[ «Часть 1 ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, АРХИТЕКТУРА, ПРИНЦИПЫ Издательство ТГТУ Министерство образования и науки Российской Федерации Тамбовский государственный технический университет Ю.Л. Муромцев, Л.П. Орлова, Д.Ю. Муромцев, В.М. ...»
На данном этапе определяются потребности бизнеса, исследуются задачи, стоящие перед организацией, рассматриваются целесообразность оптимизации внутренних процессов, вопросы создания виртуального предприятия. Деятельность предприятия отображается движением материальных и информационных потоков.
2 Построение моделей деятельности предприятия. Для моделирования бизнес-процессов обычно строится функциональная модель "как есть" (as-is), которая характеризует положение дел на момент обследования.
3 Анализ действующих процессов, в том числе выявление "узких мест", формирование множества вариантов (предположений) по улучшению бизнес-процессов. Для этого определяются и оцениваются значения показателей, которые характеризуют эффективность работ предприятия, в том числе себестоимость продукции, выполнение договорных обязательств и др.
4 Построение функциональной модели "как должно быть" (to-be), которая отражает перспективные предложения консультантов, системных аналитиков, руководства и сотрудников предприятия по совершенствованию его деятельности.
5 Определение состава необходимых реформ и принятие соответствующих решений. Наиболее часто реформирование предполагает оптимизацию бизнес-процессов и автоматизацию трудоемких операций. Для этого производится структуризация системы, т.е. локализация ее границ и выделение составных частей, например, по штатному расписанию. Следует заметить, что в системном анализе выделяют два основных аспекта сложности системы – структурную и динамическую. Структурная сложность предполагает многообразие компонентов, их вертикальную и горизонтальную связанность, взаимодействие между различными компонентами системы. Динамическая сложность характеризует траекторию изменяющейся системы или развивающегося процесса.
6 Планирование проведения реформ. При этом для промышленных предприятий особое внимание уделяется сокращению времени от момента поступления заказа на продукт до момента его изготовления (lead time) и повышению качества продукта.
7 Реализация намеченных планов, в том числе своевременное внедрение и документирование проводимых работ.
На начальных этапах обычно применяется метод нисходящего проектирования, использующий "иерархический" подход к построению функциональной структуры ИТ. Метод заключается в следующем. На первом (верхнем) уровне иерархии формулируется глобальная цель, которая должна быть достигнута в результате внедрения ИТ. Затем (второй уровень) определяются задачи и функции, обеспечивающие выполнение главной цели. На третьем уровне определяются функции, обеспечивающие выполнение задач второго уровня, и т.д.
В настоящее время широко используются частные методологии, относящиеся к созданию отдельных компонентов ИТ и, прежде всего, программных средств. Для разработки и развития программных систем широко используются методологии OSA, ОМТ, SA/SD, JSD, DATARUN, RAD и др. Каждая из этих методологий имеет свою специфику. Например, методология OSA (Object-Oriented System Analysis) обеспечивает объектно-ориентированный анализ программных систем, но не содержит возможностей для поддержки этапа разработки. Методология RAD ориентирована на быструю разработку приложений.
Широкое применение находит концепция модульного программирования, в соответствии с которой вся программа разбивается на группы модулей, каждый модуль характеризуется своей структурой, четкими функциями и интерфейсом связи с внешней средой. Модульное программирование базируется на следующие предпосылках:
модули должны иметь небольшой объем (до 200 cтрок исходного текста) и определять доступные модулю данные и операции их обработки;
каждый модуль включает спецификацию, определяющую правила его использования, и тело, т.е.
методы его реализации;
межмодульные связи рекомендуется использовать древовидного типа, предпочтительна организация, при которой модуль на j-м уровне дерева получает информацию от одного модуля (j – 1)-гo уровня и передает информацию модулю (j + 1)-го уровня;
организация модулей должна обеспечивать независимость их разработки, программирования и отладки, это позволяет проектировать и разрабатывать модули разными проектировщиками и программистами.
Сопоставление разных методологий производится по их аналитическим возможностям относительно объектов, связей, агрегации, действий и т.д. На разных фирмах используются различные методологии. Например, фирма "Аргуссофт компани" реализует методологию создания информационных систем, основными составляющими которой являются [6]:
спиральная модель жизненного цикла (ЖЦ) ПО;
интеграционная диаграмма, описывающая основные процессы ЖЦ создания ПО ИС и получаемые результаты;
описание процесса построения ПО ИС на основе комплекса развивающихся систем согласованных моделей как процесса формирования, развития и преобразования моделей на основе модели Закмана;
методология анализа требований к ИС на основе исследования процессов деятельности организации (бизнес-процессов) и ее документооборота;
методология DATARUN быстрого проектирования от данных и методология RAD быстрой разработки приложений;
набор процедур, методик выполнения операций, комплекс согласованных инструментальных средств и методик их использования для выполнения предписанных операций по созданию ПО ИС.
Различные аспекты методологии развития ИТ рассматриваются итологией, в которой широко используются следующие методы [7]:
1 Метод архитектурной спецификации. В основе метода лежит создание основ научного знания в виде методологического ядра (метазнаний), представляющего собой целостную систему эталонных моделей важнейших разделов ИТ, осуществляющего структуризацию научного знания в целом.
2 Метод функциональной спецификации, заключающийся в представлении ИТ в виде спецификаций, характеризующих поведение ИТ-систем, которое может наблюдаться на интерфейсах (границах) этих систем.
3 Стандартизация спецификаций ИТ и управление их жизненным циклом, осуществляемые системой специализированных международных организаций на основе строго регламентированной деятельности. Данный процесс обеспечивает накопление базовых сертифицированных научных знаний, служит основой создания открытых технологий.
4 Концепция проверки соответствия (аттестации) ИТ-систем ИТ-спецификациям, на основе которых данные ИТ-системы были разработаны.
5 Профилирование (разработка функциональных профилей) ИТ, это метод построения спецификаций комплексных технологий посредством комбинирования базовых и производных от них (представленных в стандартизованном виде) спецификаций с соответствующей параметрической настройкой этих спецификаций.
6 Таксономия (классификационная система) профилей ИТ, обеспечивающая уникальность идентификации в пространстве ИТ, а также явное отражение взаимосвязей ИТ между собой.
7 Разнообразные методы формализации и алгоритмизации знаний, методы конструирования прикладных информационных технологий (парадигмы, языки программирования, базовые открытые технологии, функциональное профилирование ИТ и т.п.).
Внедрение ИТ связано с реформированием предприятий, которое должно носить комплексный характер и затрагивать все основные структуры и методы руководства, корпоративное управление, технологическую и социальную структуру, внешние связи предприятий. Реструктуризация предприятия включает совершенствование структуры и функций управления, преодоление отставания в техникотехнологических аспектах деятельности, совершенствование финансово-экономической политики с целью повышения эффективности производства, конкурентоспособности продукции и услуг, роста производительности труда, снижения издержек производства, улучшения финансово-экономических результатов деятельности.
Один из основных моментов внедрения ИТ – это обеспечение соответствия документов на основе ПО нормативным требованиям бухгалтерских служб, налоговых и других государственных органов. ПО должно иметь соответствующие лицензии.
Внедрение ИТ на отечественных предприятиях нередко встречает значительные трудности. В первую очередь к ним относятся психологические факторы и необходимость выполнения большого объема работ по документированию, регламентированию и т.п.; высокая цена программных продуктов и услуг по реинжинирингу; менталитет персонала, недостаточные знания, опыт и культура в сфере ИТ, необходимость адаптации западных программных продуктов к нашим возможностям и законодательству, а также учет актуальности многих других задач предприятия; соблюдение требований информационной безопасности.
В большой степени внедрению ИТ мешают экономические трудности и бессистемность автоматизации. Применение ИТ позволяет получить прибыль, если процесс автоматизации доведен до конца. В противном случае складывается мнение, что ИТ приносят только затраты.
Иногда причиной того, что результаты внедрения ИТ не оправдывают ожидания, является отсутствие формализованного представления процессов действующего производства, что в свою очередь вызывается отсутствием общей методологической основы для единого описания процессов функционирования.
Опыт западных стран показывает, что работы по реинжинирингу предприятий, сопровождающемуся внедрением ИТ, должны производиться аккуратно и бережно. Предварительно необходимо создать модели бизнес-процессов, затем подготовить персонал, внести изменения в документацию и структуру.
Такая последовательность действий соответствует философии развития бизнеса: "стратегия подчиняет себе процессы, а процессы – структуру".
Внедренная ИТ должна обеспечить гибкую стратегию развития предприятия, направленную на достижение перспективных целей и учет постоянно изменяющихся внешних условий.
Какие основные свойства систем проявляются в ИТ?
Что означает свойство интегративности?
В чем заключаются свойства иерархичности и коммуникативности?
Какие возможности предоставляют ИТ при проектировании электронных средств?
В чем заключается принцип включения?
Что предусматривают принципы системного и информационного единства?
В чем заключается принцип комплексности?
Что означает принцип открытости?
В чем заключаются принципы инвариантности и развития ИТ?
Что предполагает принцип анализа и синтеза на множестве состояний функционирования?
Какие основные принципы используются в ИТ масштаба предприятия?
В чем заключается методология развития ИТ?
Какие основные этапы работ при внедрении ИТ?I, В чем состоит концепция модульного программирования?
В чем заключается метод нисходящего проектирования?
Какие методы используются итологией?
4 ПРИМЕРЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
Примеры полезнее правил; … Я считаю конкретные примеры гораздо более Ключевые термины: электронный маркетинг, управление рисками, управление проектом, моделирование, схемотехническое проектирование, конструкторское проектирование.Аббревиатуры: CAD, SCADA, ERP.
Ресурсы WWW: www.hyperion.ru, www.hyperion.com, www.olap.ru, www.orcad.com, www.sap.com, www.scala.net, www.columbus.ru, www.oracle.com/ru, www.galaktika.ru.
В проектировании электронных средств выделяют три направления информационных технологий, обеспечивающих соответственно решение задач схемотехнического проектирования, конструирования и электродинамического моделирования [1 – 3].
В настоящее время для решения задач схемотехнического проектирования электронных средств применяется большое число пакетов программ [4 – 6]. Широкое распространение на платформе персонального компьютера находит система DesignLab, разработанная корпорацией MicroSim. Основу системы составляют следующие программные модули:
графический редактор принципиальных схем – Schematics, он же является управляющей оболочкой системы;
моделирование аналого-цифровых устройств Pspice A/D;
синтез цифровых устройств на базе интегральных схем (ИС) с программируемой логикой PLD/CPLD PLSyn;
редактор входных сигналов (аналоговых и цифровых) StmEd;
графическое отображение, обработка и документирование результатов моделирования Probe;
идентификация параметров математических моделей диодов, биполярных, полевых и мощных МОП-транзисторов, биполярных статически индуцированных транзисторов, операционных усилителей, компараторов напряжения, регуляторов и стабилизаторов напряжения и магнитных сердечников по паспортным данным PARTS;
графический редактор многослойных печатных плат и программа автотрассировки SPECCTRA фирмы Cadence PCBoards и Autorouter;
интерфейс с программой ХАСT Step 6.0, предназначенной для проектирования электрически перепрограммируемых логических интегральных схем (ПЛИС) фирмы Xilinx (поддерживаются FPGA серий ХС2000, XC3000, XC4000, XC5200 и X-BLOX, поставляется только в составе DesignLab) MicroSim FPGA.
Системы DesignLab DesignCenter имеют графический редактор печатных плат, воспринимающий информацию о соединениях в формате P-CAD. Компоненты принципиальных схем в автоматическом или ручном режиме размещаются на сторонах печатной платы, затем возможна трассировка многослойных соединений, создание командных файлов для изготовления фотошаблонов и для сверлильных станков с ЧПУ. Предусмотрена передача данных в систему AutoCAD для выпуска конструкторской документации.
Широкое распространение в схемотехническом проектировании получили следующие системы.
Система ICAP (фирма Intusoft), которая отличается возможностью работы с измерительными устройствами.
Система Super-Compact и Microware Harmonica (фирма Compact Software), в которой предусмотрено моделирование СВЧ-устройств.
Системы Serenade, Super-Spice, Microware Success, Microware Explorer (фирма Ansoft) обеспечивают моделирование и оптимизацию СВЧ и оптоэлектронных устройств, в том числе во временной области, систем радиофонии, электромагнитных полей и др. Имеются версии систем, ориентированные на Windows 95 (NT).
Системы MicroCAP, MicroLOG (фирмы Spectrum Software) предназначены для анализа и моделирования аналоговых и аналого-цифровых устройств (расчет переходных процессов, частотных характеристик, спектральный анализ и др.), а также цифровых устройств на логической основе.
Система OrCAD фирмы OrCAD System Corp позволяет решать задачи схемотехнического и конструкторского проектирования. Следует заметить, что в 1998 г. корпорации OrCAD и MicroSim объединились, это облегчает интеграцию программных продуктов OrCAD и DesignLab.
Система обеспечивает ввод и вывод на печать принципиальных схем, трассировку печатных плат, создание спецификаций, разведение проводников, шин, моделирование цифровых устройств, проектирование ПЛИС и др. Библиотека систем содержит более 2700 изображений компонентов РЭС.
Система состоит из программных модулей:
OrCAD Capture – графический редактор схем;
OrCAD Capture CIS (Component Information System) – графический редактор схем со средствами ведения баз данных компонентов, при этом через Internet возможен доступ к каталогу компонентов (более 200 000 наименований);
OrCAD Pspice Optimizer – параметрическая оптимизация и др.
Версия OrCAD 9.2 функционирует на ПК (процессор Pentium, OC Windows) с объемом ОЗУ не менее 32 Мбайт и 250 Мбайт дискового пространства.
Основным конкурентом системы OrCAD является пакет P-CAD (фирма Personal CAD System), который часто рассматривается как стандарт при выпуске конструкторской и технологической документации [7]. Поэтому списки соединений принципиальных схем, созданных в OrCAD ранних версий, передавались в P-CAD для вывода схем на принтер или плоттер. Пакет имеет открытую архитектуру, он позволяет проектировать печатные платы, имеющие до 500 элементов и 2000 связей.
Широкое применение находит также пакет AutoCAD (фирма AutoDesk), который представляет собой систему автоматизированной разработки чертежей, рисунков, схем в интерактивном режиме [8].
Важным достоинством пакета является возможность работы с трехмерной графикой, позволяющей строить реальные объекты (детали, дома, станки, одежду и др.), наблюдать их в различных ракурсах.
Рынок программных продуктов содержит большое число пакетов для решения разных задач моделирования. При разработке РЭС широкое применение находят следующие пакеты.
Система Microware Office (фирма AWR) обеспечивает решение задач моделирования при проектировании высокочастотных интегральных и монолитных СВЧ-микросхем, антенн, СВЧ согласующих цепей и фильтров, усилителей, смесителей и др. Модули пакета написаны на языке С++ и позволяют интегрировать в себя новые методы моделирования.
Система Genesys (фирма EAGLEWARE) обеспечивает высокоскоростное моделирование радиочастотных цепей и других элементов, по описанию моделирующего устройства позволяет синтезировать его топологию и представлять трехмерную анимационную картину распределения токов по проводникам. Пользовательский интерфейс системы полностью совпадает со стандартным интерфейсом ПО фирмы Microsoft.
К настоящему времени различными фирмами создано большое число программ автоматизированного проектирования в электронике (САПР-Э или ЕСАD – Electronic Computеr Aided Desing) ECAD, различающихся типами выполняемых проектных процедур и ориентацией на те или иные разновидности радиоэлектронных изделий [3]. Динамичное развитие радиоэлектроники предъявляет все более жесткие требования к САПР по эффективности и разносторонности выполняемых функций. В результате процесс обновления состава программного обеспечения в САПР происходит весьма динамично.
Как и в других отраслях промышленности, связанных с созданием сложной продукции, в радиоэлектронике используют многоуровневые представления проектируемых систем, и соответственно имеет место специализация предприятий по номенклатуре создаваемых изделий. Одни предприятия могут специализироваться на производстве микросхем, другие – на выпуске процессорных и интерфейсных плат, третьи занимаются сборкой приборов или их встраиванием в технологические, транспортные и другие системы. Очевидно, что использование продукции одного предприятия в изделиях другого, не зависимого от первого, требует, чтобы модели изделий и языки их представления соответствовали принятым стандартам. Основными HDL (Hardware Design Language – язык программирования аппаратуры) языками, используемыми в современных ЕСAD при функционально-логическом проектировании, начиная с описания алгоритмов и кончая представлениями логических схем, являются VHDL и Verilog. Эти языки предназначены для моделирования электронных схем на уровнях вентильном, регистровых передач, корпусов микросхем. Поэтому эти языки можно назвать языками сквозного функциональнологического проектирования.
Кроме языков VHDL и Verilog в ЕСAD находит применение ряд других языков. Среди них прежде всего следует назвать форматы ЕDIF (Electronic Desing Interchange Format) и CIF (Caltech Intermediate Format). EDIF используют для описания топологии СБИС или списков цепей печатных плат. Он удобен для передачи данных, включающих списки соединений, параметры СБИС или печатных плат, спецификации тестовых наборов, результаты моделирования и т.п. Формат CIF применяют при передаче проекта, представленного на уровне геометрических примитивов и управляющих данных, в производство.
Проектирование СБИС является многоуровневым, каждый уровень характеризуется своим математическим обеспечением, используемым для моделирования и анализа схем. Выделяют уровни системный, регистровый (RTL – Register Transfer Level), называемый также уровнем регистровых передач, логический, схемотехнический, приборно-техно-логический (компонентный). Общее название для регистрового и логического уровней – уровень функционально-логический. Преобладает нисходящий стиль функционально-логического проектирования, при котором последовательно выполняются процедуры уровней системного, RTL и логического. В этих процедурах широко используются ранее принятые унифицированные решения, закрепленные в библиотеках функциональных компонентов, например сумматоров, мультиплексоров, регистров и т.п. Эти библиотеки разрабатываются с помощью процедур схемотехнического и компонентного проектирования вне маршрутов проектирования конкретных СБИС.
После получения результатов схемного проектирования приступают к конструкторскотехнологическому проектированию, синтезу тестов и окончательной верификации принятых проектных решений. Укрупненная типичная последовательность проектных процедур на маршруте проектирования СБИС показана на рис. 9.
Верхний иерархический уровень называют системным, архитектурным или поведенческим. Последнее название связано с тем, что на этом уровне оперируют алгоритмами, подлежащими реализации в СБИС, которые выражают поведенческий аспект проектируемого изделия. Алгоритмы, как правило, представляются на языках проектирования аппаратуры (HDL). Далее на системном уровне формулируют требования к функциональным и схемным характеристикам, определяют общую архитектуру построения СБИС, выделяют операционные (datapath) и управляющие (FSM – Finite State Machine) блоки.
Составляют расписание операций заданного алгоритма, т.е. распределяют операции по временным тактам (scheduling) и функциональным блокам (allocationg). Тем самым принимают решения по распараллеливанию и/или конвейеризации операций.
На уровне регистровых передач выполняют синтез и верификацию схем операционных и управляющих блоков, получают функциональные схемы СБИС.
На логическом уровне, иначе называемом вентильным (gate level), преобразуют RTL-спецификации в схемы вентильного уровня с помощью программ – компиляторов логики; здесь используются библиотеки Архитектурное поведенческое проектирование
БИБЛИОТЕКА
ФУНКЦИОТрассироваНАЛЬНЫХ
ПРИБОРНОРЕЗУЛЬТАТЫ для технологического ТЕХНОЛОГИоборудованияПРОЕКТИРОВАЧЕСКОЕ ПРО
Рис. 9 Типичный маршрут проектирологических элементов И, ИЛИ, И-НЕ и т.п. Типичный маршрут проектирования СБИС включает в себя следующие процедуры [1 – 3].1 Проверка корректности исходного алгоритма функциониро-вания СБИС.
2 Формирование абстрактного описания проекта для перехода к составлению расписания операций.
3 Выбор базовой технологии и типов функциональных блоковиз имеющейся библиотеки функциональных компонентов, которыми могут быть регистры, сумматоры, мультиплексоры и т.п.
4 Составление расписания операций, т.е. распределение операций по временным тактам и функциональным блокам. При этом определяются типы операционных блоков (комбинационные или последовательностные) и исходные данные для синтеза управляющих блоков.
5 Разработка модели устройства на уровне RTL, т.е. синтез схемоперационных и управляющих блоков.
6 Верификации выбранного решения, представленного на уров-не RTL.
7 Разработка логических схем путем перевода RTL-модели в модель вентильного уровня с помощью компиляторов логики и библиотек логических элементов.
8 Оптимизация и верификация логических схем.
9 Синтез схем тестирования и тестовых наборов.
10 Конструкторско-технологическое проектирование, включающее процедуры планирования кристалла, размещения компонентов и трассировки межсоединений.
11 Верификация динамических параметров схемы с учетом задержек в проведенных межсоединениях.
12 Синтез файлов с управляющей информацией для генераторов изображений.
К процедурам конструкторского проектирования относят планирование кристалла, размещение компонентов и трассировку межсоединений. Расчет задержек в межсоединениях и их использование в процедуре верификации позволяют уточнить параметры быстродействия схемы. Результаты конструкторского проектирования передаются на этап синтеза файлов с управляющей информацией для генераторов изображений.
В современных системах структурного синтеза на функционально-логическом уровне стремятся получить не просто работоспособное решение, но решение с оптимальным компромиссным удовлетворением требований к площади кристалла, быстродействию, рассеиваемой мощности, а в ряде случаев и к тестируемости схемы.
Формализация процедур структурного синтеза в общем случае затруднительна, поэтому для их эффективного выполнения обычно используют специализированные программы, ориентированные на ограниченный класс проектируемых схем. Характерные особенности технологии изготовления и проектирования имеются у микропроцессоров и схем памяти, у заказных и полузаказных СБИС (ASIC – Application-Specific Integrated Circuits), в том числе у программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Эти особенности обусловливают различия в методах проектирования схем и требуют их отражения в применяемом математическом и программном обеспечении ECAD.
В качестве ПЛИС широко используют программируемые логические схемы CPLD (Complex Programmable Logic Device) и программируемые вентильные матрицы FPGA (Field Programmable Gate Array).
В случае CPLD для отражения структуры конкретной схемы в инвариантном по отношению к приложению множестве функциональных ячеек требуется выполнить заключительные технологические операции металлизации. В случае FPGA программатор по заданной программе просто расплавляет имеющиеся перемычки (fuse) или, наоборот, создает их, локально ликвидируя тонкий изолирующий слой (antifuse). Следовательно, при использовании CPLD и FPGA необходимо с помощью САПР выбрать систему связей между ячейками программируемого прибора в соответствии с реализуемыми в схеме алгоритмами и синтезировать программы управления программатором или заключительной операцией металлизации. Ячейки могут быть достаточно сложными логическими схемами, вентилями или даже отдельными транзисторами. На производстве кристаллов ПЛИС специализируется ряд фирм, например, Xilinx, Altera, Actel и другие, зачастую эти же фирмы поставляют программное обеспечение для синтеза схем на производимых ими ПЛИС.
В последнее время значительное внимание уделяется процедурам совмещенного проектирования программной и аппаратной частей СБИС (SW/HW – Software/Hardware codesing). Если в традиционных маршрутах проектирования разделение алгоритмов на части, реализуемые программно и аппаратно, происходит на самых ранних шагах, то в технологии совмещенного проектирования эта процедура фактически переносится на уровень RTL и тем самым входит в итерационный проектный цикл и может привести к более обоснованным проектным решениям. Примером подхода к совмещенному проектированию может служить методика моделирования на уровне исполнения системы команд, в соответствии с которой моделируются события, происходящие на внешних выводах таких устройств, как арифметико-логическое, встроенная и внешняя память, системная шина и т.п. Благодаря совмещенному проектированию удается не только на ранних стадиях проектирования найти и исправить возможные ошибки в аппаратной и программной частях проекта, но и отладить контролирующие тесты.
Широкое распространение в настоящее время получают отечественные программные продукты компании "1С", корпорации "Парус", "Галактика" и др. Из зарубежных продуктов следует выделить SAP R/3, MS AXAPTA (Navision) и BAAN.
Программа R/3 написана на языке программирования АВАР/4 и состоит из четырех основных модулей:
1 Финансовый учет (Financial Accountig);
2 Людские ресурсы (Humman Resources);
3 Производство и логистика (Manufacturing and Logistics);
4 Продажи и распределение (Sales and Distribution).
На рис. 10 приведена схема модулей приложений R/3.
Модуль Финансовый учет, включает три основные категории функций, необходимых для ведения финансового учета в компании: финансы (Financials – FI), контроллинг (Controlling – СО) и управление фондами (Asset Management – AM). FI охватывает кредиторскую и
FI CO AM
Рис. 10 Структура (состав) программного продукта R/ дебиторскую задолженности, главную бухгалтерскую книгу и инвестирование. Кроме того, категория FI включает процедуры проводки по счетам, подведения месячных и годовых итогов в бухгалтерских книгах, подготовки финансовых отчетов (в том числе балансового отчета) и планирования. Естественно, система обеспечивает возможность документирования процессов, подготовки отчетов, архивирования определенных данных, а также – в случае необходимости – внесения дополнений и изменений в финансовые данные.Категория контроллинга (СО) включает калькуляцию себестоимости, учет по центру издержек и центру прибылей, бухгалтерский учет и планирование предприятия, проводку внутренних заказов, управление незавершенным производством, рассылку и размещение (Posting and Allocation), анализ рентабельности и составление разнообразных отчетов. Она также включает систему проектов, предназначенную для отслеживания деятельности и затрат, связанных с основными корпоративными проектами такого уровня, как внедрение системы R/3. Сюда же входит модуль калькуляции производственных затрат по видам деятельности (Activity-Based Costing – АВС), связанный с другими реализуемыми методами калькуляции себестоимости. АВС считается эффективным методом моделирования потока затрат между объектами затрат. Затраты по видам деятельности можно затем распределять по бизнес-процессам.
Категория управления фондами (AM) предусматривает возможность управления всеми типами корпоративных фондов, в том числе основными фондами, арендованными фондами и недвижимостью. Она также включает модуль управления инвестициями, который позволяет управлять, оценивать и контролировать выполнение инвестиционных программ. Здесь же реализованы и казначейские функции, включая управление наличностью и финансовыми фондами, принадлежащими корпорации.
Модуль Людские ресурсы (Human Resources – HR) предоставляет полный набор возможностей, необходимых для управления, планирования, оплаты труда и найма персонала, труд которых и составляет основу деятельности компании. Он включает платежную ведомость работников компании, установление льгот, учет данных о желающих поступить на работу в компанию, планирование повышения квалификации персонала, планирование рабочей силы, составление графиков рабочего времени и смен, управление затратами времени и учет командировочных расходов.
Модуль Производство и логистика является самым крупным и сложным среди всех модулей. Он делится на пять основных компонентов: управление материалами (Materials Management – MM), эксплуатация завода (Plant Maintenance – РМ), управление качеством (Quality Management – QM), планирование и управление производством (Production Planning and Control – PP) и система управления проектами (Project Management System – PS). Каждый такой компонент делится на ряд субкомпонентов.
Управление материалами охватывает все задачи в цепочке поставок, в том числе планирование потребления и закупок, оценку поставщика и проверку счет-фактур. Оно также включает управление запасами и складами в каждом цикле их использования. Кроме того, поддерживается организационная форма "электронный канбан-поставки точно в срок".
Компонент Эксплуатация завода (PM) поддерживает деятельность, касающуюся планирования и проведения ремонтов, а также профилактического техобслуживания. Компонент формирует отчеты о завершении циклов обслуживания и соответствующих затратах. Можно также управлять нормированием обслуживания и оценивать его результаты.
Функция управления качеством (QM) позволяет планировать и внедрять процедуры контроля и гарантирования качества. В основу этой функции положен стандарт ISO 9001, определяющий систему управления качеством. Эта функция скоординирована с процессами снабжения и производства, что дает возможность пользователю подбирать точки контроля как поступающих материалов, так и выпускаемой продукции в ходе производственного процесса.
Планирование и управление производством (PP) поддерживает дискретные и непрерывные производственные процессы. Предусмотрено управление как циклическими процессами, так и производством по конкретным заказам. Этот модуль поддерживает все фазы производства, обеспечивая определение и планирование производственной мощности, планирование материальных потребностей, калькуляцию себестоимости продукта, "развертывание" и свертывание" списка материалов, диалоговый интерфейс системы автоматизированного проектирования (CAD) и управление изменениями технологии. Эта система позволяет пользователям составлять и пересматривать производственные графики выполнения заказов, которые можно генерировать на основе заказов на поставки и продажи и внутренних потребностей, а также используя узлы WWW.
Система управления проектами (PS) позволяет пользователю составлять крупные и сложные проекты, а также управлять выполнением этих проектов и оценивать их. В то время как предметом системы оценки расходов на проекты (финансовый модуль) являются затраты, система управления проектами используется для планирования и мониторинга сроков и ресурсов. Эта система служит для пользователя проводником по типовым этапам проекта: концепция, эскизное проектирование, детальное проектирование и планирование, утверждение, исполнение и завершение. Она обеспечивает управление определенной последовательностью действий, каждое из которых взаимосвязано с остальными. Эти действия определены как задачи, выполнение которых требует известного времени, не допускает прерываний, требует определенных ресурсов и влечет за собой определенные расходы. Основой для оценки выполнения проектов являются сроки и результаты (заданные и фактические). Такая система позволяет составлять календарные графики и управлять наличием ресурсов, бюджетом, планированием производственной мощности и расходов, выполнением проекта.
Модуль Продажи и распределение (Sales and Distribution – SD) содержит перечни потенциальных потребителей и управляет связями с потребителями, заказами на продажу, поставками, конфигурацией поставок, экспортом, транспортировкой, распределением, а также осуществляет выписку счетов, фактур и установление скидок. Поскольку этот модуль (как, впрочем, и другие) можно внедрять на глобальном уровне, пользователь управляет процессом международных продаж.
При реализации модуля SD, как и других модулей, в этой системе можно отразить структуру компании во взаимосвязи со сбытом. В результате система R/3 будет, например, "подсказывать", на чем и когда можно получить дополнительный доход. Структуру фирмы можно представить также с точки зрения бухгалтерского учета или управления материалами.
Когда в систему вводится заказ на продажу, в него автоматически включается правильная информация о цене, стимулировании продаж, наличии продукции и вариантах поставки. Предусмотрена возможность обработки пакетных заказов для специализированных отраслей, таких как пищевая, фармацевтическая или химическая. Пользователи имеют возможность зарезервировать запасы для определенных потребителей, сделать запрос на производство промежуточных узлов или ввести заказы типа "сборка под заказ", "строительство под заказ" или "проектирование под заказ", а также специальные заказы, ориентированные на требования отдельных клиентов.
В составе фирмы SAP есть научно-исследовательская группа, которая постоянно занимается поиском оптимальных способов реализации конкретных процессов или субпроцессов. Периодическая модернизация системы отражает результаты этих поисков и самые последние достижения практики бизнеса.
Помимо набора стандартных модулей, у SAP также есть специальные надстроечные модули, называемые отраслевыми решениями (Industry Solutions – IS). Эти отраслевые решения "подогнаны" под требования конкретных отраслей. Нынешний комплект надстроечных модулей включает модули для следующих отраслей: химическая, нефтехимическая, нефтегазовая, общественный сектор, больницы, розничная торговля, печать и издательское дело, страховое и банковское дело. Эти модули добавляют в систему специальные возможности, требующиеся для соответствующей отрасли. В будущем фирма SAP собирается разработать большое число модулей подобного типа.
В компании SAP работает около 27 000 сотрудников, в том числе 7000 программистов. Система R/ продолжает интенсивно развиваться, вводится структура корпоративных порталов. Полная конфигурация занимает около 120 компакт-дисков. С прикладной точки зрения, портал можно рассматривать как унифицированное информационное пространство, позволяющее оперировать информацией из разных приложений. С точки зрения технологии, портал есть интегрированное решение, объединяющее сервер Web-приложений и межплатформенное ПО корпоративного масштаба.
Из числа других ERP-пакетов достаточное распространение получили системы Navision Axapta (фирма Navision CIS), Scala (фирма Scala Business Solutions), Baan, Oracle E-Business Suite (корпорация Oracle).
Для внедрения ERP-систем требуются специалисты различных профилей и, прежде всего, концептуальщики, внедренцы и сервис-инженеры. Концептуальщик хорошо знает функциональные возможности и структуру пакета, его концепцию, он тесно взаимодействует с потенциальными заказчиками ERP-систем, определяет, что нужно клиенту и в каком объеме. Внедренцы имеют глубокие знания в организации бизнес-процессов и технологии настройки соответствующих программных модулей системы. Сервисинженеры обеспечивают эксплуатационное обслуживание внедренной системы.
В качестве примера приведем краткое описание отечественной SCADA-системы ТРЕЙС МОУД.
Эта система представляет собой программный комплекс фирмы Adаstra, предназначенный для разработки, настройки и запуска в реальном времени с автоматизированных систем управления технологическими процессами [10]. Все программы, входящие в ТРЕЙС МОУД, делятся на две группы: инструментальная система разработки АСУ и исполнительные модули (runtime).
Инструментальная система включает в себя два редактора: редактор базы каналов и редактор представления данных. В этих редакторах осуществляется разработка математической основы АСУТП, графических экранных фрагментов для визуализации состояния технологического процесса и управления им. В зависимости от лицензии инструментальная система позволяет создавать проекты на разное количество каналов. Существуют следующие градации инструментальных систем по количеству точек ввода/вывода в одном узле проекта: 128, 1024, 32 000 16, 64 000 16.
В редакторе базы каналов создается математическая основа системы управления: описываются конфигурации всех рабочих станций, контроллеров и УСО, используемых в системе управления, настраиваются информационные потоки между ними. Здесь же описываются входные и выходные сигналы и их связь с устройствами сбора данных и управления. В этом редакторе задаются периоды опроса или формирования сигналов, настраиваются законы первичной обработки и управления, технологические границы, структура математической обработки данных; здесь устанавливается, какие данные и при каких условиях сохранять в различных архивах ТРЕИС МОУД, и настраивается сетевой обмен, а также решаются некоторые другие задачи. Результатом работы в этом редакторе является математическая и информационная структуры проекта АСУТП. Эти структуры включают в себя набор баз каналов и файлов конфигурации для всех контроллеров и операторских станций (узлов) проекта, а также файл конфигурации всего проекта.
Файл конфигурации проекта имеет расширение cmt и сохраняется в рабочей директории системы разработки. Для хранения всех остальных файлов проекта в рабочей директории создается каталог, имя которого совпадает с именем файла конфигурации. При этом базы каналов сохраняются в файлы с расширениями dbb.
В редакторе представления данных разрабатывается графическая часть проекта системы управления. При этом создается статичный рисунок технологического объекта, а затем поверх него размещаются динамические формы отображения и управления. Среди них такие, как поля вывода численных значении, графики, гистограммы, кнопки, области ввода значений и перехода к другим графическим фрагментам и т.д. Кроме стандартных форм отображения (ФО), ТРЕЙС МОУД позволяет вставлять в проекты графические формы представления данных или управления, разработанные пользователями. Для этого можно использовать стандартный механизм Active-X. Все формы отображения информации, управления и анимационные эффекты связываются с информационной структурой, разработанной в редакторе базы каналов. Графические базы узлов проекта, созданные в редакторе представления данных, сохраняются в файлах с расширением dbg. Их сохранение осуществляется в соответствующие директории проектов.
Исполнительные модули – это программы, под управлением которых запускается АСУ, созданная в инструментальной системе. В группу исполнительных модулей входят следующие программы:
– мониторы реального времени – МРВ; NetLink МРВ; NetLink Light;
– монитор создания АРМ администратора – SUPERVISOR;
– монитор глобального архива – Глобальный регистратор;
– микромонитор реального времени – МикроМРВ и микроМРВ с поддержкой обмена по коммутируемым линиям – МикроМРВ Модем плюс.
Первые пять мониторов предназначены для организации работы верхнего и административного уровней АСУ. МикроМРВ и МикроМРВ Модем+ предназначены для работы в контроллерах нижнего уровня систем управления, естественно, при условии наличия в них операционной системы MS DOS.
Монитор реального времени МРВ предназначен для запуска на АРМ операторов, осуществляющих с его помощью супервизорный контроль и управление технологическими процессами. Под управлением МРВ выполняются следующие задачи:
– запрос данных о состоянии технологического процесса с контроллеров нижнего уровня по любому из встроенных протоколов или через драйвер;
– передача на нижний уровень команд управления по любому из встроенных протоколов или через драйвер;
– обмен данными с платами УСО;
– сохранение данных в архивах;
– обмен по сети с удаленными МРВ;
– обмен по коммутируемым линиям с удаленными МРВ;
– передача данных по сети на следующий уровень АСУ;
– представление оператору графической информации о состоянии технологического процесса;
– автоматическое и супервизорное управление технологическим процессом;
– обмен данными с другими приложениями WINDOWS через DDE/NetDDE/OPC;
– обмен с базами данных через ODBC и другие функции.
Монитор реального времени NetLink МРВ может применяться только в составе систем управления, где обмен данными между узлами системы осуществляется по локальной сети. Под управлением NetLink МРВ выполняются такие задачи системы управления:
– запрос данных о состоянии технологического процесса у удаленных мониторов ТРЕЙС МОУД по сети;
– передача команд управления по сети на нижний уровень;
– сохранение данных в архивах;
– передача данных по сети на следующий уровень АСУ;
– представление оператору графической информации о состоянии технологического процесса;
– автоматическое и супервизорное управление технологическим процессом;
– обмен с базами данных через ODBC.
Монитор реального времени NetLink Light позволяет создавать дополнительные рабочие места операторов. Он не поддерживает функции обработки данных и автоматического управления. Данный монитор является дополнительной графической консолью, которая может быть подключена с удаленного компьютера к запущенному МРВ. Таким образом, имея в сети один монитор реального времени, можно, используя NetLink Light, создать в сети требуемое количество рабочих мест, совершенно равноправных с МРВ по функциям отображения и супервизорного управления.
Монитор SUPERVISOR предназначен для создания АРМ администратора, он может получать данные только из архивов. Это могут быть либо локальные архивы МРВ или NetLink МРВ, либо глобальные архивы, которые создает Глобальный регистратор. С помощью SUPERVISOR невозможно осуществлять оперативное управление процессом. Он реализует следующие функции:
– чтение по сети и отображение в реальном времени значений параметров технологического процесса, заносимых в архивы мониторами реального времени;
– просмотр данных из архивов в режиме playback с заданной скоростью.
По функциям организации представления данных SUPERVISOR похож на NetLink Light. Для него требуется только создание графической базы (dbg файлы). Существенное отличие SUPERVISOR заключается в том, что он получает от МРВ или Глобального регистратора архивные значения каналов, а NetLink Light – текущие данные.
Глобальный регистратор (ГР) предназначен для ведения глобального архива по всему проекту. Он архивирует данные, посылаемые ему по сети мониторами реального времени. После сохранения данных в архиве Глобальный регистратор может передавать их для просмотра мониторам SUPERVISOR. Архив Глобального регистратора реализует технологию хранилища данных. Он фиксирует значения технологических параметров при их изменении. В рамках одного проекта может поддерживаться только один такой архив. Для организации дублирования глобального архива следует запустить в сети еще один монитор Глобальный регистратор. При этом оба ГР будут принимать данные, посылаемые для архивирования, и сохранять в своих архивах. Дублированный глобальный регистратор поддерживает функции синхронизации архивов при работе в реальном времени и при запуске.
Данный монитор позволяет решать следующие задачи:
– прием по сети данных, посылаемых для архивирования от мониторов реального времени;
– сохранение полученных данных в общем архиве проекта;
– поддержка восстановления архивных данных с резервного Глобального регистратора;
– чтение из архива и отображение в реальном времени значений параметров технологического процесса;
– анализ и обработка данных, сохраненных в архиве;
– обмен данными с другими приложениями WINDOWS через DDE/NetDDE;
– обмен с базами данных через ODBC.
МикроМРВ предназначен для управления задачами сбора данных и управления в контроллерах нижнего уровня АСУТП. Он может быть использован в любых IBM-совместимых контроллерах. По возможностям математической обработки, управления, обмена данными с другими мониторами ТРЕЙС МОУД МикроМРВ идентичен монитору реального времени. Однако для него не реализованы функции графического вывода информации. Задачи для МикроМРВ разрабатываются в редакторе базы каналов.
Поэтому при использовании IBM-совместимых контроллеров в рамках ТРЕЙС МОУД реализуется единая линия программирования задач верхнего и нижнего уровней систем управления. В контроллерах до сих пор еще используются типы процессоров, которые давно считаются устаревшими для применения в персональных компьютерах. Поэтому существуют следующие три модификации исполнительных модулей МикроМРВ: для процессоров типа I8088; для процессоров типа I80286 и старше без сопроцессора; для процессоров типа I80286 и старше с сопроцессором.
Функции монитора МикроМРВ Модем плюс совпадают с Микро-МРВ. Единственным его отличием является встроенная поддержка обмена данными с помощью модема по коммутируемым каналам, что позволяет использовать МикроМРВ для создания удаленных пунктов сбора информации, обменивающихся данными через телефонную сеть.
В системе ТРЕЙС МОУД предусмотрены драйверы. Драйвер требуется, если протокол обмена данными с используемым устройством не встроен в систему. Основной функцией драйвера является обеспечение связи ТРЕЙС МОУД с внешними устройствами. Это могут быть устройства сбора, хранения, обработки, передачи данных (контроллеры, УСО, другой компьютер и т.д.) или какие-либо другие устройства. Драйвер осуществляет согласование форматов данных ТРЕЙС МОУД и аппаратуры, для связи с которой он разработан.
При разработке АСУ возникает вопрос выбора SCADA-системы. Ниже перечислены только некоторые из популярных на западном и российском ранках SCADA-систем, имеющих поддержку в России:
Factory Link United States DATA США Общий анализ подобных пакетов позволяет сформулировать некоторые основные возможности и характерные особенности SCADA-систем. В силу тех требований, которые предъявляются к системам SCADA, спектр их функциональных возможностей определен и реализован практически во всех пакетах. Перечислим основные возможности и средства, присущие всем системам и различающиеся только техническими особенностями реализации:
– автоматизированная разработка, дающая возможность создания ПО системы автоматизации без реального программирования;
– средства сбора первичной информации от устройств нижнего уровня;
– средства управления и регистрации сигналов об аварийных ситуациях;
– средства хранения информации с возможностью ее постобработки (как правило, реализуется через интерфейсы к наиболее популярным базам данных);
– средства обработки первичной информации;
– средства визуализации информации в виде графиков, гистограмм и т.п.;
– возможность работы прикладной системы с наборами параметров, рассматриваемых как "единое целое" ("recipe" или "установки").
Одним из представителей пакетов решения различных математических задач является MATLAB.
Система MATLAB (MATrix LABoratory-матричная лаборатория, фирма MathWorks, Inc) создана "как язык программирования высокого уровня для технических вычислений" [11, 12]. Система имеет открытую архитектуру, современные версии поставляются вместе с пакетом расширения Simulink. Наиболее полно функциональные возможности системы проявляются в рамках комплекса "MATLAB + Simulink + пакеты расширения". Число пакетов расширения насчитывает несколько десятков. Система имеет уже более 10-ти версий.
В системе реализован принцип визуально-ориентировочного программирования; уравнения состояний, описывающие динамические системы, формируются автоматически; имеются виртуальные средства регистрации и визуализации результатов моделирования.
Наиболее известны области применения системы MATLAB:
математика и вычисления;
разработка алгоритмов;
вычислительный эксперимент, имитационное моделирование, макетирование;
анализ данных, исследование и визуализация результатов;
научная и инженерная графика;
разработка приложений, включая графический интерфейс пользователя.
MATLAB – это интерактивная система, основным ее объектом является массив, для которого не требуется указывать размерность явно. Это позволяет решать многие вычислительные задачи, связанные с векторно-матричными формулировками, существенно сокращая время, которое понадобилось бы для программирования на скалярных языках типа С или FORTRAN.
Система MATLAB – это одновременно и операционная среда и язык программирования. Одна из наиболее сильных сторон системы состоит в том, что на языке MATLAB могут быть написаны программы для многократного использования. Пользователь может сам написать специализированные функции и программы, которые оформляются в виде М-файлов. По мере увеличения количества созданных программ возникают проблемы их классификации и тогда можно попытаться собрать родственные функции в специальные папки. Это приводит к концепции пакетов прикладных программ (ППП), которые представляют собой коллекции М-файлов для решения определенной задачи или проблемы.
Система не свободна от недостатков. Во-первых, это низкая скорость работы (решения задач), вызванная прежде всего тем, что все модули системы хранятся в так называемых "исходных кодах" и перед выполнением MATLAB их вначале компилирует к исполняемому коду. Например, идентификация системы, рассмотренной в данной работе, длится порядка нескольких (менее 10) секунд.
Во-вторых, это недостаточная прозрачность математических методов, используемых для решения задач. Практически вся русская литература по MATLAB является переводом зарубежной документации.
При переводе больше внимания уделяется практическому использованию системы, а теория чаще всего опускается.
Фирма The Math Works, Inc поддерживает тесные связи с университетским миром и предлагает для образовательных версий значительные скидки. В настоящее время студенческая версия Student Edition of MATLAB ничем не отличается от коммерческой версии, но имеет невысокую цену и предназначена для студентов, работающих на персональном компьютере дома или в общежитии.
Большое распространение получили также пакеты MatCad, Excel, Mapl и др. [13 – 15].
В качестве примера прикладного программного обеспечения рассмотрим технологию энергосбережения и повышения качества (ТЭПК), которая обеспечивает выполнение в автоматизированном режиме следующих работ [16]:
анализ результатов гибридного эксперимента, выполненного по методике случайного баланса в сочетании с пассивным экспериментом для неуправляемых входных переменных (состав сырья, параметры окружающей среды и т.д.);
выделение групп факторов, оказывающих существенное влияние на качество продукции и энергозатраты;
определение квазиоптимальных режимов работы при векторном критерии качества;
прогнозирование улучшения качества и снижение энергозатрат при использовании квазиоптимальных режимов;
разработка алгоритмического и программного обеспечения систем автоматического регулирования и энергосберегающего управления;
проверка робастности алгоритмического обеспечения;
принятие обоснованных решений в условиях неопределенности и методами экспертных оценок при проектировании систем управления.
В состав ТЭПК входят программные средства:
анализ процесса "как есть" и планирование работ по реинжинирингу;
экспертная система "Энергосберегающее управление динамическими объектами";
идентификация;
энергосберегающее управление динамическими объектами;
принятие решений.
Комплекс программ "Анализ процесса "как есть" и планирование работ по реинжинирингу" позволяет в автоматизированном режиме выполнять следующие работы:
планирование гибридного эксперимента;
анализ результатов эксперимента;
выделение групп факторов, существенно влияющих на качество продукции и энергозатраты;
Парето-оптимизация режимов при векторном критерии качества;
построение моделей для управления процессом;
прогнозирование улучшения качества и снижения энергозатрат при обновлении процесса.
Экспертная система "Энергосберегающее управление динамическими объектами" позволяет:
оперативно (в диалоговом режиме) решать прямые и обратные задачи анализа оптимального управления при минимизируемых функционалах затраты энергии, расход топлива, время управления и др.;
исследовать практическую устойчивость проектируемых систем оптимального управления и оценивать их робастность на множестве состояний функционирования;
в реальном времени определять вид и рассчитывать параметры оптимального управления, реализуемого программной стратегией;
в реальном времени определять вид и рассчитывать параметры синтезирующей функции оптимального регулятора (при использовании позиционной стратегии);
оперативно проектировать алгоритмическое обеспечение для микропроцессорных устройств, управляющих динамическими режимами тепловых аппаратов, машин с электроприводами и транспортных средств.
Экспертная система имеет сетевой вариант, позволяющий решать задачи анализа и синтеза оптимального управления в режимах удаленного доступа.
В базе знаний экспертной системы используется новый математический аппарат, основанный на методе синтезирующих переменных в комбинации с принципом максимума и динамическим программированием. Разрабатываемое алгоритмическое обеспечение реализуется недорогими малогабаритными бортовыми контроллерами. Снижение затрат энергии при оптимальном управлении динамическими режимами составляет от 5 до 25 %. Эффект энергосбережения возрастает до 40 % при управлении гибридными объектами.
Комплекс программ "Идентификация" обеспечивает решение следующих задач:
регистрация экспериментальных данных с требуемым временным шагом и их первичная обработка;
выделение и оценка параметров случайных составляющих по каналам контроля и управления, определение их закона распределения;
определение вида и оценка параметров модели динамики объекта управления в виде обыкновенных дифференциальных уравнений;
определение модели динамики многостадийных процессов в виде дифференциальных уравнений с разрывной правой частью;
визуализация процесса идентификации модели.
КОМПЛЕКС ПРОГРАММ "ПРИНЯТИЕ РЕШЕНИЙ" ОБЕСПЕЧИВАЕТ АНАЛИЗ И ОБОСНОВАНИЕ ВАРИАНТА РЕШЕНИЯ ПРИ ПЕРЕПРОЕКТИРОВАНИИ ПРОЦЕССОВ, В ТОМ
ЧИСЛЕ:определение оптимального режима работы;
выбор варианта системы управления;
выбор вида модели динамики;
определение стратегии реализации оптимального управления.
В программном средстве используются различные методы принятия решений в условиях неопределенности (теории игр, Байеса-Лапласа, экспертных оценок и др.), предусмотрена возможность работы с экспертами в режиме удаленного доступа (через Internet).
В настоящее время CALS-технологии рассматриваются как бизнес в высоком темпе и ключ к обеспечению успеха предприятий на внутреннем и внешнем рынках, использование CALS-систем и логистики означает переход к новому образу и стилю ведения бизнеса в условиях рыночных отношений [17].
CALS-технологии стали интенсивно развиваться в последнем десятилетии, в основе этого лежали следующие направления научно-технического прогресса: 1) TQM (Total Quality Management) – всеобщее управление качеством; 2) системный подход и системный анализ; 3) "островковая" или "лоскутная" автоматизация бизнес-процессов; 4) информационные (компьютерные) технологии, удовлетворяющие мировым стандартам и требованиям открытых систем; 5) системы углубленных знаний в конкретных областях.
Сама аббревиатура CALS используется около 20 лет, но смысловое содержание термина претерпело значительную эволюцию, в частности:
1985 г. Computer Aided of Logestes Support – компьютерная поддержка логических систем;
1988 г. Computer Aided Acquisition and Lifecycle – компьютерные поставки и поддержка жизненного цикла;
1993 г. Continual Aided Acquisition and Lifecycle – поддержка непрерывных поставок и жизненного цикла;
1995 г. Commerce at Light Speed – бизнес в высоком темпе;
1997 г. Continuous Acquisition and Lifecycle Support – непрерывная поддержка ЖЦ продукта.
Процесс построения четких определений в области CALS-технологий пока незавершен, терминологический словарь только готовится к выпуску, поэтому приводимые в настоящем пособии формулировки нельзя считать стандартными.
Определение 1. CALS (Continuous Acquisition and Lifecycle Support – непрерывная поддержка жизненного цикла (ЖЦ) продукта) следует рассматривать как стратегию систематического повышения эффективности, производительности и рентабельности процессов хозяйственной деятельности предприятия за счет внедрения современных методов информационного взаимодействия участников ЖЦ продукта.
В "Проекте Руководства по применению CALS в НАТО", выпущенном 1 марта 2000 г., термин CALS (Continuous Acquisition and Life Cycle Support) определяется как "…совместная стратегия промышленности и правительства (государства), направленная на "реинжиниринг" (изменение, преобразование) существующих бизнес-процессов – в единый высокоавтоматизированный и интегрированный процесс управления жизненным циклом систем военного назначения." В данном контексте жизненный цикл (ЖЦ) включает в себя разработку, производство, применение и утилизацию военной системы.
В дословном переводе аббревиатура CALS означает "непрерывность поставок продукции и поддержки ее жизненного цикла". "Непрерывность поставок" требует и подразумевает оптимизацию процессов взаимодействия "заказчика и поставщика" в ходе разработки, проектирования и производства сложной продукции, срок жизни которой с учетом различных модернизаций составляет десятки лет.
Для обеспечения эффективности, а также сокращения затрат средств и времени процесс взаимодействия заказчика и поставщика должен быть действительно непрерывным.
Вторая часть определения CALS – "поддержка жизненного цикла" – заключается в оптимизации процессов обслуживания, ремонта, снабжения запасными частями и модернизации. Поскольку затраты на поддержку сложного наукоемкого изделия в работоспособном состоянии часто равны или превышают затраты на его приобретение, принципиальное сокращение "стоимости владения" обеспечивается инвестициями в создание системы поддержки жизненного цикла.
Целью применения CALS-технологий как инструмента организации и информационной поддержки всех участников создания производства и пользования продуктом является повышение эффективности их деятельности за счет ускорения процессов исследования и разработки продукции, придания изделию новых свойств, сокращения издержек в процессах производства и эксплуатации продукции, повышения уровня сервиса в процессах ее эксплуатации и технического обслуживания.
Стратегия CALS объединяет в себе:
применение современных информационных технологий;
реинжиниринг бизнес-процессов;
применение методов "параллельной" разработки;
стандартизацию в области совместного использования данных и электронного обмена данными.
Определение 2. CALS-система представляет собой программно-технический комплекс в виде интегрированных информационных технологий поддержки всех этапов ЖЦ продукции, соответствующих требованиям CALS-стандартов.
Наиболее важными аспектами при рассмотрении научно-методической, программно-технической и нормативно-правовой сторон CALS-технологий являются: функциональное моделирование бизнеспроцессов, технологии анализа и реинжиниринга, виртуальные предприятия и многопрофильные коллективы, информационная инфраструктура, нормативная документация. Определения, связанные с этими вопросами, будут даны в соответствующих разделах пособия.
В большинстве предприятий существуют "островки" автоматизации в виде разобщенных автоматизированных систем САПР, АРМ, АСУТП и др. Дальнейший количественный рост "островковой" автоматизации без интеграции информационных технологии мало перспективен.
Вместе с тем, замена всех используемых систем потребует огромных материальных затрат и обычно нецелесообразна. Разумнее создавать информационную инфраструктуру, в рамках которой существующие автоматизированные системы объединяются и интегрируются, а там, где необходимо, дополняются новыми технологиями.
Построение такой информационной инфраструктуры начинается с инвентаризации и анализа всех существующих автоматизированных систем. При этом определяется, на каком этапе развития в данный момент находятся автоматизированные системы; какие системы надо сохранить, какие заменить и какие заново разработать.
В ходе анализа надо выяснить текущее состояние информационных технологий, используемых участниками предполагаемого виртуального предприятия, учесть планы партнеров, их подходы к стандартизации.
Обычно выявляется большой объем данных, сохраняемых на бумажных носителях, которые следует перенести в электронную среду. Надо рассмотреть целесообразность такого преобразования и определить, какая информация, в каком объеме, в какой форме и каким способом будет передаваться в рамках единого информационного пространства.
На основе анализа решаются задачи проектирования архитектуры CALS-системы. Проектирование архитектуры предполагает определение аппаратных средств, сетевой инфраструктуры, ПО, необходимого для поддержки усовершенствованных процессов и нового стиля работы.
При этом большое внимание следует уделить:
1) созданию корпоративных хранилищ данных с однократным вводом и многократным коллективным использованием данных;
2) стандартизации форматов данных и способов доступа к ним;
3) эффективности управления информацией.
Разрабатываемая архитектура должна учитывать быстрое развитие ИТ и технологий коммуникаций, которые меняются в высоком темпе. Примерно за четыре года меняются три поколения ПК и соответствующее ПО. Поэтому надо обеспечить максимальную гибкость архитектуры, например, путем применения открытых систем и стандартных промышленных решений за счет отказа от сильно индивидуализированных специальных решений. Надо постоянно отслеживать и пересматривать архитектуру, чтобы учесть новые разработки с максимальной эффективностью.
При создании единого информационного пространства и использовании CALS-технологий большое значение приобретают вопросы защиты информации.
Большинство предприятий совместно используют информацию в электронном виде, обмениваются информацией с заказчиками, поставщиками, партнерами, которые могут быть географически рассеяны.
Обмен информацией происходит на всех этапах ЖЦ продукта, в том числе при проектировании, изготовлении и эксплуатации.
Тесные связи с внешними участниками увеличивают риски информационной информации, а также гарантии целостности и надежности используемой информации. Особенно это актуально для виртуальных предприятий.
Часть информации представляет коммерческую, а иногда и государственную тайну, и попадает под действие нормативных актов РФ о защите информации. Для многих организаций информация является важным ресурсом, при запросах требуется получать достоверные данные.
Политика информационной безопасности должна учитывать возможность случайных или преднамеренных угроз, которые могут исходить как из внутренних, так и из внешних источников. Затраты для обеспечения информационной безопасности и меры защиты должны быть соразмерны уровню существующих рисков, их возможного воздействия на бизнес.
Например, технология Bluetooth предназначена для беспроводного объединения технических средств ИТ и создания небольших локальных сетей [20, 21]. Технология использует небольшие приемопередатчики малого радиуса действия, которые непосредственно встраиваются в устройство или подключаются через свободный порт (или PC-карту). Приемопередатчики работают в полосе частот ISM (полоса промышленного, научного и медицинского применения) 2402 … 2480 МГц. Радиосвязь обеспечивается в радиусе 10 м, причем не обязательно в зоне прямой видимости, между соединяемыми устройствами могут быть стены и другие препятствия. В настоящее время создаются средства для увеличения дальности связи до 100 м.
Радиоканал обеспечивает скорость передачи данных 721 Кбит/с, а также передачу 3-х голосовых каналов.
Для обеспечения надежной работы технология Bluetooth использует скачкообразную перестройку частоты (FHSS) с расширением спектра. Передатчик переходит с одной частоты на другую по алгоритму, использующему псевдослучайные числа, скорость перестройки 1600 скачков/c. Режим работы дуплексный с временным разделением (TDD). Временные интервалы (Time Slots) развертываются для синхронных пакетов, каждый из которых передается на своей частоте радиосигнала.
Технология предусматривает простую интеграцию с TCP/IP. Каждое устройство имеет уникальный 48-битовый сетевой адрес, совместимый с форматом стандарта локальных сетей IEEE 802.
Выделяют 3 класса модулей Bluetooth по мощности излучения: класс 1 – 100 Вт, класс 2 – 2,5 Вт и класс 3 – 1 МВт.
В ближайшее время ожидается появление на рынке принтеров, клавиатур и других периферийных устройств, работающих по технологии Bluetooth.
Разработан стандарт Bluetooth 1.0b, который устанавливает требования к беспроводной связи на небольшие расстояния (до 10 м с возможностью расширения до 100 м) в нелицензируемом диапазоне 2, ГГц. Для создания и отладки устройств Bluetooth фирма Philips выпускает специальные наборы разработчика – Blueberry Developers Kit for Bluetooth Applications. Набор включает материнскую плату, содержащую в себе коммуникационные интерфейсы, элементы контроля и управления, разъемы для подключения дочерних плат и дочерние платы с установленными на них RF-модулем и Basebandконтроллером. Такой набор позволяет разработчикам не меняя конфигурации материнской платы испытывать различные комбинации контроллеров и трансиверов.
В комплект поставки входят компакт-диск, который помимо документации содержит два пакета программ: загрузчик BlueStar для программирования внутренней и дополнительной flash-памяти контроллера и программа тестирования BlueBird для проверки работоспособности устройства в целом.
Технология Bluetooth выгодно отличается от других технологий следующими свойствами:
применение маломощных передатчиков;
малые размеры системы, позволяющие устанавливать ее в различные оконечные и периферийные устройства (мобильные и бесшнуровые телефоны, ноутбуки, устройства ввода/вывода ПК, хабы локальных сетей и т.п.);
низкая стоимость.
Таким образом, с помощью технологий Bluetooth в единую систему можно объединить самые разные устройства на основе высокоскоростной сети обмена данными как цифровой информации, так и речи. Это происходит без вмешательства со стороны пользователя и открывает ему широкие коммуникационные возможности, позволяющие в любом месте подключиться к сети сотовой связи, подсоединив свой ноутбук к периферийным устройствам ввода/вывода, обеспечить голосовую связь или передачу данных на небольшие расстояния.
В перспективе технология позволит объединять любые электронные устройства, вплоть до холодильников, стиральных машин, микроволновых печей, отопительных систем и дверных замков.
Другими технологиями беспроводной связи являются IrDA (инфракрасная связь), Home RF, IEEE 802-11.
CAN-технологии (Controller Area Network), включающие широкий класс программных, схемотехнических и алгоритмических решений, представляют собой промышленные сети для применения в распределенных системах управления, которые работают в режиме «жесткого» реального времени со скоростью передачи до 1 Мбит/с. Технология CAN-bus создана фирмой Bosh в середине 80-х годов и первоначально широко использовалась в немецко-говорящих странах. В настоящее время CAN-технологии широко используются индустриально развитыми странами во всех стратегических областях промышленности, автомобильном и железнодорожном транспорте, авиации, машиностроении, энергетике, промышленной автоматизации и др.
Для применения CAN-bus выпускается достаточный набор компонентов – интеллектуальных датчиков, CAN-контроллеров, программных средств и т.д., разработаны стандарты и учебно-методическая литература. Координацию работ в мировом масштабе по разработке и внедрению CAN-технологий осуществляет коммерческая международная организация CAN in Automation (CiA) [22 – 26].
Работы по использованию и развитию CAN-технологий проводятся в следующих направлениях:
разработка промышленных сетей и распределенных систем управления на серийно выпускаемых аппаратах и компонентов CAN-bus;
разработка встроенных систем управления (Embedded Systems) для массовых объектов – транспортных средств, технологических установок, энергоемких бытовых аппаратов на основе имеющихся спецификаций;
создание новых интеллектуальных датчиков и других технических средств для CAN-технологий;
разработка программного обеспечения для CAN-контроллеров и другого заказного ПО.
Компоненты для CAN-технологий выпускают известные западные фирмы Bosh GmbH, Siemens AG, Rockwell Automation AB, Motorola GmbH, Toshiba Electronics, Europe GmbH, Philips Semiconductors GmbH и др.
В разработке и внедрении CAN-технологий участвуют отечественные фирмы ООО "Марафон" (г.
Москва), ООО "Дейтамикро" (г. Таганрог), ЗАО "ЭлеСи" (г. Томск).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
1 Человечество вступило в эру информатизации, в настоящее время на предприятиях, фирмах, в быту не рассматривается вопрос, внедрять или не внедрять информационные технологии, актуальными задачами стали, какую ИТ и когда внедрять. Процветают фирмы и страны, которые уделяют информатизации первостепенное значение. Развитие ИТ происходит по экспоненциальному закону, соответственно расширяется предметная область новой науки итологии.2 Информационная технология является основополагающим понятием, которое охватывает знания, методы и средства, обеспечивающие процессы сбора, хранения, обработки, восприятия, передачи и применения информации во всех ее возможных формах. ИТ применяются во всех сферах человеческой деятельности – образование, наука, производство, быт и т.д. с целью снижения трудоемкости процессов использования информационных ресурсов, повышения эффективности бизнес-процессов. Реализуются ИТ обычно в виде автоматизированных информационных систем – САПР, АСУТП, КИС, АСНИ и т.п.
3 За последние 30 – 40 лет ИТ стремительно развивались и прошли путь от технологий решения частных математических и технических задач на вычислительных центрах общего пользования с ЭВМ первых поколений до корпоративных информационных систем и CALS-технологий, обеспечивающих информационную поддержку бизнес-процессов на всех этапах жизненного цикла продукта. В настоящее время используются тысячи различных информационных технологий, созданием и внедрением их занимаются сотни фирм.
4 Современная ИТ, рассматриваемая как сложная эргатическая система, состоит из следующих элементов: человеческий компонент, математическое и алгоритмическое обеспечение, лингвистическое обеспечение, программное обеспечение, техническое обеспечение, информационное обеспечение, организационное и методическое обеспечение.
5 Эффективность внедряемых ИТ во многом зависит от спроектированной архитектуры информационной системы, в том числе принципа действия и диапазона возможностей, конфигурации и взаимосвязей элементов, средств пользовательского интерфейса, возможностей программирования и т.д. Разрабатываемая архитектура должна учитывать быстрое развитие самих ИТ и технологий коммуникаций 6 Для классификации ИТ используются различные подходы и признаки. Достаточно широкое распространение получила классификация, использующая этапы жизненного цикла продукции. В этом смысле выделяют частные ИТ, которые автоматизируют информационные процессы отдельных этапов, например при маркетинге, планировании, проектировании продукта, управлении технологическими процессами и т.д., и интегрированные ИТ, охватывающие все этапы ЖЦ, например CALS-технология.
Знакомство с ИТ различных классов необходимо для решения задач реинжиниринга бизнес-процессов.
7 Современные ИТ обладают свойствами целесообразности, целостности, взаимодействия с внешней средой и развития во времени. Применительно к проектированию и производству электронных средств эти свойства обеспечивают комплексность решения задач, интерактивный режим работы пользователей, реализацию возможностей имитационного моделирования, принятие обоснованного решения на каждом этапе жизненного цикла продукции и другие способы повышения эффективности бизнеспроцессов.
8 В разрабатываемые ИТ закладываются общесистемные и другие принципы, основными из них являются принципы: включаемости, системного и информационного единства, открытости, комплексности, инвариантности, интеграции, модульности, развития, стандартизации и безопасности.
9 К настоящему времени в основном разработана методология создания и развития информационных технологий. Важными компонентами методологии на уровне CALS-систем являются технологии анализа и реинжиниринга бизнес-процессов. Созданы частные методологии применительно к составным частям ИТ. Например, при разработке программного обеспечения широко используется методология, в основе которой лежит концепция модульного программирования.
Внедрение ИТ на отечественных предприятиях должно производиться с учетом национальных особенностей и уровня подготовленности персонала, большое значение для достижения успеха имеет тщательный анализ и описание бизнес-процессов. Полученные об ИТ сведения быстро устаревают, поэтому необходимо постоянно отслеживать информацию и принимать решения с учетом последних данных, например, в Internet.
«