Структура и методология разработки автоматизированных информационных систем

УДК 681.3.01 
Ф76 

Р е ц е н з е н т 
д-р техн. наук, нроф. В.А. Осадчий 

Фомин С.Я., Самсонов Д.П. 

Ф76 
Структура и методология разработки автоматизированных 
информационных систем: Учеб. пособие.- М.: МИСиС, 
2005.-238 с. 

Пособие написано как введение в теорию разработки автоматизированных информационных систем, ориентированных на задачи управления сложными системами (преимущественно производственными комплексами). При 
этом наряду с традиционными подходами к решению указанной проблемы 
изложены концептуальные, методологические и технологические аспекты 
создания человеко-машинных интеллектуализированных систем выработки и 
принятия решений по управлению производственными комплексами. 

№я самостоятельной рабоп,:, курсового и дипломного проекшрования студентов специальностей 220200, 3514э. 

© Московский государственный институт 
стали и сплавов (Технологический 
университет) (МИСиС), 2005 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Введение 
8 

1. НТР и проблема управления экономикой. Основные 
принципы создания АСУ 
11 

1.1. Системные функционально-информационные 
характеристики ПК 
16 

1.2. Мера сложности. Энтропия. Снижение беспорядка 
18 

1.3. Общая постановка проблемы управления 
производственным комплексом 
24 

1.3.1. Структурные схемы ПК 
30 

1.3.2. Использование модели ТС при исследовании 
структурных схем ПК 
32 

1.4. Основные принципы создания АСУ ПК 
35 

Контрольные вопросы 
46 

2. Традиционные возможности формализации поведения 
сложных систем 
48 

2.1. Элемент как динамическая система. Характеристики 
динамической системы 
48 

2.2. Конечные автоматы 
54 

2.3. Вероятностные автоматы 
58 

2.4. Системы массового обслуживания. Структура модели, 
разновидности СМО 
61 

2.4.1. Моделирование процесса функционирования СМО 
65 

2.4.2. Моделирующий алгоритм. Классификация 
моделирующих алгоритмов 
77 

2.4.3. Моделирующий алгоритм с детерминированным 
шагом 
80 

2.4.4. Моделирующие алгоритмы со случайным шагом 
83 

2.4.5. МАЛ с пошаговым разблокированием 
87 

2.4.6. Сравнение МАЛов 
88 

2.4.7. Моделирующий алгоритм участка «Разливочный 
пролет сталеплавильного цеха - отделение раздевания 
слитков» 
89 

2.5. Агрегатная модель Бусленко (А-система). Структура 
агрегата - элемента А-системы 
93 

2.5.1. Производственные и транспортные операции и 
элементы ПК в А-системах 
96 

3 

2.6. Взаимодействие элементов в сложной системе в рамках 
механизма обмена сигналами 
100 

2.6.1. Многоуровневые схемы сопряжения. Оператор 
сопряжения 
106 

2.6.2. Сложные системы с переменной структурой 
112 

Контрольные вопросы 
114 

3. Проблема создания интеллектуальных ИАСУ ПК. 
Особенности представления знаний в интеллектуальных 
системах 
116 

3.1. «Модельная» теория принятия решений. Семиотическая 
модель управления 
130 

3.2. Языки описания семиотических моделей и формальные 
преобразования 
144 

3.3. Классификация ситуаций 
146 

3.4. Образование новых понятий 
149 

3.5. Общая схема структуры системы ситуационного 
управления 
150 

3.6. Структура элементарной операции, элементарный 
список в системе ситуационного управления 
153 

3.7. Микрооперации семиотического языка 
156 

3.7.1. Объединение сетей 
158 

3.7.2. Пересечение сетей 
158 

3.7.3. Дополнение сетей 
159 

3.7.4. Включение (корреляция) сетей 
159 

3.7.5. Трансформация сетей 
162 

3.7.6. Операции обобщения сетей 
164 

3.7.7. Операции конкретизации сетей 
165 

3.8. Макрооперации семиотического языка 
167 

3.8.1. Перевод 
167 

3.8.2. Целеобразование и целеполагание 
167 

3.8.3. Макрооперация формирования модели проблемной 
среды 
169 

3.8.4. Диалоговая макрооперация формирования модели 
поведения 
170 

3.8.5. Формирование стратегий 
172 

3.8.6. Корректировка моделей 
173 

3.8.7. Моделирование проблемной среды 
174 

3.8.8. Ситуация 
175 

3.8.9. Высказывание и операторы 
177 

3.8.10. Средства описания синтаксиса 
178 

4 

3.8.11. Образы ситуаций и арифметические выражения 
180 

3.9. Структура банка данных для принятия решений 
181 

3.10. База знаний для принятия решений 
185 

Контрольные вопросы 
190 

4. Функциональные ывозможности специализированных 
пакетов (на примере SAP R/3 и М-3) 
192 

4.1. Корпоративная информационная система. Базовые 
понятия 
192 

4.2. Основные подходы к созданию КИС 
194 

4.3. Международные стандарты по управлению 
производством 
196 

4.3.1. Развитие теоретических методов планирования 
ресурсов предприятия 
198 

4.3.2. Современная структура модели MRP/ERP 
202 

4.4. Основные методы проверки функциональных 
возможностей КИС 
208 

4.5. Интегрированная КИС SAP R/3 
211 

4.5.1. Общая информация 
211 

4.5.2. Отраслевое решение для металлургической 
промышленности 
214 

4.5.3. Обзор проектов, использующих отраслевые 
решения R/3 
220 

4.6. Интегрированная система М-3 
221 

4.6.1. Общие сведения 
221 

4.6.2. Архитектура системы 
221 

4.6.3. Функциональные возможности системы 
222 

4.6.4. Дополнительные возможности М-3 
224 

Контрольные вопросы 
225 

Упражнения и тесты 
226 

Библиографический список 
236 

5 

Перечень используемых сокращений 

АИС - автоматизированная информационная система 
АК - автоматическая классификация 
АСОИУ- автоматизированная система обработки информации и 
управления 
АСУ - автоматизированная система управления 
БД-база данных 
БДн-банк данных 
БЗ-база знаний 
ВА-вероятностный автомат 
ВС-вычислительная система 
ДС-динамическая система 
ДУ-диалоговое управление 
ЗПР-задача принятия решения 
ИАСУ ПК - интегрированная АСУ ПК 
ИИ - искусственный интеллект 
ИМ - имитационное моделирование 
ИС - интеллектуальная система 
КА-конечный автомат 
КИС - корпоративная информационная система 
ЛИ - лингвистическая переменная 
ЛИР - лицо, принимающее решение 
ЛТП - логико-трансформационное правило 
МАЛ - моделирующий алгоритм 
МД-модель данных 
МПЗ - метод представления знаний 
МС-модель проблемной среды 
ПТР - научно-техническая революция 
ОНЗУ - объективно необходимая задача управления 
ОУ-объект управления 
ОУ-оперативное управление 
ПК - производственный комплекс 
ПС-проблемная среда 
PC-решающая система 
СА-системный анализ 
САПР - система автоматизированного проектирования 
СМ-семиотическая модель 
СМО - система массового обслуживания 
СОД - система обработки данных 

6 

СП-системный подход 
СС-семантическая сеть 
СТМО - метод статистического моделирования 
СУ - ситуационное управление 
СУБД - система управления базами данных 
СЯ-семиотический язык 
ТП-технологический процесс 
ТС-транспортная сеть 
УС-управляющая система 
Ф-фрейм 
ФП - функция принадлежности 
ЭВМ - электронно-вычислительная машина 
ЯД-язык данных 
ЯПЗ - язык представления знаний 

7 

ВВЕДЕНИЕ 

Понятие «Автоматизированная информационная система» (АИС) 
уже давно употребляется в разнообразных сферах деятельности как в 
теоретических, так и в практических аспектах. Автоматизация практически любой функциональной (объектной) задачи (управление 
технологическими операциями и производственными процессами, 
процессами выработки и принятия решений как в управлении, так и 
при проектировании структур разнообразных систем и др.) связана с 
информационным обеспечением решения целевых (функциональных) задач. При этом качество и полнота структуры используемой 
информации играют исключительно важную роль в достижении адекватных решений целевых функциональных задач. 

В последние десятилетия предпринимаются энергичные усилия 
по созданию интегрированных автоматизированных систем управления производственными комплексами (ПАСУ ПК). Их целью является интеграция всех фаз и уровней автоматизированного управления 
сложной эргатической системой, которой является ПК. 

Стремление разработчиков ПАСУ ПК, используя разнообразный 
математической аппарат и программные средства, «переложить все 
управление ПК на вычислительную технику» не дало ожидаемого 
эффекта (хотя, безусловно, имеются серьезные достижения), поскольку многие задачи, связанные с выработкой и принятием решений (особенно в системах оперативного управления, а также при 
проектировании и прогнозировании развития ПК), в принципе не 
могут быть достаточно полно формализованы. При синтезе АСУ 
сложной системы неизбежно использование также и неформальных 
(экспертных) подходов, позволяющих адекватно сочетать вычислительные возможности современных компьютерных систем (технологий) с творческим потенциалом компетентных в конкретной предметной области ЛПР. 

Рассмотрим отличия традиционной формальной дедуктивной системы от так называемой семиотической системы управления. 

Под формальной дедуктивной системой понимают совокупность 
четырех множеств: базовых элементов Т , синтаксических правил Р, 
аксиом 
А 
и 
правил 
вывода 
П 
(семантических 
правил): 
Ф = {Т,Р,А,П). 
Базовые элементы не могут быть разложены на более простые. Правила Р определяют, как из базовых элементов образовать синтаксически небазовые правильно построенные совокуп
8 

ности (ППС). Из множества ППС произвольно выделяется подмножество А Е ППС. Наконец, правила вывода 77 служат для того, чтобы с их помощью из одних ППС получить другие ППС. Таким образом, формальная система представляет собой целенаправленный генератор ППС, в котором J и 77 фиксированы. В семиотической же 
системе аксиомы А и правила вывода 77 могут изменяться в ходе 
работы системы. 

Отличительной особенностью семиотической системы является 
наличие в ней интерпретатора, который выполняет перестройку модели объекта управления. Па рисунке приведена типовая структурная схема семиотической системы. 

D 

F 

R 

w 

м 

]—^^ 

Схема семиотической системы: 

W -объектуправления; 
F -механизм порождения решений (совокупность определенных 
процедур); D - входной преобразователь; R -выходной преобразователь; М -модель объекта управления; /-интерпретатор 

Данная схема функционирует следующим образом. Основной 
контур управления- D-F-R-W-D. 
Информация снимается с 
объекта и через входной преобразователь D поступает в механизм 
порождения решений F, где решение формируется и выдается на 
объект управления через выходной преобразователь R. Принятие 
решений в F производится на основании знаний об объекте, выделенных в модель М . 

Выделение знаний об объекте в отдельный блок М обеспечивает 
представление этих знаний в более компактной форме, облегчает 
сменяемость и модификацию их. При этом возрастает универсальность и, следовательно, сложность блокад. 

Задачами интерпретатора 7 являются наблюдение за ответными 
реакциями среды и объекта управления и интерпретация их в терминах блока М . Для этого 7 производит такие действия, как выделение причинно-следственных цепочек, обнаружение закономерностей, 
фиксация фактов заданного типа и т.д. 

9 

Блоки М и / являются основными в семиотической системе, поскольку именно они определяют, как будет функционировать вся 
система в целом. Важной особенностью интерпретатора является то, 
что он «работает вообще без заранее заданного плана, так как заложенные в него процедуры носят универсальный характер». Таковы 
основные отличия семиотической системы от формальной (традиционной). 

10