отвектын а 14 вопрсо. Документ Microsoft Word. Экзаменационные вопросы по курсу Проектирование автоматизированных систем управления
 Скачать 263.88 Kb.
|
|
Экзаменационные вопросы по курсу «Проектирование автоматизированных систем управления» (декабрь 2020 г.) 1. Назначение автоматизированных систем. В целом автоматизированные системы представляют собой организационно-технические системы, обеспечивающие выработку проектных решений на основе автоматизации информационных процессов в различных сферах деятельности (управление, проектирование, производство и т.д.) или их сочетаниях. В зависимости от сферы автоматизируемой деятельности АС разделяют на: 1) автоматизированные система управления (АСУП, АСУ ТП, АСУ ГПС и др.); 2) системы автоматизации проектирования (САПР); 3) автоматизированные системы научных исследований (АСНИ); 4) автоматизированные системы обработки и передачи информации (АСОИ); 5) автоматизированные системы технологической подготовки производства (АСТПП); 6) автоматизированные системы контроля и испытаний (АСК); 7) системы, автоматизирующие сочетания различных видов деятельности. 2. Состав и виды структур автоматизированных систем. В процессе функционирования АС представляют собой совокупность: 1) комплекса средств автоматизации (КСА); 2) организационно-методических и технических документов; 3) специалистов, использующих их в процессе своей профессиональной деятельности. Комплекс средств автоматизации автоматизированной системы – это совокупность взаимосогласованных компонентов и комплексов технического, информационного и программного обеспечений, разрабатываемая, изготовляемая и поставляемая как продукция производственнотехнического назначения. При описании АС используют следующие виды структур, отличающиеся типами элементов и связей между ними: 1) функциональные (элементы – функции, задачи, процедуры; связи – информационные); 2) технические (элементы – устройства, компоненты и комплексы; связи – линии и каналы связи); 3) организационные (элементы – коллективы людей и отдельные исполнители; связи – информационные, соподчинения и взаимодействия): 4) документальные (элементы – неделимые составные части и документы АС; связи – взаимодействия, входимости и соподчинения); 5) алгоритмические (элементы – алгоритмы, операторы; связи – информационные); 6) программные (элементы – программные модули и изделия (подпрограммы); связи – управляющие); 7) информационные (элементы – формы существования и представления информации в системе; связи – операции преобразования информации в системе). 3.Виды обеспечений автоматизированных систем и их характеристика. Техническое обеспечение автоматизированной системы – совокупность средств реализации управляющих воздействий, средств получения, 6 ввода, подготовки, преобразования, обработки, хранения, регистрации, вывода, отображения, использования и передачи данных, то есть совокупность всех технических систем, используемых при функционировании АС. Информационное обеспечение автоматизированной системы – совокупность системно-ориентированных данных, описывающих принятый в системе словарь базовых описаний (классификаторы, типовые модели, элементы автоматизации, форматы документации и т. д.) и актуализируемых данных о состоянии информационной модели объекта автоматизации (объекта управления, объекта проектирования) на всех этапах его жизненного цикла. Организационно-методическое обеспечение автоматизированной системы – совокупность документов, определяющих организационную структуру объекта и системы автоматизации и необходимых для выполнения конкретных автоматизируемых функций; деятельность в условиях функционирования системы, а также формы представления результатов деятельности. Программное обеспечение автоматизированной системы – совокупность программ на носителях информации с программной документацией, предназначенная для отладки, функционирования и проверки работоспособности. Математическое обеспечение автоматизированной системы – совокупность математических методов, моделей и алгоритмов обработки информации, используемых при функционировании системы. Лингвистическое обеспечение автоматизированной системы – совокупность языковых средств для формализации естественного языка построения и сочетания информационных единиц, используемых в АС при функционировании системы для общения с комплексом средств автоматизации. Правовое (при функционировании автоматизированной системы и юридический статус результатов ее функционирования) обеспечение автоматизированной системы – совокупность правовых норм, регламентирующих правоотношения. Эргономическое обеспечение автоматизированной системы – совокупность взаимосвязанных требований, направленных на согласование психологических, психофизиологических, антропометрических, физиологических характеристик и возможностей человека-оператора, технических характеристик комплекса средств автоматизации, параметров рабочей среды на рабочем месте. 4.Принципы создания автоматизированных систем. АС создают в соответствии с техническим заданием, являющимся основным исходным документом, на основании которого проводят создание АС и приемку ее заказчиком. При создании АС необходимо руководствоваться принципами системности, развития (открытости), совместимости, стандартизации (унификации) и эффективности. Принцип системности заключается в том, что при декомпозиции должны быть установлены такие связи между структурными элементами системы, которые обеспечивают цельность АС и ее взаимодействие с другими системами. Принцип развития (открытости) заключается в том, что, исходя из перспектив развития объекта автоматизации, АС должна создаваться с учетом возможности пополнения и обновления функций и состава АС без нарушения ее функционирования. Принцип совместимости заключается в том, что при создании систем должны быть реализованы информационные интерфейсы, благодаря которым она может взаимодействовать с другими системами в соответствии с установленными правилами и протоколами. Принцип стандартизации (унификации) заключается в том, что при создании систем должны быть рационально применены типовые, унифицированные и стандартизованные элементы, проектные решения, пакеты прикладных программ, комплексы, компоненты. Принцип эффективности заключается в достижении рационального соотношения между затратами на создание АС и целевыми эффектами, включая конечные результаты, получаемые в результате автоматизации. 5.Основные рекомендуемые положения по созданию и функционированию автоматизированных систем. 1. Создание АС осуществляют в плановом порядке в соответствии с действующими положениями и нормативными актами 2. Планирование и разработку АС осуществляют аналогично правилам, установленным для продукции единичного производства. 3. Техническое задание на создание АС является основным документом, определяющим порядок создания и требования к АС. Разработку АС и ее приемку при вводе в действие проводят в соответствии с ТЗ. 4. Создание АС осуществляют специализированные научно-исследовательские, проектные и конструкторские организации (далее - разработчик) в соответствии с техническим заданием (ТЗ), выдаваемым заказчиком. Возможно, создание АС непосредственно заказчиком при условии создания специализированного подразделения. При создании АС следует обращать внимание на: 1) интеграцию экономических и информационных процессов, технических, программных и организационно-методических средств; 2) развитие системного и программно-целевого подхода в планировании, автоматизации работы объекта, в процессах получения и обработки информации на объекте автоматизации; 3) углубление взаимодействия человека и вычислительной техники на основе диалоговых методов и средств, автоматизированных рабочих мест и интеллектуальных терминалов; 4) построение сетей ЭВМ на базе неоднородных вычислительных средств; 5) индустриализацию процессов создания АС, развитие САПР и тиражирования типовых элементов АС; 6) построение информационного фонда в виде распределенной по объектам и уровням иерархии автоматизированной базы данных; 7) минимизацию документооборота, замену его передачей текущей информации по каналам связи и представление ее на устройствах отображения; 8) максимальную автоматизацию формирования первичных исходных сведений; 9)создание гибких систем управления, способных адаптироваться к изменяющимся условиям производства и выпускаемой продукции. Принципы совершенствования структуры включают следующие основные положения: 1) выделение структурных звеньев на каждом организационном уровне должно осуществляться так, чтобы каждое звено работало на достижение определенной совокупности целей; требуемая при этом интеграция всех видов деятельности достигается созданием специализированных подразделений, полностью отвечающих за выполнение определенной группы функций; 2) организационная структура должна базироваться на интегрированных информационных потоках; потоки между звеньями должны быть сведены до минимума и идти кратчайшими маршрутами; 3) достижение единства организации процессов планирования, учета, анализа, регулирования, т. е. обеспечения координации и синхронизации действия всех служб и исполнителей должно быть получено за счет усиления непосредственного контакта с вычислительным комплексом. 4) задачи автоматизации решаются наиболее эффективно тогда, когда они прорабатываются в процессе разработки технологического процесса. В этот период нередко выявляется необходимость изменения технологических схем с целью приспособления их к требованиям автоматизации, установленным на основании технико-экономического анализа. 6. Термины и определения основных понятий в области автоматизированных систем. ГОСТ 34.003-90. Общие понятия. Основные компоненты. Свойства и показатели. Общие понятия Автоматизированная система – система, состоящая из персонала и комплекса средств автоматизации его деятельности, реализующая информационную технологию выполнения установленных функций; - интегрированная автоматизированная система – совокупность двух или более взаимоувязанных АС, в которой функционирование одной из них зависит от результатов функционирования другой (других) так, что эту совокупность можно рассматривать как единую АС; - функция автоматизированной системы – совокупность действий АС, направленная на достижение определенной цели; - задача автоматизированной системы – функция или часть функции АС, представляющая собой формализованную совокупность автоматических действий, выполнение которых приводит к результату заданного вида; - алгоритм функционирования автоматизированной системы – алгоритм, задающий условия и последовательность действий компонентов автоматизированной системы при выполнении ею своих функций; - научно-технический уровень автоматизированной системы; НТУ АС: Показатель или совокупность показатели, характеризующих степень соответствия технических и экономических характеристик АС современным достижениям науки и техники. Основные компоненты -пользователь автоматизированной системы – лицо, участвующее в функционировании АС или использующее результаты ее функционирования; - организационное обеспечение АС – совокупность документов, устанавливающих организационную структуру, и права пользователей и эксплуатационного персонала АС в условиях функционирования, проверки и обеспечения работоспособности АС; - методическое обеспечение АС – совокупность документов, описывающих технологию функционирования АС, методы выбора и применения технологических приемов для получения конкретных результатов при функционировании АС; - математическое обеспечение АС – совокупность математических методов, моделей и алгоритмов, применяемых в АС; - комплекс средств автоматизированной системы – совокупность всех компонентов АС, за исключением людей; - компонент автоматизированной системы – часть АС, выделенная по определенному признаку или совокупности признаков и рассматриваемая как единое целое - программное изделие в автоматизированной системе – программное средство, изготовленное, прошедшее испытания установленного вида и поставляемое как продукция производственно-технического назначения для применения в АС; 14 - программно-технический комплекс автоматизированной системы – продукция, представляющая собой совокупность средств вычислительной техники, программного обеспечения и средств создания и заполнения машинной информационной базы при вводе системы в действие, достаточных для выполнения одной или более задач АС; - информационная база автоматизированной системы – совокупность упорядоченной информации, используемой при функционировании АС - автоматизированное рабочее место – программно-технический комплекс АС, предназначенный для автоматизации деятельности определенного вида. Свойства, показатели и документация автоматизированных систем - Эффективность автоматизированной системы – свойство АС, характеризуемое степенью достижения целей, поставленных при ее создании, к видам эффективности АС относят, например, экономическую, техническую, социальную и др.; - показатель эффективности автоматизированной системы – мера или характеристика для оценки эффективности АС; - надежность АС – комплексное свойство АС сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность АС выполнять свои функции в заданных режимах и условиях эксплуатации; - адаптивность автоматизированной системы – способность АС изменяться для сохранения своих эксплуатационных показателей в заданных пределах при изменениях внешней среды; 7. Термины и определения основных понятий в области автоматизированных систем. ГОСТ 34.003-90. Создание и функционирование АС. АСУ ТП.   8. Концепция (сущность) системного подхода к проектированию автоматизированных систем Системный подход к проектированию АСУ ТП заключается в оптимальном разбиении всей системы на подсистемы (декомпозиция системы) и учете при ее разработке не только свойств конкретных подсистем, но и связей между ними. Системный подход опирается на известный диалектический закон взаимосвязи и взаимообусловленности явлений в мире и в обществе и требует рассмотрения изучаемых явлений и объектов не только как самостоятельной системы, но и как подсистемы некоторой большей системы, по отношению к которой нельзя рассматривать данную систему как замкнутую. Системный подход требует прослеживания как можно большего числа связей — не только внутренних, но и внешних, чтобы не упустить действительно существенные связи и факторы и оценить их эффекты. 9. Терминология системного подхода к проектированию автоматизированных систем. Система - комплекс элементов, находящихся во взаимодействии Системный подход - понятие, подчеркивающее значение комплексности, широты охвата и четкой организации в исследовании, проектировании и планировании. Подсистема или часть системы - совокупность элементов (алгоритмов), объединенных единым процессом функционирования, которые, взаимодействуя, реализуют определенную операцию (программу), необходимую для достижения цели, поставленной перед системой в целом Сложная система - название систем, состоящих из большого числа взаимоувязанных элементов. Часто сложными системами называют системы, которые нельзя корректно описать математически либо потому, что в системе имеется очень большое число различных элементов, либо потому, что мы не знаем природы явлений, протекающих в системе и поэтому количественно не можем их описать. Большая система — это совокупность множества взаимосвязанных элементов (подсистем), отличающаяся сложностью решаемых задач. Примеры: транспортные, энергетические, информационные систем. Открытая система - система, к которой подводится или от которой отводится вещество или энергия, допускающая свое развитие, расширение на аппаратном и информационном уровнях. Замкнутая система - система, к которой не подводится или от которой не отводится вещество или энергия. Иерархическая система - система, имеющая многоуровневую структуру в функциональном, организационном и в каком-либо ином отношении. 10. Системотехнический подход к проектированию сложных систем. Системотехнические признаки сложных систем. Системотехника. Данная наука представляет собой направление в кибернетике, изучающее вопросы планирования, проектирования и поведения сложных информационных систем. Это определение системотехники не является строгим. В настоящее время существует множество определений этой науки, что свидетельствует о ее развивающемся характере. Нет единого определения и сложной системы. Применительно к автоматизированным системам сформулированы следующие семь признаков, которые, ограничивают класс систем, рассматриваемых в системотехнике: - система создается человеком из различного оборудования и сырья; - система обладает цельностью, все ее части служат достижению единой цели; - система является большой как с точки зрения разнообразия составляющих ее элементов, так и с точки зрения числа одинаковых частей, числа выполняемых функций и стоимости; - система является сложной, т. е. изменение какой-либо переменной влечет за собой изменение многих других переменных, причем математическая модель системы должна быть достаточно сложной; - система является полуавтоматической, т. е. часть функций системы всегда выполняется автоматами, а часть – человеком; - входные воздействия системы имеют стохастическую природу, отсюда следует невозможность предсказания поведения системы для любого момента времени; - большинство систем, и, в первую очередь, наиболее сложные системы, содержат элементы конкурентной ситуации. 11. Системотехнические направления процесса проектирования сложных автоматизированных систем. Процесс проектирования можно подразделить на ряд направлений. В частности, возможны следующие деления: - фазы (во времени) конструирования системы; - этапы (логические) конструирования системы; - аппарат (математический и научный) конструирования системы; - части (функциональные) системы; - подсистемы общей системы. Первое направление предполагает, что конструирование системы проходит в хронологическом порядке ряд определенных фаз (например, начало работы, организация рабочей группы, предварительное конструирование, основное конструирование, создание макета экспериментальной проверки, обкатка и оценка испытаний). Следует отметить, что фазы работ в значительной степени зависят от проектируемой системы и не являются одинаковыми для всех систем. Этапы конструирования системы – это логические этапы. Они не обязательно должны выполняться в заданном порядке. Например, прикладные программы для управляющей вычислительной машины можно разрабатывать одновременно с изготовлением опытного образца системы. Важная группа этапов, позволяющая успешно разделять проблему на части для анализа, основана на предположении, что событие на одном каком-либо входе и реакцию системы на это событие можно изучать изолированно от того случая, когда подобные события имеют место на двух или более входах одновременно. Из этого следует, что этапами изучения могут быть разработка в предположении единичных воздействий, разработка 23 в предположении многократных воздействий, совершающихся в известном порядке, и разработка с учетом конкретной ситуации. Другая важная группа этапов связана с моделированием и заменой моделью реально работающей системы. Высокая степень абстракции, до которой доводится процесс разработки на основе анализа и моделирования, является одной из отличительных черт системотехники. В качестве аппарата для инженера-системотехника может служить любая математическая дисциплина: теория автоматического управления, нечеткая логика, искусственные нейронные сети, теория логикопрограммного управления и другие. Составными частями могут быть локальные системы и системы более высокого иерархического уровня, системы связи, системы отображения информации и др. Разбиение на подсистемы выполняется с учетом естественной структуры технологического процесса, удобства организации проектирования и других факторов. При этом в результате декомпозиции системы следует стремиться обеспечить минимум связей между подсистемами. 12. Основные системотехнические принципы создания сложных систем и их характеристика Особое значение в системотехнике имеет системный подход, который проявляется в ряде принципов конструирования сложных систем. Принцип максимума эффективности, точнее, максимума ее математического ожидания. Это главный, фундаментальный принцип, которым следует руководствоваться при проектировании АСУ ТП. Критерием эффективности является отношение (или разность) показателей ценности результатов, полученных в процессе функционирования системы, к показателю затрат на ее создание. Сложность задачи определения показателя эффективности обусловливается, в частности, тем обстоятельством, что она вытекает из задач системы более высокого уровня и задается ими. Принцип согласования (субоптимизации) частных (локальных) критериев эффективности между собой и общим (глобальным) критерием гласит, что для оптимального функционирования системы в целом требуется оптимизация работы не каждой из ее подсистем в отдельности, а поиск некоторого компромисса между частными оптимумами этих подсистем. Для достижения общей цели должны быть согласованы между собой критерии эффективности каждой подсистемы (причем эти частные критерии, как правило, не совпадают с частными оптимумами). В связи с этим улучшение работы одной из подсистем, не согласованное в общесистемном плане, может привести к снижению эффективности системы в целом. Принцип оптимума автоматизации. Этот принцип гласит, что не все задачи (операции, этапы) технологического процесса, особенно для частных случаев, должны автоматизироваться. Уровень автоматизации необходимо обосновать исходя из критериев эффективности. Принцип централизации информации заключается в том, что система управления и принятия решений эффективна только в том случае, когда информация собирается, хранится и обрабатывается на основе единых массивов, единого банка данных, который может быть и децентрализованным. Принцип явлений с малой вероятностью утверждает, что основную задачу системы пересматривать нельзя, а основные характеристики системы не должны значительно изменяться для того, чтобы система оказывалось пригодной также в ситуациях, имеющих малую вероятность наступления. 14. Методология исследования операций при проектировании автоматизированных систем. Исследование операций. Это научное направление в исследовании и проектировании систем, основанное на математическом моделировании процессов и явлений и занимающееся разработкой и применением методов нахождения оптимальных решений. Под операцией обычно понимают действие, осуществляемое некоторой организацией согласно определенным условиям и инструкциям, подразумевая под организацией систему, включающую в себя коллективы людей. Часто операции являются малоэффективными из-за подмены целей в организации операций. Поэтому, как правило, работа исследователей операций начинается с анализа критерия эффективности операции. Классическим примером успешного применения исследований операций является решение вопроса о целесообразности установки зенитных орудий на торговых судах союзников во время второй мировой войны. При исследовании операций широко используется системный подход и математическое моделирование. Как показала практика, методы исследования операций наиболее пригодны для исследования и разработки организационных систем, однако их можно использовать и при проектировании систем управления технологическими процессами на этапе постановки целей, определения показателей эффективности, составлении и исследовании математических моделей. Исследование операций определяет научный подход к решению задач организационного управления в сложных АСУ. При решении любой задачи применение методов исследования операций предполагает: · построение математических моделей для задач принятия решений, управления в сложных ситуациях или в условиях неопределенности · изучение взаимосвязей между элементами, определяющих возможные последствия принимаемых решений; · установление критериев эффективности, позволяющих оценивать различные варианты действий. Важным следствием применения методов исследования операций для решения широкого круга практических задач явилось выделение небольшого числа классов типовых задач. В результате частой повторяемости задач определенных классов были разработаны методы построения их моделей и получения решений на этих моделях. 14. Этапы исследования автоматизированных систем в соответствии с методологией системного анализа. На первом этапе дается постановка задачи, которая состоит из определения объекта исследования, постановки целей, а также задания критериев для улучшения объекта и управления им. Этот этап плохо формализуется, поэтому успех определяется прежде всего искусством и опытом исследователя, глубиной его понимания поставленной проблемы. Этот этап важен, поскольку неправильная или неполная постановка целей может свести на нет результаты последующего анализа. На втором этапе очерчиваются границы изучаемой системы и ведется ее первичная структуризация. Совокупность объектов и процессов, имеющих отношение к поставленной цели, разбивается на два класса: изучаемую систему и внешнюю среду. Такое разделение происходит в результате последовательного перебора и включения в систему объектов и процессов, оказывающих заметное влияние на процесс достижения поставленных целей. Завершение процесса первичной структуризации состоит в том, что выделяются отдельные составные части - элементы изучаемой системы, а возможные внешние воздействия представляются в виде совокупности элементарных воздействий. Третий важный этап заключается в составлении математической модели изучаемой системы. Первым шагом в этом направлении является параметризация, т. е. описание выделенных элементов системы и элементарных воздействий на нее с помощью тех или иных параметров. Особую роль играют параметры, принимающие конечные множества значений. Второй шаг заключается в установлении различного рода зависимостей между введенными параметрами. Характер этих зависимостей может быть любым: для количественных (числовых) параметров зависимости обычно задают в виде систем уравнений (обыкновенных алгебраических или дифференциальных); для качественных параметров используют табличные способы задания зависимостей, основанные на перечислении всех возможных комбинаций значений параметров В процессе исследования уточняется первоначальная структура и параметры системы, а также окончательно определяются цели и критерии. В результате этого (третьего) этапа возникает законченная математическая модель системы описанная на формальном математическом языке. Задачей следующих этапов является исследование построенной модели. Для сложных систем, как правило, не удается найти аналитического решений, позволяющего описать поведение системы в общем виде. Поэтому при исследовании пользуются прямым (имитационным) моделированием изучаемой системы на ЭВМ. |