Разработка и исследование методического и программно-алгоритмического обеспечения АСУ предприятия на базе компонент с открытой структурой

Человечество организовалось как биологический вид примерно 100 тыс. лет назад и в течение 94 тыс. лет знания (информация) передавались устно. С открытием письменности началась новая, историческая эпоха развития, когда информацию стало возможным накапливать и копировать, а с изобретением книгопечатания и тиражировать. Наша эра, вплоть до конца XX века, характеризуется в информационном плане дальнейшим накоплением и структурированием письменной информации, зафиксированной на бумаге на одном из известных языков. В конце XX века, как это обычно бывает на заключительной фазе периода развития, налицо предельное выражение идей эры бумажных носителей информации. Книга является общепринятым свидетельством создания, накопления и передачи знания. Вся документация на предприятии производится, обрабатывается и хранится в бумажной форме. Развивается сеть библиотек, предназначенная прежде всего для уменьшения стоимости обмена знаниями путем увеличения количества потребителей без увеличения тиража. С целью облегчения поиска информации разрабатываются бумажные же каталоги.

С момента изобретения компьютера начинается постепенный процесс перевода знаний в электронную форму для ее дальнейшего тиражирования и обработки. Этот процесс набирает обороты и к началу XXI века происходит качественный переход на электронную основу. Появилась глобальная сеть Интернет, персональные компьютеры получили широкое распространение, вычислительные мощности возросли в десятки раз. Все эти факторы привели к изменению парадигмы обработки информации: сегодня предпочтение отдается электронным способам получения, хранения и обработки информации, а твердые копии документов на бумажных носителях носят исключительно архивную и подтверждающую функции и являются уже своего рода атавизмом.

Несомненно, у электронного способа передачи информации существует масса достоинств. В первую очередь, это возросшая скорость обмена данными между людьми — сегодня доставка письма редко занимает больше нескольких минут. Далее, благодаря использованию систем автоматизации, заметно выросла производительность человеческого труда, т.к. компьютер берет на себя большую часть рутинной работы и справляется с ней в сотни раз быстрее человека.

Рис. 1. Темпы роста объема ииформации в сети Интернет.

Однако распространение электронного способа передачи и хранения знаний — информационной составляющей научного знания поставило ряд проблем, однозначное решение которых не найдено до сих пор. Основной проблемой является лавинообразный рост количества ииформации, которая производится и передается человечеством в единицу времени. На рис. 1 показано, как изменяется объем информации, накопленный в сети Интернет во времени. Сегодня человек уже не способен «переварить» все поступающие данные, а вынужден отсеивать из всего объема только полезную и актуальную информацию.

Для решения этой проблемы также используется вычислительная техника. Информация сортируется в системах представления данных и отображается в наиболее удобной форме в виде сводных отчетов с возможностью детализации, активно используется диалоговый режим работы с ЭВМ.

Также на первые позиции выходят проблемы защиты данных от несанкционированного доступа. В век цифровых технологий процесс копирования занимает считанные секунды и может быть выполнен практически из любой точки Земли. Использование компьютеров открыло новые горизонты в промышленном шпионаже и методах защиты от него. Следует отметить, что не существует универсального способа защиты информации, представляющей ценность. Для каждого случая необходимо использовать свой комплекс мер по предотвращению несанкционированного доступа.

Немаловажную роль играет и квалификация пользователя. Набор навыков, необходимых для успешной работы, заметно увеличился. Для обслуживания вычислительной техники также необходимы квалифицированные специалисты.

Таким образом, чтобы построить надежную, защищенную, комфортную для работы и производительную среду, необходимо решить комплекс задач, сведя к минимуму негативные эффекты от использования вычислительной техники.

Актуальность и перспективность разработок в области информационных технологий последние два года мало у кого вызывают сомнения. Человечество в целом все активнее использует компьютеры, как для решения повседневных задач дома, так и для создания сложных систем управления. Управление бизнес-процессами — это еще одна задача, которую можно во многом доверить компьютерам. Вычислительные устройства были изобретены и применяются, в основном, чтобы уменьшить объем рутинной работы, что дает руководителю несколько преимуществ: во-первых, уменьшается время принятия решений, т.к. информационной системе нужно немного времени для подготовки аналитического отчета, основанного на первичной информацииво-вторых, снижается доля ручного труда в общем объеме работ, следовательно, снижается стоимость этого труда для компании, а также, нет необходимости «раздувать» штат сотрудников. Есть у информационных систем и недостатки. Прежде всего, их использование подразумевает высокий уровень подготовки пользователей этих систем, чего, в условиях невысокой общей компьютерной грамотности населения России, тяжело добиться. Во-вторых, для успешного функционирования системы, необходимо еще до ее внедрения произвести тщательное планирование и моделирование требуемых функций, с тем, чтобы система выдавала актуальные и достоверные отчеты. Для этого необходимо активное участие в разработке любой автоматизированной системы управления предприятием (АСУ П) экспертов в заданной предметной области, а также экспертов по информационным технологиям, что также случается очень редко. И, в-третьих, после ввода системы в эксплуатацию, ее необходимо обслуживать, для чего также требуется квалифицированный персонал.

Следует отметить, что на рынке существует множество готовых информационных систем, а также платформ для быстрой разработки подобных систем, распространяемых на коммерческой основе. Стоимость лицензионных отчислений для таких решений, как правило, измеряется миллионами рублей, при этом внутренние алгоритмы функционирования системы остаются закрытыми для заказчика.

В этой работе приведен альтернативный подход к построению единой информационной системы предприятия. За основу системы взяты программные средства с открытым исходным кодом, доступным для изучения, хорошо документированные и безопасные.

Идеалы программного обеспечения open source можно объяснить четырьмя основными правами, которые воплощены в Free Software Foundation’s General Public License (GPL):

• Право использовать программное обеспечение для любых целей.

• Свободно распространять программное обеспечение бесплатно или за плату.

• Иметь доступ к полному исходному коду программы.

• Право изменять любую часть исходного кода, или частично использовать его в других программах.

Другое представление этой философии можно получить из Определения Open Source:

Основная идея open source очень проста: Когда программисты могут читать, распространять и модифицировать исходный код программного продукта, программное обеспечение развивается. Люди улучшают его, люди приспосабливают его, люди исправляют ошибки.".

Для построения системы также использованы стандартные описанные методики проектирования и разработки. Полученная система легко масштабируема, полностью открыта с точки зрения базовых алгоритмов, но в то же время, данные в ней надежно защищены.

Настоящая работа началась более пяти лет назад и первоначально ставила перед собой гораздо более узкие цели, но в итоге посвящена одному из возможных способов решения указанной проблемы, который в настоящее успешно применяется в различных видах деятельности.

Основные результаты, полученные в работе, а также выводы могут быть сформулированы следующим образом:

1. Предложена и реализована концепция построения и функционирования информационной системы верхнего уровня АСУ П на базе открытых компонент, что позволяет, в частности в энергетике, решить проблему объемов информации, которую необходимо собирать, надежно хранить и оперативно обрабатывать.

2. Предложены пути решения проблем защищенности стандартных протоколов передачи данных в автоматизированных системах управления предприятий.

3. Предложен и обоснован новый подход к построению АСУ П как открытой структуре, где, в отличие от традиционных методов, учитывается ряд дополнительных факторов, что позволит корректно и эффективно решать стратегические задачи управления потоками информации на уровне АСУ П и АСУ ТП в форме электронных документов.

4. Рассмотрена задача создания модели надежности крупной энергетической компании, которая включает в себя географически распределенную структуру узлов уровня станции и центральных узлов, объединенных в единую автоматизированную систему. Определены основные функции модели надежности и источники данных, на основании которых происходит принятие решений.

5. Предложены и описаны свободные программные платформы, на базе которых возможна реализация алгоритмов модели надежности. Также рассмотрены программные средства, предназначенные для проектирования моделей, содержащих элементы систем искусственного интеллекта (нейросетей), нечеткой логики и систем поддержки принятия решений.

6. Предложена структура программного комплекса модели надежности, основанная на трехзвенной архитектуре: хранилище данных, сервер приложений и модуль удаленного доступа, для которых предложены надежные свободные программные средства, разработана оптимальная конфигурация этих средств и описаны области их применения.

7. Разработана принципиальная структура хранилища данных для модели надежности, которая обеспечивает как сбор информации в реальном времени, так и возможность параллельной обработки данных и генерации отчетов. Рассмотрены способы масштабирования хранилища информации при необходимости, что значительно снижает капитальные затраты на создание системы.

8. Предложены структуры: узла модели надежности уровня станции, которая позволяет интегрировать открытые решения в общую структуру автоматизации энергетической компанииузла уровня центра, которая объединяет все станционные узлы в единую информационную систему, даже если они географически разделены.

9. Решена задача масштабирования основных составляющих модели при увеличении нагрузки. При использовании предложенного подхода полная модернизация аппаратного комплекса не требуется, достаточно при необходимости вводить в эксплуатацию новые дублирующие компоненты.

10. Предложена структура аппаратного обеспечения модели надежности с учетом особенностей отдельных компонент и функциональности, а также используемого программного обеспечения.

11. Решенная задача является частью комплекса аппаратно-программных средств комплексной информационной системы АСУ П, спроектированного с использованием только открытого и свободного программного обеспечения (ПО). Предложенная в работе методика позволяет значительно снизить издержки на лицензионные отчисления, а также избавиться от недостатков, присущих закрытым продуктам.