Файл: Состав и свойства вычислительных систем. Информационное и математическое обеспечение вычислительных систем (Математическое обеспечение ВС).pdf

Информационное обеспечение системы однозначно и окончательно определяется только после определения всех функций системы, завершения технического проекта по всем задачам и выдачи уточненных требований и исходных данных для информационного обеспечения. Его составной частью является информационная база (ИБ) АСУ ТП, под которой понимается совокупность входных и промежуточных массивов и записей данных, используемых для решения задач.

Информационные массивы представляют собой функциональную совокупность однородных по форме записей информационных сообщений, закодированных и нанесенных на носители средств вычислительной техники и в соответствии с ГОСТ 14.408-83 должны обеспечивать: минимальные временные и стоимостные затраты на обработку информации; минимальную избыточность информации; оптимальный уровень дублирования.

Помимо понятия массивов информации при обработке информации техническими средствами АСУ используются такие информационные единицы, как данные записи, блоки и др. Данные - это информация, представленная в формализованном виде, позволяющем передавать или обрабатывать ее при помощи технических средств. Данные группируются в массивы.

Программное обеспечение АСУ ТП представляет собой совокупность программ для реализации АСУ ТП на базе применения средств вычислительной техники. Структура программного обеспечения АСУ рис.4. Программное обеспечение составляют:

- операционная система вычислительного комплекса (системное программное обеспечение);

- система программ, включая пакеты прикладных программ, осуществляющих организацию и обработку данных с целью реализации необходимых функций управления в рамках определенных экономико-математических и организационных моделей (специальное программное обеспечение);

- инструктивно-методические материалы по применению средств программного обеспечения[3,c.90].

Все множество средств программного обеспечения можно условно разделить на две группы: общесистемное (общее) и функциональное (специальное) программные обеспечения. Общесистемное программное обеспечение включает следующие компоненты: средства автоматизации программирования для создания и ведения АБД; системы управления базами данных (СУБД); средства телеобработки; средства организации вычислительного процесса; системы сортировки данных; системные сервисные средства программирования.

Основой общесистемного программного обеспечения являются операционные системы. Операционная система (ОС) представляет собой систему, обеспечивающую автоматическое или автоматизированное прохождение задачи на машине, и состоит из набора стандартных управляющих и обрабатывающих программ, созданных для конкретной ЭВМ (обрабатывающей, управляющей). ОС обеспечивает: организацию ввода-вывода данных программы, сообщений оператора и ЭВМ; включение и выключение транслятора или интерпретатора, средств обнаружения и исправления ошибок; запуск программы на решение; планирование решения на ЭВМ нескольких задач; установление контакта между пользователем и машиной.

Рис.4.Структура программного обеспечения АСУ:

1 - средства разработки и эксплуатации программ; 2 - средства технического обслуживания; 3 - операционная система; 3.1 - управляющие системы (программы); 3.2.- обрабатывающие программы; 4 -- оригинальные программы; 5 - пакеты прикладных программ (ППП); 5.1 - ППП общего назначения; 5.2 - ППП функционального назначения[2]

Программное обеспечение многоуровневых АСУ представляет собой совокупность ряда компонентов: технологии проектирования и программирования; операционных систем; средств автоматизации проектирования; программного обеспечения решения задач конкретной ИАСУ. Технология проектирования и программирования включает: порядок разработки и внедрения; технологию проектирования; технологию эксплуатации и развития. В состав средств автоматизации входят: типовые проектные решения (ТПР) общесистемного и функционального назначения; ППП общего, общесистемного и функционального назначения; системы автоматизированного проектирования.

Функциональное (специальное) программное обеспечение состоит из программ решения конкретных задач АСУ ТП и ППП, получивших в настоящее время наибольшее распространение. Функциональное обеспечение предназначено для целевого использования и определяется спецификой комплексов задач, реализуемых в АСУ ТП.

2.3. Функциональная и логическая структура

В условиях конкурентной борьбы повышение эффективности работы информационного, математического и программного обеспечения позволяет предприятиям снизить затраты и повысить качество выпускаемой продукции.

На современном этапе имеется возможность внедрять в единое интегрированное пространство АСУ ТП модули средств проектирования и математического моделирования алгоритмов систем контроля и управления с элементами управления жизненного цикла. Программное обеспечение имеет в своем составе графический редактор, компоненты для динамического представления графической информации, обработки и архивирования данных, компоненты поддержки клиент-серверной архитектуры, компоненты для связи с подсистемами АСУ ТП. Для создания программного обеспечения АСУ ТП используются разнообразные средства разработки, которая идет по пути модульности и в основном создаются для решения конкретной задачи в определенной предметной области, т.е. не универсальны, и используются в качестве постпроцессора основного программного обеспечения.

Важным этапом в разработке и использовании АСУ ТП является применение методов математического моделирования для настройки регуляторов систем управления, подбора оптимальных режимов управления и обоснования достоверности полученных данных. Используются как классические методы моделирования, так вновь созданные методики, разработанные для решения конкретной задачи, а информационное обеспечение развивает концепцию синтеза систем автоматизации реального времени как базовых элементов единого информационного поля для комплексного управления предприятием.

Все три вида обеспечений АСУ ТП связаны между собой и являются неотъемлемой частью друг друга. Многообразие видов информационного, математического и программного обеспечения и сложные взаимосвязи между ними затрудняют специалистам в области автоматизации выбор требуемых составляющих обеспечения для разработки систем автоматизации.

В рамках работы над выпускной квалификационной работой (ВКР) по направлению 15.03.04 «Автоматизация технологических процессов», была поставлена задача, представить этапы разработки АСУ ТП структурированным наборами экранных форм, которые отобразят взаимосвязи информационного, математического и программного обеспечения для использования их в учебном процессе.

Для разработки экранных форм необходимо было изучить регламентирующие документы [2–4] по разработке АСУ ТП в части программного, информационного обеспечения и математического обеспечения. Для разработки использовалась программа AllFusion Process Modeler (BPwin) [5].

Полученная диаграмма декомпозиции этапов создания АСУ ТП является шаблоном для разработки АСУ ТП (рисунок 1). Входными данными для проектирования являются: техническое задание по варианту каждого студента и исходные данные по методическому материалу. Работа студента над заданием включает в себя следующие этапы:

1. Формирование требований к АС. «На начальном этапе создания АС необходимо проведение обследования объекта автоматизации. В рамках обследования происходит сбор и анализ данных об организации, производственной структуре и функционировании объекта автоматизации» [2];

Рис. 5. диаграмма декомпозиции этапов создания АСУ ТП

2. Разработка концепции. В соответствие с результатами исследований объекта автоматизации, согласно ГОСТ разрабатывается несколько вариантов концепций АС, которые удовлетворяют требованию пользователя.

3. Разработка технического задания. Главным этапом при создании АС является разработка и согласование технического задания, он определяет требования и порядок разработки, развития и модернизации системы. Данный документ в дальнейшем регламентирует проведение работ по испытанию и приемке системы в эксплуатацию.

4. Разработка эскизного проекта. Данный этап посвящен разработке проектных решений АС и созданию технической документации:

5. Разработка технического проекта. В связи с аналогичностью проводимых работ, этапы разработки эскизного и технического проекта можно объединить.

6. Разработка рабочей документации. Данный этап подразумевает разработку рабочей документации на АС или ее части.

7. Ввод в действие АС. Этап ввода в действие согласно требованиям ГОСТа включает подготовку комплекса технических средств, обучение персонала и проведение пусконаладочных работ.

8. Этап сопровождения АС включает в себя работы по гарантийному и послегарантийному обслуживанию системы.

Таким образом, назначение подсистемы информационного обеспечения состоит в своевременном формировании и выдаче достоверной информации для принятия управленческих решений.

Информационное обеспечение - совокупность унифицированных систем документации, схем информационных потоков, циркулирующих в организации, а также методология построения баз данных.

Унифицированные системы документации создаются на государственном, республиканском, отраслевом и региональном уровнях. Главная задача - это обеспечение сопоставимости показателей различных сфер общественного производства. С этой целью разработаны стандарты, в которых устанавливаются требования к унифицированным системам документации.

Математическое и программное обеспечение - совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ для реализации целей и задач информационной системы, а также нормального функционирования комплекса технических средств.

Заключение

Математическое и программное обеспечение - совокупность математических методов, моделей, алгоритмов и программ для реализации целей и задач информационной системы, а также нормального функционирования комплекса технических средств.

К средствам математического обеспечения относятся:

средства моделирования процессов управления;

типовые задачи управления;

методы математического программирования, математической статистики, теории массового обслуживания и др.

В состав программного обеспечения входят общесистемные и специальные программные продукты, а также техническая документация.

К общесистемному программному обеспечению относятся комплексы программ, ориентированных на пользователей и предназначенных для решения типовых задач обработки информации. Они служат для расширения функциональных возможностей компьютеров, контроля и управления процессом обработки данных.

Специальное программное обеспечение представляет собой совокупность программ, разработанных при создании конкретной информационной системы. В его состав входят пакеты прикладных программ (ППП), реализующие разработанные модели разной степени адекватности, отражающие функционирование реального объекта.

Техническая документация на разработку программных средств должна содержать описание задач, задание на алгоритмизацию, экономико-математическую модель задачи, контрольные примеры.

Информационно-математическое обеспечение и системные математические модели, разрабатываемые в интересах предотвращения и мониторинга тяжелых аварийных ситуаций и катастроф, а также прогнозов и оперативной ликвидации их последствий, ориентированы на построение обобщенных математических моделей сложных технических систем на разных стадиях возникновения и развития аварий и катастроф, в том числе анализ аварий и катастроф, создание алгоритмов их математического моделирования, а также алгоритмов и программ математического моделирования аварий и катастроф с учетом их масштабов.

Информационно-математическое обеспечение и системные математические модели, разрабатываемые в интересах предотвращения и мониторинга аварийных ситуаций и катастроф, а также прогнозов и оперативной ликвидации их последствий, ориентированы на построение обобщенных математических моделей сложных технических систем для разных стадий возникновения и развития аварий и катастроф, включая анализ аварий и катастроф и создание алгоритмов их математического моделирования, а также алгоритмов и программ математического моделирования аварий и катастроф с учетом их масштабов.  

Список использованной литературы

1. Архитектура ЭВМ и вычислительные системы : учебник / В.В. Степина. – М.: КУРС: ИНФРА-М, 2018. – 384 с. – (Среднее профессиональное образование).
2. Будущее промышленной автоматизации в эпоху коммуникаций – [Электронный ресурс] – Режим доступа. URL: http://isup.ru/articles/2/5670/ (Дата обращения 19.12.2016).
3. Горский А.В. О возможностях использования систем компьютерной математики в учебном процессе // Вестник Чувашского государственного педагогического университета им. И.Я. Яковлева, №. 3-1 (95), 2017, С. 90-99.
4. Информационные системы и технологии: Научное издание. / Под ред. Ю.Ф. Тельнова. - М.: ЮНИТИ, 2016. - 303 c.
5. Казакова И. И., Царегородцев А. В., Цацкина Е. П. Математическое и информационное обеспечение системы сценарного моделирования действий инсайдера [Электронный ресурс] // Огарев-online. – 2017. – №13. – Режим доступа: http://journal.mrsu.ru/arts/matematicheskoe-i-informacionnoe-obespechenie-sistemy-scenarnogo-modelirovaniya-dejstvij-insajdera
6. Казакова И.И., Царегородцев А.В., Цацкина Е.П. Математическое и информационное обеспечение системы сценарного моделирования действий инсайдера // Огарёв-Online, №. 13 (102), 2017, С. 2.
7. Мезенцев, К.Н. Автоматизированные информационные системы: Учебник для студентов учреждений среднего профессионального образования / К.Н. Мезенцев. - М.: ИЦ Академия, 2013. - 176 c.
8. Младышева Д.С., Яшин Д.О. Разработка и оформление информационного, математического, программного обеспечения АСУ ТП // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. XL междунар. студ. науч.-практ. конф. № 11(40). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_tech/11(40).pdf (дата обращения: 06.10.2018)
9. Младышева Д.С., Яшин Д.О. Разработка и оформление информационного, математического, программного обеспечения АСУ ТП // Молодежный научный форум: Технические и математические науки: электр. сб. ст. по мат. XL междунар. студ. науч.-практ. конф. № 11(40). URL: https://nauchforum.ru/archive/MNF_tech/11(40).pdf (дата обращения: 06.10.2018)
10. Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем: Учебник / В.В. Степина. – М.: КУРС: ИНФРА-М, 2017. – 288 с. – (Среднее профессиональное образование)
11. Основы архитектуры, устройство и функционирование вычислительных систем: Учебник / В.В. Степина. – М.: КУРС: ИНФРА-М, 2018. – 288 с. – (Среднее профессиональное образование)
12. Рыжко, А.Л. Информационные системы управления производственной компанией: Учебник для академического бакалавриата / А.Л. Рыжко, А.И. Рыбников, Н.А. Рыжко. - Люберцы: Юрайт, 2016. - 354 c.
13. Уткин, В.Б. Информационные системы в экономике: Учебник для студентов высших учебных заведений / В.Б. Уткин, К.В. Балдин. - М.: ИЦ Академия, 2012. - 288 c.
14. Федорова, Г.Н. Информационные системы: Учебник для студ. учреждений сред. проф. образования / Г.Н. Федорова. - М.: ИЦ Академия, 2013. - 208 c.