exam02 6

Общепринятая типология информационных систем. Назначение систем классов MES и SCADA.

Реферат к лекции 2 (18). Типологии информационных систем.

Выполнил(а) - Скамьина Эмилия ИДБ-19-05

Проверил(а) - Лыков Даниил ИДБ-19-05

Информационная система (ИС) - система, предназначенная для сбора, обработки и распространения информации. Говоря об ИС, всегда необходимо иметь ввиду, что ИС не существует сама по себе. Она является подсистемой более общей системы - системы информационного обмена (СИОБ). Цель функционирования ИС - информационное обслуживание или обеспечение основной деятельности системы информационного обмена.[1]

В соответствии с общей теорией систем, информационную систему можно определить как совокупность информационных элементов ввода, обработки, переработки, хранения, поиска, вывода и распространения информации, находящихся в отношениях и связях между собой и составляющих определенную целостность, единство. Как система ИС естественно обладает основными свойствами систем, такими как иерархичность, централизация и децентрализация, целостность и независимость.

Выделение ИС из системы обмена как самостоятельной системы является следствием организационного обособления основной и информационной деятельности. Существующие автоматизированные документальные и фактографические информационно-поисковые системы (ИПС), АСУ, банки данных (БД), отделы научно-технической информации (ОНТИ), системы НТИ в целом организационно обособлены.

При организационном обособлении ИС может решать две группы задач. Первая группа связана с чисто информационным обеспечением основной деятельности: отбор необходимых сообщений, их обработка, хранение, поиск и выдача субъекту основной деятельности с заранее заданной полнотой, точностью и оперативностью в наиболее приемлемой для СОД форме. Вторая группа задач связана с обработкой полученной информации/данных в соответствии с теми или иными алгоритмами или программами с целью подготовки решений задач, стоящих перед субъектом основной деятельности (так называемых "пользовательских" задач).

Общую структуру информационной системы можно рассматривать как совокупность подсистем независимо от сферы применения. В этом случае говорят о структурном признаке классификации, а подсистемы называют обеспечивающими. Таким об­разом, структура любой информационной системы может быть представлена совокупнос­тью обеспечивающих подсистем (рис. 1).

Рис. 1. Структура информационной системы как совокупность обеспечивающих подсистем

Типология ИС

Практически бесконечное многообразие организационных систем порождает огромное разнообразие ИС как их подсистем. В реальных условиях ИС, помимо решения задач первой группы, берут на себя часть задач второй группы. Это приводит к еще большему разнообразию ИС и не позволяет провести в общем случае грань между основной и информационной деятельностью ОС.
Еще сложнее обстоит дело с автоматизированными или автоматическими ИС.

• Автоматизированными ИС (АИС) называют ИС, выполнение некоторых функций которых автоматизированно (с помощью электронной или любой иной техники).
• Автоматические ИС (АВИС) - это такие ИС, все функции в которых выполняются автоматически. На практике в настоящее время большей степенью автоматизации отличаются ИС технических систем и технологических процессов. В организационных системах, имеющих дело с неструктурируемыми проблемами, высокие уровни автоматизации ИС пока еще недостижимы.

Классификация по архитектуре[5]

По степени распределённости отличают:

• настольные (desktop), или локальные ИС, в которых все компоненты (БД, СУБД, клиентские приложения) находятся на одном компьютере;
• распределённые (distributed) ИС, в которых компоненты распределены по нескольким компьютерам.

Распределённые ИС, в свою очередь, разделяют на:

• файл-серверные ИС (ИС с архитектурой «файл-сервер»);
• клиент-серверные ИС (ИС с архитектурой «клиент-сервер»).

Классификация по характеру обработки данных

• информационно-справочные, или информационно-поисковые ИС, в которых нет сложных алгоритмов обработки данных, а целью системы является поиск и выдача информации в удобном виде.
• ИС обработки данных, или решающие ИС, в которых данные подвергаются обработке по сложным алгоритмам. К таким системам в первую очередь относят автоматизированные системы управления и системы поддержки принятия решений.

Классификация по сфере применения

• Экономическая информационная система
• Медицинская информационная система
• Географическая информационная система

Классификация по охвату задач (масштабности)

• Персональная ИС предназначена для решения некоторого круга задач одного человека.
• Групповая ИС ориентирована на коллективное использование информации членами рабочей группы или подразделения.
• Корпоративная ИС автоматизирует все бизнес-процессы целого предприятия (организации) или их значительную часть, достигая их полной информационной согласованности, безызбыточности и прозрачности. Такие системы иногда называют информационными системами предприятия и системами комплексной автоматизации предприятия.

Из сказанного следует, что классификация ИС в современных условиях практически невозможна. Более целесообразно говорить о типологии ИС, характеризуя тип системы множеством существенных параметров, определяющих место конкретной ИС в множестве существующих и потенциально возможных ИС. Исходя из определения ИС, как информационной системы, обеспечивающей функционирование СИОБ, а также из рассмотрения специфических особенностей в составе и структуре ИС, изложенных в предыдущем разделе, целесообразно рассматривать следующие существенные параметры ИС:

• A - масштаб ИС (определяется масштабом СИОБ);
• B - область/отрасль обслуживаемой СИОБ;
• C - характер решаемых ИС задач;
• D - совокупность выполняемых ИС функций;
• Е - степень автоматизации функций ИС;
• F - характер (степень структурируемости) обрабатываемой информации;
• G - вид информации.

Назначение систем классов:

Рис. 2. Стандарты управления предприятием

MES системы [2]

MES (сокр. от англ. Manufacturing Execution System) – исполнительная система производства

Основные задачи MES: синхронизация, координация, анализ и оптимизация выпуска продукции в рамках какого-либо производства

Формулировки определения MES:

1. Информационная и коммуникационная система производственной среды предприятия (определение APICS).
2. Автоматизированная система управления и оптимизации производственной деятельности, которая в режиме реального времени: инициирует; отслеживает; оптимизирует; документирует производственные процессы от начала выполнения заказа до выпуска готовой продукции (определение MESA International).
3. Интегрированная информационно-вычислительная система, объединяющая инструменты и методы управления производством в реальном времени (определение Michael'a McClellan'a, автора книги „Применение MES-систем").

Рис. 3. Место MES в производственной структуре

Рис. 4. Информационно-управляющая структура предприятия

MES системы могут быть интегрированы с системами:

• Планирование цепочек поставок (SCM)
• Продажи и управления сервисом (SSM)
• Планирования ресурсов предприятия (ERP)
• Автоматизированные системы управления технологическими процессами (АСУТП)

В соответствии со стандартом ISA-95 [3] MES система автоматизации производства должна отвечать на следующие вопросы:

• Как производить? (определение как делать продукт)
• Что может быть произведено? (определение доступных ресурсов)
• Когда и что производить? (определение расписания)
• Когда и что было произведено? (определение производительности)

MES-система охватывает следующие задачи [4]:

• КОНТРОЛЬ СОСТОЯНИЯ И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ РЕСУРСОВ (RAS)
• ОПЕРАТИВНОЕ/ДЕТАЛЬНОЕ ПЛАНИРОВАНИЕ (ODS)
• УПРАВЛЕНИЕ ДОКУМЕНТАМИ (DOC)
• СБОР И ХРАНЕНИЕ ДАННЫХ (DCA)
• УПРАВЛЕНИЕ ПЕРСОНАЛОМ (LM)
• УПРАВЛЕНИЕ КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ (QM)
• УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ ПРОЦЕССАМИ (PM)
• УПРАВЛЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМИ ФОНДАМИ (ТЕХОБСЛУЖИВАНИЕ, MM)
• ОТСЛЕЖИВАНИЕ ИСТОРИИ ПРОДУКТА (PTG)
• АНАЛИЗ ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ (PA)

По данным статистики MES обеспечивает:

• снижение продолжительности цикла производства в среднем на 45%;
• сокращение времени ввода данных, обычно на 75% или более;
• сокращение количества незавершенной продукции в среднем на 24%;
• снижение объема бумажной отчетности между сменами в среднем на 61%;
• сокращение времени освоения новой продукции в среднем на 27%;
• сокращение ненужной бумажной документации в среднем на 56%;
• сокращение объема брака в среднем на 18%;
• повышение доходности предприятия в среднем в 4 раза.

SCADA [5]

SCADA-система – это инструментальная программа, обеспечивающая создание программного обеспечения для автоматизации контроля и управления технологическим процессом в режиме реального времени. Основная цель создаваемой с помощью SCADA программы – дать оператору, управляющему технологическим процессом, полную информацию об этом процессе и необходимые средства для воздействия на него. От надежности, быстродействия и эргономичности SCADA-системы зависит не только эффективность управления технологическим процессом, но и его безопасность.

ОСНОВНЫЕ ФУНКЦИИ SCADA-СИСТЕМЫ:

• Сбор данных от датчиков и представление их оператору в удобном для него виде, включая графики изменения параметров во времени;
• Дистанционное управление исполнительными механизмами;
• Ввод заданий алгоритмам автоматического управления;
• Реализация алгоритмов автоматического контроля и управления (чаще эти задачи возлагаются на контроллеры, но SCADA-системы тоже способны их решать);
• Распознавание аварийных ситуаций и информирование оператора о состоянии процесса;
• Формирование отчетности о ходе процесса и выработке продукции.

УРОВНИ СИСТЕМ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ SCADA (рис. 5):

• Нижний уровень – это сами датчики и исполнительные механизмы
• Средний уровень – контроллеры. На среднем уровне происходит:
  • прием входных данных;
  • первичная обработка данных;
  • автоматическое формирование и выдача управляющих воздействий на исполнительные механизмы;
  • обмен информацией с верхним уровнем.
• Верхний уровень – это и есть уровень SCADA. На этом уровне происходит:
  • сбор, обработка и хранение информации, полученной на среднем уровне;
  • визуализация текущей и архивной информации в удобном оператору виде (мнемосхемы, графики, тренды, журналы сообщений);
  • ввод команд оператора;
  • формирование отчетности о результатах технологического процесса;
  • обмен информацией с верхним уровнем.

Рис. 5. Уровни SCADA систем.

Средства обмена данными в SCADA системах:

• стандартные протоколы динамического обмена данными (DDE), открытый механизм взаимодействия с базами данных ODBC;
• собственные протоколы фирм-производителей SCADA систем, реально обеспечивающие самый скоростной обмен данными;
• OPC (OLE for Process Control) – протокол, который является стандартным и поддерживается большинством SCADA систем.

ФУНКЦИИ SCADA систем:

• Мнемосхемы - это графическое изображение (с помощью встроенного в SCADA графического редактора) технологической схемы с визуализацией значений датчиков, состояния исполнительных механизмов и др. параметров. Для визуализации используется не только отображение значений в виде цифр и надписей, но и изменение визуальных свойств отображаемых графических объектов. Например, в емкости изменяется уровень жидкости, а ее цвет изменяется в зависимости от температуры (динамизация). Исполнительные механизмы могут не просто показывать свое состояние каким-то графическим признаком (например, цветом), но и наглядно показывать свою работу – например, вращением лопастей насоса, движением ленты конвейера и т.п. (анимация).

• Архивы. Получаемые от контроллеров данные SCADA складывает в архивы. Предварительно данные могут быть обработаны (отфильтрованы, усреднены, сжаты и т.п.). Часто используется не регулярная запись, а запись по изменению с использованием порога чувствительности («мертвой зоны»). Длительность хранения настраивается в SCADA индивидуально для каждого параметра и может составлять до нескольких лет.

• Тренд – это графическое отображение изменения параметра во времени. Тренды в SCADA- системах могут показывать изменение параметра за всю длительность его хранения в архиве. Оператору предоставляется возможность изменять масштаб, как времени, так и самого параметра. В развитых системах в тренд встроены различные инструменты анализа графика, сравнения его с уставкой или другим параметром, сглаживание или фильтрация, отметки на графике событий (например, нарушение границ) или закладок для памяти и многое другое.

• Таблицы. Зачастую технологу удобнее просматривать архивы не в графическом виде, а в виде таблиц. Обычно эти таблицы можно не только просматривать, но и экспортировать в другие системы.

• Графики. Обычно SCADA позволяют смотреть и зависимость одних параметров от других, тоже во времени. Хотя это функция и менее востребована технологами, чем тренды.

• Гистограммы и диаграммы. Другим распространенным способом представления параметров являются гистрограммы (столбиковые диаграммы).

• Сообщения - это текстовые строки, которые информируют оператора о событиях на объекте в той последовательности, в которой эти события происходят. Они всплывают на экране или отображаются в специально выделенной для этого зоне.

• Журналы сообщений - служат для отображения списков сообщений в том порядке, как они появлялись и были сохранены в архив. Как правило, используются разные экземпляры журналов для разных зон процесса, разных категорий сообщений, разных приоритетов.
  

• Журнал действий оператора. Управление технологическим процессом очень ответственная задача, поэтому все действия оператора записываются для контроля в специальный журнал, который может быть проанализирован в случае нештатных ситуаций.

• Контроль прав доступа, для того, чтобы оператор мог совершить те или иные действия, ему должны быть администратором предоставлены соответствующие права – например, право управлять исполнительным механизмом, или право изменить задание регулятору. В начале смены оператор регистрируется в системе, и она предоставляет ему выполнять только те действия, которые ему разрешены администратором

• Формирование отчета. Удобная среда разработки отчетов позволяет легко и быстро подготовить отформатированные и насыщенные информацией отчеты.

Источники

1. Лекция. Понятие информационной системы. Задачи и функции ИС
2. MES-системы: функции и преимущества
3. ISA95, Enterprise-Control System Integration
4. Автоматизированные системы диспетчерского и технологического управления. Всё о SCADA-системах
5. Информационная система