Базовые сведения о надежности информационных технологий управления

Одно из направлений комплексной автоматизации управления связано с созданием организационно-технологических АСУ, относящихся к таким разновидностям интегрированных АСУ (АСУОТ), в которой согласованно функционируют АСУ технологическими процессами (АСУТП) и АСУ организационно-экономического типа (АСУП). В процессе функционирования АСУОТ согласованно решаются объединенные в комплекс задачи АСУП и АСУТП, образующие функциональную часть АСУОТ (рис. 4.4). В этих условиях параметры надежности функционирования элементов АСУП и АСУТП, в качестве которых выступают персонал и средства обеспечивающей части, должны быть согласованы, что определяет необходимость согласованного распределения ресурсов на создание АСУП и АСУТП.

Согласованное распределение ресурсов между различными компонентами автоматизированных систем, например АСУТП и АСУП, ведет к формированию, объединенных единой базой интеграции и системной технологией, организационно-технологических АСУ.

АСУТП может быть представлена взаимодействующими элементами: “производственный персонал - средства автоматизации - технологическое оборудование”. Компенсацию потока различных нарушений в технологическом процессе обеспечивает система автоматизированного организационного управления (АСУП). Параметры элементов АСУТП и АСУП связаны между собой. Оба вида систем достаточно сложные, многоэлементные с большим числом состояний. Для таких систем и их объединения в виде АСУОТ справедливы соотношения, связывающие энтропию распределения параметров надежности элементов, определяющих состояния систем, вызванных ненадежностью работы персонала и средств АСУОТ.

Анализ совместного функционирования систем технологического и организационного управления позволяет решить важный вопрос стратегии автоматизации, оптимально распределить ресурсы, затрачиваемые на автоматизацию каждой из систем.

Надежность каждого из элементов АСУП и АСУТП характеризуется произведением величины Кг (коэффициент готовности), Ро (вероятность безотказной работы) и Рs (вероятность безошибочной работы).

Те же параметры надежности могут характеризовать работу персонала АСУТП, обслуживающего технологическое оборудование, а также персонала АСУП, обслуживающего организационное управление. Низкое значение произведения величин Кг, Рs, Ро в неавтоматизированной системе определяется значительными информационными ошибками. Взаимодействие персонала с устройствами АСУТП и АСУП направлено на улучшение параметра

R=Kг×Po×Ps.

Информационные аспекты, связанные с оценкой деятельности персонала АСУП и АСУТП, позволяют оценить составляющие параметра R=Kг×Po×Ps для персонала и его изменение в условиях автоматизированного управления.

Параметр состояния R в каждой системе (АСУТП или АСУП) определяет вероятность своевременного (Кг, безотказного (Po), безошибочного (Ps) выполнения работ по управлению оборудованием (АСУТП) или управлению организационными процессами (АСУП). Тогда его можно представить в виде:

l=1,2,...,2m

где m - число элементов одного из типов в данной подсистеме АСУП или АСУТП (персонал, оборудование). Число состояний - 2m. Энтропия[2] распределений элементов подсистемы .

В общем случае параметры Кг, Рs, Ро элементов подсистемы персонала зависимы от параметров элементов подсистемы оборудования АСУТП и АСУП. Это определяет необходимость нахождения энтропии подсистемы персонала как условной энтропии при заданном распределении параметров состояния подсистемы оборудования.

Энтропия - неопределенность состояния систем управления АСУТП или АСУП равна сумме энтропии подсистем персонала и оборудования . Для АСУТП , Для АСУП На=Ну+Нр/у Для АСУОТ НS=НА+hБ.

Схема взаимодействия объединенных в систему управления зависимых подсистем “производственный персонал — технологическое оборудование” (Б), и подсистемы автоматизации организационного управления - управленческий персонал” (А) приведена на рис. 4.5.

Общая энтропия системы , где — условная энтропия подсистемы А при фиксированном уровне энтропии подсистемы Б. Если hБ увеличивается, то очевидным следствием зависимости систем является увеличение потока информации, поступающего управленческому персоналу подсистемы А из-за возмущений в подсистеме Б, и увеличение необходимого объема данных для принятия управленческих решений. Возрастание потока информации при увеличении hБ может быть проиллюстрировано на примере устранения управленческим персоналом средствами организационного управления таких возмущений подсистемы управления технологическими процессами, как необнаруженные нарушения в управляемом объекте. После внедрения комплекса средств автоматизации, позволяющих осуществить идеальное (в соответствии с параметрами базы интеграции) организационное и технологическое управление, управленческому и производственному персоналу, должен быть создан режим работы, свободный как от избытка информации, так и от ее недостатка. Тогда подсистемы А и Б могут рассматриваться как независимые в предположении, что используемые средства автоматизации управления и алгоритмы их работы могут создать персоналу режим, инвариантный к возмущениям определенного вида. В этом случае обозначим энтропию подсистем НN, hN соответственно. Создание промежуточных по качеству подсистем А и Б, не обеспечивающих указанного условия, сохраняет зависимость между параметрами подсистем А и Б.

Сравнение величины .с позволяет выбрать направление автоматизации и решить вопрос об оптимальном распределении ресурсов для создания АСУП и АСУТП в составе АСУОТ при котором обеспечивается максимальный эффект автоматизации. Рассматриваемые связи отражены на рис. 4.6.

В результате может быть найдено соотношение величин ресурсов, которые следует направить на автоматизацию технологических процессов и организационного управления.

Изложенный подход может быть положен в основу принимаемых решений на этапах технико-экономического (ТЭО) и технического задания (ТЗ) при создании АСУОТ и других классов интегрированных систем.

В рассмотренном случае база интеграции включает комплекс надежностных характеристик элементов АСУП и комплекс надежностных характеристик элементов АСУТП (Кг, Ро, Рs), при которых энтропия распределения параметров этих систем не превышает заданных величин. Такие характеристики отражают физическую реализуемость АСУОТ.

В случае соответствия требованиям базы интеграции организационно-технологическая АСУ будет интегрированной относительно параметров максимального эффекта Б, превышающего сумму эффектов, которые могут быть получены при локальном функционировании АСУП и АСУТП.

Динамическое обновление допустимых значений параметров АСУП и АСУТП путем установления нормативов надежности в результате решения рассмотренной задачи оптимизации распределения ресурсов обеспечивает обновление (актуализацию) базы интеграции.

Таким образом, важнейшим разделом базы данных интегрированных АСУ (ИАСУ) должна стать база интеграции, формируемая на основе комплекса оптимизационных надежностных расчетов, выполненных на разных этапах разработки и функционирования ИАСУ, отражающих реализуемость (достижимость) целей управления.

Экономико-математические методы и модели не нашли бы широкого применения в практике, если бы не были разработаны и применены надежные методологии создания и организации функционирования прикладных систем обработки данных АСУ как их разновидности. Применение надежных методологий создания АСУ и практические их использование повлияло на повышение продуктивности производства посредством систематического внедрения надежных компьютерных технологий, которое потребовало совершенствования методов, анализа и передачи информации.

Информационные технологии создания надежных систем управления

В конкретных системах, к которым относится система человек-машина, необходимо оценить элементную надежность и надежность структурных процессов по обработке данных так, чтобы с учетом ненадежности реальных элементов можно было бы осуществлять надежную и устойчивую работу системы. Это может быть достигнуто рациональным структурированием процессов, разделением на процедуры, операции (блоки, дуги) с тем, чтобы в нужных местах проводить резервирование, синхронизировать действия и исключать влияние ненадежных элементов. При этом должен быть обеспечен непрерывный и эффективный поток (Workflow). Это создает условия для формализации процессов надежного функционирования систем управления и упреждающих воздействий менеджера на процессы в управляемых системах путем их моделирования. На основе моделирования проводится реструктуризация процесса, формируются упреждающие действия к функциональному элементу в целях повышения надежности, а элементы, не отвечающие требованиям надежности, выбывают из системы.

В данном разделе эти менеджерские проблемы обеспечения надежного функционирования рассматриваются на примерах широко распространенных технологий структурирования, моделирования основных элементов, а также технологии организации надежных информационных потоков Workflow.

Методология структурного анализа и проектирования

Под словом “система” можно понимать совокупность взаимодействующих компонент и взаимосвязей между ними. Мир, в котором мы живем, можно рассматривать как сложную взаимосвязанную совокупность естественных и искусственных систем. Это могут быть достаточно сложные системы (планеты Солнечной системы), системы средней сложности (космический корабль) или сверхсложные системы (системы молекулярных взаимодействий в живых организмах). Искусственные системы, как правило, по своей сложности занимают среднее положение. Например, всемирная телефонная сеть содержит десятки или даже сотни тысяч переключателей, однако количество взаимодействий этих переключателей не идет в сравнение с количеством взаимодействий молекул в небольшом стакане воды. С точки зрения теории систем такие системы рассматриваются как системы средней сложности.

Под термином “моделирование” понимают процесс создания точного описания системы. Особенно трудным является описание системы средней сложности, таких, как системы коммутаций в телефонных сетях, управление аэровоздушными перевозками или движением подводной лодки, сборка автомобилей, челночные космические рейсы, функционирование перерабатывающих предприятий. Эти системы описать достаточно трудно, потому что невозможно перечислить все их компоненты со своими взаимосвязями. Неспособность дать простое описание, обеспечить понимание таких систем делает их проектирование и создание дорогостоящим и трудоемким процессом и повышает степень их ненадежности. С ростом технического прогресса адекватное описание систем становится все более актуальной проблемой.

Для того, чтобы облегчить описание и понимание искусственных систем, попадающих в разряд средней сложности, в 1969 году была создана и опробована на практике методология SADT.

SADT — аббревиатура слов Structured Analysis and Design Technique (Технология структурного анализа и проектирования) . С 1973 года сфера использования этой методологии существенно расширяется для решения задач, связанных с большими системами. Примерами могут служить проектирование телефонных коммуникаций реального времени, автоматизация производства, создание программного обеспечения для командных и управляющих систем, поддержка боеготовности. Она с успехом применялась для описания большого количества сложных искусственных систем из широкого спектра областей (банковское дело, очистка нефти, планирование промышленного производства, системы наведения ракет, организация материально-технического снабжения, методология планирования, технология программирования). Причина такого успеха заключается в том, что SADT является полной методологией для создания описания систем, основанной на концепциях системного моделирования.

Сущность методологии SADT

Использование экспертных систем, систем автоматизированного производства постоянно расширяется. Успех этих систем непосредственно зависит от возможности предварить их разработку и внедрение описанием всего комплекса проблем, которые необходимо разрешить, указанием того, какие функции системы должны быть автоматизированы, определением точек интерфейса человек-машина и того, как взаимодействует система со своим окружением. Иными словами, этап проектирования системы является критическим для создания высококачественных систем. Системное проектирование определяет подсистемы, компоненты и способы их соединения, задает ограничения, при которых система должна функционировать, выбирает наиболее эффективное сочетание людей, машин и программного обеспечения для реализации системы. SADT — одна из самых известных и широко используемых систем проектирования. Программное обеспечение телефонных сетей, системные поддержка и диагностика, долгосрочное и стратегическое планирование, автоматизированное производство и проектирование, конфигурация компьютерных систем, обучение персонала, встроенное программное обеспечение для оборонных систем, управление финансами и материально-техническим снабжением — вот некоторые из областей эффективного применения SADT. Широкий спектр областей указывает на универсальность и мощь методологии SADT, что привело к стандартизации и публикации ее части, называемой IDEF0.

Использование методологии IDEF при проектировании и анализе бизнес - процессов

Изменение либо нарушение привычных производственных связей, структурная перестройка экономики, ограничения в дополнительных капиталовложениях, развитие информационных технологий - все это требует совершенствования бизнес - процессов (СБП). Концепция СБП включает непрерывное совершенствование существующих бизнес - процессов, их перестройку и управление качеством (стандарт ISO 9000). Необходимо отметить как достоинства, так и недостатки упомянутой методологии: управляется большими транснациональными консалтинговыми компаниями, которые разрабатывают методологии и программные средства для совершенствования бизнес - процессов; они “сильны” в управлении проектами, имеют большой консалтинговый опыт, однако “слабы” в моделировании и анализе; большая часть поступающих на рынок программных продуктов не соответствует требованиям в области моделирования и анализа.

Основные сферы использования СБП:

· Управление информационными потоками компании;

· Программные средства поддержки закупок/поставок и материально-технического снабжения.

· Проектирование одновременно происходящих бизнес-процессов и их взаимодействий.

Принципы системного анализа применяются для реорганизации и анализа работы компании с целью оптимизации уже существующих технологий и операций, “открытия” и “изобретения” принципиально новых возможностей и подходов. Для того, чтобы создать модель компании “как она есть”, используют методологию IDEF. Чтобы получить информацию о возможных путях совершенствования бизнес – процессов используется методология функционально-стоимостного анализа АВС (Activity-Based Costing), а имитационное моделирование используется для выбора наилучшего решения.

Определение системы и модели при проектировании бизнес - процессов

Система — это множество взаимодействующих компонент и связи между ними. При проектировании, модификации или проверке работы системы можно работать непосредственно с системой или моделью системы.

Модель — это символическое представление системы, позволяющее получить информацию и ответить на вопросы относительно системы. Для простых систем работа с моделью проще и дешевле, чем с самой системой, для больших и/или сложных систем — это единственный реальный подход, для некоторых систем (например, управление воздушными перевозками) — это единственная возможность.

Парадигма[3] моделирования — множество абстракций, которые позволяют “схватить” и выразить суть моделируемой системы. Парадигма статического моделирования представляет структуру системы, но не ее поведение во времени. Парадигма динамического моделирования представляет как структуру, так и поведение во времени.

Основные принципы моделирования позволяют:

· Четко сформулировать цель моделирования;

· Создавать модель не большего размера, чем это необходимо для ответа на поставленные вопросы.

Модель не должна отображать все аспекты моделируемой системы, а лишь те которые необходимы для достижения цели моделирования.

Идеальная модель – это модель, которая полностью отвечает цели моделирования при минимальной стоимости ее создания.

Модель, которая соответствует ясно сформулированной цели, использует соответствующую парадигму, базируется на адекватной информации и создана квалифицированными разработчиками, с большой вероятностью будет успешной.