Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. Анажз состояния проблемы проектирования подсистемы сбора и подготовки информации (пспи) и постановка задачи исследования IQ
1.1. Назначение, роль и место ПСПИ в процессе преобразования информации в АСОУ 10
1.2. Основные принципы организации ПСПИ и особенности функционирования при обработке экономической информации 15
1.3. Анализ и оценка тенденций развития технического обеспечения ПСПИ 19
1.4. Анализ существующих методов оценки эффективности и методов проектирования ПСПИ... 29
1.5. Постановка задачи исследования 34
1.6. Выводы 37
ГЛАВА 2. Разработка математической модели процесса функционирования ПСПИ 39
2.1. Определение требований к математической модели 39
2.2. Определение и выбор системы показателей качества функционирования ПСПИ 41
2.3. Построение математической модели ПСПИ 47
2.4. Выводы 55
ГЛАВА 3. Исследование факторов, влияющих на обобщенные показатели качества ПСПИ 5б
3.1. Статистические исследования вероятностных характеристик потоков входной информации в ПСПИ 56
3.2. Исследование пропускной способности человеко-машинных систем подготовки информации 60
3.3. Исследование степени автоматизации процесса подготовки информации 67
3.4. Исследование влияния характеристик эксплуатационной надежности на время сбора
и подготовки информации 71
3.5. Выводы 82
Глава 4. Разработка методики проектирования пспи и внедрение результатов исследования 84
4.1. Общие принципы и основные положения методики проектирования ПСПИ 84
4.2. Метод проектирования ПСПИ на этапе предварительного выбора технических средств и технологии подготовки информации 87
4.3. Метод проектирования ПСПИ на этапе приближенного количественного расчета 94
4.4. Метод проектирования ПСПИ на этапе уточненного количественного расчета 97
4.5. Разработка алгоритмов и программ для реализации методики на ЭВМ 103
4.6. Анализ основных результатов исследования и внедрение их в практику проектирования АСУ 105
4.7. Экономическая эффективность от внедрения результатов исследования в практику проектирования АСУ 112
4.8. Выводы 116
Заключение... 118
Литература 121
- Основные принципы организации ПСПИ и особенности функционирования при обработке экономической информации
- Определение и выбор системы показателей качества функционирования ПСПИ
- Исследование степени автоматизации процесса подготовки информации
- Метод проектирования ПСПИ на этапе приближенного количественного расчета
Введение к работе
В решениях ХХУІ съезда КПСС большое внимание уделяется развитию науки и ускорению технического прогресса. "Основные направления экономического и социального развития СССР на I98I-I985 годы и на период до 1990 года", принятые ХХУІ съездом КПСС, обязывают:
- повысить эффективность научных исследований, значительно сократить сроки внедрения достижений науки и техники в производство ;
- совершенствовать координацию деятельности научных учреждений, обеспечить опережающее развитие функциональных и повысить результативность прикладных исследований.
В материалах съезда указывается, что в области естественных и технических наук сосредоточить усилия на решение следующих важнейших проблем:
- совершенствование вычислительной техники ее элементной базы и математического обеспечения средств и систем сбора, передачи и обработки информации.
Одним из основных направлений повышения эффективности общественного производства является комплексная автоматизация управления, создание широкой сети автоматизированных систем управления (АСУ) различного.; назначения. Предпосылкой создания АСУ является формализация процесса управления и его отдельных функций, широкое использование экономико-математических методов, средств связи и вычислительной техники.
Различают два основных типа АСУ: автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУ ТП) в широком смысле этого слова и автоматизированные системы организационного управления (АСОУ). Автоматизированные системы организационного управления создаются как человеко-машинные системы, в которых оконча -6 тельное принятие решений и ответственность за их выполнение возлагаются на человека.
Материальной основой любой АСОУ является комплекс технических средств (КТС) и эффективное функционирование АСОУ в значительной степени зависит от того, насколько полно применяемые технические средства отвечают требованиям производственной структуры и информационной базы системы. В настоящее время еще не имеется достаточно полно разработанных теоретических методов проектирования как комплексов технических средств АСОУ в целом, так и его отдельных подсистем,, а практический опыт большинства разработчиков, как правило, еще Недостаточен.
Особенно заметно это сказывается при организации одной из наиболее важных и ответственных подсистем КГС - подсистемы сбора и подготовки информации (ПСПИ). Эта подсистема оказывает значительное влияние на процесс преобразования информации в АСОУ. Практика показывает, что трудоемкость процесса сбора и подготовки информации достигает до 70 % от общей трудоемкости обработки экономической информации, 80 % неправильных расчетов из-за некачественной первичной информации, 70 90 % времени обработки информации затрачивается на сбор и подготовку информации.
Однако, до настоящего времени основное внимание уделялось повышению быстродействия ЭВМ, как основному фактору повышения эффективности процесса обработки информации в АСОУ, хотя на этом этапе затрачивается 5-Ю % времени от общего времени обработки информации. Это обстоятельство обусловило значительное отставание темпов усовершенствования периферийного оборудования и способов сбора и подготовки информации от совершенствования самих ЭВМ.
Существующее несовершенство способов и методов сбора и подготовки информации приводят к необходимости разработки новых технических средств ПСПИ и разработки методов по рациональному выбору структуры и состава технических средств ПСПИ, определению методов контроля информации и оптимальной организации технологического процесса сбора и подготовки информации. Особенно остро эта проблема стоит в отраслевых автоматизированных системах управления (ОАСУ), где приходится в сжатые сроки подготавливать большие объемы экономической информации, поступающей на подготовку в виде первичных документов.
Решению этой проблемы посвящен ряд работ и публикаций. Однако, предлагаемые в них методы проектирования, в основном, ориентированы на конкретный тип технических средств, имеют ограниченные сферы применения, не учитывают ряд важных факторов, влияющих на процесс функционирования ІЇСІШ, требуют значительных затрат ручного труда и времени.
Целью настоящей работы является разработка методов проектирования подсистемы сбора и подготовки данных, а также апробация разработанного инструментария при создании автоматизированных систем организационного управления.
Предметом исследования данной работы является процесс принятия проектных решений по технико-организационному обеспечению подсистемы сбора и подготовки информации в АСОУ, объектом исследования являются качественные и количественные характеристики человеко-машинных структур, реализующих процессы сбора и подготовки информации.
Методология исследования базируется на результатах теории сложных систем, теории оптимизации, теории вероятностей и матема-. тической статистики, а также на работах советских и зарубежных ученых в области анализа и синтеза КТО АСОУ и автоматизации проектирования.
Научная новизна работы заключается в том, что впервые сфор-мурована и решена задача синтеза оптимальной ПСПИ в условиях неполной информации, проведено исследование закономерностей, определяющих пропускную способность человеко-машинных систем подго -8 товки данных при стохастичности скорости ввода информации и случайном характере процесса возникновения ошибок; получены корреляционные зависимости коэффициента, автоматизации ввода данных оператором от объема вводимой информации и форм первичных документов; разработаны методы и алгоритмы проектирования ПСПИ для каждого этапа создания АСОУ.
На основании результатов исследований разработан комплекс методов проектирования ПСПИ, который оформлен в виде инженерной методики. Практическое использование методики позволяет уже на стадии проектирования обеспечить требуемую эффективность и высокое качество функционирования подсистемы сбора и подготовки информации. Инженерная методика и конкретные рекомендации по проектированию позволяют сократить время и затраты на создание АСОУ.
Разработанная методика передана на сопровождение в централизованный фонд методических материалов ЦЕНТРПРОГРАШСИСТШа. Реализация работы заключается во внедрении результатов работы в практику проектирования АСУ. Результаты работы нашли свое отражение в отраслевом руководящем техническом материале Минприбора "АСУ. Методика проектирования комплексов технических средств. PTM25-2I2-76" и в ряде других методических материалов по проектированию КТС АСУ.
Результаты работы внедрены при разработке АСУ агропромышленным комплексом Латвийской ССР, АСУ Каунасским мясокомбинатом, Алитусским мясокомбинатом, Резекненским молочноконсервним комбинатом и рядом других объектов в Вильнюсском ПКБ АСУ. Кроме этого, результаты исследования были использованы при создании комплекса средств подготовки данных Р8І0 в Вильнюсском СКВ вычислительных машин и при реорганизации ПСПИ на ИВЦ производственного объединения "Сигма".
Результаты исследований могут быть использованы в работе со -9 ответствующих организаций (НИИ, ПКБ, ГПКЙ и пр.),специализирующихся на проектировании АСОУ различными объектами народного хозяйства страны. Кроме того, полученные результаты могут быть использованы в условиях действующих АСОУ для дальнейшего совершенствования и модернизации процесса сбора и подготовки информации.
Основные принципы организации ПСПИ и особенности функционирования при обработке экономической информации
Подсистема сбора и подготовки информации, обладая собственными техническими, программными и информационными ресурсами, является сложной системой,и поэтому для эффективного проектирования и функционирования подсистемы необходимо сформулировать принципы построения ПСПИ.
К основным принципам построения ПСПИ относятся следующие:
- принцип системного подхода, который заключается в проведе нии всестороннего системного анализа процесса сбора и подготовки информации, выявлении целей и критериев функционирования объекта, определении комплекса вопросов, решение которых позволит постро ить ПСПИудовлетворяющую целям и критериям функционирования КГС в целом; - принцип типизации проектных решений, который заключается
в использовании полученных ранее результатов и разработке проектных решений, которые можно было бы использовать и в других АСОУ, что позволит снизить трудоемкость разработки ПСПИ;
- принцип непрерывного развития, который заключается в том, чтобы технические ."средства, информационная база, математическое обеспечение и организационная структура подсистемы проектировались с учетом возможности использования относительно простой процедуры введения новых задач, решаемых ПСПИ;
- принцип адаптивности, который заключается в способности подсистемы осуществлять целенаправленное приспособление в процессе изменения структуры и функций КГС;
- принцип технологичности, который заключается в обеспечении непрерывного технологического процесса автоматизированной подготовки информации и получении результатов в заданные сроки с уста -16 новленным уровнем достоверности;
- принцип информационной совместимости, который заключается во взаимоувязанной совокупности форм обмена информацией между участками ПСПИ и другими подсистемами;
- принцип стабильности функционирования, который заключается в способности архитектуры ПСПИ и технологии работы приводить КТС лишь к кратковременным снижениям эффективности функционирования, а не к аварийной ситуации.
- принцип оптимальности, который заключается в использовании методов оптимизации при проектировании ПСПИ и обеспечивает выбор наиболее лучшего, в.некотором смысле, варианта структуры ПСПИ и технологического процесса сбора и подготовки информации.
Экономическая информация представляет собой информацию об общественных процессах производства, распределения, обмена и потребления материальных благ. Отображение экономических отношений и процессов общественного производства образует содержание экономической информации в отличие от других видов информации, используемых в системах управления.
Обработка экономической информации в АСОУ может осуществляться в пакетном режиме, режиме реального времени и режиме разделения времени.
Под режимом пакетной обработки информации подразумевается такой режим, при котором входные данные собираются в течение некоторого промежутка времени, после чего они совместно подвергаются обработке. Выдача результатов в этом случае регламентируется заранее определенным моментом времени. Результаты обработки данных, таким образом, содержат информацию за определенный промежуток времени [20, 21,. 22] .
Процесс сбора и подготовки экономической информации в пакетном режиме обработки складывается из процессов ее переработки на отдельных участках ПСПИ. Особенность экономической информации зак -17 лючается в том, что она носит дискретный характер и должна поступать на обработку в ЭВМ в виде сформированных массивов данных на машинных носителях информации. На каждом участке ШПЙ осуществляется обработка поступивших первичных документов. Обработанная информация на одном участке передается на другой с помощью курьера или посредством аппаратуры передачи данных по каналам связи. Кроме этого, несколько, участков обработки информации могут быть объединены (слиты) в один участок за счет совершенствования существующих и создания новых технических средств сбора и подготовки информации. Работа каждого участка ПСПИ характеризуется потоком информации, временем обработки поступившего объема информации, достоверностью обрабатываемой информации и затратами, связанными с переработкой информации. Различные участки обработки информации ПСПИ связываются в единый цикл схемой технологического процесса, который характеризуется типом выбранных технических средств и уровнем достоверности подготавливаемой информации.
Пакетный режим обработки данных используется в тех АСОУ, которые имеют достаточные ресурсы времени на решение задач, что позволяет проводить предварительный подбор пакетов данных различных задач и их последующее решение в пакете. В этом режиме невозможны оперативные ответы на запросы. К числу таких систем управления относится ряд отраслевых АСУ, локальные АСОУ небольшими промышленными предприятиями и АСОУ непромышленными объектами.
В последнее время, всвязи с развитием систем коллективного пользования и вычислительных сетей,большое распространение получают режим обработки данных в реальном масштабе времени и режим разделения времени. В таких системах ЭВМ получает запросы и по очереди (определяемой приоритетом) выдает информацию пользователям. Благодаря большой производительности ЭВМ (или сети ЭВМ) пользователи получают ответы на свои запросы практически сразу же или в течение, определенного интервала времени.
-18 Процесс сбора и подготовки больших объемов информации в этих режимах обработки информации по существу аналогичен процессу сбора и подготовки информации в пакетном режиме, однако требует более совершенных производительных технических средств, обеспечивающих ведение и поддержание в актуальном состоянии базы данных.
Определение и выбор системы показателей качества функционирования ПСПИ
При определении показателей качества функционирования ПСПИ следует иметь в виду, что выбираемые показатели должны носить обобщенный характер и иметь ясный практический смысл. Весьма распространенные единые "составные" показатели типа отношения "эффективности к стоимости", "надежности к стоимости" и т.д., как правило, лишены смысла и ведут к неоптимальным решениям I 48,50j .
Функционирование ПСПИ можно характеризовать целым рядом технических, эксплуатационных и потребительских параметров (порядка 25-30). Однако эти параметры не могут быть приняты в качестве частных показателей качества, так как они не отражают в явном виде качества ПСШ как функционального элемента системы и их число настолько велико, что выбор оптимального решения сильно затруднен [52J . Поэтому возникает задача выявления такой группы обобщенных показателей, которая с одной стороны, возможно более полно характеризовала бы качество ПСШ, функционирующей в составе КТС АСУ, а с другой стороны, была бы немногочисленной. Рассмотрим подробнее роль ПСШ, входящей в состав КТС АСУ. С точки зрения теории информации роль ПСШ заключается в переработке информации, поступающей в подсистему в качестве исходной. При этом ПСШ не создает никакой новой информации и общее количество информации не возрастает. В идеальном случае оно остается неизменной. В действительности, вследствие потерь времени и точности (достоверности) количество информации, содержащейся в выходных (подготовленных для ввода в ЭВМ) данных, как правило, меньше количества информации, содержащегося во входных данных. Таким образом,процесс преобразования информации в ПСШ есть всего лишь процесс ее перекодирования.
Рассмотрим, как изменяется количество информации в процессе ее преобразования с помощью технических средств, входящих в сое тав ПСІШ. Пусть на вход ПСШ подаются величины Х1 9Уі ,..Хп » а на выходе формируются величины и } угі ... ип . Тогда математическое ожидание количества информации в выходном сообщении будет равно Таким образом ПСІМ можно представить как некоторый преобразователь информации, в котором наряду с полезными процессами преобразования происходят побочные нежелательные процессы изменения точности (достоверности) информации и задержки ее во времени. Именно эти побочные процессы обычно вызывают потери эффективности обслуживаемой подсистемы.
На основании вышеизложенного в качестве основных показателей качества функционирования ПСШ целесообразнее всего использовать показатели времени и достоверности выполнения работ по преобразованию информации в ПСІМ. Оба этих показателя являются аргументами функции эффективности (целевой функции) КТС АСУ и системы управления в целом. Кроме того, оба показателя качества связаны функциональными зависимостями с большинством параметров ПСПИ и являются многомерными векторами в пространстве параметров ПСПИ.
Исследование степени автоматизации процесса подготовки информации
В последние годы, с целью повышения эффективности процесса подготовки данных, появилась целая группа устройств и комплексов подготовки, данных, осуществляющих ввод данных непосредственно с клавиатуры на магнитные носители информации (например ЕС-9002, ЕС-9003, СПД-9000, EC-9I50, P8I0 и др.).. Эти устройства подготовки данных обладают широкими возможностями автоматизации процедур ввода данных. Автоматизация процедур ввода осуществляется за счет: увеличения скорости заполнения неиспользуемых полей, увеличения скорости ввода постоянных данных, уменьшения времени занесения переменного числа левых незначащих нулей, автоматического дублирования целых полей, перехода, а также некоторых других функций, реализуемых автоматически для каждого конкретного документа с помощью соответствующей форматной программы Г.20,.21, 39, 68 J .
Поэтому в современных системах подготовки данных по сравнению, например,с перфорационной техникой за то же время появляется возможность ввода дополнительного объема, информации, т.е. время подготовки данных оператором соответственно может быть представлено выражениями:
где t - время подготовки данных оператором;
Q - количество информации, вводимой за время t ; Q0 - количество информациигвводимой оператором; А й - дополнительный объем информации, вводимой за время t благодаря наличию возможностей автоматизации процедур ввода и исправления ошибок; V - скорость ввода информации; /f - коэффициент автоматизации ввода данных
Таким образом, коэффициент автоматизации, исходя из выражений (3-20) и (3-21), может быть представлен в виде:
Исследование процесса подготовки данных проводилось в условиях функционирования АСУ на базе клавишно-дисковой системы подготовки данных Р 810.
Проведенные исследования конкретных первичных документов, функционирующих в условиях АСУ, с целью определения возможностей использования автоматизации процедур ввода данных показали, что разнообразие форм первичных документов требует классификации их с точки зрения объема и структуры. Поэтому целесообразно подразделение первичных документов на следующие три группы: однострочные, средне-строчные (от 2-х до 5-ти строк), многострочные (свыше 5-ти строк) [68] .
Проведенная классификация первичных документов позволила в статистическом смысле выявить значения КА для каждого из типов документов (табл. 3.1). Таблица 3.1. Значения коэффициента автоматизации ввода в зависимости от типа документов Тип документов
{Математичес-jМатематическое{Дисперсия коэф-jKoe ожиданиеjожидание коэф-{фициента автома-jобъема доку-}фициента авто-тизации jмента,симв. }матизации j і
Однострочные Среднестрочные Многострочные
Проведенный анализ возможности автоматизации ввода данных, исходя из структур конкретных документов, позволил выявить корреляционную зависимость между коэффициентом автоматизации и объемом вводимой информации:
С целью построения данной корреляционной зависимости были проанализированы около шестидесяти видов документов, поступающих на ВЦ предприятий агропромышленного комплекса и используемых для формирования с них массивов информации на машинных носителях. Для каждого из обследованных документов, заполненных реальными данными , был подсчитан их информационный объем ( Q ) и исходя из возможностей автоматизации конкретного типа СДД определена величина д U . Используя выражение (3-22), получено корреляционное поле соответствия между К и G (ем. Приложение 4). По координатам точек корреляционного поля методами статистического анализа I 69J, построена корреляционная зависимость (3-23). Очевидно, что погрешность этой зависимости определяется величиной её среднеквадратичного отклонения ( (Е ).
Графическое изображение этой зависимости приводится на рис. 3.4. Параметры корреляционной зависимости для системы Р 810 представлены в табл. 3.2.
Метод проектирования ПСПИ на этапе приближенного количественного расчета
При разработке технического проекта системы на данном этапе могут быть получены более точные исходные данные, такие как объемы входной информации, сроки подготовки данных, требования,предъявляемые к достоверности информации, тип и форма первичных документов и т.д. Наличие этих данных позволяет перейти к количественной оценке вариантов использования технических средств. Постановка задачи выбора технологического процесса и технических средств на этом этапе может быть сформулирована следующим образом: на основе полученных при разработке технического проекта уточненных исходных данных требуется так организовать технологический процесс и выбрать технические средства такого типа и в таком количестве, чтобы обеспечить подготовку информации в заданные сроки и с заданным уровнем достоверности.
Блок-схема алгоритма проектирования ПСПИ на стадии приближенного количественного расчета приведена на рис. 4.2.
Алгоритм предусматривает определение более точных объемов подготавливаемой информации, выбор методов контроля и расчет вероятности появления ошибки в выходной информации, а также выбор технологического процесса и количества технических средств сбора и подготовки данных.
Отличительной особенностью данного алгоритма от предыдущего является возможность уточнения количества средств сбора и подготовки информации с учетом обеспечения заданного уровня достоверности. Расчет вероятности появления ошибки в выходной информации и расчет коэффициента эффективности применяемых методов контроля производится с учетом результатов исследований, приведенных в работах [ 87,88,89,90 ] .
В результате предварительного количественного расчета выбрано множество основных типов технических средств, использование которых в рассматриваемой АСОУ наиболее целесообразно. На этапе уточненного количественного расчета уточняется необходимая конфигурация и количество используемых устройств или пультов оператора, а также производится проверка подсистемы на выполнение накладываемых на нее ограничений.:.
Постановка задачи на данном этапе может быть сформулирована следующим образом: на основе уточненных при разработке рабочего проекта исходных данных требуется выбрать такую конфигурацию технических средств и так организовать технологический процесс сбора и подготовки информации, чтобы обеспечить выполнение функции ПСГМ в минимальные сроки с заданным уровнем достоверности и не превысить заданное значение приведенных затрат на ПСПИ.
Блок-схема алгоритма проектирования ПСПИ на стадии уточненного количественного расчета приведена" на рис. 4.3.
Алгоритм предусматривает проведение работ по проектированию ПСПИ с уточненными исходными данными, осуществляет проверку накладываемых ограничений на достоверность подготовки данных и приведенные затраты на создание и эксплуатацию ПСПИ, позволяет выбрать конфигурацию технических средств ПСПИ, обеспечивающую сбор и подготовку данных в кратчайшие сроки.
Проверка накладываемых на ПСПИ ограничений производится на основании следующих соображений. Общее время сбора и подготовки данных может быть представлено в виде:
Методика определения приведенных затрат соответствует методике, изложенной в Г 4 J .
Приведенные затраты на создание и эксплуатацию ПСПИ не должны превышать значение С , которое выбирается исходя из общих затрат на весь комплекс технических средств.
Выбор оптимальной конфигурации технических средств и технологического процесса на данном этапе проектирования производится следующим образом:
I) определяется с помощью математической модели некоторый субоптимальный вариант, обеспечивающий максимальное значение функционала эффективности ПСПИ;
