Синтез целей и задач АСОИУ

Одной из характерных особенностей современного развития автоматизированных систем управления (АСУ) является усложнение структуры различных подсистем, что в первую очередь обусловлено ростом размеров и сложности процессов обработки и передачи информации, а также процессов управления самими подсистемами. Это выдвигает ряд проблем, связанных с научно-обоснованным построением структуры таких систем, эффективным формированием состава подсистем передачи и обработки информации. Актуальными являются вопросы постановки и формализации задач синтеза структур, разработки оптимизационных и имитационных моделей, а также построения на их основе процедур синтеза структуры систем, позволяющих учитывать динамику функционирования элементов системы.
В связи со сложностью постановки и решения задач синтеза структуры сложных систем наибольший эффект от их использования может быть достигнут при создании крупномасштабных и типовых систем, в частности АСУ. Существенное влияние на структуру систем управления оказывает развитие средств вычислительной техники: появление многопроцессорных и многомашинных вычислительных комплексов и сетей ЭВМ, а также усложнение процессов обработки и обмена информацией – все это увеличивает число анализируемых вариантов построения системы, повышает требования к эффективности и качеству принимаемых проектных решений по выбору и дальнейшему развитию структуры системы.

Базируясь на оптимизационно-имитационном подходе применительно к синтезу структур сложных АСУ, можно обеспечить совместное использование в процессе синтеза оптимизационных и имитационных моделей их рациональное взаимодействие в оптимизационно-имитационных процедурах, описывающих как состав и взаимосвязи структурных элементов системы, так и динамические и стохастические аспекты их функционирования. С учетом проблем анализа и синтеза структур сложных АСУ, предлагается использовать агрегативно-декомпозиционный подход к формализации и синтезу структур систем на различных уровнях их детализации.

При исследовании структур существующих, а также проектируемых АСУ широко применяются принципы и методы имитационного моделирования и инструментальные средства имитационного моделирования.
Проблема синтеза структуры систем управления включает выбор числа уровней и подсистем управления (иерархии управления); согласование целей подсистем различных уровней; создание контуров принятия решений; оптимальное распределение выполняемых функций (задач, информационных массивов и процедур) по уровням и узлам системы; выбор структуры технических средств передачи и обработки информации.

Задачи синтеза структуры рассматриваемых систем включают: определение оптимального числа, расположения и вариантов построения элементов системы; распределение функций управления по элементам системы и выбор варианта реализации задач управления; выбор мероприятий по обеспечению требуемой живучести систем; распределение функций и задач между техническими средствами; выбор и распределение технических средств по элементам системы и т.д.

Формирование структуры АСУ
и управление ее развитием является задачей оптимизации, которая, как правило, оказывается многокритериальной, поскольку приходится учитывать ряд технико-экономических требований на уровне функциональных задач управления и на уровне элементов организационной структуры системы (узлов управления).

Таким образом, задача синтеза структуры с использованием оптимизационно-имитационного подхода состоит в поиске оптимального отображения множества взаимосвязанных функций (задач) и вариантов их выполнения на множество взаимосвязанных узлов системы.
С учетом основных аспектов оптимизационно-имитационного подхода была реализована система программной поддержки, предназначенная для формирования и управления развитием структур АСУ. Применение данного похода обеспечивает высокую надежность обработки информации и обоснованность выбора рациональных вариантов развития структуры системы на многоэтапном периоде функционирования системы.

Структура комплекса связи определялась, исходя из следующих основных положений, справедливых для любых структурно-сложных систем связи. Система существует и развивается многие годы, поэтому она должна быть рассчитана на последовательную постепенную модернизацию аппаратуры и программных средств в процессе эксплуатации. Уровень автоматизации, алгоритмы и программы работ системы должны обеспечивать требуемое качество работы при условии непрерывного ввода в эксплуатацию новых средств. Стандарты системы на протоколы связи между элементами системы со смежными системами, а также стандарты на аппаратные средства системы и на программное обеспечение должны обеспечивать независимость этих функций и максимальную гибкость в развитии.
При моделировании функционирования структуры АСУ космическим комплексом связи «Гонец-М» предлагаемая программная система позволила проектировщикам прогнозировать поведение системы при ее проектировании и исследовании конкретных структур системы управления космическим комплексом связи. Удобный пользовательский интерфейс делает работу с программой более комфортной.

Таким образом, результаты работы программной системы показывают, что оптимизационно-имитационный подход может успешно применяться при формировании АСУ и управлении их развитием в процессе эксплуатации.
Под синтезом структуры АСУ понимается определенные множества узлов системы и связей между ними, распределение задач по уровням и узлам системы и выбор комплекса технических средств, обеспечивающих их своевременное решение. При решении задачи синтеза структуры должны быть определены принципы организации управления (установление взаимоотношений между уровнями, распределение прав и ответственности при принятии решений, организационная иерархия системы, структура передачи и обработки информации, включая структуру сети ЭВМ). Эти задачи в совокупности образуют сложную проблему, которая в настоящее время в полном объеме не решена. Формальное решение получено лишь для ряда частных задач оптимизации структуры АСУ.

Решение задач синтеза структур АСУ связано с использованием принципа модульности, в соответствии с которым проектируются функционально независимые отдельные части (модули), совместно выполняющие заданные функции системы с требуемой эффективностью. Любая стратегия проектирования модульных АСУ предусматривает выполнение следующих требований:

1. 
   функциональность, т.е. модуль должен содержать функционально законченную и максимально независимую совокупность операции по обработке данных;
2. связность, т.е. модуль реализуют совокупность взаимосвязанных функций, работающих с одними и теми же данными, часть этих данных обычно скрыта для системы в целом;
3. алгоритмичность, т.е. функции модуля группируются на алгоритмической основе;
4. последовательность, т.е. если модуль включает несколько функций, то результаты одной функции являются входными для другой;
5. маскировка, т.е. если доступ к модулю может быть ограничен.

Под достоверностью в АСУ понимают некоторую функцию вероятности ошибки, т.е. события, состоящего в том, что правильный символ в процессе обработки информации заменятся другим, ошибочным. Необходимое условие применятся методом повышения достоверности – снижение доли ошибок до определенного допустимого уровня. Добиваться 100-процентной достоверности нецелесообразно, т.к. резко возрастают сложности и стоимость АСУП. Ниже приведены допустимые вероятности необнаруженных ошибок при решении некоторых классов задач.
Различают системные (организационные), программные и аппаратные методы контроля достоверности.

К системным методам относятся:

1. обучение и стимулирование персонала,
2. поддержание характеристик оборудования и повышение культуры обработки,
   создание оптимального числа копий исходных и текущих данных и т.п.
3. Программные методы состоят в том, что при составлении процессов обработки, в них предусматривают дополнительные операции, имеющие математическую или логическую связь с алгоритмом обработки данных. Сравнение результатов этих дополнительных операций с результатами обработки данных дает возможность установить с определенной вероятностью наличие или отсутствие ошибок.

Программные методы можно разбить на следующие группы:

1. счетные методы контроля (двойной счет, обратный счет, контрольные суммы, контроль формата записи, массива и др.)
2. математические методы проверок (проверка предельных значений, реальные параметры процесса сравнивают с прогнозируемыми и при больших отклонениях результаты проверяют).
3. логический контроль (смысловые проверки, например, массив содержит только имена, отчества и фамилии мужчин, контроль по отклонениям).
   Аппаратные методы могут выполнять почти те же функции, что и программные. Но ни реализуются с помощью аппаратных блоков, встроенных в устройства обработки.