8.2. Характеристика систем обработки данных. Обобщенная модель конвейерного производства

Практически все проблемы научно-технического характера, решаемые в ходе разработки АСУ, связаны с автоматизацией (частичной или полной) процессов сбора, преобразований и отображения информации (комплексная проблема АСОД). Использование вычислительной техники в сфере управления предполагает наличие эффективных алгоритмов и полной обеспеченности машин информацией, которая должна быть достоверной. Этим определяется необходимость формулировать цели и перечислять функции АСОД, что приведет в конечном итоге к выбору критериев оценки системы и построению аналитических моделей.

Цели АСОД могут быть сформулированы в следующем виде:

- дать аппаратуру управления к назначенным срокам и в установленном виде необходимую для принятия решений информацию, отвечающую предъявляемым требованиям точности и достоверности;

- обеспечить получение ответов на запросы стандартной и нестандартной формы, поступающие нерегулярно;

- обработать и передать управляемым объектам информацию о принятых решениях за время, не превышающее допустимые времена задержек;

- обработать и передать управляющему звену к назначенным срокам полученную от него дополнительную технико-экономическую информацию, характеризующую взаимоотношения с внешней средой.

Достижение таких целей становится возможным, если система выполняет определенные функции, к которым относятся:

- сбор первичной информации, предназначаемой для обработки;

- контроль входных данных и оценка их качества;

- взаимодействие с управляемыми объектами с целью устранения выявленных ошибок;

- подготовка данных к автоматизированной обработке;

- обработка данных по стандартным алгоритмам;

- формирование, обновление и хранение массивов данных;

- организация защиты информации, находящейся в системе;

- контроль выходных данных и представление их в видах и формах, удобных для использования в процессе принятия решений,

Проведение этих операций не связывается с какими- либо предположениями о характере данных, идущих в АСОД, способах их обработки и использования, специализации обслуживающего персонала и т. п.; этому способствует еще и то обстоятельство, что в состав АСОД не включаются источники информации, образующие самостоятельную систему. Принятие этого положения в качестве исходного расширяет возможности унификации принципов и методов построения систем типа АСОД, а в будущем - и самих таких систем. Здесь полезно отметить, что вопросы экономической политики, теории и организации управления в промышленности и т. п. не решаются непосредственно в АСОД, хотя являются, очевидно, основными при исследовании проблем создания АСУ в целом.

Проблемы организации обработки данных в АСУ можно изучить более детально, если рассмотреть функциональную схему АСОД, включающую пять подсистем: подсистему сбора информации (результатом ее работы должны явиться откорректированные и идентифицированные массивы первичной информации на машинных носителях);

подсистему хранения и структурных преобразований информации (она обеспечивает формирование производных массивов данных по запросу на служебном языке;

подсистему содержательной обработки информации (вычисление вторичных показателей);

подсистему представления информации (она выполняет все операции, связанные с интерпретацией запросов, сделанных на языке пользователя, передачей, команд на подготовку массивов данных к оформлению в виде документа или изображения на экране);

управляющую подсистему (она планирует и координирует работу АСОД как единого целого).

Каждая из названных подсистем включает технические средства, средства математического обеспечения и коллективы людей, объединенные технологией автоматизированной обработки данных. Здесь возникают проблемы организации собственно вычислительных процессов, хранения информации, оценки эффективности системы в целом и т. п., разделяемые условно на 3 категории:

организация взаимодействия человека и ЭВМ в ходе управления (технические, языковые, инженерно-психологические аспекты);

оптимальная организация процессов обработки данных, в том числе рациональное использование техники;

создание информационно-вычислительных систем коллективного пользования и банков данных.

Очевидно, далеко не все проблемы могут быть решены путем построения и анализа математических моделей АСОД, поскольку сами эти модели основываются, как правило, на каких-то исходных предпосылках, не являющихся объектами исследования.

Автоматизированная система обработки данных имеет двойственный характер: во взаимоотношениях с объектами управления она выступает как система с расписанием, во взаимоотношениях с управляющим звеном АСУ - как система массового обслуживания. Этим определяется выбор ее структурных схем и критериев эффективности, подлежащих исследованию.

Обращаясь к формулировке целей АСОД и учитывая, что реальная АСОД есть вероятностная система (желаемые характеристики ее "выхода" достигаются лишь с некоторой степенью вероятности), можно заключить: наиболее естественным критерием оценки качества работы АСОД является вероятность выполнения условий t≤T_з ε≥Е_з, γ≥Г_з, где t - время обработки данных; е - точность получаемых результатов; γ - надежность АСОД; T_з, Е_з, Г_з - заданные значения рассматриваемых параметов.

Аналитические модели АСОД только начинают разрабатываться, и исследования ведутся весьма приближенными методами, поэтому возникают трудности определения вероятностных характеристик системы. Появляется необходимость упрощений, что часто приводит к идеализации представлений о режимах функционирования АСОД, окружающей обстановке и т. д. Наиболее приемлемым в этом смысле оказывается предложение рассматривать режим "работа по расписанию" в качестве основного стационарного режима АСОД, на который накладываются случайные возмущения (сбои вычислительного процесса, внеочередные заявки и т. п.), неизбежно действующие на систему. Обработка основной массы данных, занимающая большую часть времени, производится именно в таком режиме.

Предложенный подход позволяет считать критерием качества системы (или реализуемого ею технологического процесса) полное время выполнения заданного объема работ и свести задачу ее анализа к задаче составления оптимальных по быстродействию расписаний. В гл. 9 и 10 будет показано, что эффективная организация технологического процесса дает возможность рационально организовать и саму систему (например, затратить минимум технических средств на достижение производственных целей). Это обстоятельство должно существенно повысить интерес к теории расписаний.

Рис. 8.2

Всякая техническая система является расчленимой в том смысле, что существуют средства (реальные или концептуальные) ее деления на части или подсистемы. Обычно можно указать несколько способов формирования подсистем, и каждому из них соответствует определенная структура исходной системы. Поскольку подобные действия не формализуемы и допускается известный произвол в выборе элементов структуры, имеет смысл связать выбор с характером и содержанием исследований системы, которые проводятся в том или ином конкретном случае (иначе может возникнуть необходимость изучения отношений, специфика которых не согласуется с конкретными задачами системного анализа).

В дальнейшем рассматривается типичная структура, представляющая АСОД в виде объединения участков, каждый из которых имеет несколько "каналов", выполняющих одинаковые функции, характерные для участка в целом (рис. 8.2). Этого оказывается достаточно для решения задач нормирования и оптимального планирования работ в системе, что создает основу исследования проблемы оперативного управления.

Процесс преобразований информации в системе, изображенной схематически на рис. 8.2, заключается в следующем: в некоторый момент времени на ее вход поступает пакет данных, сформированный с учетом программы их дальнейшей обработки. Чтобы приступить к реализации этой программы, необходимо своевременно передать на участок I дополнительную информацию, либо возникающую в результате деятельности других участков, либо хранящуюся в банке данных (стандарты, промежуточные показатели и т. п.). Если все эти условия выполнены, начинается операция 1, которая должна закончиться получением новой группы данных, идущих на участок 2, после чего вся ситуация повторяется применительно к участкам 2, 3 и последующим.

Попытки формального описания подобных процессов приводят к нелинейной оптимизационной задаче на отыскание условного минимакса, которая является по существу общей задачей теории расписаний. Трудности ее решения заключаются не только в отсутствии приемлемых формализмов, но и в чрезвычайно большом разнообразии ограничений (здесь можно назвать плановые сроки завершения отдельных работ, требования к порядку их выполнения, ожидаемую производительность оборудования и т. д.).

Анализ одной из главных проблем создания и совершенствования АСУ приводит, таким образом, к необходимости исследования структурной схемы, показанной на рис. 8.2, и связанных с ней задач составления расписаний. Эта схема и эти задачи имеют, очевидно, разнообразные интерпретации и приложения, так как большинство производственных систем представимо в виде совокупности взаимодействующих участков и нуждается в оптимальной организации работ независимо от их содержания. Следовательно, изучение общей задачи теории расписаний равнозначно изучению широкого класса систем с технологическим процессом, и все смысловые различия сводятся здесь к вопросу о том, что является организатором и регулятором процесса - сама система или внешний вычислительный комплекс. Если иметь в виду АСОД, то можно говорить о самоорганизации; если же рассматривать сборочный конвейер, то функции планирования его работы должна взять на себя соответствующая АСУ ТП.