15
1) Обеспечение полноты информации – АИС должна получать полный
объем информации, необходимый для выработки управляющих воздействий на
технологический процесс;
2) Полезность и ценность информации – собранная АИС информация не
должна содержать посторонних данных, которые не используются в
технологическом процессе или используются, но для других целей;
3) Точность и достоверность информации – собранная АИС информация
должна быть достоверна, а в случае, когда достоверность полученной
информации не может быть подтверждена, данные должны быть помечены как
не достоверные и не должны применяться при вычислениях управляющих
воздействий;
4) Своевременность поступления информации – скорость сбора данных
должна быть достаточна для управления технологическим процессом, а в
случае поступления данных с опозданием, они должны быть помечены как
недостоверные;
5) Экономичность и эффективность обработки информации – для
вычислений должны применяться наиболее эффективные алгоритмы обработки
данных, требующие минимальное количество вычислительных ресурсов.
Основные принципы работы АИС:
1) Принцип системности – позволяет выявлять связи между
компонентами объекта управления, выделить основополагающие связи,
наиболее полно характеризующие объект управления и получить
математическое описание, для расчета состояний;
2) Принцип развития заключается в необходимости проектировать
системы с учетом роста вычислительной мощности для пополнения функций,
реализуемых проектируемой системой;
3) Принцип совместимости предполагает способность проектируемой
системы обеспечивать взаимодействие с системами других видов и типов;
16
4) Принцип стандартизации заключается в применении в составе
системы унифицированных компонентов, что позволяет сократить сроки и
снизить стоимость системы в целом.
Основные стандарты, регламентирующие подходы к проектированию и
эксплуатации АИС:
1) ГОСТ 34.601-90 – устанавливает стадии и этапы создания АИС,
соответствует каскадной модели цикла проектирования;
2) Международный стандарт ISO/IEC 12207: 1995-08-01 – описывает
программную составляющую АИС и ее жизненные циклы;
3) ГОСТ 34.003-90 – устанавливает общие определения в области
проектирования и эксплуатации АИС.
Основные виды корпоративных АИС:
1) MRP-системы – позволяют планировать потребности в материальных
ресурсах производства. Преимущества использования MRP-систем в
управлении производством и планировании напрямую связаны с его природой:
− обеспечение наличия нужных материалов, необходимых для
производства;
− незначительные, избыточные запасы;
− своевременная доставка готовой продукции;
− оптимальное использование производственных ресурсов;
− снижение капитальных затрат за счет снижения уровня запасов и
оптимального использования производственных ресурсов;
− сбор бизнес-данных для анализа и лучшего планирования.
Недостатки MRP-систем:
− отсутствие или неточность исходных данных может вызвать
проблемы с планированием;
− сложность использования по сравнению с другими системами.
2) MRP-II-системы – позволяют планировать производственные
ресурсы. MRP-системы учитывают только потоки материалов и продукта,
MRP-II-системы включают производственные ресурсы, требуемые на всем пути
17
производственного объекта MRP-II-системы включают планирование
производства, планирование производительности оборудования, модули
прогнозирования и анализа спроса, инструменты контроля качества.
MRP-II-системы также имеют инструменты для отслеживания
сотрудников, трудового вклада и производительности.
3) ERP-системы – это следующая ступень эволюции MRP-системы. В то
время как MRP помогает планировать закупки материалов, а MRP-II добавляла
возможность планировать и контролировать производство на предприятии, ERP
пытается интегрировать поток информации из всех отделов компании:
финансов, маркетинга, производства, доставки и даже человеческих ресурсов.
Правильно настроенная система ERP обеспечивает лучшую связь и
мониторинг, чем MRP-II-системы, предоставляя всем отделам доступ к
точному статусу заказа клиента в любой момент. момент времени.
4) CSRP-системы – расширяют возможности ERP-систем, путем
добавления методов для создания продукта с наиболее высокой ценность для
покупателя, а также, интегрируя интересы покупателя в бизнес-процессы.
1.2. Жизненный цикл и модели жизненного цикла АСУ ТП
АСУ ТП проходит через ряд этапов, известных как жизненный цикл,
периоды времени варьируются в зависимости от управляемого
технологического процесса. Жизненные циклы современной АСУ ТП
становятся все короче и короче, поскольку продукты в зрелых стадиях
обновляются путем сегментации и дифференциации.
Компании всегда стремятся максимизировать прибыль и доходы в
течение всего жизненного цикла АСУ ТП. Для достижения желаемого уровня
прибыли внедрение АСУ ТП в нужное время имеет решающее значение.
Модель сборки и исправления была первоначально принята для
разработки аппаратного продукта. Модель характерна для начала производства
автомобилей Volkswagen в 1950-х и 60-х. По мере появления новых моделей и
обновления старых, автомобили продавались без предварительного
тестирования, тестирование проводилось заказчиком.
18
В каждом случае транспортные средства оперативно и быстро
ремонтировались дилером бесплатно для их владельцев, за исключением
неудобств и случайного риска поломки. Этот метод безусловно работает, но
результат будет зависит от того, будет ли клиент верным и терпеливым, либо
полностью зависеть от использования продукта.
То же самое происходит с АСУ ТП. Существует много производителей
АСУ ТП известных своими многочисленными бесплатными обновлениями и
быстрым распространением новых версий. Метод лучше всего работает на
монопольном рынке или в полумонопольной среде, в которой клиент имеет
ограниченный доступ к альтернативным поставщикам. К сожалению, в подходе
общее качество продукта никогда не рассматривается, несмотря на то, что
некоторые из проблем развития в конечном счете будут исправлены. Кроме
того, нет способа применить к процессу разработки какие-либо упреждающие
подходы к улучшению.
Новые версии АСУ ТП поступают на рынок как исправления ошибок.
Таким образом, развитие продукта происходит не в процессе разработки, а в
процессе эксплуатации. Из-за этого, метод, по сегодняшним меркам, на самом
деле не является моделью развития. Однако модель (Рисунок ), по-прежнему
является наиболее широко используемой сегодня разработчиками АСУ ТП.
Рисунок 2 - Модель сборки и исправления
19
Основные достоинства модели сборки и исправления:
1) Подходит для начинающих разработчиков.
Основные недостатки модели сборки и исправления:
1) Слишком старая модель;
2) Не применима к большим и сложным проектам.
Классическая модель водопада была представлена в 1970-х годах Вин
Ройсом в компании Lockheed. Метод назван так потому, что может быть
представлен графически или смоделирован как каскад от установления
требований, создания дизайна, реализации, тестирования системы, до выпуска
клиенту (Рисунок ). Это был большой шаг вперед в разработке АСУ ТП.
На рисунке модели также изображены пути одноуровневой обратной
связи, которые не были частью исходной модели, но были добавлены ко всем
последующим улучшениям модели.
Рисунок 3. Модель водопада
Первоначальная модель водопада практически не имела обратной связи
между стадиями, так же как вода не течет вверх по каскаду, а тянется вниз под
действием силы тяжести.
20
Этот метод мог бы работать удовлетворительно, если бы требования к
дизайну могли быть идеально проработаны до начала разработки дизайна, и
если бы дизайн был полностью готов и согласован к моменту началась
реализация программы, и если бы код был совершенен до начала тестирования,
и если бы тестирование гарантировало, что ошибок не осталось в коде до того,
как пользователи начали работать с ним, и, конечно, если пользователи никогда
не меняли свое мнение о требованиях. Увы, идеальных условий не бывает.
Некоторые простые АСУ ТП могут быть разработаны с применением
метода водопада, но эта модель плохо работает для АСУ ТП средней и большой
сложности. Просто невозможно гарантировать правильность любой АСУ ТП
более чем с 200 переменными процесса, столь же строго, как математическое
доказательство. Доказательство функциональности АСУ ТП априори было
выгодно и полезно в первые дни внедрения систем управления, когда такие
АСУ ТП были крошечными, но сегодняшние многофункциональные АСУ ТП
могут обрабатывать до миллиона переменных, поэтому, данный метод в
современных условиях не столь эффективен.
Основные достоинства модели водопада:
1) Простая структура модели, нет потребности в профессиональных
разработчиках;
2) Благодаря строгим этапам разработки легко отслеживать прогресс,
ресурсы и риски;
3) Задачи системы стабильны и ясны разработчикам с начала проекта;
4) Стоимость и сроки проекта могут быть определены на начальном
этапе.
Основные недостатки модели водопада:
1) Процесс разработки модели водопада не является гибким, требуется
больше времени и ресурсов для исправления ошибок, допущенных в начале
разработки;
2) Нельзя вносить изменения в процессе разработки проекта;
21
3) Тестирование проводится только готового продукта, а не отдельных
модулей, возможно появление внутренних ошибок в процессе эксплуатации.
Быстрое прототипирование уже давно используется при разработке
однотипных АСУ ТП, разрабатываемых для решения похожих или хорошо
изученных задач. Последнее время метод активно применяется для
прототипирования более крупных систем в двух вариантах - «не используемой»
модели и «эксплуатационной» модели, которая на самом деле является
дополнительной моделью. Этот процесс разработки создает программу, которая
выполняет некоторый существенный или, возможно, типичный набор функций
для конечного продукта.
Прототипный подход, основанный на простом использовании, часто
используется, если целью является проверка метода реализации, языка или
приемлемости для конечного пользователя. Если эта технология полностью
жизнеспособна, прототип может стать основой для разработки конечного
продукта, но обычно это всего лишь средство достижения абсолютно
безопасной функциональной спецификации (Рисунок ).
С этого момента процесс очень похож на модель водопада. Основное
различие между этой моделью и моделью водопада заключается не только в
создании эксплуатационного прототипа или функционального подмножества.
Суть в том, что это делается очень быстро - отсюда и термин «быстрая».
Основные достоинства модели быстрого прототипирования:
1) Быстрое получение продукта для начального просмотра;
2) Повторное использование блоков системы снижает стоимость;
3) Привлечение пользователей сводит риск неудовлетворенности
системой к нулю.
Основные недостатки модели быстрого прототипирования:
1) Требуются разработчики и пользователи готовые к быстрому
выполнению работ ввиду временных ограничений на создание прототипов;
2) Требуются высококвалифицированные разработчики знакомые с
инструментальными системами разработки для ускорения времени разработки;
22
Рисунок 4. Модель быстрого прототипирования
3) Есть возможность замкнутого цикла разработки, при котором проект
не завершиться никогда.
Инкрементная модель учитывает, что этапы разработки АСУ ТП не
являются дискретными. Вместо этого, Сборка 0 (прототип) улучшается и
функциональность добавляется до тех пор, пока она не станет Сборкой 1,
которая после улучшения станет сборкой 2 и т. д. Эти сборки не являются
версиями, выпущенными для конечного производства, а являются лишь
поэтапными компиляциями разрабатываемой системы на новом уровне
функциональности или полноты.
23
По мере приближения сроков к сдаче проекта к завершению, диспетчер
проекта может планировать новую сборку каждый день в 5 часов вечера.
Благодаря такому подходу, сразу видно программиста или команду, у
кого нет готового модуля к сборке, или чей модуль вызывает сбои компиляции
или регрессионного тестирования.
На рисунке 5 показано, что инкрементная модель является вариантом
моделей водопада и быстрого прототипирования. Метод предназначен для
предоставления оперативной оценки качества продукта на каждом этапе
сборки, но каждая сборка еще не содержит конечный продукт.
Рисунок 5. Инкрементная модель
Одним из самых больших преимуществ инкрементной модели является
то, что она достаточно гибкая, чтобы реагировать на критические изменения
продукта по мере развития. Еще одно очевидное преимущество заключается в
том, что аналитики и разработчики могут решать более сложные задачи.
24
Пользователи и разработчики развиваются в процессе разработки новой
системы, и любая модель, которая позволяет им включать это обучение в
продукт, является предпочтительной.
Риском является, конечно, то, что обучение превышает
производительность, и проект становится исследовательским, превышающим
время и бюджет или, что еще хуже, никогда не получается готовый продукт
вообще. Поскольку почти каждая разрабатываемая программа - это та, которая
никогда ранее не была написана или не была написана этой конкретной
командой, синдром исследовательской деятельности встречается слишком
часто. Тем не менее, обучение не должно превышать реальную разработку, если
команда разработчиков осведомлена о риске и ориентирована на требования
клиентов.
Основные достоинства инкрементной модели:
1) Снижение длительности разработки системы;
2) Снижение стоимости разработки системы;
3) Упрощение данных модели делает их более понятными
разработчикам.
Основные недостатки инкрементной модели:
1) Необходимо постоянно измерять прогресс разработки системы;
2) Структура системы ухудшается при добавлении новых компонентов и
делает дорогостоящими последующие изменения;
3) Нет возможности учитывать возникающие изменения в требованиях к
системе.
Спиральная модель, разработанная доктором Барри Боем в TRW,
является усовершенствованием модели водопада / быстрого прототипа с
анализом рисков, предшествующим каждой фазе каскада.
Можно представить модель быстрого прототипирования, выполненную
в виде спирали (Рисунок ).
Эта модель была успешно использована для внутренней разработки
больших систем и особенно полезна, когда повторное использование АСУ ТП