Проектирование автоматизированных систем на микроуровне

После уточнения перечня и содержательной постановки задач по каждой функции переходят к формальным постановкам отдельных задач. Суть ее – в формальной записи целевой функции и ограничений для оптимизационных задач или в записи формул и уравнений для задач прямого счета, или в любом ином виде формальной записи содержания задачи.

Формальная постановка задачи сопровождается изложением ее организационно-экономической сущности (описанием задачи на содержательном уровне), с указанием круга объектов, для которых она предназначена; обоснованием необходимости ее решения; описанием исходных данных и получаемых результатов. Определяются связи данной задачи с другими; требования к решению задачи: периодичность решения, предельные сроки получения результатов, необходимая точность расчета и другие специфические условия.

Для каждой задачи должен быть определен метод решения, позволяющий получить требуемые результаты наиболее эффективным путем с наименьшими затратами ресурсов ЭВМ, простотой ввода данных, если это требуется делать вручную, наглядностью получаемых результатов, удобством их использования. Далее необходимо составить алгоритм расчета в виде схемы с пояснениями: порядок и последовательность ввода исходной информации, ее источник (массив данных или ввод с пульта); порядок расчетов, выдача данных на дисплей или печать, или запись на машинный носитель. Следует предусмотреть методы контроля достоверности входной и выходной информации, а при необходимости – меры защиты от несанкционированного доступа.

Для проверки задачи, охватывающей ее постановку, алгоритмизацию, программирование и проведение расчетов на ЭВМ, подготавливается контрольный пример. Он включает исходные данные, которые могут быть как реальными, так и специально подобранными. Объем их может быть меньшим или равным тем объемам, которые реально ожидаются в системе. Подбор исходных данных не является отладочным тестом для программ, он предназначен для проверки правильности решения данной задачи, с точки зрения пользователя, т.е. реализации некоторой функции управления. Поэтому должен быть предусмотрен метод проверки правильности получаемых результатов. Результаты постановки задач целесообразно представить в виде системных спецификаций.

3. Общие характеристики системы

Основной характеристикой системы управления является ее назначение по классу управляемых объектов. Вместе с тем существует ряд параметров, характеризующих свойства системы в целом. К ним относятся: время реакции на входной сигнал, пропускная способность, коэффициент готовности, локализованность, количество пользователей и их удаленность, средства доступа и общения с пользователями и др. Все эти параметры определяются или задаются при проектировании системы на макроуровне.

Время реакции определяется от момента поступления входного сигнала до появления соответствующего выходного результата. Эта характеристика особенно важна для систем, работающих в реальном масштабе времени. Следует оговориться, что фактически все без исключения системы управления работают в реальном масштабе времени: управляющие воздействия выдаются с таким расчетом, чтобы они могли быть своевременно реализованы. Это относится ко всем системам управления, включая системы перспективного планирования: ясно, что план должен быть сформирован и выдан до начала планируемого периода, а не позже. Однако время выдачи плана не очень критично, минуты, часы и даже дни ничего не решают. Поэтому принято считать, что режимом реального времени является такой, когда для обеспечения необходимой с точки зрения технологического процесса скорости реакции системы управления требуется принимать специальные меры, а задержка выдачи результатов приводит к снижению скорости и сбоям управляемого процесса.

Требования к скорости реализации могут быть различными для единичного входного сигнала и поступающей одновременно пачке сигналов. В большинстве случаев должны быть предусмотрены два режима – ускоренный для обработки единичных сигналов и обычный для пачки. Кроме того, возможны случаи, когда сигналы поступают по одному в случайные моменты времени, но имеют различный приоритет в отношении скорости обработки. Наличие таких или подобных им режимов должно быть выявлено на предпроектной стадии и учтено при проектировании.

Пропускная способность определяется по количеству сигналов, которые могут быть обработаны в единицу времени. При случайном характере поступления сигналов пропускная способность определяет наличие и длину очередей. В системах массового обслуживания, когда число пользователей велико, а время ожидания ими обслуживания критично (при длительном ожидании пользователи зачастую покидают систему необслуженными), систему рассчитывают на максимальную, пиковую нагрузку. Такие пики кратковременны, поэтому в остальное время система недогружена. В подобных случаях рассматривают возможность загрузки системы задачами, не требующими быстрой реакции, допускающими задержку получения результатов. Такие задачи часто называют фоновыми, они как бы образуют фон, на котором происходит решение задач, требующих быстрого решения, с переменной интенсивностью. Если сигналы поступают в систему с переменной интенсивностью, но не требуют немедленной реакции, следует рассмотреть возможность их накопления в некоторой промежуточной емкости – буфере, где они хранятся в ожидании обслуживания.

Коэффициент готовности системы определяется как вероятность того, что она окажется работоспособной в произвольно выбранный момент времени в установившемся (стационарном) режиме эксплуатации. Иными словами, это доля или процент времени, в течение которого система фактически работоспособна в стационарном режиме, относительно общего времени, когда она должна быть работоспособна. Подавляющее большинство нарушений работоспособности в АСУ связано со сбоями или выходом из строя различных элементов технических средств; в меньшей степени, но заметно, сказываются недостатки в программном обеспечении.

Время восстановления обусловливает максимальную и среднюю продолжительность нерабочего состояния системы и распределение перерывов в работе по времени. Пользователю не безразлично, происходит ли в системе один перерыв в сутки продолжительностью 30 мин или один перерыв на 2 мин каждый час, хотя общее время неработоспособности в обоих случаях одинаково.

Каким бы высоким ни был коэффициент готовности, разработчик должен решить ряд вопросов, связанных с возможными перерывами работы, и в первую очередь определить, что должно происходить в это время в системе. Помимо обычных мер по вводу в действие резерва, если он экономически оправдан, следует так разрабатывать систему, чтобы обеспечить возможность автономной работы в течение некоторого времени всех элементов системы, кроме, естественно, вышедших из строя.

Восстановление нормального режима не должно требовать от пользователя каких-либо специальных мер и операций, он должен просто продолжать прерванную работу. Это означает, что разработчик должен предусмотреть возможность автоматического запоминания состояния системы в момент, непосредственно предшествующий аварийной ситуации, и полного восстановления этого состояния после ее ликвидации. Все операции, выполненные в автономном режиме, должны быть впоследствии обработаны так, как если бы они выполнялись в нормальном режиме. Если провести полное восстановление системы в автоматическом режиме по каким-либо причинам невозможно, система должна подсказывать пользователю, какие операции ему необходимо дополнительно выполнить и с какого места начать повторение операций прерванной задачи. В любом случае недопустима потеря какой-то части введенной в систему информации.

Как указывалось выше, система должна быть ориентирована на удовлетворение интересов пользователя. Недопустимо вводить какую-либо регламентацию поведения пользователя исходя из интересов или удобства разработчиков. Упрощая себе процесс разработки за счет предъявления излишних требований к пользователям, разработчики рискуют создать нежизнеспособную систему, к которой пользователи просто не будут обращаться. Сказанное в полной мере относится к нарушениям нормальной работы системы. Если они серьезно влияют на ритм работы пользователя, требуют от него существенной дополнительной работы, то есть большая вероятность отказа от такой системы.

Значительную трудность для разработчика представляет анализ возможных конфликтных ситуаций. Многие разработчики избегают эти трудности самым простым способом – игнорируя их. Предписания и инструкции, регламентирующие нормальный режим работы, не гарантируют отсутствия конфликтов между пользователями и системой. Такие конфликты возникают при случайных или преднамеренных действиях пользователя, нарушающих установленные правила. Так, например, может быть утерян выданный ЭВМ документ, не введены в систему вовсе или введены в искаженном виде некоторые исходные данные для расчетов, не использованы в процессе управления полученные на ЭВМ результаты и т.п. Выявленные возможные конфликтные ситуации служат основой для принятия разработчиком решения - как должна функционировать система в этих условиях. Лучше всего, если система немедленно реагирует на эти ситуации, вводя необходимые дополнительные операции, предотвращающие нежелательные последствия. Более простым способом является фиксация в памяти системы происшедших нарушений с последующей выдачей их для анализа и принятия мер, направленных на исключение подобных нарушений в дальнейшей работе.

4. Технико-экономическая эффективность системы

Основным источником экономического эффекта от создания АСУ является улучшение экономических показателей управляемой системы – предприятия или организации, достигаемое за счет повышения качества управления.

На экономические показатели предприятия или производственного объединения оказывает существенное влияние множество факторов, среди которых можно выделить совершенствование технологии производства, модернизацию оборудования, изменение номенклатуры продукции, культуру производства, квалификацию работающих, организацию производства, общественные и социальные мероприятия и многие другие. Поэтому выделить в чистом виде зависимость экономических показателей предприятия от ввода в эксплуатацию АСУ практически невозможно. Существующие методики предполагают сравнение показателей работы предприятия до и после внедрения АСУ при прочих примерно равных условиях. Кроме того, результаты производственно-хозяйственной деятельности в значительной степени зависят не только от решения отдельных комплексов задач, но и связей между ними. Неподготовленность или неудачное решение одной задачи может привести к неудовлетворительным результатам по нескольким комплексам задач.

Во многих случаях источник экономического эффекта лежит за пределами системы. Например, повышение качества продукции, ритмичности ее выпуска улучшает показатели работы потребителей, но практически не сказывается на экономических показателях производителя.

Эти и другие факторы, определяющие специфику создания и функционирования АСУ по сравнению с техническими системами, вносят известную неопределенность в расчет экономических показателей, характеризующих технико-экономическую эффективность создания и внедрения АСУ.

Основным показателем экономической целесообразности создания АСУ предприятиями и производственными объединениями является годовой экономический эффект, выражаемый в виде годового прироста прибыли (годовой экономии). Отношение годового прироста прибыли к затратам на создание АСУ определяет экономическую эффективность ее создания. Годовой прирост прибыли, тыс. руб.,

где A1, А2 - годовой объем реализуемой продукции, соответственно до внедрения АСУ и на год, следующий за годом ввода системы в эксплуатацию, тыс. руб.; С1, С2 -затраты на 1 руб. реализуемой продукции соответственно до и после внедрения АСУ, коп.; П1 - прибыль от реализации продукции до внедрения АСУ, тыс. руб.

Первое слагаемое этой формулы определяет годовой прирост прибыли за счет роста объема реализуемой продукции, а второе - за счет снижения издержек производства.

К сумме прибыли прибавляют также сумму снижения непроизводительных потерь в виде штрафов, неустоек, если эти расходы, не входящие в себестоимость продукции, снижены за счет внедрения АСУ. Если повышение качества продукции не отражено в виде надбавок к действующим ценам, дополнительная прибыль за счет этого фактора, образующаяся у потребителей, также может быть включена в сумму годового прироста прибыли при условии подтверждения этого факта в установленном порядке предприятиями-потребителями.

Расчетный коэффициент эффективности капитальных вложений на создание АСУ

где КАК - капитальные вложения на создание АСУ, определяемые по приросту основных фондов, связанному с созданием АСУ, тыс. руб.; ЕАНВТ - нормативный коэффициент эффективности капитальных вложений на создание АСУ.

Срок окупаемости капитальных вложений, годы,

Если в АСУ обеспечивается решение социальных и других специальных задач, по которым не может быть подсчитан экономический эффект по реализуемой продукции, то коэффициент эффективности капитальных вложений по согласованию с Госпланом СССР допускается ниже нормативного. Однако в целом по министерству нормативный коэффициент должен соответствовать утвержденному для данной отрасли.

При расчете экономической эффективности подсистемы или комплекса задач доля общих затрат, связанных с проектированием, созданием и внедрением АСУ, рассчитывается по коэффициенту загрузки, определяемому как отношение фактических затрат времени работы ЭВМ при функционировании данной подсистемы или решении комплекса задач к полному полезному фонду времени работы ЭВМ за год.

Предполагается, что создание АСУ на предприятиях и в производственных объединениях дает основной эффект за счет увеличения объема выпускаемой продукции на существующих производственных мощностях путем повышения производительности труда и лучшего использования оборудования. Прирост продукции ∆АА обеспечивает годовой объем производства А2 = A1 + ∆АА и коэффициент роста производства продукции γ = А2 / A1.

В связи с внедрением АСУ снижается себестоимость продукции. Состав статей себестоимости, способы их расчета и методы калькулирования определяются специальными нормативными документами.

При расчетах себестоимости затраты делят на условно-постоянные и условно-переменные.

К условно-постоянным относят те расходы, величина которых практически не зависит от объема выпуска продукции: около 30% затрат на содержание оборудования и рабочих мест, 20% - на текущий ремонт и 40% - на амортизацию производственного оборудования и транспортных средств.

Условно-переменными называют затраты, зависящие от объема выпускаемой продукции. Их экономию в тыс. руб. за год ∆САпр определяют как сумму экономии: ∆САМ - от снижения материальных затрат; ∆САТ – снижения затрат на топливо и энергию на технологические цели; ∆САЗ - экономии фонда заработной платы производственных рабочих; ∆САбр - уменьшения потерь от брака; ∆САнепр - снижения непроизводительных затрат; ∆САП - экономии затрат на подготовку и освоение производства; ∆САоб.пр – снижения затрат на содержание и эксплуатацию оборудования. Экономию по составляющим условно-переменных затрат определяют прямым счетом и исключают из соответствующих статей калькуляции себестоимости.

По ряду других статей себестоимости экономия определяется косвенно. Условно-переменная часть этих затрат, тыс. руб.,

где САоб.пр и Соб.пр – условно-переменная часть затрат на содержание и эксплуатацию производственного оборудования соответственно в условиях функционирования АСУ и до ее внедрения; CАоб.пр – условно-постоянные затраты на содержание и эксплуатацию оборудования после внедрения АСУ. Переменная часть этой статьи составляет примерно 85% общих затрат.

Так как в их составе изменяется только условно-переменная часть, в среднем прирост на общезаводском уровне составляет 0,3, а на цеховом - 0,4 от прироста объема производства.

Цеховые затраты, после внедрения АСУ, тыс. руб.,

где СЦ - цеховые затраты до внедрения АСУ; DЦ - коэффициент зависимости их прироста от прироста объема производства; ∆ЗАЦ – экономия цехового фонда заработной платы; ∆САнепр.ц – снижение непроизводительных цеховых затрат.

Общезаводские затраты в условиях функционирования АСУ, тыс. руб.,

где составляющие аналогичны указанным выше для цеховых расходов.

Непроизводственные затраты САН возрастают пропорционально росту производства.

Затраты на эксплуатацию АСУ и содержание вычислительного центра CАэкспл определяют по следующим статьям: основная и дополнительная заработная плата персонала вычислительного центра с отчислениями на социальное страхование исходя из расчетной численности персонала и утвержденной схемы должностных окладов; затраты на производственное потребление энергии; амортизация оборудования и линий связи; используемые материалы: текущий ремонт технических средств; накладные расходы.

Себестоимость продукции после внедрения АСУ, тыс. руб.,

где САПП - прочие производственные расходы.

Общую экономию от снижения себестоимости определяют следующим образом. Находят затраты на 1 руб. продукции до и после внедрения АСУ C1 и С2 соответственно: С1 = C/A1 и С2 = СА/А2, где С и СА - себестоимость продукции до и после создания АСУ. Тогда общая экономия

(С1 - С2)А2/100.

Затраты на создание АСУ КАК определяют как сумму следующих видов затрат: КАП - предпроизводственные затраты; КАоб - затраты на оборудование и строительно-монтажные работы для АСУ; ∆ОАоб – изменение величины оборотных средств (разность объемов оборотных средств до и после внедрения АСУ); КАЛ - остаточная стоимость ликвидируемого оборудования, зданий, сооружений, использование которых невозможно, за вычетом КАВ, используемых в АСУ или на других участках.

Предпроизводственные затраты на отдельную подсистему или комплекс задач определяются в соответствии с договором на разработку АСУ или по действующей сметной стоимости научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ.

Остаточную стоимость высвобождаемого и ликвидируемого оборудования, зданий, сооружений определяют как разность

где КАп.ст - первоначальная стоимость; ТЭКС – длительность эксплуатации действующего производственного оборудования, зданий, сооружений; На - годовая норма амортизации на полное восстановление, тыс. руб./год.

По данным о снижении себестоимости и дополнительных капитальных вложениях определяют основные показатели эффективности АСУ: годовой прирост прибыли или годовую экономию ПА, эффективность затрат ЕР и срок окупаемости Т.

Страницы: 1, 2