Информационные системы и технологии

Информатика — предмет и задачи

информационный компьютеризация измерительный Мир стоит на пороге новой цивилизации. По многочисленным признакам, которые стали все наиболее отчетливо проявляться в последние годы ХХ века, эта цивилизация будет представлять собой высокоавтоматизированное информационное общество, основанное на широкомасштабном использовании информации и научных знаний. Информация станет главным ресурсом развития человека и общества в ХХI веке, а новые информационные технологии будут являться не только средством, но и катализатором этого развития.

Об информации сегодня говорят, как о стратегическом ресурсе общества, определяющем уровень развития государства, его экономический потенциал и положение в мировом сообществе. Так, объем затрат на развитие информационной сферы в США сегодня превышает затраты на развитие топливно-энергетического комплекса этой страны, а прибыль от этой сферы больше, чем от сферы развлечений и досуга.

Специалисты считают, что в начале ХХI века в цивилизованных странах произойдет смена основной информационной среды. Удельные объемы информации, получаемой обществом по традиционным информационным каналам (ра-дио, телевидение, почта, связь), неуклонно сокращаются, а по компьютерным сетям возрастают, к 2005 году они будут равны между собой, к 2030 году доля информации, получаемая по компьютерным сетям, возрастет до 0,90 — 0,95.

Информатика — достаточно новая научная дисциплина. Своим появлением она обязана развитию глобального процесса информатизации общества, который, в свою очередь, является проявлением общей закономерности развития цивилизации. Термин «информатика» возник во Франции в 60-х годах от французского слова Informatique, образованного в результате объединения терминов Information (информация) и Automatique (автоматика), что выражает ее суть как области науки, занимающейся автоматизированной обработкой информации с помощью ЭВМ. В переводе с французского языка информатика означает «автоматизированная переработка информации». В англоязычных странах этому термину соответствует синоним Computer Science (наука о компьютерной технике). В нашей стране подобная трактовка термина «информатика» утвердилась с момента принятия решения в 1983 году на сессии годичного собрания АН СССР об организации нового отделения информатики, вычислительной техники и автоматики. Сегодня в России, несмотря на общеизвестные проблемы, связанные, в основном, с экономикой, успешно работает Институт информатики РАН.

Как наука информатика переживает сейчас период своего бурного развития и быстро расширяет свою предметную область. Из технической дисциплины о методах и средствах обработки данных при помощи вычислительной техники информатика превращается в науку об информации и информационных процессах не только в технических системах, но также в природе и обществе. Сегодня вокруг информатики формируется целый комплекс новых направлений научных исследований в области информации. К их числу относятся социальная информатика (наука о процессах информатизации общества), биологическая информатика (наука об информационных процессах в биологических системах) и др.

Определений информатики как науки очень много, но их обобщение позволяет использовать следующую трактовку, которой мы и будем придерживаться в дальнейшем.

В самом общем понимании информатика — наука о наиболее общих закономерностях построения и преобразования информационной модели мира, определяющей роль человека и технических средств в процессах обработки информации в технических, биологических и социальных системах.

В современном понимании информатика представляет собой комплексное научное направление, имеющее междисциплинарный характер. Она активно содействует развитию ряда других научных направлений и тем самым выполняет в определенной степени и интегративную функцию в среде ряда других направлений развития научного знания, как естественнонаучных, так и гуманитарных наук.

Выделение информатики как самостоятельной области человеческой деятельности в первую очередь связано с развитием компьютерной техники. В связи с этим под информатикой иногда понимается область человеческой деятельности, связанная с процессами преобразования информации с помощью компьютеров.

Сегодня информатика — это комплексная инженерная дисциплина, изучающая все аспекты разработки, проектирования, создания, оценки функционирования на ЭВМ систем переработки информации, их применения в различных областях человеческой деятельности.

Отметим сходство и различие между информатикой и кибернетикой.

В связи с этим напомним, что кибернетика — это наука об общих принципах управления в различных системах: технических, биологических, социальных и др. Управление немыслимо без использования информации, процессы управления неотделимы от информационных процессов. В связи с этим существует довольно распространенное мнение, что информатика является всего лишь одним из направлений кибернетики. Действительно, между информатикой и кибернетикой провести четкую границу не всегда возможно в связи с ее неопределенностью и размытостью. Кибернетика и информатика различаются в расстановке акцентов. В отличие от кибернетики, внимание которой сосредоточено в основном на исследовании систем и процессов управления, главными объектами изучения для информатики являются информационные системы, а также методы и средства хранения, передачи и использования информации в различных условиях, получивших в последние годы обобщенное название информационной среды. Информатика занимается изучением процессов преобразования и создания новой информации более широко, практически не решая задачи управления различными объектами, как это делает кибернетика. Информатика появилась благодаря развитию компьютерной техники, базируется на ней и совершенно немыслима без нее. Кибернетика же развивается сама по себе, строя различные модели и рассматривая различные принципы и алгоритмы управления, активно используя достижения компьютерной техники.

Прежде чем предпринять какие-то действия, необходимо провести работу по сбору и переработке информации, ее осмыслению и анализу. Отыскание рациональных решений в любой сфере требует обработки больших объемов информации, что подчас невозможно без привлечения специальных технических средств. Так, например, общая сумма знаний менялась вначале очень медленно, но уже с 1900 г. она удваивалась каждые 50 лет, к 1950 г. удвоение происходило каждые 10 лет, к 1970 г. — уже каждые 5 лет, с 1990 г. — ежегодно. Появились противоречия между ограниченными возможностями человека по восприятию и переработке информации и существующими мощными потоками и массивами хранящейся информации.

Мы все являемся свидетелями беспрецедентного в истории человечества и удивительного по своему содержанию социального феномена. Его суть заключается в том, что развитие информационной техники и информационных технологий существенно опережает возможности человека по их эффективному использованию. В связи с этим возникает проблема перестройки всей системы образования. Ведь система образования отстает от фундаментальной науки на 5−10 лет, что при высоких темпах информатизации недопустимо. Сегодня требуется формирование у будущего специалиста нового, информационного мировоззрения, а также существенное повышение информационной культуры.

На любом металлургическом предприятии кроме энергии и сырья используется также информация — жизненно важный продукт, необходимый для того, чтобы быть в курсе всей деятельности предприятия и руководить ею, обеспечивать нормальное функционирование предприятия. Заметим, что объем информации, циркулирующей на крупных металлургических предприятиях, за последние 5 лет возрос примерно на порядок.

Сегодня, несмотря на все трудности, металлургический комплекс Российской Федерации включает около 200 предприятий черной и 130 предприятий цветной металлургии. В комплексе занято около 1,5 млн. человек. В 1998 году по сравнению с 1990 годом объем производства проката составил 54%, труб 24%, алюминия 103%, меди 80%, никеля 70%, титана 50%, при этом потребность проката снизилась в 3,8 раза. Несмотря на все эти изменения предприятия металлургии и сегодня играют важную роль в формировании макроэкономических показателей экономики страны. На них сосредоточено 12,1% стоимости основных фондов промышленности и занято 9% производственного потенциала, они производят 14% промышленной продукции, обеспечивают около 20% налоговых поступлений промышленности. Доля металлургии в валовом объеме, например, Свердловской области, значительно выше, чем в среднем по стране, за последние 10 лет она возросла с 30% до 50%. Огромные производственные мощности России остаются нереализованными.

Главная цель развития металлургического комплекса страны состоит в сохранении и расширении рынков металлопродукции на базе повышения конкурентоспособности продукции. Конкурентоспособность предприятий, при прочих равных условиях (высокие технологии, богатое сырье, ресурсосбережение и экология), будет определяться соответствием качества и объема промышленной информации рациональным технологическим требованиям. Это в равной степени относится к производству проката из титана на Верхнесалдинском металлургическом производственном объединении, труб на Первоуральском новотрубном заводе, листа на Магнитогорском металлургическом комбинате.

Отечественный и зарубежный опыт убедительно доказывает, что развитие предприятий металлургического комплекса, решение проблемы качества и конкурентоспособности металлопродукции на мировом рынке требуют коренного совершенствования систем сбора, хранения, обработки, передачи и использования информации, используемых как для управления технологическими процессами, так и управления производством в целом.

Как нервные импульсы заставляют работать мышцы, так и информация приводит в движение оборудование и людей на металлургическом предприятии. Информационные потоки, циркулирующие на промышленном предприятии с помощью систем связи хранения и передачи информации, образуют его «нервную систему». Первоочередная задача для крупнейших предприятий металлургии — это создание информационных систем анализа сквозной технологии от добычи руды до получения готовой продукции.

Основное внимание в дальнейшем мы будем уделять использованию информатики на металлургических предприятиях. Главной целью изложения будет являться формирование определенного мировоззрения в информационной сфере и освоении информационной культуры, т. е. умения целенаправленно работать с информацией. Предварительно отметим, что в любой области экономической и социальной деятельности, на любом металлургическом предприятии, занимающемся производством и распределением продукции, создается и используется информация.

Заметим, что под информацией обычно понимают сведения об объектах и явлениях окружающей среды, их параметрах, свойствах и состоянии.

Система информации существует в естественном виде, она образует информационную среду. При наличии систем автоматики, современной электронной вычислительной техники или даже без них информация существовала и существует, она непрерывно циркулирует. Совокупность информационных потоков и обменов составляет систему информации.

Система информации простирается далеко за пределы предприятия, поскольку она охватывает все данные, имеющие отношение к деятельности этого предприятия и представляющие для него интерес. Таким образом, система информации оказывается связанной с информационной средой и вне данного предприятия.

Несмотря на наличие мощных технических средств, при использовании информации иногда все еще прибегают к кустарным методам — каждая производственная ячейка создает свою собственную небольшую систему информации аналогично тому, как на заре электричества отдельные предприятия располагались вдоль рек, получая энергию от своих турбин. Теперь снабжение энергией производится централизованно — от сетей распределения электричества, газа, тепловой энергии. Так и в сфере информационной деятельности наступила эра автоматизированных информационных центров, которые предусматривают обращение на больших расстояниях к банкам данных и банкам знаний, обеспечивают возможность коллективного использования информационных ресурсов.

Внесло ли это какие-либо изменения в информационную сферу металлургического предприятия? Конечно. Независимо от того, идет ли речь о местном (локальном) устройстве обработки или об удаленном устройстве, используемом несколькими потребителями, необходимость в системе сбора, первичной обработке данных не только не отпадает, а, наоборот, увеличивается в связи с быстрым развитием автоматизированных информационных систем. Опыт массового внедрения в промышленность в 70−90-е гг. вычислительной техники без надежного информационного фундамента привел не только к потере их потенциального эффекта, но и в ряде случаев — к дискредитации на производстве систем управления с применением ЭВМ.

Современные информационные технологии управления характеризуются, прежде всего, широкой компьютеризацией измерительных операций. В компьютерных системах получают распространение многооконный интерфейс, специальные интерпретирующие языки, традиционные операционные системы дополняются рядом новых компонентов в виде прикладных программ, модулей для разработки и отладки программ, обслуживания аппаратных средств для объектноориентированной среды управления, совершенствуется человеко-машинный интерфейс в диалоговых информационных системах, широко используются средства телекоммуникаций. Информационные системы создаются с открытой архитектурой для реконфигурации и наращивания дополнительных функций управления. Для передачи и обмена информацией между территориально распределенными подсистемами в условиях мощных промышленных помех применяются беспроводные и оптоволоконные световые линии связи, а хранение информации успешно осуществляется в банках данных.

К эволюции информационных технологий управления в металлургической промышленности относятся замена классических щитов контрольно-измерительных приборов с множеством вторичных приборов и одноконтурных, локальных регуляторов на распределенные компьютерные рабочие модули с цветными дисплеями на базе локальных информационных сетей. Широко внедряются модели самых разных классов и видов, осуществляется диалог промышленного персонала (лица, принимающего решение) с информационной средой, начаты разработки перспективных информационных систем на базе искусственного интеллекта, в частности, — экспертных систем управления технологиями.

Заметим, что объем средств, затрачиваемых на создание и функционирование информационных систем, значителен, очень часто напрямую зависит от размера предприятия и составляет (исходя как из мирового, так и из российского опыта) от одного до трех процентов от объема годового оборота металлургического предприятия.

С точки зрения производства технических средств информатизации и их технологии, мы отстали от передовых развитых стан. А вот с точки зрения создания информационных систем, наши передовые предприятия металлургии могут оказаться впереди этих стран. Действительно, у большинства предприятий средства на замену появились только во времена появления 386-го процессора. Именно поэтому многие российские предприятия были укомплектованы гораздо лучше аналогичных западных фирм. Тот же путь предстоит пройти и информационным системам на российских предприятиях: сегодня имеется возможность применять такие технические средства информатизации, которые получат на западе распространение только в XXI веке. Здесь справедлива истина — скупой платит дважды. Сегодня необходимо вкладывать средства в передовые информационные технологии.

Для характеристики роли отдельных информационных технологий рассмотрим общую структуру информационной системы.