) различных типов, отличающиеся принципом действия, составом элементной базы, возможностями использования в системах управления.

ЭВМ общего назначения. Это такая архитектура вычислительных средств и программного обеспечения, которая позволяет единообразно решать большинство возникающих технических задач, включая задачи сопряжения с ЭВМ широкой номенклатуры внешних устройств и датчиков.

Использование ЭВМ общего назначения упрощает и ускоряет процесс разработки стандартного проекта в области автоматизации, однако конечное решение обычно не является оптимальным. ЭВМ общего назначения включает в себя стандартный набор компонентов:

- Центральный процессор (один или несколько) и арифметический сопроцессор.

- Быстродействующее запоминающее устройство.

- Внешние накопительные устройства различной природы.

- Мультимедийные (графическое и звуковое) устройства.

- Терминал пользователя (дисплей, клавиатура, мышь и т.п.).

- Средства сетевой поддержки.

- Возможность подключения дополнительных интерфейсных устройств, в том числе, и в виде контроллеров, присоединяемых к шине ЭВМ.

- Возможность установки разнообразного программного обеспечения.

Последние два свойства чрезвычайно важны, так как соответствуют открытости архитектуры такой ЭВМ. Именно открытость архитектуры PC совместимых компьютеров в 80-е годы 20 века сыграла решительную роль в повсеместном распространении этой техники. Свойство открытости архитектуры является непременным условием универсальности при широком применении.

На сегодняшний день этим требованиям в основном удовлетворяют персональные РС-совместимые компьютеры и контроллеры на базе их архитектуры. На такой базе строят системы автоматики, если к ним не предъявляются повышенные требования. Часто ПК используют на начальном этапе проектирования системы, когда требуется ускоренно получить работоспособную версию системы, необходимую для дальнейшей разработки. Обычно таким разработкам присущи следующие характерные недостатки:

- невысокая надежность, как аппаратной, так и программной части;

- узкий температурный диапазон, особенно в сторону отрицательных температур;

- низкое качество исполнения материнских плат и плат контроллеров;

- повышенный уровень помех и пульсаций по шинам питания.

Тем не менее, ПК с успехом используются в качестве интеллектуальных измерительных приборов. Например, осциллограф на базе ПК позволяет, помимо удобного и наглядного отображения процессов, вести их запись на диск для протоколирования и передавать по сети обобщающую информацию для диспетчерского управления более высокого уровня.

Специализированные ЭВМ и вычислительные комплексы. Это ЭВМ, имеющие функциональные возможности и конструктивные особенности, позволяющие использовать их для эффективного решения ограниченного класса задач в определённых условиях окружающей среды. Отличия от ЭВМ общего назначения могут быть разнообразными, например, процессор со специальной системой команд. Типичный пример - процессоры цифровой обработки сигналов (DSP), эффективные в задачах цифровой фильтрации в составе комплекса обработки данных ультразвуковой локации.

Вычислительный комплекс (ВК) - это комплекс средств ВТ, решающий прикладную задачу. В ВК могут входить разнородные компоненты. Обычно приходится применять специализированные или проблемно-ориентированные вычислительные средства для оптимизации окончательного решения при проектировании систем автоматического управления.

Управляющие ЭВМ (УВМ), управляющие ВК (УВК) и промышленные ПК. УВМ и УВК характеризуются набором возможностей работы в режиме реального времени. Эти возможности касаются как подсистемы ввода-вывода, так и свойств операционной системы. Также следует отметить возможности обнаружения сбоев и быстрого восстановления после них. Промышленные (индустриальные) ПК - это специально спроектированные ПК, совместимые со стандартными архитектурно и программно, но отличающиеся конструктивным исполнением. Цель - повышение надёжности, помехозащищённости и расширения диапазона параметров окружающей среды нормального функционирования (температурный диапазон и т.п.). Преимущество таких ПК - возможность отладки программного обеспечения на обычных ПК.

Рабочие станции. Обычно это персональные компьютеры, находящиеся на рабочих местах сотрудников, решающих конкретную задачу с помощью ЭВМ. Поэтому рабочие станции оборудованы всеми необходимыми устройствами ввода-вывода. Обычно рабочие станции входят в сеть, в которой также имеются мощные серверы, поставляющие информационные ресурсы и необходимое сетевое программное обеспечение, хранение которого на рабочих станциях нецелесообразно. Рабочие станции не предназначены для работы в реальном времени и используются на диспетчерском уровне и на рабочих местах разработчиков.

Управление системами на базе ЭВМ. Использование ЭВМ в контуре управления динамическими автоматическими системами связано с решением ряда проблем, вытекающих из особенностей ЭВМ как дискретной системы. В САУ с ЭВМ необходимо решать вопросы связи ЭВМ с объектом управления и работы ЭВМ в реальном масштабе времени, в ритме работы объекта управления. Связь ЭВМ с объектами управления усложняется при использовании цифровых машин для управления непрерывными автоматическими системами.

ЭВМ в системе автоматического управления осуществляет обработку информации о состоянии объекта, обеспечивает программное и оптимальное управление объектом. На рис. 2.1 приведен пример схемы автоматического управления технологическим процессом на базе ЭВМ.

Рис. 2.1.

Вся совокупность устройств, подсоединенная к интерфейсу Б, образует систему связи ЭВМ с объектом. Состояние объекта характеризует информация, поступающая от датчиков физических величин (ДФВ). Эта информация после преобразования в соответствующих звеньях системы связи с объектом поступает в ЭВМ и составляет поток измерительной информации. От ЭВМ на входы исполнительных устройств (ИУ), приводящих объект в требуемое состояние, поступает поток управляющей информации в виде цифровых или аналоговых сигналов. Управляющая информация с каналов ввода-вывода (КВВВ) поступает в коммутатор цифровых управляющих сигналов (КЦУС), с которого передается либо непосредственно на исполнительные устройства дискретного типа, либо в цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) для преобразования и последующей передачи на входы аналоговых исполнительных устройств.

К интерфейсу А вместе с каналами ввода-вывода подключен блок внешних прерываний (ВВП) процессора (П) и устройство текущего времени (УТВ). ВВП по сигналам от датчиков прерывания (ДП), связанных с объектом управления, и сигналам от УТВ формирует различные циклы обработки информации и управления объектом.

Коммутатор аналоговых сигналов (КАС) и коммутатор цифровых сигналов (КЦС), связанный с устройством приема цифровой информации (УПЦИ), составляют входной коммутатор системы управления, который осуществляет раздельное во времени подключение датчиков. Коммутатор цифровых управляющих сигналов (КЦУС) является выходным коммутатором, осуществляющим раздельное во времени подключение входов исполнительных устройств.

Исполнительные устройства используют либо аналоговые сигналы, либо дискретные, причем длительность дискретных сигналов обычно значительно превышает длительность сигналов управляющей информации. В связи с этим система связи ЭВМ с объектом управления должна содержать технические средства, запоминающие управляющую дискретную информацию до замены ее новой информацией или формирующие управляющие воздействия, воспринимаемые входами исполнительных устройств.

Связь ЭВМ с объектом в системе автоматического управления может быть синхронной, асинхронной и комбинированной.

При синхронной связи процесс управления с помощью тактовых сигналов устройства текущего времени (УТВ) разбивается на циклы одинаковой продолжительности. Каждый цикл начинается с появлением тактового сигнала на входе блока прерывания. Вначале цикла осуществляется последовательный опрос датчиков, контролирующих состояние объекта управления. Сигналы датчиков преобразуются в форму, необходимую для ввода этих сигналов в ЭВМ. Поступившая в ЭВМ информация обрабатывается, и формируются управляющие воздействия на объект, которые после соответствующего преобразования в системе связи ЭВМ с объектом передаются на исполнительные устройства. Затем ЭВМ либо останавливается, либо выполняет другие программы, не связанные с системой автоматического управления. Выполнение этих программ прерывается следующим тактовым сигналом УТВ. Управляющие воздействия, сформированные в начале цикла, остаются неизменными в течение всего цикла.

При асинхронной связи с объектом ЭВМ реагирует на сигналы прерывания, поступающие от датчиков прерывания, непосредственно связанных с объектом. Каждому сигналу прерывания соответствует переход ЭВМ к выполнению соответствующей программы, определяемой характером прерывания. Сигналы прерывания отрабатываются ЭВМ с учетом уровня приоритета.

При комбинированной связи ЭВМ с объектом управление осуществляется как по тактовым сигналам УТВ, так и по сигналам прерывания, например по сигналам аварийного режима объекта управления.

В ряде случаев целесообразно использовать прямое цифровое управление объектом на базе ЭВМ. В этих случаях ЭВМ выполняет функции регулятора контура управления. Датчик заданных значений величин, сложение задающих сигналов, сигналов обратных связей и регулятора реализуются в виде программных алгоритмов, а устройство сбора и регистрации переменных состояния и выдачи управляющих воздействий - в виде программируемого функционального устройства. Алгоритмы прямого цифрового управления могут быть построены подобно алгоритмам аналогового регулирования.

Существенно расширяются возможности управления в системах, функционирующих на базе микро-ЭВМ. Здесь становится возможным использовать все преимущества микропрограммирования, позволяющего реализовать набор машинных команд стандартных ЭВМ, а также специальные наборы команд для определенных областей управления. Кроме того, можно реализовать конструкции языка программирования высокого уровня, ядро операционной системы реального времени, диагностические функции для быстрого обнаружения ошибок и сбоев. Возможность распараллеливания на микропрограммном уровне отдельных элементарных операций позволяет значительно повысить быстродействие исполнения алгоритмов.

3. Системы управления предприятием

Основные понятия. Уточним некоторые терминологические определения, применяемые в теории систем управления предприятиями и организациями.

Информация - сведения об окружающем мире (объектах, явлениях, событиях, процессах и т.п.). Информация позволяет:

-осуществлять контроль состояния организации, ее подразделений и процессов в них;

-определять стратегические, тактические и оперативные цели и задачи организации;

-принимать обоснованные и своевременные решения;

-координировать действия подразделений в достижении целей.

Данные - в широком смысле: первичная информация (результаты наблюдений, измерений) по какому-либо направлению (объекту, процессу, событиям); в узком смысле: обработанная (систематизированная) информация в зависимости от изменения каких-либо факторов.

Документ - информационное сообщение в бумажной, звуковой, электронной или иной форме, оформленное по определенным правилам.

Документооборот - система создания, интерпретации, передачи, приема, архивирования документов, а также контроля над их исполнением и защиты от несанкционированного доступа.

Экономическая информация - совокупность сведений о социально-экономических процессах, служащих для управления этими процессами и коллективами людей в производственной и непроизводственной сфере.

Информационная технология - система методов и способов сбора, передачи, накопления, обработки, хранения, представления и использования информации.

Информационная система (ИС) - информационный контур вместе со средствами сбора, передачи, обработки и хранения информации.

Информационные ресурсы - весь объем информации в информационной системе.

Уровни систем управления. Обычно в системах управления выделяют три уровня: стратегический, тактический и оперативный. На каждом из этих уровней управления имеются свои задачи, при решении которых возникает потребность в соответствующих данных, получить которые можно путем запросов в информационную систему. Информационные технологии позволяют обработать запросы и, используя имеющуюся информацию, сформировать ответ на эти запросы. Таким образом, на каждом уровне управления появляется информация, служащая основой для принятия соответствующих решений.

Информационный продукт. В результате применения информационных технологий к информационным ресурсам создается новая информация или информация в новой форме. Эта продукция информационной системы называется информационными продуктами и услугами.

Информационный продукт или услуга - специфическая услуга, когда некоторое информационное содержание в виде совокупности данных, сформированных производителем для распространения в вещественной и невещественной форме, предоставляется в пользование потребителю.

Информационные системы. В настоящее время бытует мнение об информационной системе как о системе, реализованной с помощью компьютерной техники. Это не так. Как и информационные технологии, информационные системы могут функционировать с применением технических средств, и без такого применения. Это вопрос экономической целесообразности.

Преимущества неавтоматизированных (бумажных) систем:

- простота внедрения уже существующих решений;

- просты для понимания, для их освоения требуется минимум тренировки;

- не требуются технические навыки;

- гибкие и способные к адаптации для соответствия деловым процессам.

В автоматизированной ИС появляется возможность целостно и комплексно представить все, что происходит с организацией, поскольку все экономические факторы и ресурсы отображаются в единой информационной форме в виде данных.

Корпоративную ИС обычно рассматривают как некоторую совокупность частных решений и компонентов их реализации, в числе которых:

-единая база хранения информации;

-совокупность прикладных систем, созданных по разным технологиям.

Информационная система компании должна:

-позволять накапливать определенный опыт и знания, обобщать их в виде формализованных процедур и алгоритмов решения;

-постоянно совершенствоваться и развиваться;

-адаптироваться к изменениям внешней среды и новым потребностям организации;

-соответствовать насущным требованиям человека, его опыту, знаниям, психологии.

Информационная система управления предприятием (ИСУП) - это операционная среда, которая способна предоставить менеджерам и специалистам актуальную и достоверную информацию обо всех бизнес-процессах предприятия, необходимую для планирования операций, их выполнения, регистрации и анализа. Это система, несущая в себе описание полного рыночного цикла - от планирования бизнеса до анализа результатов деятельности предприятия.

Задачи ИСУП. Управление предприятиями в современных условиях требует все большей оперативности. Поэтому использование информационных систем управления предприятием является одним из важнейших рычагов развития бизнеса.

Частные задачи, решаемые ИСУП, во многом определяются областью деятельности, структурой и другими особенностями конкретных предприятий. Примерный перечень задач, которые должна решать ИСУП на различных уровнях управления предприятием и для различных его служб, к настоящему времени можно считать общепризнанным. Он приведен в табл.1.

Таблица 1. Основные задачи ИСУП

Уровни и службы управления	Решаемые задачи
Руководство предприятия	обеспечение достоверной информацией о финансовом состоянии компании на текущий момент и подготовка прогноза на будущее; обеспечение контроля работы служб предприятия; обеспечение четкой координации работ и ресурсов; предоставление оперативной информации о негативных тенденциях, их причинах и возможных мерах по исправлению ситуации; формирование полного представления о себестоимости конечного продукта (услуги) по компонентам затрат
Финансово-бухгалтерские службы	полный контроль движения средств; реализация необходимой менеджменту учетной политики; оперативное определение дебиторской и кредиторской задолженностей; контроль выполнения договоров, смет и планов; контроль финансовой дисциплины; отслеживание движения товарно-материальных потоков; получение полного набора документов финансовой отчетности
Управление производством	контроль выполнения производственных заказов; контроль состояния производственных мощностей; контроль технологической дисциплины; ведение документов для сопровождения производственных заказов (заборные карты, маршрутные карты); оперативное определение фактической себестоимости производственных заказов
Службы маркетинга	контроль продвижения новых товаров на рынок; анализ рынка сбыта с целью его расширения; ведение статистики продаж; информационная поддержка политики цен и скидок; использование базы стандартных писем для рассылки; контроль выполнения поставок заказчику в нужные сроки при оптимизации затрат на транспортировку
Службы сбыта и снабжения	ведение баз данных товаров, продукции, услуг; планирование сроков поставки и затрат на транспортировку; оптимизация транспортных маршрутов и способов транспортировки;- компьютерное ведение контрактов
Службы складского учета	управление многозвенной структурой складов; оперативный поиск товара (продукции) по складам; оптимальное размещение на складах с учетом условий хранения; управление поступлениями с учетом контроля качества; инвентаризация

Контроллинг - это информационно-аналитическая поддержка принятия решений. В свою очередь, информационные системы управления являются компьютерной поддержкой контроллинга. Контроллинг является основным поставщиком информации для управления предприятием. Цель информационной поддержки контроллинга - обеспечить руководство информацией о текущем состоянии дел предприятия и спрогнозировать последствия изменений внутренней или внешней среды. Основные задачи контроллинга представлены в табл.2.

Таблица 2. Основные задачи контроллинга

Виды контроллинга	Основные решаемые задачи
Контроллинг в системе управления	Стратегический контроллинг - обеспечение продолжительного успешного функционирования организации. Оперативный контроллинг - обеспечение методической, информационной и инструментальной поддержки специалистов предприятия
Финансовый контроллинг	Поддержание рентабельности и обеспечение ликвидности предприятия
Контроллинг на производстве	Информационное обеспечение процессов производства и управления
Контроллинг маркетинга	Информационная поддержка эффективного менеджмента по удовлетворению потребностей клиентов
Контроллинг обеспечения ресурсами	Информационное обеспечение приобретения производственных ресурсов, анализ закупаемых ресурсов, расчет эффективности работы отдела снабжения
Контроллинг в области логистики	Текущий контроль экономичности процессов складирования и транспортировки материальных ресурсов

Задачи ИСУП, решаемые для каждого уровня управления и службы предприятия, во многом соответствуют задачам, решаемым контроллингом в той или иной сфере деятельности предприятия (а именно, контроллингом в системе управления, финансовым контроллингом и т.д.).

Если рассматривать структуру ИСУП, то можно выделить 5 основных модулей, которые присутствуют в каждой информационной системе. Это финансово-экономическое управление, бухгалтерия и кадры, склад, производство, торговля (сбыт).

Перспективы развития ИСУП и контроллинга. На основе анализа тенденций развития российского рынка программного обеспечения для автоматизации процесса управления предприятиями можно сделать вывод о его динамичном развитии и усложнении круга задач, требующих автоматизации. Вначале руководители российских предприятий чаще всего ставили простейшие задачи, в частности, задачу автоматизации процесса работы бухгалтерии. С развитием компаний, усложнением бизнес-процессов возникала потребность не только в бухгалтерском учете, но и в управлении материально-техническим снабжением, работой с дебиторами и кредиторами, и многими другими видами деятельности, направленными на решение задач, которые ставит перед предприятием внутренняя и внешняя среда. Для удовлетворения этих потребностей стали использовать корпоративные информационные системы управления - решения, охватывающие деятельность всего предприятия.

Рынок ИСУП. В настоящее время на рынке представлено большое количество типовых ИСУП - от локальных (стоимостью до 50 тыс. долл. США) до крупных интегрированных (стоимостью от 500 тыс. долл. США и выше). Типовые решения этих ИСУП «привязываются» фирмами - поставщиками к условиям конкретных предприятий. Основная часть ИСУП разрабатывается не на основе типовых решений, а в единичном экземпляре для каждого отдельного предприятия. Это делается соответствующими подразделениями предприятий с целью наиболее полного учета особенностей конкретных предприятий.

Приведем описание основных типовых ИСУП.

Локальные системы. Предназначены для автоматизации деятельности по одному - двум направлениям. Стоимость в пределах от нескольких тысяч до десятков тысяч долларов США.

Финансово-управленческие системы. Обладают большими функциональными возможностями по сравнению с локальными. Однако их отличительная черта - отсутствие модулей, посвященных производственным процессам. И если в первой категории представлены только российские системы, то здесь соотношение российского и западного продуктов примерно равное. Сроки внедрения таких систем могут доходить до года, стоимость от 50 до 200 тыс. долл. США.

Средние интегрированные системы. Предназначены для управления производственным предприятием и интегрированного планирования производственного процесса, характеризуются наличием специализированных функций. Такие системы наиболее конкурентоспособны на отечественном рынке в своей области специализации с крупными западными системами, при этом их стоимость существенно (на порядок и более) ниже, чем крупных.

Крупные интегрированные системы. Наиболее функционально развитые, сложные и дорогие системы, в которых реализуются международные стандарты управления. Сроки внедрения подобных систем с учетом автоматизации управления производством могут составлять несколько лет, стоимость в пределах от сотен тысяч до десятков миллионов долларов. Системы предназначены в первую очередь для повышения эффективности управления крупными предприятиями и корпорациями.

Конструкторы - комплекс программных средств или специализированная среда программирования для относительно быстрого создания деловых приложений. Опираются на лежащий в основе конструктора вариант методологии и технологии функционирования.

Специализированные решения - предназначены для получения корпоративной консолидированной отчетности, планирования, бюджетирования, оперативного анализа данных для поддержки принятия решений.

ИСУП в решении задач контроллинга. ИСУП в решении задач контроллинга играют важную роль. С целью информационной поддержки контроллинга специальный модуль «Контроллинг» должен быть включен в состав ИСУП. Это необходимо для того, чтобы система обеспечивала не только компьютерную поддержку контроллинга, предоставляла менеджерам и специалистам актуальную и достоверную информацию обо всех бизнес-процессах предприятия, необходимую для планирования операций, их выполнения, регистрации и анализа. Но и стала бы системой, несущей в себе информацию о полном рыночном цикле - от планирования бизнеса до анализа результатов деятельности предприятия.

Программный комплекс «М-3», разработанный компанией "Клиент - серверные - технологии", позиционируется уже не просто как система управления предприятием, а продукт, формирующий среду принятия решения. В комплексе "М-3" происходит смещение акцентов: от регистрационной системы к структуре, позволяющей реализовывать прогнозирование на основе профессионального анализа. Основой для этого служит реализация механизма контроллинга, предполагающая создание инструмента для принятия оперативных решений в финансовой, производственной и иных областях деятельности предприятий.

4. Обеспечение работы систем управления

По характеру функционального назначения в СУ выделяется две части - обеспечивающая и функциональная. Обеспечивающая часть СУ представляет собой совокупность подсистем: технического, информационного, математического, программного, лингвистического, организационного и правового обеспечения. В целом обеспечивающая часть является комплексом методов и средств, инвариантным по отношению к объекту управления, и призвана обеспечивать автоматизацию обработки информации.

Функциональная часть СУ представляет собой комплекс административных, организационных и экономико-математических методов и средств, предназначенных для автоматизации процессов принятия решений и выработки управляющих воздействий на объект управления. Состав подсистем функциональной части определяется характером объекта управления и характером задач, решаемых в СУ. Сложность и многокритериальность решаемых задач требуют формировать состав подсистем функциональной части по функциям управления, обеспечивая в каждой подсистеме реализацию всех общих фаз управления -- планирование, учет, контроль, анализ и регулирование. Такой подход позволяет разрабатывать алгоритмы функционирования подсистем в соответствующей фазе управления по единой методике для всех функций управления.

Каждая функциональная подсистема характеризуется своей информационной моделью, своими экономико-математическими моделями, методами и алгоритмами решения задач управления. Название функциональных подсистем обычно отражает круг задач управления, решаемых в подсистеме, например подсистемы: управления технической подготовкой производства; технико-экономического планирования; управления материально-техническим обеспечением; бухгалтерского учета и отчетности.

Техническое обеспечение СУ (ТО СУ) - комплекс технических средств (КТС), используемых для функционирования системы управления.

В соответствии со схемой обработки информации при автоматизированном управлении КТС включает в себя следующие средства: сбора и регистрации информации; передачи информации; преобразования информации с целью ввода в ЭВМ; обработки информации; отображения информации с целью использования для выработки управляющих воздействий. Каждая из указанных групп имеет свой набор технических средств. Для сбора и регистрации информации широко используются датчики и регистраторы производства, для передачи - устройства и каналы связи. Преобразование информации для ввода в ЭВМ осуществляется на устройствах подготовки данных. Важнейший элемент КТС -- электронно-вычислительные машины, в которых осуществляется обработка информации по заданным алгоритмам, разрабатываемым в соответствии с характером задач управления. Современные системы имеют широкую номенклатуру средств отображения информации, в число которых входят графические и текстовые дисплеи, графопостроители, печатающие устройства, экранные пульты и т. п.

Информационное обеспечение СУ (ИО СУ) -- совокупность реализованных решений по объемам, размещению и формам, организации информации, циркулирующей в СУ. Основными составляющими подсистемы информационного обеспечения являются унифицированная система документации, машинные массивы информации, система классификации и кодирования.

Унифицированная система документации представляет собой комплекс взаимосвязанных документов, отвечающий единым правилам и требованиям, вытекающим из необходимости машинной обработки информации. Эта документация содержит информацию, необходимую для решения задач на базе ЭВМ и экономико-математических методов, и составляет основу внемашинной информационной базы.

Машинные массивы информации содержат необходимые исходные и справочные данные, а также нормативные данные для решения задач СУ и составляют основу внутримашинной информационной базы.

Системы классификации и кодирования - важнейшая составная часть методов и средств, связывающая документы и машинные массивы. На базе систем классификации и кодирования создается информационно-поисковый аппарат.

В целом информационное обеспечение объединяет данные в различных формах, средства формализованного описания данных, программные средства обработки данных, организационные принципы создания и ведения информационных массивов. Средства формализованного описания данных позволяют идентифицировать данные в информационных массивах и организовать эффективный доступ к ним.

Программные средства обработки данных предназначены для контроля информации, вводимой в ЭВМ, ее хранения и накопления, внесения требуемых изменений в базу данных.

Организационные принципы создания и ведения внутримашинной информационной базы содержат методы и способы организации, хранения, изменения информационных массивов и доступа к ним.

Подсистема информационного обеспечения призвана накапливать, обновлять и хранить всю информацию, необходимую для решения задач в СУ, и выдавать ее по запросам пользователей системы. Это определяет основные требования к подсистеме: достаточно полное отображение состояния объекта в любой момент времени; простой и быстрый доступ к информационной базе; высокая эффективность методов и средств сбора, хранения, обновления, поиска и выдачи информации; возможность развития информационной базы за счет ее расширения и совершенствования методов обработки информации.

Огромные объемы информации, перерабатываемые в современных СУ, требование коллективного характера внутримашинной информационной базы, пригодной для разнообразного применения в пределах решаемых задач, требование независимости информационной базы от прикладных программ пользователей привели к созданию и развитию информационного обеспечения на основе автоматизированных банков данных (АБД). АБД можно определить как совокупность базы данных (БД) и системы управления базой данных (СУБД). БД представляет собой совокупность взаимосвязанных, хранящихся вместе данных, организованных так, что обеспечивается минимальная избыточность данных, возможность организации разнообразных структур, независимость организации данных от прикладных программ. СУБД -- это программно-логический аппарат, организованный как пакет прикладных программ, предназначенный для эффективного управления базами данных. Организация внутримашинной информационной базы на основе банков данных -- наиболее прогрессивная форма создания и развития информационного обеспечения СУ.

Важной составной частью информационного обеспечения является нормативная база АСУ, содержащая нормативно-справочную информацию в виде норм, нормативов, условно-постоянных справочных и учетных показателей. Нормативная база организуется в виде документов и машинных носителей.

Математическое обеспечение СУ (МО АСУ) - совокупность математических моделей, методов и алгоритмов обработки информации в автоматизированной системе управления.

Важнейшей составляющей подсистемы математического обеспечения являются математические модели процессов и объектов управления. Характер моделей определяется характером решаемых задач управления. Формально в большинстве случаев модель конструируется в виде целевой функции и системы ограничений. Решение задачи в таких случаях сводится к поиску экстремума целевой функции при соблюдении ограничений.

Аналитические детерминированные модели в составе математического обеспечения СУ в большинстве случаев не могут отражать сложности решаемых задач. Более реальными являются комбинированные модели и комбинированные методы моделирования, основанные на одновременном использовании двух критериев выбора решений - формализованного и эвристического.

Экономико-математические модели производственных объектов могут строиться на основе производственных функций, которые представляют собой функциональные зависимости между различными факторами системы управления, определяемые статистическими или корреляционными методами.

Сложность задач управления в СУ заключается в том, что далеко не все факторы, влияющие на объекты и процессы управления, могут быть описаны количественно. Поэтому наиболее типичными задачами являются такие, для которых характерна постановка и решение в условиях неполной информации. В этом смысле значение имеют методы решения, основанные на принципах стохастического программирования.

Программное обеспечение (ПО) - совокупность программ для реализации задач АСУ с помощью комплекса технических средств. ПО АСУ состоит из двух частей:

1) общего программного обеспечения, ориентированного на пользователей для организации вычислительного процесса и решения часто встречающихся задач обработки информации;

2) специального программного обеспечения - комплекс программ для реализации функций конкретной системы управления.

Общее программное обеспечение является универсальным и не зависит от области применения ЭВМ. Составляющими общего ПО являются комплексы программ: технического обслуживания вычислительной системы; системы автоматизации программирования; системный диспетчер; библиотека стандартных программ и подпрограмм общего назначения и т.п.

Специальное ПО формируется в виде совокупности пакетов прикладных программ, которые представляют собой комплексы взаимосвязанных программ, предназначенные для реализации конкретной функции СУ и настраиваемые при конкретном применении.

Лингвистическое обеспечение СУ - совокупность языковых средств для формализации естественного языка, построения и сочетания информационных единиц при общении персонала СУ с ЭВМ. Необходимость использования нескольких языков программирования объясняется разнообразием задач, решаемых в СУ, и степенью приспособления того или иного языка к конкретной задаче. В этом смысле языки программирования можно разбить на три группы: 1) машинные (МЯ); 2) машинно-ориентированные (МОЯ); 3) проблемно-ориентированные (ПОЯ).

МЯ - это машинные коды. В состав МЯ входит перечень операций, свойственный конкретной ЭВМ, с их числовыми кодами. МЯ применяются в редких случаях - когда требуются программы высшего качества при минимальном времени их реализации.

МОЯ - группа языков, ориентированных на конкретный тип ЭВМ, содержат элементы автоматизации процесса распределения памяти ЭВМ, а часто используемые совокупности машинных команд объединены в макрокоманды, что повышает производительность программирования. Примером машинно-ориентированного языка является АССЕМБЛЕР, который использует набор макрокоманд функций операционной системы ЕС ЭВМ.

ПОЯ -- группа языков программирования, ориентированных не на ЭВМ, а на особенности решаемых задач. Для перевода ПОЯ на язык конкретной машины в составе программного обеспечения ЭВМ имеются трансляторы. В распоряжении пользователей ЭВМ есть несколько языков программирования высокого уровня, к которым относятся: ФОРТРАН, КОБОЛ, АЛГОЛ, РПГ, ПЛ/1 и др.

Кроме этого, в составе лингвистического обеспечения вычислительной системы содержатся информационные языки, используемые для обработки данных: запроса к базе данных; формирования различных логических отношений между элементами структур базы данных; передачи информации в базу данных; управления внешними устройствами. К числу таких языков относятся: языки описания данных для описания структуры и содержания базы данных; язык команд, используемый пользователем для взаимодействия с базой данных; язык управления внешними устройствами. Перечисленные информационные языки являются средствами СУБД - систем управления базами данных.

Математическое, программное и лингвистическое обеспечения СУ тесно увязаны между собой и часто рассматриваются как единая система программно-математического обеспечения. Роль этих подсистем весьма велика. Развитие СУ характеризуется непрерывным возрастанием удельной стоимости программно-математического обеспечения. В настоящее время средства программно-математического обеспечения оцениваются в 70 % и выше общей стоимости СУ.

5. Программное обеспечение систем управления

Структура программного обеспечения (ПО). Программное обеспечение является такой же неотъемлемой частью современной системы, как и аппаратное обеспечение.

Часть программного обеспечения - системное ПО, обычно поставляется фирмой и рассчитано на конкретную вычислительную платформу. Функционально близко к системному программному обеспечению находится специальное программное обеспечение, предназначенное не для автоматического управления, а для оперативного наблюдения за ходом процессов в системе, ведения архивов, отчётов, наглядного представления текущих параметров процессов, организации виртуальных измерительных приборов, дисплеев и т.п. Эти системы обычно не работают в жёстком реальном времени. Имеется достаточное количество таких готовых систем (Trace Mode, UltraLogik и др.). В целях обеспечения независимости от производителя, а также в целях повышения надёжности и проблемной ориентированности часто такие системы создают специально.

Другая часть программного обеспечения - драйверы устройств, должна быть результатом согласования фирм-разработчиков устройств и фирм-разработчиков системного ПО. Согласование достигается путём следования стандартам разработки драйверов.

Наконец, имеется ещё один тип программного обеспечения, предназначенного для решения либо конкретных вычислительных задач, или для управления специальными нестандартными устройствами. Это прикладное программное обеспечение вынужден создавать разработчик конкретной системы. При этом часто приходится использовать язык ассемблера, так как требуется высокое быстродействие и предсказуемость поведения программы.

Системное программное обеспечение. Возможность работы в реальном времени, обеспечение высокого уровня надежности при работе, поддержка стандартов на все виды интерфейсов - все эти требования позволяют выделить промышленные вычислительные системы в отдельный класс. Основное требование (помимо надёжности), предъявляемое к вычислительным системам данного класса, - это гарантированное время реакции на произошедшее событие. Из данного условия сразу можно выделить отличительные качества промышленных вычислительных систем:

- адаптация вычислительного блока к датчикам и периферийным устройствам;

- использование распространенных и проверенных промышленных стандартов;

- использование операционных систем реального времени (ОСРВ).

Операционные системы реального времени. Как и всякая другая операционная система, ОСРВ выполняет следующие основные функции, необходимые при использовании средств вычислительной техники в автоматике:

- обеспечение бесконфликтного взаимодействия параллельных задач с аппаратурой;

- бесконфликтное разделение ресурсов вычислительной системы (память, диски и т.п.);

- обеспечение надежной передачи данных между процессами в адресных пространствах;