БАЗЫ ДАННЫХ. ГЕОИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
- системы управления предприятием (АСУП);
- отраслевые системы управления (ОАСУ);
- АСУ технологическими процессами (АСУТП):
- гибкие производственные системы (ГПС);
- системы подготовки производства (АСУПП);
- системы контроля качества продукции (АСК);
- системы управления станками с числовым программным обеспечением (ЧПУ);
- интегрированные системы, объединяющие предыдущие виды АСУ в различных комбинациях (например, АСУП-ГПС, САПР-АСУПП и т.д.).
По результатам деятельности различают АСУ информационные, информационно-советующие, управляющие, самонастраивающиеся, самообучающиеся.
Из всех типов автоматизированных систем АСУП - наиболее сложная как по структуре, так и по выполняемым функциям. В настоящее время их все чаще называют системами управления бизнес-процессами предприятия.
Управление производством на предприятии - трудное и ответственное дело, требующее согласованной работы конструкторов, технологов, снабженцев, производственников, сбытовиков, экономистов и других специалистов.
Каковы же основные принципы автоматизации управления предприятием?
Прежде всего - принцип комплексности. Системы обеспечивают полный цикл управления, начиная от подготовки и планирования производства и заканчивая сбытом готовой продукции и формированием финансовой и бухгалтерской отчетности.
Отчетность же, в свою очередь, через обратную связь замыкается на функцию планирования. В задачи управления входят разработка и производство новых видов изделий, определение технологических маршрутов и подготовка программ для станков с ЧПУ, расчет пропускной способности оборудования и оценка портфеля заказов, расчет планов производства, потребностей во всех видах ресурсов, учет процесса производства, контроль за расходом сырья и комплектующих, расчет издержек производства и основных технико-экономических показателей (прибыли, рентабельности, себестоимости, производительности труда и пр.).
Типовая система автоматизации управления предприятием включает в себя:
- составление проектов и контроль за их исполнением;
- управление складскими ресурсами;
- оптимизацию движения различных производственных потоков:
- материальных - сырья, материалов, инструментов, готовой продукции);
- денежных - взаиморасчеты между подразделениями, расчеты с поставщиками и клиентами;
- информационных - доведение распоряжений до конкретных исполнителей, контроль за своевременностью обновления данных в системе и их непротиворечивостью;
- автоматизированные системы управления технологическими процессами;
- управление загрузкой мощностей предприятия;
- разработка новых изделий, включая техническую документацию;
- финансовый анализ и бухгалтерский учет;
- оформление заказов и контроль за их своевременным исполнением;
- анализ изменений, происходящих как внутри, так и вне предприятия и предупреждение о внештатных ситуациях и пр.
Одной из главных задач системы автоматизации управления предприятием является эффективный анализ изменений, происходящих как внутри, так и вне предприятия. Анализ дает возможность составить прогнозы дальнейшего развития, на основании которых руководство предприятия может принимать решения об организационных или производственных изменениях.
Для анализа обычно используется значительный объем накопленных данных за различные отрезки времени.
Другая важная особенность АСУ заключается в том, что она не является лишь одним из пассивных инструментов ведения бизнеса. Грамотно организованная система активно способствует совершенствованию бизнеса.
Поэтому одно из важнейших условий построения системы - гибкость, что позволяет настраивать ее в соответствии со спецификой конкретного предприятия. Система, с одной стороны, должна гармонично вписаться в сложившиеся на предприятии традиции, а с другой стороны стимулировать его руководство к переходу на новые технологии и методы работы.
Отметим, что внедрению АСУ на предприятии предшествует долгая и кропотливая работа по исследованию его особенностей, сложившейся системы управления, выявлению сильных и слабых сторон деятельности и пр. Проект по автоматизации управления включает в себя не только определенное количество автоматизированных рабочих мест специалистов и комплект программного обеспечения, но, прежде всего, предложения по реорганизации управления предприятием.
Как правило, внедрение АСУ неизбежно влечет за собой изменение существующих организационных структур и методов управления, требует более четкой регламентации документооборота, упорядочивания нормативов, совершенствования организации производства и труда. Выбор и внедрение проекта АСУ сопоставимы с приобретением, например, новой производственной линии или строительством цеха.
Автоматизация полного цикла управления включают в себя еще и системы автоматизированного управления технологическими процессами (АСУТП), которые обеспечивают процесс управления выпуском непосредственно готовой продукции.
Программное обеспечение - важный компонент АСУ. Современное программное обеспечение АСУП бывает универсальным, которое можно использовать на крупных предприятиях для любого типа производственного процесса, либо типовым для средних и малых предприятий данной отрасли производства.
Еще один важный компонент - это информационное обеспечение АСУ. Оно охватывает множество документов, необходимых для управления производством, - правовую, нормативную, техническую, конструкторскую, технологическую, учетную документацию и схемы ее движения, различные классификаторы, кодификаторы и другие информационные массивы.
Информационная база АСУ - это система показателей, описывающих объекты управления: характеристики и свойства зданий, сооружений, оборудования, сырья и материалов, выпускаемой продукции, кадрового потенциала, поставщиков, клиентов, производственные показатели и т.п.
В информационной базе информация не только накапливается и хранится, но и обрабатывается, нередко с использованием методов искусственного интеллекта. Это позволяет в рамках информационной базы решить многие задачи, связанные с поиском, слиянием, обобщением информации.
Информационная база АСУ - основа безбумажной технологии управления.
Основными элементами АСУ являются автоматизированные рабочие места специалистов (АРМ), объединенные в локальную корпоративную вычислительную сеть.
Автоматизированное рабочее место - рабочее место специалиста, оснащенное компьютером или комплексом специализированных устройств, соответствующим программным обеспечением, которые позволяют автоматизировать часть выполняемых специалистом производственных операций.
Пример
АРМ бухгалтера - это компьютер с установленным на нем пакетом бухгалтерских программ с выходом на банк учетных данных предприятия.
АРМ конструктора не обходится без специализированных устройств и программ работы с графикой, а также нормативно-справочных ИПС.
АРМ технолога-контролера включает кроме всего прочего приборы контроля и автоматической регистрации параметров технологического процесса.
В интегрированных АСУП АРМ специалистов объединены нередко в технологические цепочки, так что выходная информация конструктора является входной для технолога. В свою очередь выходная информация технолога становится управляющей программой для автоматического оборудования и входной информацией для контролера и т.д.
Перечислим преимущества, которые дает предприятию системный подход к автоматизации управления:
- необходимую оперативность контроля и гибкость управления предприятием;
- возможность получения непротиворечивых и полных данных о финансово-экономическом состоянии предприятия;
- обеспечение оперативного доступа к аналитической информации о работе предприятия со стороны служб управления в процессе принятия решений. Другими словами - управление в горячем режиме;
- автоматизированную систему ведения отчетной документации и автоматизацию документооборота в целом;
- снижение трудоемкости по составлению всевозможных отчетов и справок, выполнению типовых расчетов;
- возможность статистического анализа показателей работы предприятия и определение на его основе мероприятий по совершенствованию производственной деятельности и сокращению материальных потерь;
- внедрение обоснованного рационального планирования;
- использование современных методологий управления предприятием;
- улучшение условий труда управленческого аппарата;
- наличие нескольких уровней защиты информации от несанкционированного доступа и многоуровневое разграничение привилегий доступа;
- возможность автоматизации деятельности международных компаний, подразделения которых работают с различными план-счетами, валютами, с учетом различных нормативных и правовых отношений.
АСУ только предоставляет преимущества. Реализовать их - задача людей.
А потому особое внимание при внедрении АСУ уделяется именно человеческому фактору.
Любая из технических систем - лишь механизм для повышения эффективности управления, принятия правильных стратегических и тактических решений на основе своевременной и достоверной информации, выдаваемой компьютером.
Немного истории.
28 марта 1979 г. на атомной станции Тримайл Айленд произошла авария. Заело крошечный клапан пневматической системы, это привело к прекращению циркуляции воды в системе водяного охлаждения реактора, а потом и к неуправляемому разогреву урановой активной зоны реактора.
Потребовалось несколько дней напряженнейшей работы, чтобы взять ситуацию под контроль.
Когда комиссия расследовала, почему авария, которую, казалось бы, несложно было устранить, едва не вылилась в трагедию, оказалось, что основной причиной были неправильные действия операторов. А произошло это потому, что АСУ станции была разработана без учета человеческих возможностей.
В течение первых нескольких минут сработало 100 - 200 предупредительных аварийных сигналов: звенели зуммеры, насосы включались и выключались, вентили отпирались и запирались. В зале управления не утихала бурная деятельность множества людей.
На операторов обрушилась такая лавина информации: показания дисплеев, предупредительные сигналы, данные распечаток и тому подобное, - что было совершенно невозможно выявить неисправность и правильно выбрать меры по устранению.
Операторы просто не могли уследить за всем, что происходило - это было выше человеческих сил.
Урок, вынесенный из этой аварии, очевиден: пока конструкция технических систем (особенно автоматизированных) не будет во всех деталях продумана так, чтобы все происходящее в них было абсолютно понятно обслуживающему персоналу, пока информация не будет представлена в форме, удобной для восприятия человеческим глазом и мозгом, а не машиной, любая неполадка в автоматизированной системе управления может сделать ее полностью неуправляемой.
Термин АСУ появился в середине 1960-х гг. Первоначально АСУ строились на базе высокопроизводительных (для своего времени) ЭВМ.
Для их размещения и обеспечения работы создавались вычислительные центры (ВЦ), для которых необходимы были обученный персонал, специально оборудованные помещения, определенный микроклимат.
При таких ВЦ создавались службы АСУ (иногда численностью до 200 - 300 человек). Обработка информации велась централизовано.
С появлением персональных ЭВМ АСУ стали создаваться на базе автоматизированных рабочих мест (АРМ), объединенных в локальную вычислительную сеть (ЛВС).
В нашей стране разработка и внедрение АСУ во многие сферы производства широко проводились в 1960 - 70-х гг. На предприятиях создавались вычислительные центры на базе больших ЭВМ (мэйнфреймов). Работали целые научно-исследовательские институты АСУ.
В вузах создавались факультеты АСУ, призванные подготовить квалифицированных специалистов для этой области. Была даже идея создания Общегосударственной автоматизированной системы сбора и обработки информации для учета, планирования и управления народным хозяйством.
К сожалению, возможности техники и технологии не соответствовали в то время уровню решаемых задач. Идея АСУ опередила свое время. Но хорошие идеи все равно воплощаются в жизнь.
Изменение названия (вместо АСУ сейчас чаще используют название корпоративные системы управления бизнес-процессами предприятия - КСУБПП) обусловлена не изменением целей и функций АСУ, а скорее реализацией этих же целей на вычислительной технике нового поколения - персональных компьютерах и компьютерных сетях.
И если Интернет - это глобальная сеть, предназначенная в основном для обеспечения коммуникации без границ, то сети Интранет (Intranet) - техническая база АСУ нового поколения.
О значении АСУ в экономической жизни говорят следующие факты.
В странах с развитой экономикой в той или иной мере автоматизированы все предприятия, на которых работает свыше 500 человек.
Во многих странах на государственном уровне практически полностью автоматизировано управление в сфере налогового учета. Широко распространена автоматизация в банковской системе.
Высоки уровни автоматизации бухгалтерского учета и финансового анализа.
Успехи транспортного обслуживания также во многом обязаны автоматизации управления.
Сегодня невозможно производство без полной автоматизации управления технологическими процессами в отраслях, связанных с современными высокими технологиями. Это, в частности, относится к производству компьютеров, космической и робототехники, синтезу новых материалов и т.п.
Базы данных
Деятельность человека постоянно связана с накоплением информации об окружающей среде, ее отбором и хранением при решении различных задач. Информационные системы, основное назначение которых - информационное обеспечение пользователя, т.е. предоставление ему необходимых сведений из определенной предметной области, помогают человеку решать задачи быстрее и качественнее.
Любая информационная система предназначена для решения некоторого класса задач, включает в себя как хранилище данных, так и средства для реализации информационных процедур. Данные, хранящиеся в запоминающих устройствах, структурированные таким образом, чтобы их могли использовать различные программы, получили название баз данных (БД).
Средства создания и управления этими данными получили название систем управления базами данных (СУБД). Несколько баз данных, относящихся к одной области, и средства работы с ними образуют банк данных (БнД) (рис.
25).
База данных (database) - множество данных, организованных для быстрого и удобного способа поиска и извлечения.
База данных - поименованная совокупность хранимых в запоминающих устройствах, специальным образом организованных, взаимосвязанных данных, отражающих состояние предметной области.
База данных - совокупность данных, организованных по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и обработки, независимые от прикладных программ.
Система управления базами данных (database management system) - совокупность программ и языковых средств, предназначенных для создания, ведения и использования баз данных.
В состав СУБД входят:
- управляющие программы, обеспечивающие взаимосвязь с операционной системой, обработку команд пользователя, очередность их выполнения, контроль завершения операций и пр.;
- обрабатывающие программы, включая трансляторы с языков описания данных, языков запросов и языков программирования, редакторы, отладчики;
- сервисные программы, обеспечивающие удобный для пользователя интерфейс;
- прикладные программы, выполняющие обработку найденных системой данных, вычисления, формирование выходных документов по заданной форме и пр.
Банки данных хранят сведения из самых разных областей человеческой деятельности: это библиотечное и банковское дело, образование и медицина, управление предприятием и государством, право, экология, транспорт, туризм и многое другое. Количество информации, содержащейся в некоторых банках данных, измеряется миллиардами байт.
В частности, Internet можно рассматривать как гигантский банк данных.
База данных может входить в банк данных, а может использоваться автономно. База данных может содержать информацию практически любого типа.
Данные в одной базе данных обычно относятся к какой-либо одной предметной области. Данными в базе данных могут быть числовые величины, строки символов, текстовые документы, схемы, рисунки, аудио- и видеозаписи, т.е. информация любого вида.
Более точно можно сказать, что информация об объекте или отношениях объектов, выраженная в знаковой форме, образует данные.
Пример. Автоматизированной базой данных является каталог файлов, хранящихся на диске.
Все данные в нем относятся к файлам, расположенным именно на этом носителе.
Данными являются имена подкаталогов и файлов, время их создания, размер, пароль доступа, логические и физические адреса размещения на носителе и др.
Для любой базы данных можно говорить о ее логической организации и о ее физической организации.
Физическая организация - это способ представления, размещения и хранения данных на носителе (ориентирована на техническое устройство).
Логическая организация представляет собой модель структуры всей совокупности данных (ориентирована на человека). По сути, это способ объединения данных в записи, это взгляд на данные с точки зрения их использования в прикладных программах.
Наиболее распространенными способами логической организации данных в БД являются табличный (реляционный), древовидный (иерархический), сетевой. Каждый способ имеет свои преимущества и недостатки.
Выбор способа представления данных зависит от особенностей предметной области и тех задач, которые предполагается решать с помощью этих данных.
4 ТАБЛИЧНАЯ МОДЕЛЬ ДАННЫХ
Например, данные о сотрудниках учреждения, необходимые отделу кадров или бухгалтерии, удобно представлять в виде таблиц.
Данные о структуре управления удобно представлять в виде дерева (рис. 26).
Данные о курсах, читаемых для студентов разных специальностей удобно представлять в виде сетевого графа (рис. 27).
Рис. 26 Пример иерархической модели данных
Рис. 27 Пример сетевой модели данных
Системы управления базами данных обычно поддерживают какую-нибудь одну из моделей организации данных, т.е. с их помощью можно создать базу данных вполне определенного типа.
Наиболее распространены реляционные СУБД. Это такие известные программные средства, как dBASE, Ребус, Lotus, FoxPro, Clipper, Access, Paradox и многие другие.
К СУБД иерархического типа можно отнести многие системы управления файлами, в частности Norton Commander, Far Manager, Диспетчер файлов и пр. Большинство СУБД, предназначенных для создания и ведения библиотечных баз данных, также иерархического типа.
СУБД сетевого типа используются преимущественно в автоматизированных системах управления и системах управления корпоративными бизнес-процессами. Сетевой тип логической организации данных в наибольшей степени отражает наличие самых разнообразных связей (сырьевых, кадровых, информационных, финансовых и пр.) между элементами производственного процесса.
Рассмотрим несколько подробнее реляционные БД.
Элементами табличной структуры данных являются запись, поле, реквизит (рис. 28).
Поля могут быть различных типов: символьные строки, числовые поля, поля логического типа, даты, поля графического типа и пр.
Рис. 28 Элементы табличной структуры данных
Пример. В таблице представлен фрагмент стуктуры одной из баз данных магазина по продаже компьютерной техники.
Чтобы продавец мог ответить на любой вопрос покупателей, необходимо достаточно полно описать поступивший товар.
В этом случае перечисленных полей явно не достаточно и число полей необходимо увеличить. Но если полей слишком много, то записи становятся труднообозримыми.
Чтобы этого избежать часто создают несколько взаимосвязанных баз данных.
Поле 1 - номер по порядку. Часто используется как уникальный ключ записи.
Поля 2, 3 - символьные строки.
Поле 4 - поле даты.
Поля 5, 8 - поля числового типа.
Поле 6 - поле денежного типа.
Поле 7 - поле логического типа.
Кроме типа логической организации данных СУБД характеризуются своими функциями. К основным функциям относятся: создание, редактирование, реструктурирование базы данных, поиск, выборка, сортировка записей.
Все операции над базой данных находятся в ведении администратора базы.
Администратор баз данных - специалист или группа специалистов, контролирующих проектирование и использование баз данных.
Именно администратор анализирует структуру предметной области, выбирает соответствующий тип СУБД, разрабатывает структуру базы данных - определяет количество, состав и наименования полей таблицы или узлов сети, наполняет базу конкретными данными, следит за регулярным обновлением данных, разграничивает доступ пользователей, ведет статистику обращения к базе данных, помогает пользователю в случае необходимости сформулировать запрос и т.п.
В функции администратора БД входит:
- разработка модели предметной области и определение структуры БД;
- изменение структуры БД;
- обеспечение эффективной работы БД в данной организации;
- контроль за целостностью БД и ее своевременным обновлением;
- регистрация подключения к системе новых пользователей;
- контроль за полномочиями пользователей;
- обеспечение надежности функционирования;
- защита от несанкционированного доступа.
При создании и ведении базы данных необходимо учитывать следующие требования:
1 Адекватность информации состоянию предметной области. Информация, хранимая в БД должна полно и точно отражать объекты описываемой предметной области, их свойства и отношения.
Отсюда следует необходимость периодического внесения изменений в данные - добавление описания для новых объектов, корректировки для изменившихся, удаления для выбывших.
2 Надежность функционирования - одно из важнейших требований, предъявляемых к любой системе.
3 Быстродействие и производительность. Быстродействие определяется временем ответа на запрос пользователя, которое зависит не только от быстродействия компьютера, но и от физической организации данных, сложности запроса, алгоритмов поиска и т.п.
Производительность определяется количеством запросов, выполненных в единицу времени.
4 Простота и удобство использования.
5 Непротиворечивость данных.
6 Защита информации как от случайных искажений и уничтожения, так и от несанкционированного доступа.
7 Возможность расширения. Структура базы данных должна допускать реорганизацию, т.е. добавление полей, изменение порядка их отображения на экране и пр.
Пользователь базы данных может обратиться к ней с запросом, в котором может использовать такие операции над записями, как поиск записей с заданным содержимым определенных полей, упорядочивание записей по тому или иному полю, определение количества записей, удовлетворяющих заданному условию и пр. В большинстве современных СУБД предусмотрен диалоговый режим формулировки запроса, т.е. пользователь выбирает соответствующие пункты меню специальных диалоговых окон или заполняет так называемую таблицу реквизитов, где указывает наименования и диапазон значений полей, которые его интересуют.
Запрос - это формализованное сообщение, содержащее условие (простое или сложное) на поиск данных и указание о том, что необходимо проделать с найденными данными.
Пример. Чтобы с помощью описанной выше базы данных магазина узнать, сколько партий товара и на какую сумму поступило в первом квартале 2002 г. в запросе надо указать, что отбираются только те записи, для которых значение реквизитов 4-го поля лежат в интервале от 1.01.2002 до 31.03.2002, а затем суммируются произведения значений 5-го и 6-го полей.
