CC BY
310
УДК 004.414.2
Д. А. Копылов
КОНЦЕПТУАЛЬНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ РАБОЧЕГО МЕСТА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ
Аннотация. Предложен вариант концепции по разработке автоматизированного рабочего места, входящего в состав подсистемы управления автоматизированной системы управления. Обращается внимание на необходимость качественного (концептуального) осмысления технической системы; описываются этапы проектирования автоматизированного рабочего места и содержание каждого из них.
Ключевые слова: качественные проблемы, этапы проектирования, разработка автоматизированного рабочего места, концепция.
Abstract. The article offers a concept of automated workplace design which is a part of an ACS management subsystem. The author emphasizes the necessity of qualitative (conceptual) understanding of a technical system; describes the stages of automated workplace design and their contents.
Key words: qualitative problems, design stages, designing of an automated workplace, the concept.
Введение
В процессе развития научных, проектных и исследовательских работ, выходящих на новые границы своего качественного роста, возникает необходимость в концептуальном осмыслении технических систем [1]. Качественный прорыв в исследовании и создании новых объектов связан с порождением концептуальных пространств, вносящих в предметную область разнообразие новых взглядов, положений и решений. Разнообразие изначально выражается в категориях качества.
Методологической и инструментальной поддержкой исследований, направленных на порождение, выражение и оперирование качествами объектов, в настоящее время является теоретический аппарат концептуального анализа и синтеза технических систем. Сферой применения этого аппарата являются качественные слабоструктурированные проблемы в различных предметных областях. В отношении задач разработки технических, организационно-технических и организационных систем это представляет собой концептуальное проектирование входящих в них объектов.
Акцентирование концептуальных исследований объектов определяется самостоятельным специфическим этапом, связанным с возросшими современными потребностями теории и практики проектирования сложных систем. Поэтому предмет исследований должен основываться на конкретном определении системы и установлении аспекта проектирования, связанного с необходимостью концептуальных наработок.
К одному из классов сложных систем относят автоматизированные системы управления (АСУ), которые являются совокупностью математических методов, технических средств (ЭВМ, средств связи, устройств отображения информации и т.д.) и организационных комплексов, обеспечивающих рациональное управление сложными объектами (процессами) в соответствии с заданными целями [2].
Специфика разработки АСУ заключается в решении крупных проблем, где под проблемой понимается ситуация, характеризующаяся различием между существующим техническим воплощением и необходимым (желаемым) результатом. В зависимости от степени исходного различия и сложности взаимодействия объектов системы процесс нахождения решения может быть различным, а следовательно, и различным выбор методов решения. В этом смысле различают количественные и качественные проблемы. К первому типу относятся проблемы, решение которых заключается в изменении количественных характеристик существующей системы и не требует ее существенного перестроения. Решение качественной (слабоструктурированной) проблемы предполагает выявление в существующей системе проблемы, цели, связей и ограничений на желаемую систему, перестроение которых способно повлиять на результат.
До момента решения качественной проблемы ее основные компоненты не выявлены до такого уровня, при котором решение может заключаться в количественном анализе свойств существующей системы. Примерами могут являться проблемы разработки новых технических, организационных и информационных систем, предназначенных для выполнения разнотипных функций.
1. Этапы концепции построения автоматизированного рабочего места АСУ
Технические средства АСУ могут объединяться в иерархически структурированные подсистемы, рассредоточенные на значительных расстояниях друг от друга; такая система управления классифицируется как территориально-распределенная.
В процессе эксплуатации АСУ возникают задачи разработки новых технических средств, отвечающих актуальным требованиям, и реализации дополнительных функций для повышения эффективности и оперативности управления. К таким техническим средствам относится автоматизированное рабочее место (АРМ).
Концепция проектирования АРМ состоит из последовательности этапов [3], приведенных на рис. 1.
2. Содержание начального этапа концепции
Введение концепции. АРМ является одним из важных звеньев автоматизированной системы обработки данных и управления. Поэтому уже на начальных этапах его создания как разработчикам, так и заказчикам важно хорошо представлять себе весь комплекс задач, с которыми им придется столкнуться в процессе разработки и внедрения системы [4].
В методическом плане при решении проблем проектирования АРМ важно определение состава и структуры системы и входящих в нее элементов. При решении технических задач в рамках разработки АРМ возникает вопрос, как выразить и в последующем формализовать требования и грамотно поставить задачу. Формализация требований в большой степени затруднена из-за отсутствия полноценного диалога между заказчиком и разработчиком. Для решения данной проблемы возникает необходимость в построении концепции [5].
-р*.
00
начальный этап
1
этап концептуализации предметной области
1
этап разработки концептуальной модели
1
завершающий этап
Рис. 1
■ Введение концепции
• Общие положения
• Основные принципы построения
• Терминология
• Функциональное пространство АРМ
• Информационное пространство АРМ
• Организационная структура АРМ
• Нормативно-правовое пространство функционирования АРМ
• Основные решаемые задачи при построении АРМ
• Общий механизм выбора решения при построении АРМ
• Технологическое пространство АРМ
• Обеспечение информационной безопасности АРМ
• Охрана труда на рабочем месте
Огчет
Этапы концепции проектирования АРМ
Известия высших учебных заведений. Поволжский регион
Назвать одну сторону, которая была бы инициатором разработки концепции, достаточно сложно. Инициатива должна идти с разных сторон, где должны сойтись пожелания и возможности участников процесса разработки.
В нашем случае для разработки АРМ необходимо рассматривать концепцию основного типа, содержащую полный перечень разделов (подразделов), являющихся обязательными.
Цель концепции состоит в осмыслении и анализе ситуации, выражении ее в конкретных формулировках для выработки в дальнейшем решений и документов, носящих нормативный характер. Наличие согласованной концепции позволяет всем участникам проекта двигаться в одном направлении с четким пониманием итоговой задачи.
Общие положения. Название системы - Автоматизированное рабочее
место.
Место системы в составе АСУ - является элементом подсистемы управления АСУ.
Назначение системы - предназначено для формирования, ввода, обработки и отображения информации с контролем ее прохождения в подсистеме.
Цель создания - разработка нового АРМ, отвечающего новым функциональным требованиям.
Основные принципы построения. В начале процесса обследования встает ряд первоочередных вопросов, касающихся того, как осуществить этот процесс, какой выбрать способ действий по отношению к данному объекту, в каком аспекте или ракурсе исследовать его, с позиций каких представлений рассматривать объект, - все это составит суть подхода к проблеме. Его можно определить как комплекс основных исходных установок, включающий определенное первоначальное представление об объекте. Перечисленные компоненты можно рассматривать как концептуальный аспект подхода [6].
Представление об объекте формируется с определения его онтологического типа, т.е. характера и категориальной принадлежности. Это позволит отнести разрабатываемое АРМ к одному из таких типов, как предмет, структура, система, элемент подсистемы. Эта операция обеспечивает заказчика и разработчика соответствующим общим взглядом на объект, некоторым пониманием его и формирует соответствующие подходы к изучаемому объекту -системный, структурный, процессуальный и т.п. Определение онтологического типа можно назвать первоначальной идентификацией объекта, которая выявляет универсальную компоненту концептуального аспекта подхода. На практике объект чаще всего рассматривается системно с нескольких точек зрения с учетом отраслевых ограничений, таких как модульность, вариант исполнения, массогабаритные характеристики и т. д.
Различные подходы к рассмотрению изучаемого объекта приводят к формированию нескольких направлений его разработки, что позволяет точнее определить важность и значение того или иного параметра, сопоставить результаты и установить ценность каждого из них. Конкуренция различных подходов становится фактором получения действительно значимых результатов.
Как было сказано, сначала определяется онтологический тип объекта, что позволяет подвести его под какое-либо самое общее универсальное понятие, осуществить вторичную, специальную идентификацию объекта и руководствоваться специфическим комплексом соответствующих представлений. Чем конкретнее понятие или представление, под которое подводится разра-
ботка, тем больше глубина ее идентификации. В нашем случае онтологический тип АРМ - элемент подсистемы.
Терминология. Отсутствие единой терминологии часто приводит к возникновению «терминологических барьеров» между отдельными коллективами разработчиков, а также между разработчиками и заказчиком системы. Термины и их определения, применяемые в концепции, оформляются отдельным приложением.
3. Содержание этапа концептуализации предметной области
Функциональное пространство АРМ. Функциональное пространство АРМ с перечнем взаимодействующих технических средств представлено на рис. 2.
ВК - вычислительный комплекс, АРМ ФК - автоматизированное рабочее место функционального контроля; АРМ СБ - автоматизированное рабочее место службы безопасности; ЛВС - локальная вычислительная сеть; МЭ - межсетевой экран
Рис. 2. Функциональное пространство АРМ в АСУ
Базовый функциональный контур подсистемы управления изображен на рис. 3.
Рис. 3. Базовый функциональный контур подсистемы управления
Информационное пространство АРМ. При создании концептуальной модели практически параллельно формируется область исходных данных (информационное пространство). На данном этапе выявляются количественные характеристики (параметры) функционирования объекта и его элементов, численные значения которых составят исходные данные для моделирования.
Исходными данными является немашинная информация в форме регламентированных сообщений, таблиц сигналов, сопровождающихся смысловой нагрузкой, воспринимаемых оператором для ввода в АРМ.
АРМ обрабатывает и преобразует вводимую оператором информацию в требуемый формат для последующей ее передачи в вычислительный комплекс (ВК) подсистемы управления.
Прохождение информации в пространстве подсистемы управления осуществляется по установленному протоколу обмена.
При принятии решения о создании информационного пространства заказчиком и разработчиком решаются следующие задачи:
- разработка соглашений и регламентов о распространении информации;
- разработка механизма доступа к информации, т.е. выбор конкретного организационно-технологического решения;
- мероприятия по актуализации информации.
Организационная структура АРМ. В разделе приводится перечень ведомств и их подразделений, задействованных в формировании и управлении информационными ресурсами и краткое описание межведомственного взаимодействия. Для каждого ведомства указываются основные функции, связанные с созданием и эксплуатацией АРМ.
Нормативно-правовое пространство функционирования АРМ. Нормативно-правовое пространство функционирования АРМ должно определяться нормативно-правовыми актами (указами Президента, постановлениями Правительства, законами, стандартами предприятий-изготовителей и т.д.), относящимися к области деятельности, в которой будет функционировать система, а также нормативными актами, регламентирующими деятельность и взаимоотношения в области информатизации АСУ отрасли.
Основные стандарты, учитываемые при разработке и создании АРМ:
1. ГОСТы 24 серии «Автоматизированные системы управления».
2. ГОСТы 34 серии «Информационная технология».
3. ГОСТы 19 серии «Единая система программной документации».
4. ГОСТ Р 50922-2006. Защита информации.
5. Р 50.1.056-2005. Техническая защита информации.
6. РД 50-680-88. Методические указания. Автоматизированные системы.
При официальном издании новых нормативно-правовых актов и стандартов они должны быть включены в вышеприведенный перечень.
4. Содержание этапа разработки концептуальной модели
Разработка концептуальной модели определяет:
- целесообразность создания АРМ;
- конкретные функции АРМ;
- степень автоматизации задач;
- отраслевые ограничения при разработке АРМ;
- проверку АРМ на соответствие нормативным документам.
В процессе создания системы необходимо выяснить:
- эффективность существующего АРМ (оперативность выполнения поставленных задач в заданных условиях эксплуатации, надежность, массогабаритные характеристики);
- принцип развития (возможность обновления функций АРМ и видов его обеспечения);
- согласование новой структуры АРМ на основе выявленных недостатков существующей.
Функции АРМ:
- обеспечение самодиагностики неисправностей с выдачей информации на дисплей управления АРМ (ЖК-монитор) по результатам прохождения программы тест-контроля;
- необходимость разделения функций и прав пользователей АРМ;
- преобразование информации в требуемый формат;
- обеспечение взаимодействия с подсистемой управления.
Концептуальная модель системы должна строиться на основе функциональных требований с учетом экономических показателей.
Концептуальная модель должна строиться с учетом ГОСТ 34.601-90.
Основные решаемые задачи при построении АРМ.
1. Разработать АРМ, отвечающее новым функциональным требованиям.
2. Разработать специальное программное обеспечение для АРМ.
3. Разработать комплект документации по новому АРМ.
Общий механизм выбора решения при построении АРМ. На всех стадиях процесса проектирования АРМ приходится вырабатывать, обосновывать и принимать решения по принципам структурного построения системы, принципам реализации различных функциональных задач, разработке математического обеспечения. Эти решения принимают как в условиях достоверно определенных исходных данных, так и при исходных данных, носящих стохастический характер с известными или неизвестными распределениями вероятностей [2].
Эффективность выбора решения определяется некоторым критерием ^ . Все факторы, от которых зависит эффективность выбора, разделяются на две группы. Первая группа факторов называется элементами решения, или параметрами выбора *1,...,хп, и зависит от лиц, принимающих решение, которое они могут выбирать по своему усмотрению. В целом решение характеризуется вектором параметров выбора
X = 1*1,..., *п||. (1)
Может быть самая различная интерпретация параметров выбора, например:
• Рассматривая совокупность {}={1,п} вариантов структур АРМ,
нужно выбрать для дальнейшей реализации один-единственный, наиболее эффективный в смысле принятого критерия вариант. Параметры выбора принимают значения *1 = 1, 1 = 1, п , если для дальнейшей реализации выбирается 1 -й вариант структуры, и хг- = 0, если 1 -й вариант структуры для реализации не принимается.
• Производится комплексирование АРМ из п типов технических средств. Каждое средство і -го типа (і = 1, п ) может быть включено в систему в количестве Хі = 0,1, 2,... единиц. Необходимо выбрать такое число единиц технических средств каждого типа, при котором АРМ было бы наиболее эффективным в смысле принятого критерия.
Вторая группа факторов характеризует условия Уі,..,ут, в которых осуществляется выбор и на которые влияние принимающих решение лиц ограничено, а в большинстве случаев практически невозможно. Полная совокупность условий выбора характеризуется вектором условий выбора (вектором состояний внешней среды):
компоненты которого у^ , j = 1, т , представляют собой характеристику ] -го
условия выбора (величины, отражающие параметры, характеристики и состояния внешней среды).
Представлением внешней среды в виде управляемого процесса пользуются, решая такие задачи, как оценка целесообразности разработки АРМ, выбор рациональных структур системы, комплексирование системы из различного набора технических средств.
Критерий эффективности выбора является функцией вектора параметров выбора и вектора состояний внешней среды:
Задача выбора решения при создании АРМ состоит в том, чтобы при
*
заданных условиях выбора найти такое значение X вектора параметров X, которое бы обращало в экстремум (максимум или минимум) критерий эффективности выбора (3) при различных ограничениях на компоненты X, свойственных специфике рассматриваемой задачи.
Технологическое пространство АРМ. В состав АРМ будут входить: вычислительный модуль, устройство отображения и устройство ввода информации. Структурная схема АРМ приведена на рис. 4.
При создании АРМ следует учитывать ряд требований:
- разработка должна осуществляться на перспективной элементной базе отечественного (импортного - по требованию заказчика) производства;
- архитектуры системы и комплекса программ должны соответствовать текущим и перспективным целям создаваемого АРМ;
- архитектура аппаратно-программных средств должна быть достаточно гибкой и допускать относительно простое, без коренных структурных изменений, наращивание функций и ресурсов АРМ в соответствии с расширением сфер и задач ее применения при длительном развитии, сопровождении и модернизации;
- необходимо эффективно использовать ресурсы АРМ и минимизировать интегральные затраты на обработку данных при его функционировании с учетом текущих эксплуатационных затрат и капиталовложений в создание системы;
- должна обеспечиваться безопасность функционирования АРМ и надежная защита данных от дефектов и ошибок от преднамеренного разру-
(2)
(3)
шения или потери информации, а также резервирование и оперативное восстановление функционирования системы;
- управление системой должно быть комфортным, максимально упрощенным на основе современных графических средств и наглядных пользовательских интерфейсов.
Рис. 4. Структурная схема АРМ
Обеспечение информационной безопасности АРМ. При разработке АРМ необходимо обеспечить организационные и технические средства защиты информации от несанкционированного доступа, а также выполнение дополнительной защиты информации в АРМ, которая включает:
- функциональный контроль, обеспечивающий обнаружение и диагностику отказов, сбоев аппаратуры и ошибок человека, а также программные ошибки;
- повышение достоверности информации;
- защиту информации от аварийных ситуаций;
- контроль доступа к внутреннему монтажу аппаратуры, линиям связи и технологическим органам управления;
- разграничение и контроль доступа к информации;
- идентификацию и аутентификацию пользователей, технических средств, носителей информации и документов;
- защиту информации от побочного излучения и наводок.
Обеспечение информационной безопасности системы должно отвечать
нормативным актам Российской Федерации и ГОСТ Р 51241-98 «Средства и системы контроля и управления доступом».
Охрана труда на рабочем месте. Обеспечение на рабочем месте уровней воздействия вредных факторов: электромагнитное излучение (де-
ионизация окружающей среды, выбор типа монитора), широкополосный фон от электроники АРМ (процессор, преобразователи в цепи питания, генераторы), низкочастотное излучение от сетевого питания, термическое воздействие, шум - в пределах установленных ГОСТами норм.
Устройство отображения, входящее в состав АРМ, должно соответствовать по своим параметрам следующим стандартам: ТСО'Об,
ГОСТ Р 50948-2001, ГОСТ Р 50949-2001, ГОСТ Р 50923-96, СанПиН
2.2.2.542-9б.
Основные акустические нормативы для жилых и общественных помещений: СН 2.2.4/2.1.8.562-96, МГСН 2.04-97.
При официальном издании новых нормативно-правовых актов и стандартов они должны быть включены в вышеприведенный перечень.
Оценка риска здоровью работающих должна базироваться на качественной и количественной характеристике вредных факторов. Необходимо изыскать пути размещения оборудования и пользователей в конкретных помещениях с учетом фоновых электромагнитных излучений и санитарнозащитных зон пребывания.
Защита организма человека от действия электромагнитных излучений предполагает снижение их интенсивности до уровней, значительно ниже предельно допустимых, согласно действующим нормативным документам.
Соблюдение норм воздействия вредных факторов на рабочем месте -главное условие сохранения здоровья и работоспособности оператора.
5. Содержание отчета
Концепция является первым исходным документом, согласованным с заказчиком и исключающим спорные вопросы перед началом разработки.
По результатам разработанной концепции составляется отчет, содержащий:
1. Предоставление заказчику от разработчика общего видения АРМ, выполняемых им функций, описаний информационного и правового пространства и взаимодействия с другими техническими средствами подсистемы управления АСУ.
2. Предложения по построению АРМ в разных вариантах с оценкой и выбором оптимального.
3. Предварительные временные рамки разработки АРМ.
4. Предварительный бюджет на разработку АРМ.
После того как концепция и отчет утверждены заказчиком, можно приступить к следующим этапам разработки.
Заключение
Концепция АРМ составляет систему понятий, достаточную для раскрытия сущности и совокупности свойств разрабатываемого технического средства.
На ранних этапах проектирования включение ГОСТов в конкретную концепцию позволяет определить их достаточность для качественного описания технического средства, выявить необходимость доработки или разработки новых стандартов.
Качественная определенность задач в концепции позволит выбрать правильное направление поиска количественных параметров АРМ и их оценку.
Список литературы
1. Никаноров, С. П. Введение в концептуальное проектирование АСУ: анализ и синтез структур / С. П. Никаноров, Н. К. Никитина, А. Г. Теслинов. - М. : Концепт, 2007. - 236 с.
2. Володин, С. В. Общесистемное проектирование АСУ реального времени / С. В. Володин, А. Н. Макаров, Ю. Д. Умрихин, В. А. Фараджев ; под ред.
В. А. Шабалина. - М. : Радио и связь, 1984. - 232 с.
3. Кононенко, А. А. Технология концептуального проектирования / А. А. Коно-ненко, З. А. Кучкаров, С. П. Никаноров, Н. К. Никитина ; под ред. С. П. Никано-рова. - 2-е стереотип. изд. - М. : Концепт, 2008. - 580 с.
4. Евсюков, К. Н. Основы проектирования информационно-вычислительных систем / К. Н. Евсюков, К. К. Колин. - М. : Статистика, 1977. - 216 с.
5. Чувин, В. А. Создание конкурентоспособной продукции. Концептуальный аспект / В. А. Чувин. - М. : Книжный дом «ЛИБРОКОМ», 2009. - 232 с.
6. Майданов, А. С. Интеллект решает неординарные проблемы / А. С. Майданов. - М. : ИФРАН, 1998. - 181 с.
Копылов Дмитрий Александрович аспирант, Московский государственный институт радиотехники, электроники и автоматики (технический университет)
Kopylov Dmitry Alexandrovich Postgraduate student, Moscow State Institute of Radio Engineering, Electronics and Automatics (Technical University)
E-mail: mrdiamant-і98б@mail.ru
УДК 004.414.2 Копылов, Д. А.
Концептуальное проектирование рабочего места автоматизированной системы управления / Д. А. Копылов // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2011. - № 2 (18). -
С.46-56.
