Автоматизированные системы управления

Уровни автоматизированных систем

Выделяют три уровня автоматизированных систем управления:

Нижний уровень. Оборудование

На этом уровне внимание отводится датчикам, измерительным и исполнительным устройствам. Здесь производится согласование сигналов с входами устройств и команд с исполнительными устройствами

Средний уровень. Уровень контроллеров. Контроллеры получают данные с измерительного оборудования, а после передает сигналы для команд управления, в зависимости от запрограммированного алгоритма.

Верхний уровень – промышленных серверов и диспетчерских станций. Здесь осуществляется контроль производства. Для этого обеспечивается связь с низшими уровнями, сбор информации и мониторинг протекания технологического процесса. Этот уровень взаимодействует с человеком. Человек здесь производит контроль оборудования с помощью человеко-машинного интерфейса: графические панели, мониторы. Контроль за системой машин обеспечивает SCADA система, которая устанавливается на диспетчерские компьютеры. Данная программа собирает информацию, архивирует ее и визуализирует. Программа самостоятельно сравнивает полученные данные с заданными показателями, а в случае несоответствия проводит оповещение человека-оператора об ошибке. Программа производит запись всех операций, в том числе и действия оператора, которые необходимы в случае нештатной ситуации. Так обеспечивается контроль ответственности оператора.

Существуют также критичные автоматизированные системы. Это системы, которые реализуют различные информационные процессы в критичных системах управления. Критичность представляет собой вероятную опасность нарушения их стабильности, а отказ системы чреват значительными экономическими, политическими или другими ущербами.

Что же относится к критичным автоматизированным процессам? К критичным относят следующие системы управления: опасными производствами, объектами атомной отрасли, управления космическими полетами, железнодорожным движением, воздушным движением, управление в военных и политических сферах. Почему они критичны? Потому что решаемые ими задачи имеют критичный характер: использование информации с ограниченным доступом, использование биологических и электронных средств обработки информации, сложность технологических процессов. Следовательно, информационные автоматизированные системы становятся элементом критичных систем управления и в результате этого, получили принадлежность к этому классу.

Функции АСУ

Функции АСУ устанавливаются в техническом задании создания определенной АСУ опираясь на анализ целей управления, конкретные ресурсы для их достижения, ожидаемый эффект от автоматизации и в соответствии со стандартами, которые распространяются на данный вид АСУ. Функции АСУ состоят в:

планировании и (или) прогнозировании;
учете, контроле, анализе;
координации и (или) регулировании.

Замечание 1

Необходимый набор действий выбирается в зависимости от вида создаваемой АСУ. Функции АСУ могут объединяться в подсистемы по различным признакам.

Функции при формировании управляющих действий:

вычислительные функции (обработка информации) – функции осуществления учета, контроля, хранения, поиска, отображения, тиражирования, преобразования формы информации;
функции обмена (передачи) информацией – доведение выработанных управляющих воздействий до объекта управления и обменом информацией с лицом, принимающим решение;
функции принятия решения – функции создания новой информации в ходе анализа, прогнозирования или оперативного управления объектом.

Современное состояние концепции АСУ

В годы Холодной войны СССР пошел по пути создания централизованных систем с единым координационным центром. США и Великобритания, напротив, сосредоточились на создании децентрализованных сетей с коммутируемыми пакетами. Это решение было менее уязвимым с военной точки зрения (при повреждении части сети система продолжала функционировать по альтернативным автоматически выбираемым каналам), а также разрозненным автономным узлам, организованные при научных, образовательных, государственных учреждениях и корпорациях, свободно обмениваться информацией, что способствовало развитию всех участников. Так появилась сеть ARPANET, ставшая базисом для развития Интернета.

Недостатком советского подхода стала необходимость согласования решений «на верху», что приводило к бюрократическим пробуксовкам. Несмотря на то, что специалисты информационных ведомств СССР создали в рамках своего сообщества демократичную и инновационную атмосферу, основные рычаги управления развитием отрасли оставались в руках консервативных, подчиненных партаппарату министерств. Это привело к ухудшению взаимодействия между информационными системами предприятий и организаций и сдерживало их развитие.

Политические и экономические реформы времен Перестройки, потребности интегрирования отечественной экономики в мировую привели к отказу от отечественных наработок в области информатики. Страна влилась во всеобщий процесс информатизации и стандарты АСУ были вытеснены западными концепциями автоматизации производства, которые можно систематизировать следующим образом:

Рисунок 2. Пример современной иерархии систем автоматизированного управления предприятием. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

системы планирования ресурсов (ERP, Enterprise Resource Planning) ориентированы на оптимизацию кадровых, финансовых, сырьевых, энергетических активов;
системы управления взаимоотношениями с клиентами (CRM, Customer Relationship Management) предназначены для автоматизации стратегий взаимодействия с заказчиками, в первую очередь для повышения уровня продаж;
системы управления производственными процессами (MES, Manufacturing Execution System) ориентированы на решение задач координации, синхронизации, анализа и оптимизации производства продукции;
системы диспетчерского управления и сбора данных (SCADA, Supervisory Control And Data Acquisition) предназначены для обеспечения работы в реальном времени систем сбора, обработки, отображения и архивирования информации о производственных объектах, таких как станки и прочее оборудование, действующее в автоматическом или полуавтоматическом режиме.

Категории автоматизированных систем

Классификация структур автоматизированных систем в промышленной сфере разделяется на такие категории:

Децентрализованная структура. Система с данной структурой применяется для автоматизации независимых объектов управления и является наиболее эффективной для этих целей. В системе имеется комплекс независимых друг от друга систем с индивидуальным набором алгоритмов и информации. Каждое выполняемое действие осуществляется исключительно для своего объекта управления.

Централизованная структура. Реализует все необходимые процессы управления в единой системе, осуществляющей сбор и структурирование информации об объектах управления. На основании полученной информации, система делает выводы и принимает соответствующее решение, которое направлено на достижение первоначальной цели.

Централизованная рассредоточенная структура. Структура функционирует по принципам централизованного способа управления. На каждый объект управления вырабатываются управляющие воздействия на основании данных обо всех объектах. Некоторые устройства могут быть общими для каналов.

Алгоритм управления основывается на комплексе общих алгоритмов управления, реализующиеся с помощью набора связанных объектов управления. При работе каждый орган управления принимает и обрабатывает данные, а также передает управляющие сигналы на объекты. Достоинством структуры является не столь строгие требования относительно производительности центров обработки и управления, не причиняя ущерба процессу управления.

Иерархическая структура. В связи с возрастанием количества поставленных задач в управлении сложными системами значительно усложняются и отрабатывающиеся алгоритмы. В результате чего появляется необходимость создания иерархической структуры. Подобное формирование значительно уменьшает трудности по управлению каждым объектом, однако, требуется согласовать принимаемые ими решения.

Виды АСУ

АСУ технологическими процессами (АСУ ТП) – предназначена для решения задач оперативного управления и контроля техническими объектами в промышленности, энергетике, на транспорте.
Автоматизация умственного труда – предназначена для облегчения умственного труда человека с помощью вычислительной техники.
АСУ производством (АСУ П) – предназначена для решения задач организации производства, в том числе основных производственных процессов, входящей и исходящей логистики. Выполняет краткосрочное планирование выпуска с учетом мощностей производства, анализ качества продукции, моделирование производственного процесса.
функциональные АСУ (например, проектирование плановых расчётов, материально-технического снабжения и т.д.).

Централизованная структура АСУ

Определение

Централизованная структура — это все процессы управления осуществляются единым органом управления предприятия, которая подразумевает сбор, анализ и обработку полученной информации.

Достоинства данной структуры: простая реализация информационных процессов; легкая коррекция основных параметров; минимальные затраты технических средств.

Недостатки: необходима высокая производительность технических средств; удаленность друг от друга объектов управления.

Централизованная рассредоточенная структура — это сохранение основной функции вышеупомянутого вида управления. А именно: воздействий на каждую управляемый объект, состоит из данных, о состоянии всех вместе взятых объектов.

Основным недостатком, является сложная процедура контроля. Из-за сложной процедуры обмена данными между, контролируемыми центрами.

Децентрализованная система — система независимых систем, со своей правовой и информационной структурой. Для контроля работы, необходима информация, только касающаяся данного объекта.

Иерархическая структура, необходима, когда централизованно управлять невозможно. Это может быть связано, в первую очередь, с большим объемом обрабатываемой информации, сложностью анализировать и предоставлять окончательный результат.

Программы для обработки информации

Существует огромное количество программ для обработки данных, используемых в деятельности предприятие. Применение того или иного функционала зависит от особенностей бизнес-процессов организации, ее размера и структуры.

Текстовые редакторы

Для сбора и обработки информации стандартно используются текстовые редакторы:

Word (универсальная программа для набора текста);
Excel;
Блокнот;
Notepad;
WordPad;
LibreOffice (программа характерна для Linux, хотя существует версия и для Windows);
Документы на Google и Яндекс (их могут одновременно править сотрудники, находящиеся в разных городах и даже странах).

Графические редакторы

Для обработки данных в режиме офиса подходят всевозможные графические редакторы. Они классифицируются на:

растровые;
векторные;
гибридные.

Растровые

Эти графические редакторы предназначены для создания точечных или пиксельных изображений в форматах:

JPEG;
TIFE;
PNG;

Классический пример растрового редактора – Adobe Photoshop.

Векторные

Векторные редакторы позволяют создавать рисунки из геометрических элементов (линии, треугольники, многоугольники) и сохранять в форматах:

AL;
EPS;

Гибридные

В гибридных графических редакторах можно создавать разноформатные изображения. Примерами программ можно назвать RasterDesk и Autocad с универсальным рабочим функционалом для проектирования.

Системы управления базами данных (СУБД)

Благодаря СУБД возможно выполнение следующих действий:

автоматизированная обработка информации и ее управление;
контроль задания структуры и описание всех данных;
организация коллективного пользования всеми сведениями;
создание каталогов и ведение больших информационных объемов.

СУБД бывают промышленными (профессиональными) и настольными.

К настольным можно отнести Microsoft Access – это простейшая программа (еще со школьных курсов информатики и техники) для определения, обработки и управления данными.

Профессиональными СУБД, например, являются:

Oracle;
PostgreSQL;
MicrosoftSQL;
MySQL;
MongoDB;
Redis;
DB2;
Sybase;
System Progress.

Они стандартно обеспечивают выполнение следующих условий:

возможность совместной работы сразу нескольких пользователей;
масштабируемость, в рамках которой система увеличивается при росте объекта;
переносимость на различные информационные платформы;
обеспечение безопасности хранимой информации.

Что такое базы данных, СУБД и язык SQL

Программы 1С

Весь спектр программ 1С позволяет наладить обработку данных (особенно связанных с бухгалтерской деятельностью). В них автоматизированная и структурированная информация попадает в систему и в зависимости от выбранных пакетов и модулей обрабатывается в комплексе с остальными сведениями. Подробнее ознакомиться с 1С вы можете в нашем специальном разделе.

Эта утилита может быть поставлена на персональном компьютере в условиях крупного офиса или частного дома. Стандартный продукт 1С состоит из платформы и прикладного решения. Благодаря сегментации каждый модуль программы может быть заменен без потери данных на другом. Из-за развернутых инструкций работать с программой может даже неподготовленный пользователь.

Компьютеризация офиса и производства помогает увеличить эффективность деятельности любого предприятия. Если организация работает без использования средств комплексной автоматизации, она становится неконкурентоспособной на современной рынке практически в каждой отрасли.

Автоматизация информационных процессов

Необходимость автоматизации информационных процессов вызвана возрастанием объемов информации в информационной системе (ИС) организаций, потребностью в ускорении и применением более сложных способов ее обработки.

Неавтоматизированные (бумажные) системы характеризуются простотой организации и установки, простотой понимания и освоения, гибкостью и способностью к адаптации для соответствия предметной деятельности, не требуют технических навыков.

Автоматизация информационных процессов проводится с целью повышения производительности и эффективности труда работающих, улучшения качества информационных услуг и продукции, повышения сервиса и оперативности обслуживания клиентов. Автоматизация основана на использовании средств компьютерной техники и необходимого программного обеспечения.

Основные задачи автоматизации информационных процессов состоят в:

устранении рутинных операций;
сокращении трудозатрат при выполнении традиционных информационных процессов и операций;
увеличении скорости выполнения процессов обработки и преобразования информации;
обеспечении большей оперативности и качества обслуживания клиентов;
предоставлении больших возможностей проведения статистического анализа и повышении точности учетно-отчетной информации;
предоставлении больших возможностей организации и эффективного использования информационных ресурсов за счет применения информационных технологий;
модернизации или полной замены элементов традиционных технологий;
облегчении возможностей широкого обмена информацией, участии в различных проектах, которые способствуют развитию, интеграции и т.п.

Определение 1

Автоматизированная система (АС) – это система, которая состоит из персонала и комплекса средств автоматизации его деятельности и реализует автоматизированную технологию выполнения установленных функций.

Разновидностью автоматизированных систем являются информационные системы (ИС), которые предназначены для хранения, обеспечения эффективного поиска и передачи информации соответственно запросам.

Определение 2

Автоматизированная информационная система (АИС) – область информатизации, технология и механизм, эффективное средство обработки, хранения, поиска и предоставления информации пользователю.

АИС является совокупностью функциональных подсистем сбора, введения, обработки, хранения, поиска и распространения информации.

Замечание 1

Информация АИС хранится в базе данных.

Определение 3

База данных – это совокупность однородных данных, которые размещаются в таблицах и отображает состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области.

Информационными процессами в БД управляют с помощью систем управления базами данных (СУБД).

Определение 4

Автоматизированная информационная система (АИС) является совокупностью аппаратных и программных средств, которые выполняют операции хранения, управления данными и информацией и выполняют вычисления.

АИС позволяют хранить информацию, обеспечивают эффективный поиск и передачу информации согласно запросам для наиболее качественного удовлетворения информационных запросов большого количества пользователей.

Общие понятия автоматизированной системы

Автоматизированная система, сокращенно АС – это система, в состав которой входит объект управления и управляющие системы, некоторые функции в таких системах отведены выполнению человеком. АС – это организационно-техническая система, которая гарантирует выработку решений, основанных на автоматизации информационных процессов во всевозможных отраслях деятельности (производство, управление, проектирование, экономика).

Все функции автоматизированных систем направлены на достижения определенной цели посредством определенных действий и мероприятий. Основополагающая цель АС – наиболее эффективное использование возможностей и функций объекта управления.

Выделяют следующие цели:

Обеспечение релевантных данных, необходимых для принятия решения.
Более быстрый и качественных сбор информации и ее обработке.
Уменьшение числа решений, которые обязано принимать лицо, принимающее решения (ЛПР).
Увеличение контроля и дисциплинарного уровня.
Оперативное управление.
Уменьшение затрат ЛПР на реализацию процессов.
Четко обоснованные принимаемые решения.

Примеры использования автоматизированных информационных систем

1. Банковские системы

Автоматизированные информационные системы используются банками для управления клиентскими счетами, выполнения платежей, выдачи кредитов и других операций. С помощью этих систем можно автоматически обрабатывать большой объем финансовых операций и минимизировать риски человеческого фактора.

2. Системы управления производством

Автоматизация производственных процессов позволяет значительно повысить эффективность производства, снизить затраты на производство и повысить качество продукции благодаря использованию AIS. В таких системах возможно отслеживание выпускаемой продукции c мониторингом ключевых параметров, что позволяет избежать проблем на ранних этапах производства.

3. Системы учета и анализа товарных запасов

Автоматизированные информационные системы могут использоваться для учета товарных запасов, контроля над магазинами, складами и т.д. Это позволяет автоматически следить за остатками товаров, контролировать производственный цикл и отслеживать динамику спроса с помощью анализа данных.

4. Системы учета затрат и финансового менеджмента

Существуют AIS, которые позволяют компаниям учитывать затраты, производить учет расходов и доходов и управлять финансовыми ресурсами. Это может быть полезно для компаний, занимающихся логистикой, производством или услугами, где финансовый учет является ключевым элементом управления бизнесом.

5. Автоматизация клиентского сервиса

Автоматизированные информационные системы могут помочь компаниям улучшить качество обслуживания клиентов, ускорить процесс решения проблем, а также свести к минимуму время ожидания ответа. Примером такой системы может быть онлайн-чат, где любой клиент может получить ответ на свой вопрос в кратчайшие сроки.

Как работает автоматизированная информационная система

Автоматизированная информационная система — это комплекс программных и аппаратных средств, предназначенных для сбора, хранения, обработки и передачи информации. Работа такой системы базируется на использовании специальных алгоритмов, которые обеспечивают автоматическое выполнение различных операций.

Система управления автоматизированной информационной системы выполняет функции контроля за работой всех компонентов системы. Для этого используются различные методы мониторинга, анализа и оптимизации производительности всей системы. Система отслеживает все действия, производимые пользователем в системе, и сохраняет информацию обо всех изменениях, которые были внесены.

В автоматизированных информационных системах используются специальные базы данных, в которых хранятся все данные, необходимые для работы системы. Базы данных имеют связь между собой и при выполнении различных операций извлекают нужную информацию и обрабатывают ее с помощью соответствующих алгоритмов.

Автоматизированная информационная система обычно имеет различные интерфейсы для работы с пользователем, которые могут включать в себя графический интерфейс и командную строку. Пользователь может взаимодействовать с системой, используя различные команды и функции, которые позволяют выполнить нужные операции.

Все данные, хранящиеся в автоматизированной информационной системе, должны соответствовать определенным требованиям безопасности. Поэтому в системах применяются различные методы защиты данных от несанкционированного доступа и повреждения. Автоматизированная информационная система основана на использовании новейших технологий и методов обработки данных, что обеспечивает высокую эффективность и надежность работы всей системы.

Защита информационных баз данных

Защищенность от несанкционированного доступа в автоматизированную систему определяется следующей нормативной документацией:

ISO/IEC 15408 – стандарт международного уровня;
ГОСТ 15408-2002 – в России.

Безопасность любой базы данных основывается на трех параметрах:

конфиденциальность;
доступность;
целостность.

Иными словами, новая мера безопасности устанавливается после взлома предыдущей защитной системы. Но подобная схема неприемлема для структур критического применения:

военная отрасль;
экологически опасные производства;
транспортные объекты;
финансово-кредитные системы и т. д.

Ведь нарушение их работоспособности из-за несанкционированного взлома нанесет ощутимый урон не только представителям отдельных специальностей, но и обществу в целом, поэтому используемые для этих отраслей автоматизированные системы обработки данных (АСОД) отличаются приоритетом безопасности над функциональностью. Поэтому для них характерно применение проверенных технологий, уже опробованных в иных отраслях бизнеса и производства.