Процесс проектирования представляет собой не только процедуру создания разработчиком некоторой новой информации, в него входит анализ данной проблемы, включающий изучение целей проектирования, наличествующих данных, объектов-аналогов и т.п., выяснение критических параметров и учет существующих факторов, выбор предположительных путей достижения поставленных целей, собственно проектирование, расчет и оптимизацию узлов и компонентов, моделирование отдельных процессов, представление результатов в той или иной форме. Все эти стадии составляют содержание автоматизированного проектирования.
Экспертная система – программная система, которая использует экспертные знания для обеспечения высокоэффективного решения задач в узкой предметной области.
Экспертные системы – один из немногих видов систем искусственного интеллекта – получили широкое распространение и нашли практическое применение. Цели создания экспертных систем – компьютерная поддержка решения задач. Задачи экспертных систем – моделирование человеческого интеллекта, выработка новых знаний в конкретной предметной области, обеспечение процессов принятия решений.
Существуют экспертные системы по военному делу, геологии, инженерному делу, информатике, космической технике, математике, медицине, метеорологии, промышленности, сельскому хозяйству, управлению, физике, химии, электронике, юриспруденции и т.д. И только то, что экспертные системы остаются весьма сложными, дорогими, а главное, узкоспециализированными программами, сдерживает их еще более широкое распространение.
Автоматизированные системы для научных исследований (АСНИ) представляют собой программно-аппаратные комплексы, обрабатывающие данные, поступающие от различного рода экспериментальных установок и измерительных приборов, и на основе их анализа облегчающие обнаружение новых эффектов и закономерностей.
Блок связи с измерительной аппаратурой преобразует к нужному виду информацию, поступающую от измерительной аппаратуры. В базе данных хранится информация, поступившая из блока связи с измерительной аппаратурой, а также заранее введенная с целью обеспечения работоспособности системы. Расчетный блок, выполняя программы из пакета прикладных программ, производит все математические расчеты, в которых может возникнуть потребность в ходе научных исследований. Расчеты могут выполняться по требованию самого исследователя или блока имитационного моделирования. При этом на основе математических моделей воспроизводится процесс, происходящий во внешней среде. Экспертная система моделирует рассуждения специалистов данной предметной области. С ее помощью исследователь может классифицировать наблюдаемые явления, диагностировать течение исследуемых процессов.
АСНИ получили широкое распространение в молекулярной химии, минералогии, биохимии, физике элементарных частиц и многих других науках.
В промышленной сфере превалирует отраслевой характер иерархии АИС. По территориальному признаку классификация АИС приведена на рис. 4.3.
Рис 4.3. Классификация АИС по территории
В зависимости от организации информационных процессов АИС делятся на два больших класса: управляющие и информационные. В информационных системах управление отсутствует (автоматизированные системы научных исследований – АСНИ, “Библиотека”, системы автоматизированного проектирования – САПР, экспертные системы – ЭС и др.).
По сфере применения АИС классифицируются следующим образом: административные, производственные, учебные, медицинские, военные, метеорологические, экологические, криминалистические и др. Назначение и структура построения АИС характеризуются наличием соответствующих подсистем (рис. 4.4). Этот класс АИС является исторически одним из первых на производстве.
Перечислим наиболее важные задачи, решаемые с помощью АИС на предприятии.
Бухгалтерский учет. Это классическая область применения информационных систем и наиболее часто реализуемая на сегодняшний день задача. Такое положение вполне объяснимо. Во-первых, ошибка бухгалтера может стоить очень дорого, поэтому очевидна выгода использования возможностей автоматизации бухгалтерии. Во-вторых, задача бухгалтерского учета довольно легко формализуется, так что разработка систем автоматизации бухгалтерского учета не представляет технически сложной проблемы.
Рис. 4.4. Классификация АИС на предприятии
Управление финансовыми потоками. Внедрение информационных систем в управление финансовыми потоками также обусловлено критичностью этой области управления предприятия к ошибкам. Неправильно построив систему расчетов с поставщиками и потребителями, можно спровоцировать кризис наличности даже при налаженной сети закупки, сбыта и хорошем маркетинге. И наоборот, точно просчитанные и жестко контролируемые условия финансовых расчетов могут существенно увеличить оборотные средства фирмы.
Управление складом, ассортиментом, закупками. Здесь можно автоматизировать процесс анализа движения товара, тем самым отследив и зафиксировав те двадцать процентов ассортимента, которые приносят восемьдесят процентов прибыли. Это же позволит ответить на главный вопрос – как получать максимальную прибыль при постоянной нехватке средств? “Заморозить” оборотные средства в чрезмерном складском запасе – самый простой способ сделать любое предприятие, производственное или торговое, потенциальным инвалидом. Можно просмотреть перспективный товар, вовремя не вложив в него деньги.
Управление производственным процессом. Управление производственным процессом представляет собой очень трудоемкую задачу. Основными механизмами здесь являются планирование и оптимальное управление производственным процессом. Автоматизированное решение подобной задачи дает возможность грамотно планировать, учитывать затраты, проводить техническую подготовку производства, оперативно управлять процессом выпуска продукции в соответствии с производственной программой и технологией. Очевидно, что чем крупнее производство, тем большее число бизнес-процессов участвует в создании прибыли, а значит, использование информационных систем жизненно необходимо.
Управление маркетингом. Управление маркетингом подразумевает сбор и анализ данных о фирмах-конкурентах, их продукции и ценовой политике, а также моделирование параметров внешнего окружения для определения оптимального уровня цен, прогнозирования прибыли и планирования рекламных кампаний. Решения большинства этих задач могут быть формализованы и представлены в виде информационной системы, позволяющей существенно повысить эффективность управления маркетингом.
Документооборот. Документооборот является очень важным процессом деятельности любого предприятия. Хорошо отлаженная система учетного документооборота отражает реально происходящую на предприятии текущую производственную деятельность и дает управленцам возможность воздействовать на нее. Поэтому автоматизация документооборота позволяет повысить эффективность управления.
Оперативное управление предприятием. Информационная система, решающая задачи оперативного управления предприятием, строится на основе базы данных, в которой фиксируется вся возможная информация о предприятии. Такая информационная система является инструментом для управления бизнесом и обычно называется корпоративной информационной системой. Информационная система оперативного управления включает в себя массу программных решений автоматизации бизнес-процессов, имеющих место на конкретном предприятии. Одно из наиболее важных требований, предъявляемых к таким информационным системам, – гибкость, способность к адаптации и дальнейшему развитию.
4.2. Информационный процесс в автоматизированных системах. Фазы информационного цикла и их модели
4.2.1. Этапы информационного процесса в АИС
Информационная технология решения задач включает важнейшие процедуры, которые могут быть сгруппированы по функционально-временным стадиям.
Процессы, обеспечивающие работу информационной системы любого назначения, условно можно представить в виде схемы (рис. 4.5), состоящей из блоков:
· сбор информации из внешних или внутренних источников и преобразование;
· передача информации;
· обработка входной информации на ЭВМ и представление ее в удобном виде;
· хранение информации;
· вывод информации для представления потребителям или передачи в другую систему.
Как правило, информация подвергается всем процедурам преобразования, но в ряде случаев некоторые процедуры могут отсутствовать. Последовательность их выполнения также бывает различной, но при этом некоторые процедуры могут повторяться. Состав процедур преобразования и особенности их выполнения во многом зависят от объекта, для которого осуществляется автоматизированная обработка информации.
Рис. 4.5. Основные этапы технологического процесса в информационных системах
Технология обработки информации с применением комплекса технических средств вызывает необходимость манипулировать с отдельными информационными элементами, обеспечивать их изучение и формализованное описание, идентификацию для удобства обработки, хранения и передачи. Информация, представленная в формализованном виде, получила название “данные”.
Информация, являясь сложным по структуре образованием, размещается на физических носителях (бумажных или магнитных документах, в виде сигналов, передаваемых по каналам связи) и может находиться в статичном или динамичном состояниях. Статичное состояние информации связано с ее более или менее длительным организованным хранением, накоплением в информационных фондах и базах данных (БД). Подбазой данныхпонимается вся необходимая для решения задач конкретной области совокупность данных, организованная по определенным правилам, позволяющим обеспечить независимость данных от прикладных программ, удобство хранения, поиска, манипулирования данными, которые записаны на машинных носителях. При этом каждый элемент строго идентифицируется для автоматизации процесса поиска, пополнения, обновления данных. Динамичное состояние – постоянное движение в виде потоков – присуще информации, реализующей в человеко-машинных, автоматизированных системах функцию обмена сведениями с помощью знаковых символов. Приведенные особенности информации тщательно изучаются при создании систем автоматизированной обработки в процессе ее синтаксического, семантического и прагматического анализов.
Синтаксический анализ устанавливает важнейшие параметры информационных потоков, включая необходимые количественные характеристики, для выбора комплекса технических средств сбора, регистрации, передачи, обработки, накопления и хранения информации.
Семантический анализ позволяет изучить информацию с точки зрения смыслового содержания ее отдельных элементов, находить способы языкового соответствия (язык человека, язык ЭВМ) при однозначном распознавании вводимых в систему сообщений.
Прагматический анализ проводится с целью определения полезности информации, выявления практической значимости сообщений. Учитывая, что полезность информации является функцией времени и что одна и та же информация в разное время может быть полезной либо бесполезной в зависимости от того, сколько новых сообщений об управляемом объекте она несет пользователю, принятые критерии оценки увязываются с достоверностью и своевременностью поступающих сообщений.
Совокупность сведений, отражающих какую-либо сущность, называют информационной совокупностью. Данные о поставщике, например, включают его имя и адрес, номенклатуру поставляемой продукции, условия поставки, фактические сведения о произведенных поставках и т.д.
Информационная совокупность, неделимая далее на более мелкие смысловые единицы, получила название реквизита по аналогии с реквизитом документа как наиболее часто используемым в работе носителем информации. Синонимами термина “реквизит” являются слово, элемент данных, атрибут, которыми пользуются при описании информационных систем и для определения объемов информации в качестве единиц измерения.
Различают два вида реквизитов: реквизиты-признаки и реквизиты-основания. Первые характеризуют качественные свойства отражаемых сущностей. Вторые представляют собой количественные величины, характеризующие данную сущность.
Сочетание одного реквизита-основания с одним или несколькими соответствующими ему реквизитами-признаками образует показатель. Показатель – качественно определенная величина, дающая количественную характеристику отображаемому объекту (явлению, предмету, процессу). Показатель является информационной совокупностью наименьшего состава, достаточной для образования самостоятельного сообщения или формирования документа. Например, информационная совокупность “500 т стали” состоит из реквизита-основания “500” и реквизитов-признаков – “т” и “сталь”, что вполне отражает смысл сообщения и потому является показателем. В любом документе каждый реквизит помимо его значения имеет определенное наименование.
Умение определить количество и состав реквизитов в документе позволяет оценить его уровень информативности, рассчитать при необходимости объемы информации. Зная максимальную разрядность каждого реквизита, легко определить объем информации в документе; зная число таких документов, можно рассчитать общий объем информации.
Информацию, поступающую в информационную систему, называют входящей. Информационная система, обрабатывая входящие данные, порождает новую – результатную информацию (сводную). Передаваемая за пределы данной информационной системы информация называется исходящей. Если сведения поступают в информационную систему от объектов управления, то такая информация будет входящей внутренней, если из внешнего мира (например, для предприятий из министерства, от других организаций), информация называется входящей внешней.
По отношению к процессам обработки и хранения различают следующие виды информации: исходную, хранимую без обработки, результатную, промежуточную.
Важное значение имеет подразделение информации в зависимости от степени стабильности на постоянную (условно-постоянную) и переменную. Первая остается без изменений или же подвергается незначительным корректировкам в течение более или менее длительного периода времени. Это различные справочные сведения, нормативы и т.п. Переменная информация, как правило, участвует в одном технологическом цикле машинной обработки.
Для оценки уровня стабильности информации используют коэффициент стабильности Кст, рассчитываемый по формуле:
где ИСобщ– общее число информационных совокупностей; ИСизм– число информационных совокупностей, изменивших свои значения за рассматриваемый период (год).
Обычно, если значение коэффициента стабильности не ниже 0,85 (Кст і 0,85), информационную совокупность принято считать условно-постоянной.
Большую часть условно-постоянной информации при использовании вычислительной техники рекомендуется хранить на машинных носителях. При этом отпадает необходимость включать эти реквизиты в состав показателей первичного документа, за счет чего можно значительно упростить их формы, сократить трудоемкость заполнения. Использование массивов условно-постоянной информации в технологии автоматизированной обработки данных обеспечивает повышение достоверности результатной информации, позволяет дополнять ее необходимыми справочными сведениями и тем самым более углубленно и разносторонне охарактеризовать объект, процесс, явление.
4.2.2. Сбор и преобразование информации
Система сбора информации может представлять собой сложный программно-аппаратный комплекс. Как правило, современные системы сбора информации не только обеспечивают кодирование информации и ее ввод в ЭВМ, но и выполняют предварительную (первичную) обработку этой информации. Сбор информации – это процесс получения информации из внешнего мира и приведение ее к виду, стандартному для данной информационной системы. Обмен информацией между воспринимающей информацию системой и окружающей средой осуществляется посредством сигналов.
Сигнал можно определить как средство перенесения информации в пространстве и времени. В качестве носителя сигнала могут выступать звук, свет, электрический ток, магнитное поле и т.п. Подобно живым организмам, воспринимающим сигналы из внешней среды с помощью специальных органов (обоняния, осязания, слуха, зрения), технические системы для приема сигналов из окружающего мира оснащаются специальными устройствами. Вне зависимости от носителя информации (сигнала) типичный процесс обработки сигнала может быть охарактеризован рядом шагов. На первом шаге исходный (первичный) сигнал с помощью специального устройства (датчика) преобразуется в эквивалентный ему электрический сигнал (электрический ток). На втором шаге вторичный (электрический) сигнал в некоторый выделенный момент времени оцифровывается специальным устройством – аналого-цифровым преобразователем (АЦП). АЦП значению электрического сигнала ставит в соответствие некоторое число из конечного множества таких чисел. Таким образом, датчик и АЦП, связанные вместе, составляют цифровой измерительный прибор. Если этот прибор оснастить некоторым устройством для хранения измеренной величины – регистром, то на следующем шаге по команде от ЭВМ можно ввести это число в машину и подвергать затем любой необходимой обработке.
Конечно, не все технические средства сбора информации работают по описанной схеме. Так, клавиатура, предназначенная для ввода алфавитно-цифровой информации от человека, не имеет в своем составе АЦП. Здесь первичный сигнал – нажатие клавиши – непосредственно преобразуется в соответствующий нажатой клавише цифровой код. Но в любом случае, будь то цифровой измерительный прибор, клавиатура или иное устройство ввода информации в ЭВМ, в конечном счете поступающая в ЭВМ информация представлена в виде цифрового кода – двоичного числа.
Сбор и регистрация информации происходят по-разному в различных экономических объектах. Наиболее сложна эта процедура в автоматизированных управленческих процессах промышленных предприятий, фирм и т.п., где производятся сбор и регистрация первичной учетной информации, отражающей производственно-хозяйственную деятельность объекта.
Сбор информации, как правило, сопровождается ее регистрацией, т.е. фиксацией информации на материальном носителе (документе или машинном носителе). Запись в первичные документы в основном осуществляется вручную, поэтому процедуры сбора и регистрации остаются пока наиболее трудоемкими. В условиях автоматизации управления предприятием особое внимание придается использованию технических средств сбора и регистрации информации, совмещающих операции количественного измерения, регистрации, накоплению и передаче информации по каналам связи в ЭВМ с целью формирования первичного документа.
4.2.3. Передача информации
Передача информации осуществляется различными способами: с помощью курьера, пересылкой по почте, доставкой транспортными средствами, дистанционной передачей по каналам связи. Дистанционная передача по каналам связи сокращает время передачи данных. Для ее осуществления необходимы специальные технические средства. Некоторые технические средства сбора и регистрации, собирая автоматически информацию с датчиков, установленных на рабочих местах, передают ее в ЭВМ.
Взаимодействие между территориально удаленными объектами осуществляется за счет обмена данными. Доставка данных производится по заданному адресу с использованием сетей передачи данных. В современных условиях большое распространение получила распределенная обработка информации, при этом сети передачи данных превращаются в информационно-вычислительные сети. Информационно-вычислительные сети (ИВС) представляют наиболее динамичную и эффективную отрасль автоматизированной технологии процессов ввода, передачи, обработки и выдачи информации. Важнейшим звеном ИВС является канал передачи данных, структурная схема которого представлена на рис. 4.6.
Рис 4.6.Структурная схема канала передачи данных
(УПД – устройство подготовки данных, НКС – непрерывный канал связи, ДКС – дискретный канал связи, УПДс – устройство повышения достоверности)
Непрерывный канал связи (НКС) совместно с функционирующими на его концах модемами образует дискретный канал связи (ДКС). В свою очередь, ДКС и устройства повышения достоверности (УПДс) образуют канал передачи данных.
В НКС элементы данных передаются в виде физических сигналов, которые описываются непрерывными функциями времени. Большинство НКС оказываются непригодными для передачи сигналов, отображающих данные, без предварительного их согласования. Для такого преобразования предусматривают специальные устройства – модемы. Модем представляет собой совокупность модулятора и демодулятора. С помощью модулятора информационный сигнал воздействует на некоторый параметр сигнала-переносчика, благодаря чему спектр сигнала смещается в область частот, для которых наблюдается наименьшее затухание в выбранном НКС. Обратную операцию, переход от модулированного сигнала (сигнала-переносчика) к модулирующему (информационному сигналу), осуществляет демодулятор. Понятие ДКС позволяет, отвлекаясь от физической природы процессов, происходящих в НКС, представлять совокупность НКС и модемов на его концах как некоторый “черный ящик”, на вход которого подается последовательность кодовых символов – входное сообщение. Это входное сообщение может представлять собой некоторый текст на русском языке, а может быть, и последовательность нулей и единиц. В первом случае говорят, что входной алфавит ДКС – это обычный алфавит русского языка, во втором – двоичный алфавит (или двоичный код). Аналогичным образом можно описать и примеры для выходного алфавита. В простейшем случае алфавиты на входе и выходе ДКС совпадают.
УПДс может представлять собой специальную аппаратуру, предназначенную для повышения достоверности передачи данных, а может, особенно в современных информационно-вычислительных сетях, представлять собой специальную программу и ЭВМ, на которой она выполняется, может являться как элементом канала связи, так и элементом системы обработки информации. В качестве простейшего способа повышения достоверности передачи информации может использоваться контроль на четность. Суть этого способа заключается в следующем. На входе в канал связи УПД производит подсчет числа единиц в двоичной кодовой последовательности – входном сообщении. Если число единиц оказывается нечетным, в хвост передаваемого сообщения добавляется 1, а если нет, то 0. На принимающем конце канала связи УПД производят аналогичный подсчет, и если контрольная сумма (число единиц в принятой кодовой последовательности) оказывается нечетной, то делается вывод о том, что при передаче произошло искажение информации, в противном случае принятая информация признается правильной (неискаженной). В описанном способе используется один добавочный контрольный разряд. Это позволяет обнаруживать ошибку передачи в случае искажения одного-единственного разряда в сообщении. В тех случаях, когда вероятность искажения информации при передаче велика, требуются более изощренные методы.
4.2.4. Обработка информации
Обработка информации на ЭВМ производится, как правило, в местах возникновения первичной информации, где организуются автоматизированные рабочие места специалистов той или иной службы (отдела материально-технического снабжения и сбыта, отдела главного технолога, конструкторского отдела, бухгалтерии, планового отдела и т.п.). Автоматизированное рабочее место (АРМ) специалиста включает персональную ЭВМ, работающую автономно или в вычислительной сети, набор программных средств и баз данных для решения функциональных задач.
Технология автоматизированной обработки информации строится на следующих принципах:
· интеграции обработки данных и возможности работы пользователей в условиях эксплуатации автоматизированных систем централизованного хранения и коллективного использования данных (банков данных);
· распределенной обработки данных на базе развитых систем передачи;
· рационального сочетания централизованного и децентрализованного управления и организации вычислительных систем;
· моделирования и формализованного описания данных, процедур их преобразования, функций и рабочих мест исполнителей;
· учета конкретных особенностей объекта, в котором реализуется машинная обработка информации.
Организация технологии обработки информации на отдельных ее этапах имеет свои особенности, что дает основание для выделения внемашинной и внутримашинной технологии. Внемашинная технология (ее нередко именуют предбазовой) объединяет операции сбора и регистрации данных, запись данных на машинные носители с контролем. Внутримашинная технология связана с организацией вычислительного процесса в ЭВМ, организацией данных в памяти и их структуризацией, что дает основание называть ее еще и внутрибазовой.
Внутримашинная технология решения задач на ЭВМ, как правило, реализует следующие типовые процессы преобразования информации: формирование новых баз данных; упорядочение данных; выборка некоторых частей записи, слияние и разделение данных; внесение изменений в данные; выполнение арифметических действий над реквизитами в пределах записей, над записями. Решение каждой отдельной задачи или комплекса задач требует выполнения следующих операций: загрузка программы машинного решения задачи; ввод исходных данных; логический и арифметический контроль введенной информации; исправление ошибочных данных; компоновка входных массивов и сортировка введенной информации; вычисления по заданному алгоритму; получение выходной информации; редактирование выходных форм; вывод информации на экран и машинные носители; печать таблиц с выходными данными. Выбор того или иного варианта технологии определяется прежде всего объемно-временными особенностями решаемых задач, периодичностью, срочностью, требованиями к быстроте связи пользователя с ЭВМ и режимными возможностями технических средств – в первую очередь ЭВМ.
Интерактивный режим предусматривает непосредственное взаимодействие пользователя с информационно-вычислительной системой, может носить характер запроса (как правило, регламентированного) или диалога с ЭВМ.
Запросный режим необходим пользователям для взаимодействия с системой. Такая необходимость обусловлена решением оперативных задач справочно-информационного характера, какими являются, например, задачи резервирования билетов на транспорте, номеров в гостиничных комплексах, выдачи справочных сведений и т.п. ЭВМ в подобных случаях реализует систему массового обслуживания, работает в режиме разделения времени, при котором несколько независимых абонентов (пользователей) с помощью устройств ввода-вывода имеют в процессе решения своих задач непосредственный и практически одновременный доступ к ЭВМ. Этот режим позволяет дифференцированно в строго установленном порядке предоставлять каждому пользователю время для общения с ЭВМ, а после окончания сеанса отключать его.
Диалоговый режим открывает пользователю возможность непосредственно взаимодействовать с вычислительной системой в допустимом для него темпе работы, реализуя повторяющийся цикл выдачи задания, получения и анализа ответа. При этом ЭВМ сама может инициировать диалог, сообщая пользователю последовательность шагов (представление меню) для получения искомого результата.
Развитие организационных форм вычислительной техники строится на сочетании централизованной и децентрализованной – смешанной – форм. Предпосылкой появления смешанной формы явилось создание сетей ЭВМ на основе различных средств связи. Сети ЭВМ предполагают объединение в систему с помощью каналов связи вычислительных средств, программных и информационных ресурсов (баз данных, баз знаний). Сетями могут охватываться различные формы использования ЭВМ, причем каждый абонент имеет возможность доступа не только к своим вычислительным ресурсам, но и к ресурсам всех остальных абонентов, что создает ряд преимуществ при эксплуатации вычислительной системы.
Интегрированные информационные системы создаются с учетом того, что они должны осуществлять согласованное управление данными в пределах предприятия (организации), координировать работу отдельных подразделений, автоматизировать операции по обмену информацией как в пределах отдельных групп пользователей, так и между несколькими организациями, отстоящими друг от друга на десятки и сотни километров. Основой для построения подобных систем служат локальные вычислительные сети (ЛВС). Характерной чертой ЛВС является предоставление возможности пользователям работать в универсальной информационной среде с функциями коллективного доступа к данным.
Все больше внимания уделяется развитию не только локальных, но и распределенных сетей, без которых немыслимо решение современных задач информатизации.
ЛИТЕРАТУРА
Базовая
*1. Савельев А.Я. Основы информатики. – М., 2001.
*2. Острейковский В.А. Информатика. – М., 2001.
*3. Могилев А.В., Пак Н.И., Хеннер Е.К.. Информатика. – М., 2000.
Дополнительная
*4. Нешумова К.А Нешумова. Электронные вычислительные машины и системы. – М., 1989.
5. Информатика. / Под ред. Н.В.Макаровой. – М., 2000.
