ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ И ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Методические и организационные принципы создания информационных систем и технологий

При разработке и создании автоматизированных ИС следует различать два больших класса задач, к решению которых сводится всякое управление: об­работка данных и выработка управляющих воздействий (принятие решения).

Решение задач обработки данных может быть автоматизировано независи­мо от того, где они возникают — в административном, организационном, тех­нологическом, экономическом или социальном плане. Вместе с тем возмож­ности автоматизации процессов принятия решений довольно ограничены.

Известны два основных подхода к созданию АИС управления. Первый из них базируется на модели процесса управления. Согласно этому подходу, на­зываемому иногда дескриптивным, подробнейшим образом изучают действу­ющую управляющую систему (функции отдельных служб и работников, суще­ствующий документооборот и т.п.) и строят модель процесса управления — формализованное представление имеющей место деятельности аппарата управления по сбору, передаче, хранению и обработке документов. Подразуме­вается, что документооборот в должной мере отражает существующие на пред­приятии основные информационные потоки и что аппарат управления за мно­гие годы функционирования сумел выработать достаточно эффективную модель объекта управления и учел требования к нему, отразив их в сложившихся ме­тодах управления и организационной структуре.

Для промышленных предприятий, особенно тех, которые отличаются ста­бильностью и частой повторяемостью однородных процессов управления, а также для строительных организаций типа ДСК такие предположения доста­точно обоснованны. Здесь, как правило, четко отработан, нормализован и — что очень важно — в основном документирован технологический процесс произ­водства, в результате чего сбои бывают редко, а оперативные решения, при­нимаемые аппаратом управления, обычно достаточно эффективны. Весь до­кументооборот предприятия практически базируется на такой нормализован­ной и строго документированной технологии производства.

В отличие от промышленных предприятий в большинстве строительных, проектно-конструкторских и некоторых других организациях степень отрабо­танности, нормализованное™ и документального оформления технологии про­изводства по ряду объективных причин намного ниже. В результате этого, а также многочисленных случайных возмущений внешней среды гораздо чаще происходят непредвиденные сбои. Поэтому в подобных организациях суще­ствующая документация по технологической подготовке производства не яв­ляется, в отличие от промышленных предприятий, основой всего документо­оборота. Здесь, как правило, преобладают недокументированные сообщения, а принимаемые аппаратом управления решения недостаточно базируются на технологии производства, отличаются большой сложностью, весьма субъек­тивным подходом и далеко не всегда наиболее эффективны.

В связи с этим автоматизация существующего документооборота в строи­тельных организациях чаще всего не ведет к желаемому результату, не охваты­вает большей и притом наиболее важной, хотя и недокументированной, части информации, не устраняет главных недостатков существующей системы управ­ления.

Поэтому при создании автоматизированных информационных систем стро­ительных организаций целесообразен путь, который основан на модели объ­екта управления. Такая модель, которую иногда называют прескриптивной, реализует предъявляемые к конкретному объекту требования и цели его функ­ционирования, позволяет сформировать отвечающий им процесс управления.

Чтобы построить модель управляемого объекта, надо исследовать объектив­ные закономерности и условия его функционирования.

Однако даже на основе результатов такого исследования обычно не удается построить единую экономико-математическую модель строительного произ­водства из-за непреодолимых трудностей, связанных с учетом огромного ко­личества наименований ресурсов и способов выполнения работ на многих со­оружаемых объектах и в самых различных условиях.

Поэтому в настоящее время, как правило, ориентируются не на построение единой экономико-математической модели деятельности строительной орга­низации, а на создание комплекса взаимосвязанных моделей, каждая из кото­рых отражает закономерности функционирования той или иной подсистемы или решения конкретной задачи системы.

В основу этих моделей — независимо оттого, представлены ли они матема­тическими выражениями, графиками или таблицами (например, планы),— за­кладывают нормализованную технологию возведения строительных объектов. Следовательно, прежде всего надо нормализовать технологический процесс производства, что сводится в большинстве случаев к разработке эффективных моделей календарного планирования, например сетевых (с разной степенью укрупненности для различных временных этапов), а также сопровождающих их технико-экономических нормативов. Тот факт, что это до последнего вре­мени в должной мере не делалось или делалось неудачно, отражает сложность нормализации технологии строительного производства, необходимость учета многовариантной технологии, построения альтернативных сетей и т.д.

Отправляясь от таких моделей, разрабатывают комплекс взаимосвязанных экономико-математических моделей и алгоритмов решения оптимизационных задач, направленных на сбалансированность и оптимальность планов строи­тельной организации, и на этой основе формируют новый документооборот.

Далее строят интегрированную систему обработки информации, учитывая при этом, разумеется, и документацию, оставшуюся без существенных изме­нений (например по бухгалтерскому и статистическому учету и отчетности).

Таков путь создания автоматизированных информационных систем, наи­более приемлемый для большинства строительных организаций. Он приводит, по существу, к совмещению обоих типов моделей — процесса и управляемого объекта — в сложную модель автоматизированного управления строительством. Модели объектов управления соединяют информационными связями, на сты­ках этих моделей встраивают блоки принятия решений (модели процесса). Соз­даваемая в результате такого объединения сложная модель представляет собой логическую систему имитации управления.

Так как разработка автоматизированных информационных систем предпо­лагает решение проблем оптимального функционирования предприятий, то для воплощения их в жизнь необходимо руководствоваться следующими прин­ципами создания ИС:

• Построение общей модели управления рассматриваемым объектом (пред­приятием), устанавливающей взаимосвязь между различными задачами управ­ления в рамках определенных целей, критериев и ограничений развития управ­ления и его функционирования. Данное положение подчеркивает необходи­мость определения в первую очередь основных контуров будущей системы управления, принципиальных методологических посылок ее построения. Толь­ко при решении этих проблем возможно дальнейшее проведение работ по соз­данию ИС и ИТ.
• Определение степени приоритета (важности) отдельных задач управления и очередности их разработки в рамках общего плана создания и развития ИС. Это положение предопределяет необходимость оценки качества решения конкрет­ных задач управления в условиях данного предприятия для выявления неис­пользованных резервов или потерь. Такая оценка задач управления позволяет с самого начала обеспечить мобилизацию внутренних резервов и должный уровень эффективности их использования. Ранжирование задач управления осуществляется в ходе диагностического анализа деятельности предприятий.
• Приведение структуры объекта управления в соответствие с современными требованиями системы управления. Это положение, по существу, определяет перспективу развития предприятия.
• Установление форм документации и частоты их подготовки с помощью ЭВМ. Этот принцип выявляет условия взаимодействия человека и машины в системе управления, устанавливая своеобразный «выход продукции» технического ком­плекса в виде форм и графика подготовки документации для специалистов аппарата управления, в результате чего определяются и требования, предъяв­ляемые к условиям ее выработки. В процессе реализации этого принципа осу­ществляется рационализация документации и документооборота. Опыт по­казал, что в ряде случаев удается в несколько раз сократить количество форм документов, применявшихся в аппарате управления.

Так, решая задачу составления месячных планов строительной организации, нельзя ограничиться лишь машинной разработкой календарных графиков. Ис­ходные данные о состоянии строительства объектов можно к концу предше­ствующего месяца формировать непосредственно в ЭВМ на основе накопления и обработки ежедневных сообщений со строек. Результаты оптимального ка­лендарного планирования следует выдавать на печать сразу в окончательной форме, не требующей дальнейшей обработки вручную и пригодной для раз­дачи мастерам, прорабам и другим исполнителям. Оперативные оптимальные планы перевозок строительных грузов должны выпускаться в виде расписаний отправки и прибытия автомашин, а также путевых листов, которые можно раз­давать водителям.

• Организация потока документации между органом и объектом управления через ЭВМ па основе формирования и непрерывного обновления единой ин­формационной базы, обеспечивающей реализацию всех задач ИС и функцио­нирование подразделений аппарата управления. Проведение в жизнь указан­ного принципа дает возможность системно использовать ЭВМ и уменьшить загрузку недостаточно быстро работающих вводных и выводных устройств, резко сократить количество документации и обеспечить согласованность дан­ных и показателей, используемых различными подразделениями, освобождает инженерно-технических работников и служащих от подготовки и представле­ния многочисленных, нередко аналогичных или сходных данных в разные адреса.

Примером одноразового ввода информации может служить ежедневная передача из диспетчерских пунктов в трест сведений о состоянии объектов стро­ительства. На основе этих сведений ЭВМ формирует план суточной отгрузки изделий, конструкций и материалов, планирует работу автотранспорта, ведет учет отставаний и, если надо, дает команду на пересчет месячного плана, ре­гулирует работу производственных предприятий, оформляет расчеты строи­тельной организации с поставщиками, начисляет заработную плату и т.д.

• Обязательность согласования характеристик всех элементов системы. Это прежде всего относится к техническим устройствам системы, во-первых, из-за решающего значения их согласованной работы для своевременной обработки и передачи большого объема информации и, во-вторых, в связи с понятными трудностями внесения изменений в уже смонтированный дорогостоящий ком­плекс технических средств. Так, быстродействие ЭВМ следует увязать с требу­емым количеством каналов связи, предназначенных для передачи информации в вычислительный центр и результатов расчетов — потребителям; количество работников, занимающихся обновлением нормативов, должно быть достаточ­ным для непрерывного поддержания в удовлетворительном состоянии норма­тивно-справочной базы и т.д.
• Системность и логичность построения обеспечивающих и функциональных подсистем ИС. Выбор операционной системы и программного обеспечения зависит от набора и конкретной постановки реальных задач, решаемых на пред­приятии. Процесс проектирования ИС подчиняется общей цели, на достиже­ние которой и направлена постановка включенных в нее задач. Поскольку цели предприятия могут меняться в зависимости от реальной ситуации, то цель про­ектирования должна носить адаптационный характер и соответствовать стра­тегическому направлению управленческой деятельности конкретного объекта.
• Декомпозиция системы на ряд комплексов (модулей) задач, каждый из ко­торых моделирует определенную сферу управленческой деятельности.
• Принцип типизации. Он имеет важное значение для разработки программ и сводится к максимальному использованию стандартных подпрограмм и ти­пизации программ решения целых задач. Так, можно создать типовую про­грамму расчета годового плана строительной организации и, используя при расчетах соответствующие входные данные, получить оптимальные планы для организаций, сооружающих объекты самых различных отраслей промышлен­ности (металлургии, химии, энергетики и Т.Д.).

Принцип типизации важен потому, что разработка математического обе­спечения системы, которая охватывает комплекс программ решения задач и специальных программ, обеспечивающих взаимодействие всех данных в си­стеме, весьма трудоемка, требует большого количества специалистов и может стать труднопреодолимым препятствием при создании и вводе в действие ав­томатизированной информационной системы. Именно поэтому, разрабатывая систему, нужно ориентироваться на уже имеющиеся типовые программы и се­рийно выпускаемые технические средства, централизованно разработанные нормативы и т.п.

• Принцип адаптации всех элементов и системы в целом. Должен полностью пронизывать идеологию построения ИС управления — от анализа задач, тех­нико-экономических показателей и их группировок в модули до формулиро­вания целей. Наиболее важной причиной такой направленности реализации ИС управления является необходимость отражения в ее моделях реальных про­изводственно-хозяйственных и финансовых ситуаций, а также возможной переориентации на производство новых изделий, выпуск новых товаров, рас­ширение предоставляемых услуг, переход на новые принципы ведения управ­ленческой деятельности.
• Принцип первого руководителя. Принцип состоит в выборе рациональных этапов разработки АИС и организации управления этим процессом. Данное положение нуждается в пояснении, поскольку разработка часто отождествля­ется с проектированием, в результате чего делаются попытки распространить на процесс разработки все положения проектирования. В действительности разработка ИС проходит в конкретных условиях каждого объекта, имеющего свои особенности; как правило, она носит научно-исследовательский характер, причем в ней учитываются все положительные стороны действующей системы управления. Для успешной разработки и создания информационной системы должен в обязательном порядке выдерживаться принцип первого руководите­ля. Суть его в том, что заказ на систему, а также ее проектирование и внедрение должен лично возглавлять высший руководитель организации или объединения (управляющий трестом, начальник комбината, министр).
• Принцип поэтапного ввода АИС в эксплуатацию. При создании автомати­зированной ИС с самого начала ее разработки важно реализовать принцип ее поэтапного ввода в действие. Этот порядок важен, во-первых, для лучшей от­работки и опробования отдельных частей системы, что повышает уверенность в ее будущей успешной работе; во-вторых, для преодоления психологического барьера, вполне естественного при переходе людей к работе в новых условиях, и, в-третьих, для быстрейшего получения реального эффекта, что также спо­собствует ликвидации существующего недоверия к системе и, кроме того, по­зволяет сравнительно быстро после начала разработки приступить к компен­сации уже понесенных (обычно немалых) затрат.

Рассмотренные принципы и особенности присущи всем ИС, однако степень их использования во многом зависит от типа создаваемой системы. Кроме того, важнейшим признаком, отличающим ИС, создаваемые в строительных орга­низациях, от других ИС, является обязательность введения принципиально новых задач, предназначенных для оптимизации управления. Новые задачи чаще всего связаны с оптимизацией планирования и регулирования. Раньше их нельзя было решать из-за отсутствия модели объекта управления, невозмож­ности традиционными методами и средствами переработать большой объем информации, добиться нужной точности, детальности и скорости расчетов.

Примерами могут служить выработка на ЭВМ с использованием методов линейного программирования оптимальных планов перевозок грузов, автома­тизация календарного планирования деятельности строительной организации с рациональным распределением ресурсов и др. Собственно, введением прин­ципиально новых задач (взамен или в развитие ранее решавшихся) и обеспе­чивается разработка и реализация оптимальных планов производства, которые, во-первых, сбалансированы с мощностями предприятий, материально-техни­ческими ресурсами и технической документацией, а также учитывают ряд дру­гих ограничений и, во-вторых, являются наилучшими по какому-либо критерию.

Следует отличать автоматизированную информационную систему управле­ния строительной организацией от системы автоматизированного решения отдельной задачи. Примером последней может служить реализация с помощью ЭВМ в замкнутом контуре управления процедур рационального календарного планирования, оптимального планирования перевозок. Данная система «встра­ивается» в действующую систему, но подавляющее большинство задач системы по существу не затрагивается, их продолжают решать традиционными спосо­бами, хотя и увязывают с новыми задачами, что, естественно, снижает резуль­тативность автоматизации управления.

В отличие от приведенного выше примера автоматизированную систему строительной организации нельзя просто «встроить» в существующую систему управления, она призвана в значительной мере заменить ее. Это достигается введением большого комплекса новых взаимосвязанных задач и методов при­нятия решений взамен традиционных с охватом наиболее важных функций управления.

Основной эффект, который дают автоматизированные информационные системы организационного управления, возникает за счет полноты, своевре­менности и оптимальности принимаемых решении и, как следствие этого, — ликвидации различного рода организационных неполадок. Второй важной, но обычно гораздо менее весомой долей эффекта, даваемого автоматизированной информационной системой организационного управления, является экономия управленческого труда, позволяющая сократить аппарат без ущерба для каче­ства управления.

По мере развития автоматизированных информационных систем они будут, очевидно, все более приобретать черты самообучающихся систем, способных анализировать изменения внешних условий и свой прошлый опыт для настрой­ки на динамический оптимальный режим, а впоследствии — и самоорганизу­ющихся, самосовершенствующихся систем, корректирующих в процессе при­способления не только свое поведение, но и свою структуру.

Для правильного определения состава подсистем, входящих в состав АИС, строят дерево целей, которое является наглядной графической моделью иерар­хической взаимосвязи целей системы в целом и отдельных ее подсистем. При построении дерева целей большое значение отводится эвристическим методам, экспертным оценкам, необходимость которых обусловлена большой неопре­деленностью в решении этих задач. Если различным целям и подцелям придать

числовые значения в зависимости, например, от затрат на их реализацию, то можно провести количественный анализ построенного дерева целей.

Дерево целей реализуется наиболее эффективно, если каждая подсистема стремится достичь своей подцели в рамках цели всей системы.

Выявление целей и подцелей — наиболее ответственная работа, результаты которой оказывают весьма существенное влияние на разработку и функцио­нирование информационной системы.

Цели сложных систем, к которым относятся строительные организации, не всегда являются очевидными и не вытекают непосредственно из условий дея­тельности и интересов каждой рассматриваемой подсистемы. Поэтому при построении дерева целей наиболее часто используют следующие методы:

• Детализация целей — дерево целей.
• Установление взаимосвязи и дублирования целей — матричный анализ.
• Оценка относительной важности целей, их взаимосвязей и придание им численных оценок — экспертные оценки.
• Установление предполагаемых затрат на достижение целей — математи­ческая статистика.
• Прогнозирование появления целей в будущем — метод сценариев.
• Проверка и испытание комплексов целей — методы имитации.

По мере перехода на нижние уровни цели дезагрегируются, детализируют­ся, переформулируются во все более конкретные понятия. Таким образом, вы­рисовывается дерево целей, которое реализуется наиболее эффективно, если каждая подсистема стремится достичь своей собственной цели, тем самым спо­собствуя (вместе с другими подсистемами) достижению общей цели (целей) системы.

Критерий, выражающий понятие эффективности пути достижения подси­стемой своей цели, должен одновременно гарантировать непротиворечивость этого пути интересам достижения целей других подсистем и, в конечном счете, системы в целом.

Учитывая взаимосвязь целей, критериев и ограничений системы, отдельных подсистем и охватываемых ими задач, рационально строить дерево целей АИС совместно с деревом критериев и ограничений.

Один из вариантов принципиальной схемы такого дерева приведен на рис. 7.1. Из него ясно, что цель системы должна автоматически достигаться при достижении целей всех основных подсистем.

В то же время, как следует из схемы, для достижения цели каждой подси­стемы надо ставить и решать ряд укрупненных задач (комплексов задач), ко­торые, в свою очередь, могут быть реализованы лишь при решении всех охва­тываемых ими детальных задач. Совокупность таких детальных задач можно рассматривать как программу достижения цели системы.

Разумеется, количество уровней дерева целей, критериев и ограничений конкретнойАИС может отличаться от приведенного нарис. 7.1 как в большую, так и в меньшую сторону. Кроме того, в ряде случаев некоторые основные под­системы следует располагать на разных уровнях.

Система в целом

Подсистемы

Очевидно, цели и критерии системы, подсистем и отдельных задач будут реализованы наилучшим образом, если их непосредственно связать с целями и потребностями членов производственной организации.

Размеры и сложность больших систем, к которым относятся АИС, требуют их декомпозиции, без чего их невозможно изучать и проектировать. При этом для больших и сложных систем декомпозиция по какому-либо одному при­знаку недостаточна, требуется многоаспектное рассмотрение. Приступая к нему, прежде всего отметим, что разработка АИС представляет собой определение, с одной стороны, содержательного набора управленческих задач, решение ко­торых обеспечит оптимальное (по принятому критерию с учетом установленных ограничений) функционирование объекта управления, с другой стороны, — установление информационных связей между задачами, выбор средств и ме­тодов их решения и деятельности аппарата управления как человеко-машинной системы.

Чаще всего задачи группируют в основные подсистемы по функционально­му и структурному признакам. Каждая подсистема содержит замкнутый контур управления, состоящий из управляющей части и управляемого объекта, соеди­ненных прямыми и обратными связями. В основных подсистемах реализуют­ся функции планирования, учета, контроля, регулирования.

В качестве подсистемы автоматизированной информационной системы бу­дем рассматривать выделенную по определенному признаку (функционально­му или структурному) часть системы, которую, в свою очередь, в силу ее опре­деленной замкнутости можно считать системой.

Функциональные подсистемы выделяются в соответствии с присущими в той или иной мере каждой строительной организации традиционными обла­стями управленческой деятельности, а также некоторыми новыми областями, появляющимися с переходом на АИС. Так, могут быть выделены функциональ­ные подсистемы управления технической и технологической подготовкой про-

изводства строительно-монтажными работами, изготовлением продукции про­изводственных предприятий, материально-техническим снабжением, финан­сами, кадрами, перевозками, эксплуатацией машин и механизмов, а также подсистема технико-экономического управления и др. Естественно, что при­веденный вариант состава функциональных подсистем не является единствен­но возможным. В ряде случаев может оказаться рациональным несколько иной состав подсистем.

Любую функциональную подсистему в информационном отношении мож­но представить как некоторый комплекс задач управления, решаемых подраз­делениями аппарата управления и документированных по входной и выходной информации. Например, в подсистеме планирования строительного объеди­нения (треста) формируется план, состоящий из документов: программа стро­ительно-монтажных работ, план технического развития, план по труду, план по накладным расходам, смета затрат и др. Ведущим участником составления этих документов и их потребителем является плановый отдел, выдающий за­дание на разработку, исходные данные и нормативы, необходимые для расчета показателей плана, а также осуществляющий оценку рассчитанных с помощью ЭВМ вариантов плана.

Подсистема управления подготовкой производства АИС строительного объ­единения (треста) содержит: составление проектов производства работ, атакже календарных планов поточного строительства; разработку и расчеты сетевых моделей строительства объектов; выпуск оперативно-производственной до­кументации по поставкам ресурсов; автокалькулирование затрат труда, фонда заработной платы и материальных ресурсов на строительство объектов и др. Эти работы выполняются совместно с работниками технического и производ­ственного отделов. Результатами их являются документы (графики, расписания, калькуляции и т.д.), передаваемые на производство для реализации.

Из приведенных примеров следует, что назначение каждой функциональной подсистемы отражает сферу деятельности соответствующего подразделения управляющей системы.

Выделение подсистемы предусматривает некоторое единство элементов, включаемых в нее, т.е. функциональную однородность. Функциональная одно­родность элементов — это общность информационных выходов, общая их це­левая направленность, атакже однородность содержания обрабатываемой ин­формации в одноименных подразделениях различного уровня управления.

Функции планирования, например, присущи всем уровням — от строитель­ного управления до объединений включительно.

Следует учесть, однако, что в силу зависимости подсистем от функций управ­ления, определяемых видом деятельности организации и уровнем управления, на котором она находится, совокупность подсистем, образующих АИС, и со­держание решаемых в них задач могут существенно меняться. В отличие от строительных АИС автоматизированные системы в промышленном произ­водстве имеют подсистемы сбыта продукции, а подсистема технической под­готовки производства включает задачи конструирования образцов новой про­дукции. В зависимости от уровня управления меняется содержание задач под­системы планирования. Так, на уровне управления строительного треста, ДСК планирование включает расчеты показателей стройфинплана. На уровне же строительной корпорации эта работа в составе задач планирования не содер­жится. Структурные подсистемы объединяют задачи управления производ­ственно-хозяйственной деятельностью тех конкретных подразделений строи­тельной организации, которые в своей совокупности образуют ее структуру. Поскольку для этой структуры характерна иерархичность, то и соответствующий ей набор структурных подсистем образует иерархическую совокупность. Выс­ший уровень рассматриваемой иерархии охватывает весь набор реализуемых в строительной организации задач. Так, для треста в этот набор входят как за­дачи управления отдельными сторонами деятельности треста в целом и коор­динации деятельности входящих в его состав строительных управлений (СУ), так и все задачи, связанные с управлением деятельностью каждого из стройу­правлений. Последние задачи образуют структурные подсистемы строительных управлений, каждая из которых, в свою очередь, объединяет задачи по управ­лению СУ в целом, координации деятельности составляющих его строительных участков и задачи управления деятельностью каждого из них. Естественно, что структурные подсистемы нижнего уровня иерархии надо выделять таким об­разом, чтобы для охватываемых ими еще более мелких подразделений уже не требовалось решения каких-либо задач. Примером такого уровня можно счи­тать, например, строительный участок.

Отражаемая в документах сущность экономической информации раскры­вается через систему натуральных и стоимостных показателей, например: объ­ем работ в натуральном или стоимостном выражении; трудовые затраты на строительство какого-либо здания, сооружения или их элементов; прибыль, планируемая или полученная в результате деятельности организации; количе­ство введенной жилой площади; число сданных деталей и пр.

Показатель состоит из реквизитов двух видов: реквизит-признак отражает качественную сторону показателя, реквизит-основание — количественную.

При решении задач подсистем АИС используются различные данные, нор­мы, цены, наименования материалов, машин, оборудования, названия орга­низаций, оперативные данные о состоянии какого-либо процесса, данные от­четов о деятельности организаций и т.д. Для удобства использования данные группируются в информационные массивы. Последние представляют собой совокупности этих данных (как постоянных, таки обновляемых), объединен­ных единым смысловым содержанием. Например: массив ЕНиР, массив сбор­ных железобетонных деталей и конструкций, массив профессий строительных рабочих и т.д.