Теоретические основы автоматизированного управления

Министерство образования и науки Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)

ФАКУЛЬТЕТ ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ (ФДО)

Е. А. Рыбалова

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО
УПРАВЛЕНИЯ

Учебное методическое пособие

Томск
2015

УДК
658.012.011.56:338.26(075.8)
ББК
32.965я73
Р 931

Рецензенты:
Фофанов О. Б., канд. техн. наук, доцент, зав. кафедрой оптимизации систем
управления Института кибернетики Томского политехнического университета;
СоловьевД. А., канд. техн. наук, директор ООО «Николас груп».

РыбаловаЕ. А.
Р 931
Теоретические основы автоматизированного управления : учебное методическое пособие / Е. А. Рыбалова. — Томск : факультет дистанционного
обучения ТУСУРа, 2015. — 166 с.

Посвящено теоретическим основам автоматизированного управления,
системной деятельности в проектном управлении организации, вопросам
анализа систем управления, системного проектирования информационных
технологий, совершенствования бизнес-процессов, моделирования и реализации планов проектной деятельности в инструментальной среде.
Предназначено для студентов направления подготовки 080500.62 —
Бизнес-информатика и специальности 230100 — Автоматизированные системы обработки информации и управления.

УДК
658.012.011.56:338.26(075.8)
ББК
32.965я73

Рыбалова Е. А., 2015

Оформление.
ФДО, ТУСУР, 2015

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение
5

1
Общие сведения
7

2
Объекты анализа и проектирования
8

3
Программа и методические указания
10
3.1
Основные понятия и элементы управления . . . . . . . . . . . . . . . .
10
3.1.1
Содержание темы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
3.1.2
Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
10
3.2
Содержательные модели системного анализа . . . . . . . . . . . . . . .
11
3.2.1
Содержание темы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
3.2.2
Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
11
3.3
Управление и принятие решений . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
3.3.1
Содержание темы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
3.3.2
Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
14
3.4
Содержательные модели исследования систем управления
. . . . . .
16
3.4.1
Содержание темы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
3.4.2
Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
16
3.5
Математические модели оценки и анализа проблемных ситуаций . .
18
3.5.1
Содержание темы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
3.5.2
Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
18
3.6
Математические модели планирования . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
3.6.1
Содержание темы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
3.6.2
Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
21
3.7
Модели и алгоритмы календарного планирования . . . . . . . . . . . .
23
3.7.1
Содержание темы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
3.7.2
Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
23
3.8
Планирование и управление проектом . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
3.8.1
Содержание темы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26
3.8.2
Методические указания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
26

4
Планирование и управление проектом
35
4.1
Основные понятия и определения . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
35
4.2
Цель проекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
36
4.3
Показатели эффективности проекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
37
4.4
Признаки проекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
38
4.5
Классификация
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
39

Оглавление

4.6
Участники проекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
41
4.7
Жизненный цикл проекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
43
4.8
Структура проекта . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
45
4.9
Управление проектом
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
46
4.10 Сетевое планирование и управление . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
50
4.10.1 Структурное планирование
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
51
4.10.2 Календарное планирование . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
57
4.10.3 Контроль и оперативное управление . . . . . . . . . . . . . . . .
58
4.11 Инструментальная среда MS Project управления проектом . . . . . . .
60
4.11.1 Инструменты для проектирования в MS Project . . . . . . . . .
60
4.11.2 Формы представления
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
70
4.11.3 Планирование и управление проектом
. . . . . . . . . . . . . .
76

5
Методические указания к выполнению лабораторных работ
116
5.1
Лабораторная работа №1 «Системный анализ объекта исследования
и проектирование новых информационных технологий управления»
116
5.2
Лабораторная работа №2 «Разработка модели проекта
в инструментальной среде» . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 121
5.3
Лабораторная работа №3 «Разработка моделей вариантного проекта» 132

6
Методические указания по организации самостоятельной работы
158

Заключение
159

Литература
160

Глоссарий
162

ВВЕДЕНИЕ

Цель курса «Теоретические основы автоматизированного управления» — обеспечение формирования у студентов профессиональных знаний в области изучения основ системной деятельности, методологии проектирования автоматизированных систем обработки информации и управления; проведения системного анализа
и принятия коллегиальных решений в организационных системах управления.
Лабораторные работы направлены на получение опыта и практических навыков
проведения анализа систем управления, системного проектирования информационных технологий, совершенствования бизнес-процессов, моделирования и реализации планов деятельности в инструментальной среде. Сложность и объем работы
для каждого направления подготовки зависит от объектов исследования, плановой
учебной нагрузки. Возможные объекты исследования и проектирования представлены в п. 2.
Выбор варианта лабораторных работ осуществляется по общим правилам с использованием следующей формулы:

V
N
K
div 100,

где V — искомый номер варианта; N — общее количество вариантов; div — целочисленное деление, при V
0 выбирается максимальный вариант; K — код варианта.
Работы выполняются в последовательности их описания в методическом пособии. Все работы необходимо выполнять в срок, по выполненным работам написать
отчеты в соответствии с методическими указаниями и выслать на проверку в порядке установленного регламента. Для получения допуска к экзамену или курсовому
проекту обязательно выполнение лабораторных работ.
Процесс изучения дисциплины и выполнения лабораторных работ направлен
на формирование следующих профессиональных компетенций:

использовать основные методы естественно-научных дисциплин в профессиональной деятельности для теоретического и экспериментального исследования;

использовать соответствующий математический аппарат и инструментальные средства для обработки, анализа и систематизации информации по
теме исследования;

готовить научно-технические отчеты, презентации, научные публикации по
результатам выполненных исследований.

Введение

Соглашения, принятые в книге

Для улучшения восприятия материала в данной книге используются пиктограммы и специальное выделение важной информации.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Этот блок означает определение или новое понятие.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Этот блок означает внимание. Здесь выделена важная информация,
требующая акцента на ней. Автор здесь может поделиться с читателем опытом, чтобы помочь избежать некоторых ошибок.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
В блоке «На заметку» автор может указать дополнительные сведения или другой взгляд на изучаемый предмет, чтобы помочь
читателю лучше понять основные идеи.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Эта пиктограмма означает совет. В данном блоке можно указать
более простые или иные способы выполнения определенной задачи. Совет может касаться практического применения только что
изученного или содержать указания на то, как немного повысить
эффективность и значительно упростить выполнение некоторых
задач.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Выводы
. . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Эта пиктограмма означает выводы. Здесь автор подводит итоги, обобщает изложенный материал или проводит анализ.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Контрольные вопросы по главе
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Глава 1

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Целью изучения учебной дисциплины «Теоретические основы автоматизированного управления» (ТОАУ) является освоение теоретических, методологических,
алгоритмических и инструментальных основ базовых разделов названной дисциплины. В результате изучения дисциплины студенты должны: иметь представление о тенденциях современного развития кибернетики как фундаментальной науки
об управлении, развития информатики как фундаментальной науки о методах, средствах и системах сбора, передачи и обработки информации; знать содержательные
модели системного анализа и синтеза, основы теории управления организационными комплексами, методы получения и обработки экспертной информации, методы
исследования проблемной ситуации в экономических системах, обработки статистической информации, методы, модели и алгоритмы производственного планирования; информационную технологию разработки и компьютерные программные
средства планирования и управления проектом; уметь применить методы, модели,
технологии, алгоритмы, инструментальные средства в системном проектировании
организационных структур управления социальными, финансово-экономическими
и производственными системами, предпроектном анализе объектов информатизации, анализе слабоструктурированных проблемных ситуаций, разработке стратегий развития систем различного класса и назначения, проектировании основных
бизнес-процессов функционирования и развития организации.
При изучении данной дисциплины студентам необходимы базовые знания по
математике, математической статистике, математическому программированию, СПУ,
теории вероятности, теории графов, теории принятия решений, информатике. Самостоятельное изучение рекомендуемой литературы основывается на программе
курса и методических указаниях по отдельным темам. Формы контроля самостоятельной работы по изучению курса определяются учебным планом.

Глава 2

ОБЪЕКТЫ АНАЛИЗА
И ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Таблица 2.1 – Наименование объектов исследования

№ ваОбъекты исследования
рианта

1
2

1
1. Фирма по разработке, внедрению и сопровождению прикладного
программного обеспечения:

Y Информационные технологии для государственного муниципального управления

2

Y Web-приложения

3

Y Электронный документооборот

4

Y Электронная торговля

5
2. Фирма по поставке, внедрению и сопровождению готового программного продукта (IT-аутсорсинг):

Y Финансово-бухгалтерские системы

6

Y ERP-системы (Enterprise Resource Planning — система планирования ресурсов предприятия, предназначенная для автоматизации учета
и управления)

7

Y ГИС-технологии (геоинформационные системы)

8

Y MES 1 — системы управления производством
(Manufacturing Execution Systems)

9

Y MES 2 — производственные исполнительные системы
(Manufacturing Enterprise Solutions)

10
3. Фирма по поставке, монтажу, пуско-наладке, сопровождению, ремонту аппаратных средств информатизации (системный интегратор):

Y Компьютерная и офисная техника, сетевое оборудование

продолжение на следующей странице

Таблица 2.1 – Продолжение

1
2

11
4. Фирма по поставке и сопровождению общесистемного программного обеспечения:

Y Операционные системы, средства программирования и средства
проектирования

12
5. Фирма по оказанию информационно-коммуникационных услуг:

Y Интернет-услуги

13

Y Предоставление услуг доступа к информации специализированных БД

14

Y Предоставление услуг агентством по недвижимости

15

Y Консалтинговые услуги по анализу и синтезу бизнес-процессов
организации

16
6. Другие объекты, согласованные с преподавателем:

Y Проектирование геодезической план-схемы

17

Y Организация спортивно-массовой работы в ВУЗе

18

Y Создание логистического Центра снабжения

19

Y Технологический процесс изготовления деталей в машиностроении

20

Y Производство и установка кованых изделий в городе

21

Y Производство и поставка декоративных изделий «Hand made»

22

Y Организация работы риелторской компании

23

Y Разработка ландшафтного дизайна жилого дома

24

Y Открытие развлекательного Центра (бильярд, кинозал, детская игровая, кафе и т. п.)

25

Y Подготовка и проведение свадеб

26

Y Создание фотостудии

27

Y Открытие SPA-салона

28

Y Организация фитнес-клуба, центра

29

Y Открытие редакции «Молодежный журнал»

30

Y Открытие кофейни (пекарни)

31

Y Открытие школы танцев

32

Y Проведение тендера в молодежном совете Городской Думы

33

Y Создание отдела по управлению федеральной миграционной службой (ОУФМС)

34

Y Проектирование новых информационных технологий (НИТ) в городском департаменте

35

Y Организация производства корпусной мебели

36

Y Предоставление услуг гостиничного хозяйства

37

Y Предоставление услуг сети общественного питания

38

Y Предоставление услуг фирмой по туризму

39

Y Предоставление услуг агентством флористики

40

Y Предоставление услуг центром занятости населения

41

Y Предоставление услуг по переподготовке специалистов на базе
«профтехобразования»

42

Y Услуги по доставке и экспедиции грузов, средств деятельности

Глава 3

ПРОГРАММА И МЕТОДИЧЕСКИЕ
УКАЗАНИЯ

3.1 Основные понятия и элементы управления

3.1.1 Содержание темы

Введение. Кибернетическая модель управления. Классификация систем по управлению. Основные функции, организационные структуры, модели управления
организацией.
Ключевые элементы управления. Основные положения по проектированию финансовых и производственно-технических структур объекта управления.
Рекомендуемая литература: [2–9].

3.1.2 Методические указания

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Наука, в рамках которой рассматриваются наиболее общие законы управления, получила название кибернетики.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

С точки зрения кибернетического подхода управление как процесс предполагает существование объекта управления, системы управления, функций и технологии
управления. Задача управления состоит в том, чтобы исходя из целей управления,
ограничений и возмущений со стороны внешней среды выработать управляющие
воздействия на объект управления и обеспечить их неукоснительное выполнение.
Естественным стремлением системы управления является определение оптимального управленческого решения.

3.2 Содержательные модели системного анализа
11

При описании основных функций управления целесообразно выделять следующие этапы: предплановый анализ, планирование (долгосрочное, текущее), оперативное управление (оперативно-календарное планирование, учет, контроль, анализ,
регулирование), организация исполнения. Под организационной структурой системы управления понимается форма распределения задач и полномочий по принятию решений между лицами или структурными подразделениями, составляющими
организационную систему. Существующая классификация структур управления:
линейная, функциональная, линейно-функциональная, матричная. Основные рекомендации по анализу и проектированию организационных структур управления:
все функции организации должны быть закреплены за соответствующими службами, каждая функция должна быть закреплена только за одной службой, корректировка структур под цели и задачи организации должна быть постоянной, необходима разработка регламентных информационных технологий управления (принятие
решений), ориентированных на достижение конкретных целевых результатов.
Принятая в организации модель управления определяет роль и место руководителя и подчиненных, правила выработки и реализации управленческих решений.
Общие характеристики, которые определяют выбор модели организации управления: используемые производственные технологии, характер поведения внешней
среды, размер организации, используемые персональные и корпоративные стратегии компании. Ключевые элементы управления: стратегия, структура, системы
и процедуры, стиль, состав персонала, сумма навыков, совместное разделение ценностей.
Для системного описания объектов управления, производственно-технических
систем, ориентированных прежде всего на выпуск материальных конечных продуктов, могут применяться модели: «жизненный цикл» — <маркетинг, снабжение,
транспортировка, хранение, производство, контроль, транспортировка, потребление>; «процесс» — <средства труда, предметы труда, кадры, технологии>; модели
описания материальных потоков между элементарными подразделениями.

3.2 Содержательные модели системного анализа

3.2.1 Содержание темы

Основные понятия и определения системного анализа: система и среда, проблемная ситуация, цели, функции, стратегии развития, структура, внешние условия
системы. Содержательные модели системы: «черный ящик», «состав», «структура». Классификация моделей. Технология структурного анализа и моделирования.
Основные функциональные характеристики сложных систем.
Рекомендуемая литература: [1–9].

3.2.2 Методические указания

Умение распознать систему, декомпозировать ее на элементарные составляющие, определить законы управления каждой подсистемой и вновь синтезировать
систему требует разработки ряда специальных формальных моделей, процедур, алгоритмов. Исходным моментом в определении системы является ее сопоставление

Глава 3. Программа и методические указания

со средой, т. е. среда — это все то, что не входит в систему, а система — это конечное множество объектов, каким-то образом выделенное из среды. Между средой
и системой существует множество взаимных связей, с помощью которых реализуется процесс взаимодействия среды и системы. Выделение системы из среды
и определение границ их взаимодействия является одной из первоочередных задач системного анализа. От правильности определения границ зависят не только
выполняемые функции, эффективность и качество системы, но и нередко сама ее
жизнедеятельность. С другой стороны, диалектической основой системных исследований является принцип системности, суть которого сводится к тому, что система
как нечто целое обладает свойствами, не присущими составляющим ее элементам.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Система есть конечное множество элементов и отношений между ними, выделяемое из среды в соответствии с заданной целью,
в рамках определенного временного интервала.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Возникшая либо назревающая степень неудовлетворения элементов внешней
среды конечными продуктами системы либо низкая эффективность взаимодействия элементов внешней среды с системой порождают новое понятие системного
подхода — «проблемная ситуация».
Определение цели системы является одним из ответственных этапов системного подхода. Под целями системы будем понимать идеальный информационный
образ взаимоотношений системы с элементами внешней среды.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Критерий эффективности — это оценка качества функционирования системы, измерение степени достижения целей. Определим
функцию системы как способ (совокупность действий) достижения системой поставленных целей.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Как правило, понятие стратегии употребляется сегодня для описания общего
плана развития организации или одного из ее крупных проектов. Крупные стратегии (стратегии развития) делают акцент на достижение основных, базовых целей
организации, раскрывают ее перспективы. Конкретные стратегии (стратегии функционирования) описывают текущие планы действий, приводящие к превосходству
фирмы в конкуренции.
Упорядоченное множество отношений между частями, существенное по отношению к цели и необходимое для реализации функции, образует структуру
системы.

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
В общем случае под формальной структурой понимается совокупность функциональных элементов и их отношений, необходимых и достаточных для достижения системой поставленных целей.
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

Из определения следует, что формальная структура описывает нечто общее,
присущее системам одного типа. В свою очередь, материальная структура является
носителем конкретных типов и параметров элементов системы и их взаимосвязей.