ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОЛГОГРАДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

КАМЫШИНСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ)

ВОЛГОГРАДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

КАФЕДРА «АВТОМАТИЗИРОВАННЫЕ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ

ИНФОРМАЦИИ И УПРАВЛЕНИЯ»

Оценка и управление качеством функционирования АИС.

Методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Автоматизированные информационные системы»

Волгоград

2008

УДК 658.512.011.56(07)

О 93

Оценка и управление качеством функционирования АИС: методические указания к практическим занятиям по дисциплине «Автоматизированные информационные системы» / Сост. , ; Волгоград. гос. техн. ун-т. – Волгоград, 2008. – 26 с.

Изложен теоретический материал по разработке (проектированию) АИС, описаны показатели экономической эффективности промышленных объектов, представлена методика оценки эффективности функционирования АИС, перечислены способы управления качеством функционирования АИС, приведены экономические критерии оптимизации технических решений и критерии выбора вариантов моделей проектируемых АСУ.

Предназначены студентам специальности 230103 «Автоматизирован-ные системы обработки информации и управления (по отраслям)».

Ил. 2. Библиогр.: 6 назв.

Рецензент:

Печатается по решению редакционно-издательского совета

Волгоградского государственного технического университета

Ó Волгоградский

государственный

технический

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

университет, 2008

Оглавление

Предисловие.........................................................................................

4

Практическое занятие №1. Разработка модели АИС.......................

5

Практическое занятие №2. Оценка эффективности функционирования АИС........................................................................................

10

Практическое занятие №3. Управления качеством функционирования АИС............................................................................................

15

Практическое занятие №4. Критерии выбора вариантов моделей проектируемых АСУ...........................................................................

17

Список литературы..............................................................................

25

Предисловие.

В настоящее время эффективное изучение автоматизированных информационных систем (АИС) не возможно без изучения и использования компьютерных технологий. Во многих сферах деятельности специалист принимает решения, опираясь на определенные критерии, и методики позволяющие выбрать оптимальные решения поставленных задач.

В методических указаниях приводится теоретический материал по разработке (проектированию) АИС; описаны показатели экономической эффективности промышленных объектов; приведены экономические критерии оптимизации технических решений; представлена методика оценки эффективности функционирования АИС; перечислены способы управления качеством функционирования АИС; приводятся критерии выбора вариантов моделей проектируемых АСУ.

Студент должен знать:

-  основные области использования автоматизированных информационных систем;

-  основные принципы построения автоматизированных информационных систем;

-  свободно ориентироваться в современных автоматизированных информационных технологиях.

Студент должен уметь:

-  осуществлять разработку типовых технологических процессов автоматизированной обра­ботки информации;

-  производить разработку, модификацию, адаптацию и сопровождение типовых компонен­тов АИС;

Практические занятия проводятся в виде устного ответа на поставленные вопросы по теме практического занятия.

Практическое занятие №1.

Разработка модели АИС.

Время выполнения практической работы – 4 часа

Цель: Изучить основные этапы проектирования АИС, и основные показатели экономической эффективности промышленных объектов.

Пояснения к практической работе.

Разработкой (проектированием) АИС называется процесс составления описания еще не существующей системы на разных языках и с различной степенью детализации, в ходе которого осуществляется оптимизация проектных решений. В процессе детализации описаний наступает момент, когда имеющиеся описания позволяют создать действующую систему (изготовление изделия по имеющимся чертежам) и наступает период эксплуатации АИС.

Проектирование разделяется на проектные операции. Проектная операция включает выбор проектных решений и позволяет определить значения параметров, характеризующих БД, вычислительную систему и программное обеспечение.

Этапами проектирования являются: обоснование создания АИС, разработка технического задания, техническое и рабочее проектирование, ввод АИС в действие. Процесс эксплуатации обычно через некоторые периоды времени прерывается стадиями модификации системы.

Стадию эксплуатации можно охарактеризовать как период стабильного функционирования АИС, не требующий изменения ранее принятых проектных решений.

Под стадией модификации будем понимать процесс корректировки проектных решений по отдельным компонентам АИС.

Более детальное описание работ на стадии проектирования включает в себя следующие действия:

1. Обследование предметной области:

-  границы предметной области и возможности ее расширения;

-  перечень объектов предметной области;

-  информационные потребности пользователей;

-  необходимые процессы обработки данных с указанием их периодичности;

-  ЭВМ, на которой предполагается реализовать АИС;

-  требования к функционированию АИС, частота поступления и корректировки информации, методы обеспечения ее достоверности.

Результатом обследования предметной области должно быть техническое задание на разработку системы.

2. Определение объектов и их атрибутов. Для каждого объекта и процесса необходимо:

-  выделить идентифицирующие свойства и провести нормализацию;

-  определить количество экземпляров каждого объекта и рост этой величины во времени;

-  определить методы вычислений производных показателей на основе значений исходных показателей.

3. Установление всех структурных связей между объектами и процессами и вычислимости на этой основе всех запросов. Разработка структуры базы данных, проверка ее корректности и полноты.

4. Определение технологии работы АИС, т. е. определение порядка сбора, контроля и хранения данных, определение форматов ввода-вывода информации, установление объемных и временных характеристик выдачи информации, установление правил работы всех групп пользователей.

5. Выбор ЭВМ и программных средств для реализации АИС. Среди программных средств в первую очередь необходимо выбрать операционную систему и СУБД. Оценка требуемых объемов памяти и трудоемкости разработки программ.

6. Проверка корректности проекта и определение сроков его реализации. Итогом перечисленных выше действий становится технический проект АИС.

7. На стадии рабочего проектирования необходимо:

-  создать описания всех компонентов базы данных;

-  разработать экранные формы и системы меню для всех групп пользователей;

-  разработать программы для всех приложений;

-  заполнить АИС отладочными данными и оттестировать ее;

-  составить инструкции по работе с АИС и обучить пользователей.

Стадия эксплуатации начинается с заполнения АИС реальными данными. Этапы эксплуатации и модификации АИС поочередно меняют друг друга до тех пор, пока не наступит момент морального старения АИС и будет принято решение о ее ликвидации и разработке принципиально новой системы.

На стадии эксплуатации АИС требуется обеспечить реорганизацию БД, рестарт и восстановление, копирование БД, контроль непротиворечивости БД.

Сопровождение программного обеспечения на стадии эксплуатации АИС осуществляет прикладной программист. Сопровождение базы данных реализует администратор базы данных. Сопровождение вычислительной системы выполняют операторы и сменные инженеры.

Важность исследования процессов модернизации АИС можно пояснить такими данными: стоимостные затраты на модернизацию АИС достигают примерно трети объема эксплуатационных расходов, за год в АИС обычно меняется 10 – 40 % первичных документов и 20 – 50 % выходных документов.

Экономическим объектам свойственны динамичность и развитие, что непосредственно влияет на состояние ИС. Поэтому на стадии эксплуатации ИС усиливаются факторы, доказывающие необходимость последующей модернизации. Среди них:

-  изменения на объекте управления и во внешней среде (дрейф параметров предметной области);

-  изменение состава рабочей нагрузки вычислительной системы, замена оборудования, рост объема файлов;

-  накопление опыта работы с АИС;

-  обнаружение проектных ошибок.

Задачи модификации АИС обычно рассматриваются как неперспективные и нежелательные. Эта работа считается очень простой в сравнении с проектированием АИС, она ассоциируется с исправлением проектных ошибок, сделанных другими. Вместе с тем модифицируемая система обычно плохо документирована, попытки улучшения прикладных программ иногда кончаются ничем. В итоге довольно быстро наступает момент, когда интерес к системе теряется и начинается новая разработка. Однако планомерная модификация базы данных и других компонентов АИС позволяет поддерживать в требуемых границах ее технические и эксплуатационные характеристики, отсрочить момент морального старения системы.

На стадии эксплуатации системы в отсутствие специальных мероприятий по модернизации ИС ухудшаются ее эксплуатационные показатели, например, снижается пропускная способность. Происходи также ухудшение соответствия между параметрами предметной области и параметрами БД.

В процессе эксплуатации АИС производится слежение за изменением параметров АИС и предметной области. Для этого используются, например:

-  информация об изменениях в системе документооборота и структуре отдельных документов;

-  данные об изменениях в составе решаемых экономических задач, системе экономических показателей и методах их расчета;

-  характеристики потока запросов к БД;

-  оценки пользователей о качестве получаемой информации;

-  информация системной мониторной программы или аналогичных средств, работающих в составе применяемых операционных систем и СУБД, сбор статистики о выполненных заданиях.

Должны также фиксироваться изменения количественных и качественных характеристик предметной области. В этой сфере могут происходить изменения в организационной структуре экономического объекта, составе параметров, характеризующих объект, методах их расчета. Изменения зачастую связаны с реконструкцией производства, выпуском новых изделий, освоением новых технологий, совершенствованием конструкторской документации. Может меняться состав организационных и технологических ограничений на объекте.

Сравнение результатов измерений с аналогичной информацией за прошлые периоды времени и отклонение текущих параметров функционирования АИС от нормативных могут дать основание для проведения модификации АИС. Анализ результатов наблюдений должен быть различным в зависимости от целей, которые предполагается достичь после проведения модификации. Первоначально должна быть поставлена цель модификации АИС и определено множество методов, ведущих к достижению требуемой цели. Собираемая и анализируемая информация должна лишь доказать (или опровергнуть) целесообразность применения конкретного метода модификации и позволить выработать его спецификацию.

Одной из основных целей разра­ботки промышленных АИС является получение чисто эко­номического эффекта.

Следует подчеркнуть, что оценка экономической эффек­тивности АИС на ранних этапах ее разработки (составление технического задания, разработка технического и рабочего проектов) значительно важнее, чем на этапе внедрения, по­скольку здесь решаются такие вопросы, как целесообраз­ность вообще разрабатывать данную систему, выбор варианта ее структуры, компоновки и комплектации.

Таким образом, методы расчета показателей экономиче­ской эффективности АИС играют очень важную роль.

Однако существующие методы обладают большим не­достатком: их выполняют без учета надежности функциони­рования АИС, а она самым существен­ным образом влияет на показатели экономической эффек­тивности.

Помимо задачи оценки показателей экономической эф­фективности с учетом надежности на этапе разработки АИС возникает еще одна задача, в которой тесно связаны пока­затели экономической эффективности и надежности,— опре­деление оптимальных требований к надежности АИС по критерию максимума экономической эффективности.

Показатели экономической эффективности промышленных объектов. Экономические критерии оптимизации технических решений

Для сравнения по экономической эффективности различных объектов (или вариантов реализации одного и того же объекта) необходимы количественные показатели. Такое сравнение чаще всего выполняют следующим обратом: 1) получают автономные показатели экономической эффек­тивности сравниваемых объектов (или вариантов); 2) со­поставляют полученные показатели и выносят решение. Эти показатели удобно назвать внутриобъектными. К ним относятся, например, коэффициент экономической эффек­тивности объекта, срок окупаемости, приведенные затраты на единицу выпускаемой продукции и т. п.

Возможен, вообще говоря, и иной путь сравнения двух объектов. Взяв определенные экономические характери­стики двух сравниваемых объектов, можно рассчитать не­который результирующий показатель, определяющий ве­личину эффективности одного объекта по сравнению с дру­гим. Такие показатели называют межобъектными. Примером может служить годовой экономический эффект от замены одного объекта другим.

Второй путь сравнения методически значительно усту­пает первому, потому что здесь возможно лишь попарное сравнение объектов и если затем потребуется сравнить один из этих объектов с некоторым третьим, то нужно вновь вычислять соответствующий межобъектный показатель. При сравнении первым путем получают показатели абсолютной эффективности всех сравниваемых объектов.

Контрольные вопросы.

1.  Перечислите и охарактеризуйте основные этапы проектирования АИС.

2.  Для чего необходимо фиксировать изменения характеристик предметной области?

3.  В чем заключается основной недостаток существующих методов оценки экономической эффективности АСУ?

4.  Какие пути сравнения различных обектов по экономической эффективности Вы знаете? В чем их достоинства и недостатки?

5.  Какие показатели экономической эффективности промышленных объектов знаете?

6.  Что является экономическим критерием оптимизации технических решений

Литература:

[2] стр. 35-56

[5] стр. 76-83

Практическое занятие №2.

Оценка эффективности функционирования АИС

Время выполнения практической работы – 4 часа

Цель: Изучить методику расчета основных экономических показателей оценки эффективности функционирования АИС.

Пояснения к практической работе.

В качестве основного показателя общей (абсолютной) экономической эффективности отдельных объектов и техни­ческих мероприятий принят коэффициент экономической эффективности капитальных вложений:

Эк. п=П/К (1)

где К — капитальные вложения (капитальные затраты) в рассматриваемый объект или техническое мероприятие в АСУ); П — годовая прибыль, обеспечиваемая этими капитальными вложениями.

Если рассматриваются капитальные вложения в само­стоятельные объекты, величина годовой прибыли может быть представлена в виде

П=Ц-С (2)

где Ц — стоимость (в оптовых ценах) годового выпуска продукции рассматриваемым объектом; С – себестоимость годового выпуска продукции.

Если же рассматриваются капитальные вложения в ме­роприятия, являющиеся усовершенствованием некоторых действующих объектов, в том числе в АИС, то, во-первых, прибыль от введенного мероприятия представляет собой разность между прибылью от усовершенствованного объекта и прибылью, обеспечиваемой им до введения усовершенство­вания; во-вторых, в общем случае вводимое усовершенство­вание может оказать влияние как на стоимость, так и на себестоимость годового выпуска продукции. В связи с этим коэффициент экономической эффективности

Эк. п = ∆П/К = (П2-П1)/К = [(Ц2 - С2) - (Ц1 - С1)]/К =

[(Ц2 – Ц1) + (С1 – С2)]/К (3)

где П1 и П2, Ц1 и Ц2, С1 и С2 — годовая прибыль, стоимость и себестоимость годового выпуска продукции объекта соответственно до и после введения усовершенствования.

В обоих случаях физический смысл коэффициента Эк. п остается одним и тем же — это отношение прибыли, обу­словленной некоторыми капитальными вложениями, к их величине. Другими словами, Эк. п — это показатель степени отдачи капитальных вложений. Следовательно, во-первых, по величине Эк. п можно сравнивать любые объекты (и усо­вершенствования). Во-вторых, при вычислении Эк. п для различных объектов нет необходимости уравнивать объемы выпускаемой продукции. В-третьих, как следует из формулы (3), источником прибыли, учи­тываемой при вычислении Эк. п для мероприятий, направлен­ных на усовершенствование действующих объектов, может служить как снижение себестоимости выпускаемой продук­ции, так и увеличение годового объема выпуска и улучше­ние качества. В последнем случае, однако, необходимо, чтобы это улучшение нашло отражение в оптовой цене про­дукции.

При определении экономической эффективности АИС, разрабатываемой для действующего объекта, следует рас­сматривать АИС как некоторое усовершенствование и поль­зоваться формулой (3).

С коэффициентом Эк. п однозначно связан еще один показатель общей (абсолютной) экономической эффективности капитальных вложений — срок окупаемости капитальных вложений:

Ток=1/ Эк. п = К/П (4)

Следует отметить, что срок окупаемости капитальных вложений в усовершенствования действующих объектов в не­которых методиках предлагается рассчитывать по формуле

Ток=К/(С1-С2) (5)

При этом предполагается, что вводимое усовершенствование не влияет ни на объем годового выпуска продукции, ни на ее качество (т. е. цену), а дает лишь снижение себестоимости с величины С1 до величины С2. Нетрудно видеть, что фор­мула (5) есть частный случай более общего выражения (4). Таким образом, понятие срока окупаемости, позволяет учитывать влияние произ­водимых усовершенствований как на себестоимость годово­го выпуска продукции, так и на ее объем и качество (цену), и потому является более общим, чем понятия, использовав­шиеся ранее.

Для сравнения по экономической эффективности раз­личных вариантов хозяйственных или технических решений, вариантов реализации промышленных объектов и отдельных мероприятий введем в качестве количе­ственного показателя приведенные затраты на некоторый фиксированный объем (V) годового выпуска продукции:

У=У(V)=С + ЕнК (6)

где Ен — нормативный коэффициент экономической эффек­тивности, принимающий различные значения для разных отраслей народного хозяйства и устанавливаемый на уров­не не ниже 0,12, что соответствует нормативному сроку оку­паемости Ток. н = 8,33 года.

Величина приведенных затрат может вычисляться также на единицу выпускаемой продукции:

У0=У(1)=У(V)/V = C0+ЕнК0 (7)

где С0 и К0 — соответственно удельная (в расчете на еди­ницу продукции) себестоимость и удельные капитальные вложения.

Существенным преимуществом У по сравнению с Эк. п является то, что для расчета У не требуется знать цену еди­ницы выпускаемой продукции. С этим преимуществом свя­зан и основной недостаток показателя приведенных затрат: он может использоваться для сравнения только таких объектов, которые выпускают совершенно идентичную продук­цию, и не позволяет учесть, в частности, изменение каче­ственных показателей продукции. Стремясь обойти это ограничение, иногда в расчет величины приведенных затрат вводят специальные коэффициенты для учета из­менения качественных показателей выпускаемой продукции. Однако выбор величины этих коэффициентов всегда очень трудно обосновать.

Рассмотрим некоторые особенности применения показа­теля приведенных затрат в случае, когда рассматривается мероприятие по усовершенствованию действующего объек­та (в частности, АСУ). При этом под капитальными затрата­ми (К) следует понимать сумму затрат на сам объект (Коб) и проводимое усовершенствование (∆К). Себестоимость вы­пускаемой продукции определяется для объекта с введен­ным усовершенствованием; обозначим ее через С2 в отличие от себестоимости той же (по объему и качеству) продукции на исходном объекте, которую будем обозначать через С1. Таким образом,

У2 = С2 + Ен (Коб+∆К) (8)

Для того, чтобы предлагаемое усовершенствование было эф­фективно, необходимо выполнение неравенства

У2<У1 (9)

или

С1-С2<Ен∆К (10)

Как уже отмечалось выше, величина приведенных за­трат, которая вычисляется для каждого объекта отдельно, относится к внутриобъектным показателям.

Производным от показателя приведенных затрат явля­ется годовой экономический эффект от замены одного объек­та (действующего или проектируемого) другим либо внед­рения некоторого предлагаемого усовершенствования или мероприятиия:

Э=(У01-У02)V2=[(С01=ЕнК01)-( С02=ЕнК02)]V2 (11)

где V2 — объем годового выпуска продукции по предлагае­мому объекту (или варианту).

Очевидно, что годовой экономический эффект является межобъектным экономическим показателем и имеет смысл лишь при наличии двух сравниваемых вариантов (пред­лагаемого и того, который является «базой сравнения»).

Еще одним межобъектным показателем может служить так называемый коэффициент прогрессивности техническо­го решения:

γн= Эк. п2/Эк. п1 (12)

Введенные выше основные показатели экономической эффективности позволяют сформулировать следующие два экономических критерия сравнения (оптимизации) технических решений:

Эк. п→max (13)

У0→min (14)

Естественно ожидать совпадения результатов сравнения различных вариантов технических решений одной и той же задачи по экономическим критериям (13) и (14). К сожалению, однако, природа этих критериев такова, что результаты не совпадают.

Пример 1. Пусть проводится сравнение двух вариантов исполне­ния некоторого промышленного объекта, характеризующихся при прочих равных условиях следующими показателями:

Ц1 = 630 тыс. руб., С1 = 420 тыс. руб., К1 = 1000 тыс. руб.;

Ц2 = 900 тыс. руб., С2 = 180 тыс. руб., К2 = 4000 тыс. руб.

Цена единицы выпускаемой продукции в обоих вариантах одинакова; примем ее равной Ц0=1,5 тыс. руб. В соответствии с этим годовой объем выпуска продукции в первом варианте равен V1 =Ц1/Ц0 = 420 шт., во втором V2 =Ц2/Ц0 = 600 шт.

Сравнение по Эк. п дает для рассматриваемых вариантов

Эк. п1 = 0,21 > Эк. п2 = 0,18

а сравнение по У0 при ЕН = 0,12

У01 = 1,29 > У02 = 1,1

Таким образом, по критерию (13) лучшим является первый вариант, а по критерию (14) — второй.

Покажем, что сравнение по критериям (13) и (14) в принципе способно давать противоречивые результаты.

Задача:

Выполните расчет показателей эффективности промышленных объектов с учетом надежности для следующего примера:

Пусть спроектирован некоторый промышленный объект, для которого определены следующие основные показатели:

V= 22000 шт; Ц0=1. 2руб.; Ц=32000 руб.; С=27000 руб.;

К=45000руб; θ=58000 ч..; V0=3.3 шт/ч; S0,0=0.5 руб.

и рассчитаны показатели экономической эффективности без учета надежности:

Эк. п.=0.128; У0=1.36 руб.

Сделать соответствующие выводы.

Варианты для выполнения задания.

Вариант

V(шт.)

Ц0

(руб)

Ц

(руб)

С (руб)

К (руб)

Θ (ч.)

V0 (шт/ч)

S0,0 (руб)

Эк. п.

У0 (руб)

1

23000

1,3

34000

29000

48000

60000

4

0,4

0.128

1,32

2

25000

1,2

33000

26000

51000

62000

5

0,6

0.128

1,45

3

21000

1,1

23000

28000

43000

53000

7

0,7

0.128

1,52

Контрольные вопросы.

1.  Перечислите основные показатели общей экономической эффективности.

2.  Перечислите некоторые особенности применения показателей.

3.  Для чего необходима оптимизация надежности по экономическим критериям?

Литература:

[2] стр. 64-76

[5] стр. 85-96

Практическое занятие №3.

Управления качеством функционирования АИС

Время выполнения практической работы – 4 часа

Цель: Изучить методы и способы управления качеством функционирования АИС.

Пояснения к практической работе.

Пусть для двух сравниваемых вариантов некоторого про­мышленного объекта известны V1, С1, К1 и V2, С2, К2. Це­на единицы выпускаемой продукции в обоих случаях оди­накова и равна Ц0.

Коэффициенты экономической эффективности сравнивае­мых вариантов:

Эк. п1=(V1Ц0-С1)/К1 Эк. п2=(V2Ц0-С2)/К2 (15)

(пусть Эк. п1 > Эк. п2)

Для сравнения по приведенным затратам необходимо прежде всего уравнять объемы выпуска продукции. Выбрав расчетный объем выпуска продукции Vрасч и введя коэффнциенты

α1= Vрасч /V1 α2= Vрасч /V2

из формулы (15) получим:

Эк. п1 = (α1V1Ц0 - α1С1)/α1К1 (16)

Эк. п2 = (α2V2Ц0 - α2С2)/α2К2 (17)

Введя обозначения

α1V1Ц0 = х1, α2V2Ц0 = х2

находим:

х1 = α1С1 + Эк. п1 α1К1 (18)

х2 = α2С2 + Эк. п2 α2К2 (19)

В координатах Эк. п1, х это уравнения двух прямых, от­секающих на оси х отрезки α1С1 и α2С2 и пересекающихся в точке с абсциссой

Эк. пкр = (α2С2 - α1С1)/( α1К1 – α2К2) (20)

Графики х1 = f1(Эк. п1) и х2 = f2(Эк. п2) приве­дены на рис. 1 (ввиду Эк. п1 > Эк. п2 прямая х2 идет круче).

Из смысла введенных коэффициентов α1 и α2 следует, что

х1(Эк. п1)= х2(Эк. п2) = VрасчЦ0 (21)

Из сопоставления (18) и (19) с выражением (5) ясно, что

х1(Ен) = У1(Vрасч) и х2(Ен) = У2(Vрасч). (22)

Из приведенного на рис. 1 построения следует, что при данном соотношении Эк. п1 Эк. п2 результат сравнения ва­риантов по У зависит от взаимного расположения Эк. п1, Эк. п2 Эк. п.кр и Ен на оси абсцисс. Так, если Эк. п1, Эк. п2 и Ен (Ен’ рис. 5) лежат по одну сторону от Эк. п.кр, то результаты сравнения по Эк. п и У будут совпадать (У2’ > У1’). Если же Эк. п1 и Эк. п лежат по одну сторон от Эк. п.кр, а Ек — по другую (Ек” на рис. 1), результаты сравнения будут противоположными (У1 > У2)

В связи с неэквивалентностью критериев (13) и (14) при исследовании конкретного объекта перво­степенное значение приобретает вопрос о выборе основ­ного показателя экономической эффективности и соот­ветствующего ему критерия оптимизации технических ре­шений (в том числе и решений, связанных с уровнем надежности объекта). Нужно сказать, что четких рекомендаций по этому вопросу в экономической литературе нет. По мне­нию автора, эти рекомендации могут быть сведены кратко к следующему. Если рассматривается объект, предназна­ченный для выпуска продукции широкого потребления, и основным является извлечение максимальной прибыли на вкладываемые средства, то следует пользоваться критери­ем (13), соответствующим минимальному сроку окупае­мости капитальных вложений. Если же рассматриваемый объект предназначен для выпуска продукции, необходимой народному хозяйству, то должен использоваться критерий (14), позволяющий выбрать вариант решения поставлен­ной задачи с минимальной затратой общественных средств.

Контрольные вопросы.

1.  Что такое коэффициент прогрессивности технического решения?

2.  Как может влиять надежность на экономическую эффективность?

3.  Что такое цена ненадежности объекта?

4.  Каким критерием пользуются, в случае, когда объект предназначен для выпуска продукции широкого потребления?

5.  Каким критерием пользуются, в случае, когда объект предназначен для выпуска продукции, необходимой народному хозяйству.

Литература:

[2] стр. 78-89

[5] стр. 102-121

Практическое занятие №4.

Критерии выбора вариантов моделей проектируемых АСУ

Время выполнения практической работы – 4 часа

Цель: Изучить критерии выбора вариантов моделей проектируемых АИС.

Пояснения к практической работе.

Постановка задачи оптимизации надежности предполагает, что в распоряжении разработчика имеется некоторый метод (методы) «управления» надежностью разрабатываемого объекта. Задача состоит в том, чтобы среди уровней надеж­ности объекта, которые могут быть обеспечены в рамках этого метода (методов), найти уровень, отвечающий приня­тому критерию оптимизации.

Методы повышения надежности промышленных объек­тов, можно разбить на четыре группы. В каждой из групп повышение безотказности свя­зано с определенными затратами.* В методах первых двух групп эти затраты производятся один раз — на этапе раз­работки и изготовления — и отражаются в величине капи­тальных вложений К и, следовательно, составляющей Sax стоимости надежности объекта. Методы третьей группы предполагают затраты на этапе эксплуатации объекта и рассредоточиваются по годам (составляющая Sп. т.о). Нако­нец, методы четвертой группы предусматривают специаль­ные капитальные вложения или специальные текущие затраты Sс, которые могут быть сделаны на любом году эксплуатации объекта.

Пусть нас интересует оптимизация некоторого показате­ля надежности объекта а**. Из сказанного выше следует, что при использовании методов любой из четырех групп зависимость S(а); реализуемая за счет любой ее составляю­щей — Sам, Sп. т.о или Sc,— является монотонной и воз­растающей, т. е.

(15)

В то же время повышение надежности объекта снижает потери, связанные с отказами, т. е. цену ненадежности по всем ее составляющим. Другими словами,

(16)

Поскольку в выражениях для и составляющие S и суммируются, эти две противоположные тенденции и создают условия для возникновения искомого экстремума показателей экономической эффек­тивности (рис. 2).

Решение задачи оп­тимизации надежности по экономическим кри­териям можно предста­вить следующей после­довательностью этапов:

1) выбор критерия оптимизации (Эк. п ®max или Y0 ®min);

2) выбор оптимизируемого показателя надежности а (группы показателей);

3) определение метода (методов) «управления» надежнос­тью объекта;

4) определение зависимостей К(а) и S(а) [Sам(а), Sп. т.о(а), Sс(а)] для выбранного метода «управления» на­дежностью;

5) определение зависимостей и [, ,, ] для заданных условий при­менения объекта;

6) исследование выражения на максимум или выражения на минимум и определение аopt.

При решении этой задачи возникает трудности тзхнико-экопомического (установление необходимых зависимостей) и чисто математического [определение экстремумов целевой функции или ] характера.

Прежде всего необходимо отметить, что далеко не всег­да можно найти аналитические зависимости К(а). Наибо­лее широко распространены зависимости вида

(17)

где Рнач и Кнач — соответственно вероятность безотказ­ной работы за фиксированное время и стоимость аппарату­ры с некоторым начальным уровнем надежности; a = 0,5 ¸ 1,5 — коэффициент, зависящий от уровня разра­ботки и производства аппаратуры.

В случае экспоненциального распределения Т зависи­мость (17) принимает вид

(18)

Зависимость (5) установлена эмпирически для огра­ниченного круга методов повышения надежности (главным образом, методов конструктивных и технологических), однако, может с успехом использоваться во всех случаях в качестве хотя и приближенной, но достаточно точной моде­ли. Это объясняется тем, что показательная зависимость соответствует характерным чертам реальной связи между стоимостью и надежностью изделии: прямая пропорциональ­ность, монотонность, возрастание крутизны с ростом началь­ного уровня надежности. Небольшое изменение a позволяет в широких пределах изменять общую крутизну кривой роста стоимости с надежностью, подгоняя математическую модель (17) к любой реальной зависимости.

Несколько проще положение с зависимостями и , которые определяются через , а расчет при за­данных показателях безотказности и ремонтопригоднос­ти в теории надежности разработан достаточно хорошо.

Остановимся теперь на некоторых особенностях иссле­дования на экстремум выражений и . Следует отметить, что во многих случаях выражения для и не являются непрерывными функциями, допускаю­щими дифференцирование и поиск экстремума обычными ме­тодами. Это существенно ограничивает возможности исполь­зования аналитических методов и заставляет обращаться к численным методам, в частности к методам, использующим ЭЦВМ. Очень часто поиск экстремума приходится осуществ­лять путем перебора ряда возможных дискретных значений показателей надежности (возможных вариантов) с расче­том для каждого из них соответствующих показателей эко­номической эффективности и последующего сравнения ре­зультатов. Здесь весьма эффективны методы динамического программирования, позволяющие существенно сократить объем необходимых вычислений.

Функции S(a), , , , и , входящие в выражение для , не включают в себя цены единицы продукции Ц0, что значительно упрощает получе­ние зависимости и вообще решение задачи оптимиза­ции по критерию (14). Существенно сложнее решается задача оптимизации по критерию (13). Трудности опреде­ления величины Ц0 во многих случаях вообще не дают воз­можности найти . Кроме того, в некоторых случаях. Когда Ц0 известно, нахождение экстремума сопря­жено и со значительными вычислительными трудностями. В связи с этим иногда приходится отказываться от этого критерия и переходить к другим, более частным, но требую­щим меньше исходной информации или менее громоздких вычислений.

Один из возможных частных критериев — критерий максимума годовой прибыли

(19)

эквивалентный (ввиду независимости П0 от уровня надеж­ности объекта) критерию минимума суммарных затрат, свя­занных с надежностью:

(20)

Очевидно, что исследование на экстремум зависимости существенно проще, чем зависимости .

Нетрудно видеть, что если используемый метод «управле­ния» надежностью (безотказностью) реализуется на этапе эксплуатации и не затрагивает этапов разработки и изго­товления, К = const и критерии (19) и (20) совпадают с критерием (13). Если же К = К(а), замена критерия (13) критерием (20) приводит к неизбежным ошибкам. Поскольку знаменатель выражения (3) К(а) является монотонно-возрастающей функцией показателя безотказ­ности а, можно утверждать, что значение аopt, определяе­мое по критерию (20), находится всегда правее оптимума по критерию (13). Другими словами, приближенный опти­мум по критерию (20) является верхней границей точного оптимума по критерию (13), причем различие между при­ближенным и точным оптимумами тем больше, чем круче возрастает К(а) с увеличением а.

Цена единицы продукции Ц0 входит в формулу для рас­чета составляющей пены ненадежности . Поэтому ясно, что переход к критерию (20) не избавляет от необ­ходимости определять Ц0. В этой связи следует подчерк­нуть, что если величина Ц0 неизвестна, корректное решение задачи оптимизации по критерию (13) невозможно. Речь может идти о каких-либо приближенных, ориентировочных решениях, приемлемых лишь для отдельных частных слу­чаев. Так, например, если по характеру и условиям работы объекта можно принять , рас­сматриваемая задача может быть решена без знания Ц0.

В ряде работ в качестве основного экономического пока­зателя используется величина суммарных потерь от нена­дежности — цена ненадежности , а в качестве критерия оптимизации — выражение . Должно быть ясно, однако, что использование этого критерия для решения за­дачи оптимизации надежности не имеет смысла, поскольку в этом случае аopt = amax.

В заключение сделаем следующее дополнение. Рассмот­ренные задачи достаточно сложны. Имеет место сложная цепь влияний методов повышения надежности на показате­ли безотказности, ремонтопригодности и долговечности объекта, этих показателей — на технические и экономиче­ские показатели и, наконец, последних — на показатели экономической эффективности. Четкое представление об этих связях дает схема, изображенная на рис. 2 . На этой схеме сплошные линии отображают положитель­ные влияния, штриховые — отрицательные, а штрих-пунк­тирными линиями изображено введение необходимых для расчетов дополнительных данных.

Приведем пример решения задачи оптимизации надежнос­ти по экономическим критериям.

Пример. Пусть имеется некоторый технологический объект со следующими параметрами:

nпроф=12.; Ц0=1,5 руб.; Sc=2000 руб.; Sп. т.о0=200 руб.; Sн. р.=3000руб.;

К=40000 руб.; q =8400 ч; V0=4 штук/ч; S0,0=0,6 руб.

где nпроф — количество сеансов профилактического обслуживания в год. Пусть объект имеет два конструктивно самостоятельных блока (блоки I и II), между которыми общая стоимость объекта распределяется следующим образом:

КI=10000 руб.; КII=30000 руб.

Каждый из двух блоков имеет экспоненциальное распределение време­ни безотказной работы со средними значениями и . Ремонтопригодность опре­деляется величинами и , а последствия отказов следующими параметрами:

dбрI=31 руб.; dремI=13 руб.; dпрI=11 руб.;

dбрII=31 руб.; dремII=20 руб.; dпрII=11 руб.

Любой отказ полностью прекращает функционирование объекта, т. е.

V0I = V0II = 0.

Определим прежде всего показатели экономической эффективнос­ти рассматриваемого объекта. Для этого предварительно рассчитаем по соответствующим формулам ряд промежуточных технических и экономи­ческих показателей:

Теперь в соответствии с формулами можно опреде­лить основные показатели экономической эффективности объекта:

Нетрудно видеть из рассчитанных данных, что составляющие цены ненадежности R у рассматриваемого объекта играют существенную роль в формировании значений показателей его экономической эффек­тивности. В связи с этим представляется возможным улучшить эконо­мические показатели объекта, использовав методы повышения его на­дежности. Возникает задача: найти оптимальный уровень надежности объекта, обеспечивающий максимальную его эффективность.

В качестве критерия оптимизации примем критерий Эк. п® max; оптимизируемым показателем надежности будем считать среднее время безотказной работы обоих блоков объекта.

Пусть в качестве метода «управления» надежностью принято п-кратное «горячее» резервирование. Причем ввиду того, что один из блоков (I) имеет значительно более высокую интенсивность отказов, будет резервироваться только он.

Прежде всего необходимо определить зависимости и . Ввиду того, что принятый метод «управления» надежностью I блока объекта допускает получение лишь дискретного ряда значений (соответствующих целочисленным значениям n), целесообразно просто рассмотреть ряд последовательных вариантов структуры объекта при п = 1, 2, З... . При этом стоимость n-го варианта должна определяться по формуле . Среднее время безотказной работы I блока в i-м варианте, определяется в соответствии с формулой .

Проделаем необходимые расчеты (как было указано в § 3, при изменении уровня надежности объекта величина Ц0 остается без измене­ний, и необходимо определить лишь изменения в величинах К, S и R):

для п=3:

Таким образом, введение однократного резерва к блоку I (вариант при п = 2) привело к увеличению показателя Эк. п с 1,28 до 1,45. Даль­нейшее углубление резервирования (п = 3) дает уже не увеличение, а снижение этого показателя. Следовательно, оптимальным уровнем на­дежности объекта является уровень, соответствующий п = 2.

Задача: Рассчитать основные показатели экономической эффективности и сделать соответствующий вывод резервировании объекта с учетом надежности.

Пусть имеется некоторый технологический объект со следующими параметрами:

nпроф=10.; Ц0=1,8 руб.; Sc=3000 руб.; Sп. т.о0=300 руб.; Sн. р.=4000руб.;

К=45000 руб.; q =7400 ч; V0=4 штук/ч; S0,0=0,4 руб.

КI=8000 руб.; КII=15000 руб.

Каждый из двух блоков имеет экспоненциальное распределение време­ни безотказной работы со средними значениями и . Ремонтопригодность опре­деляется величинами и , а последствия отказов следующими параметрами:

dбрI=30 руб.; dремI=10 руб.; dпрI=14 руб.;

dбрII=30 руб.; dремII=27 руб.; dпрII=14 руб.

Любой отказ полностью прекращает функционирование объекта, т. е.

V0I = V0II = 0.

Варианты для выполнения задания.

Вариант

nпроф

Ц0 (руб)

Sc (руб)

Sп. т.о0 (руб)

Sн. р (руб)

К (руб)

q (ч)

V0 (штук/ч)

S0,0 (руб)

1

12

1,3

3400

340

3600

48000

60000

4

0,4

2

13

1,2

3300

330

3500

51000

62000

5

0,6

3

14

1,1

2300

230

2500

43000

53000

3

0,7

Контрольные вопросы.

1.Какие этапы решения задачи оптимизации можно выделить.

2.В чем заключаются особенности оценки экономической эффективности и оптимизации надежности технологических комплексов.

Литература:

[2] стр. 91-98

[5] стр. 105-109

Список литературы.

1.  , Автоматизированные информационные технологии и системы. Книга 1. Методология синтеза новых решений, Н. Новгород: ННГУ, 2001

2.  , Автоматизированные информационные технологии и системы. Книга 2. прикладные системные исследования, Н. Новгород: ННГУ, 2001

3.  «Прикладная теория информации», М. «Высшая школа» 1989 г.

4.  «Теория передачи дискретной информации», , М. «Связь», 1979 г.

5.  и др., «Автоматизированные информационные системы в экономике», Москва, «Финансы и статистика», 2000.

6.  «Автоматизированное проектирование систем управления» под. ред. М. Джамшади, – М.: Машиностроение,1989

Составители:

Екатерина Сергеевна Кузнецова,

Александра Валерьевна Коноваленко

Оценка и управление качеством функционирования АИС

Методические указания к практическим занятиям

по дисциплине «Автоматизированные информационные системы»

Под редакцией авторов

Темплан 2008 г., поз. № 26К.

Подписано в печатьг. Формат 60×84 1/16.

Бумага листовая. Печать офсетная.

Усл. печ. л. 1,63. Усл. авт. л. 1,44.

Тираж 50 экз. Заказ №

Волгоградский государственный технический университет

400131 Волгоград, просп. им. , 28.

РПК «Политехник»

Волгоградского государственного технического университета

400131 Волгоград, ул. Советская, 35.