ОПЫТ РАЗРАБОТКИ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ В МАСШТАБАХ ЦЕХА

В 1995 году руководство одного крупного завода г. Новосибирска привлекло компанию ИНТЕРФЕЙС (Новосибирск) к разработке информационной автоматизированной системы управления (ИАСУ) для одного из цехов своего производства. Специфика производства этого цеха позволяет отнести его к категории сборочного производства массового типа с элементами химического и машиностроительного производств с большим числом сложных технологических процессов, для которых характерны многостадийность, дискретность, большое количество взаимосвязанных между собой операций, наличие разнообразного технологического оборудования, значительный объем и стоимость выпускаемых изделий, крайне высокие требования к их качеству и надежности.

Функционировавшая на тот момент автоматизированная система по разным причинам стала ограничивать развитие технологий цеха. Она была запущена в эксплуатацию в середине 80-х годов и строилась на базе нескольких микро-, мини-ЭВМ (Электроника-60, СМ-2М, СМ-1420) и сети терминалов, расположенных на территории цеха. Система была разработана на языках Фортран 4 и Ассемблер и логически была поделена на две подсистемы, физически не связанные между собой. Основными задачами системы являлись:

  1. Управление автоматическими установками.

  2. Сбор и обработка технологической информации, вводимой рабочим персоналом и поступающей от устройств.

  3. Формирование отчетов о технологическом процессе для пользователей разных уровней.

  4. Задачи складского учета, традиционные для любого производства.

Эта система, ставшая значительной и неотъемлемой частью технологических процессов в цехе, и многократно себя окупившая, к 1995 г. начала устаревать морально и физически. Проявился ряд ее функциональных ограничений: низкая надежность, связанная с устаревшим вычислительным оборудованием, отсутствие связи между подсистемами, ведущее к информационной дезинтеграции системы в целом, отсутствие средств администрирования высокого уровня (администрирование велось на уровне операционной системы), высокая трудоемкость расширения возможностей подсистем, обусловленная доступными на момент разработки инструментальными средствами, отсутствие централизации в управлении данными.

Заказчиком был сформулирован ряд требований к новой системе, среди важнейших из которых были следующие:

  1. Высокая степень надежности и готовности.

  2. Наличие единой системы администрирования.

  3. Полное повторение имевшихся форм и методов генерации отчетных документов с одновременным существенным увеличением числа таких документов.

  4. Минимум изменений в существовавшем пользовательском интерфейсе.

  5. Возможность поэтапного ввода в эксплуатацию.

  6. Использование по возможности языка разработки 4-го поколения, а там где это невозможно - 3-го поколения.

Технические специалисты завода понимали необходимость перехода на современное программное обеспечение, реализующее принципы архитектуры "клиент-сервер". В частности, еще в 1994 году заводом был закуплен набор продуктов INFORMIX: INFORMIX-OnLine 5.0, INFORMIX-Star 5.0, INFORMIX-4GL 4.11 (для SCO UNIX) и INFORMIX-ESQL/C 4.1, INFORMIX-NET/PC 4.1 (для MS-DOS). На основе проведенных исследований было решено использовать эти средства для построения новой системы. Для совместных разработок была выбрана компания ИНТЕРФЕЙС, имевшая на тот момент уже практику работы с продуктами INFORMIX. Существенное влияние на выбор также оказал опыт компании в развитии сетевых информационных технологий.

В основе новой ИАСУ лежит локальная вычислительная сеть (ЛВС), состоящая из:

- пассивной части - структурированная кабельная система SYSTIMAX SCS;

- активной части, включающая сетевое оборудование, центральную вычислительную систему, рабочие места (хосты) и рабочее место администратора.

Сеть построена со свернутой магистралью (collapsed backbone). Это позволило сконцентрировать ресурсы и управлять сетью из одного места - сетевого центра.

Кабельная система ИАСУ состоит из оптоволоконных кабелей, соединяющих концентраторы и образующих основную информационную магистраль, и кабелей витой пары (10BASE-T), соединяющих хосты с концентраторами. Используемый сетевой протокол - Ethernet. Активная часть сети в ИАСУ представлена интеллектуальным модульным концентратором Bay Networks 5005N, смонтированным в стойку Compaq 42U Rack, концентраторами Bay Networks модели 2814SA, которые размещаются на соответствующих участках, и центральной вычислительной системой на базе двух серверов ProLiant 2000 фирмы Compaq, один из которых находится в холодном резерве. В качестве рабочих станций используются бездисковые компьютеры, функционирующие в качестве терминалов и дисковые станции, используемые для управления оборудованием на технологии (см. Рис.1).

Рис.1 Структура ЛВС ИАСУ

Для реализации проекта была создана совместная с заказчиком рабочая группа, в которую вошли со стороны заказчика несколько опытных технических специалистов (один из которых - администратор прежней системы), со стороны разработчика - руководитель группы и команда из пяти программистов. Какие-либо CASE-средства на этапе проектирования не использовались, что связано отчасти с тем, что ряд проектных документов (техническое задание, ряд проектных документов предыдущей системы) были предоставлены специалистами завода еще до начала разработки. После проведения поэтапного обследования и проектирования работа группы была организована потоковым образом так, что после завершения разработки очередной подсистемы, сразу же начиналось ее внедрение. Говоря более точно, первые этапы обследования начались осенью 1995 года, разработка и внедрение системы заняло период с весны 1996 по весну 1997 года. Начиная с лета 1997 года система находилась в опытной эксплуатации, адаптируясь и подстраиваясь под нужды заказчика. Одновременно в процессе опытной эксплуатации штат специалистов завода получил необходимые знания и опыт, позволивший им в настоящее время перейти к самостоятельной эксплуатации системы.

Новая интегрированная автоматизированная система управления строится как набор восьми взаимосвязанных подсистем, работающих в едином информационном пространстве, сильно различающихся по степени сложности, функциям. Три наиболее крупные были реализованы на INFORMIX-4GL, привязаны к соответствующим участкам цеха и в самом общем виде решают следующие задачи:

- учет информации о выполнении технологических операций;

- оперативный контроль над ходом выполнения технологических процессов сборки;

- формирование статистических и аналитических документов разного уровня детализации.

Каждый участок цеха имеет собственный набор технологических операций, любая из которых предусматривает личную ответственность исполнителя и контролера (на некоторых особо важных операциях), индивидуальный ввод данных о результатах выполнения операции (использованные комплектующие, брак и т.п.), систему личных идентификаторов и паролей для технического персонала. Для каждой выполненной работником операции он обязан ввести свой идентификатор и набор данных, различающихся от операции к операции и определяемый администратором системы. Максимальная регламентированная задержка при вводе - длительность смены. При возникновении организационных и технических задержек такие данные могут быть введены позднее с относительно небольшим ущербом для производства. Система администрирования предусматривает удаление и добавление новых операций и состава вводимых по ним данным, отражающих изменения в технологическом процессе.

Для каждой подсистемы создан комплекс программ генерации документов, отражающих реальное состояние процесса производства. Программы предназначены для управленческого персонала цеха разного уровня. В штатном режиме работы ИАСУ технический персонал имеет возможность на любом терминале системы наблюдать в реальном времени как состояние приборов и установок, подключенных к ИАСУ и функционирующих в данных момент, так и общий ход технологических процессов сборки изделий.

Другой тип клиентских приложений реализован в одной из подсистем, наиболее сложной в разработке, которая была преимущественно ориентирована на работу с приборами и устройствами. Функции этой подсистемы определялись требованием обеспечить непрерывное функционирование и съем данных с таких приборов и установок вне зависимости от текущего состояния ИАСУ. Если работа других компонент системы (ввод оперативной информации, генерация документов и т.д.) допускает известную задержку, то работа установок технологического конвейера, а следовательно и поступление от них информации в реальном времени должно происходить непрерывно. Поэтому необходимо было реализовать некую буферную зону для локального накопления информации и последующей ее передачи серверу СУБД. Так появились идеи ведения собственной простейшей локальной базы данных, а вместе с ними и решения по ее синхронизации с главной базой данных, расположенной на сервере. При работе в штатном режиме программы подсистемы управления устройствами взаимодействуют с СУБД, при отсутствии связи данные накапливаются на рабочем месте, а как только связь появляется, все временно хранимые данные автоматически пересылаются на сервер. С другой стороны, необходимость контроля над вводом пользователя требовала при наличии связи передавать в локальную базу данных условия и ограничения на всю вводимую информацию. При отказе сети или программного обеспечения ИАСУ эта подсистема сохраняет полную автономность без ограничения функциональных свойств. Естественен был выбор языка разработки подсистемы управления устройствами - INFORMIX-ESQL/C (Рис.2).

Рис.2 Взаимосвязи системных и прикладных программных компонент ИАСУ

Особенно значительных усилий потребовала разработка единой подсистемы администрирования. Ясно, что к ней предъявляются жесткие требования - она должна функционировать сразу после ввода в эксплуатацию и в то же время отслеживать изменения в схеме базы данных по мере добавления новых подсистем. Осознавая бесперспективность постоянной разработки новых модулей подсистемы администрирования и правки старых, было решено создать генератор текстов модулей для этой подсистемы. Отметим некоторые отличительные черты разработанного генератора:

Три оставшихся подсистемы, реализованные также на INFORMIX-4GL, носят в большей степени самостоятельный характер и решаемые ими задачи можно отнести к задачам складского учета, с учетом, конечно, специфики и уникальности производства.

Следует отметить, что некоторое время (на этапе технических испытаний) подсистемы со схожими функциями в старой и новой ИАСУ работали совместно, что доставляло известное неудобство техническому персоналу. С другой стороны, такое совместное функционирование позволило сравнить их возможности на практике и обеспечить плавный переход от одной системы к другой.

Наибольшую головную боль вызывали две проблемы. Первая возникла как следствие отказа от CASE-инструментария при проектировании и методики поэтапной разработки и внедрения. Достаточно тяжело было заставить правильно работать очередную запускаемую подсистему, особенно если она тесно интегрирована с другими, которые были внедрены ранее и жили уже своей собственной жизнью. Другая тяжелейшая проблема - требование полного копирования методов и алгоритмов генерации выходных документов, регламентируемых соответствующими нормативными актами.

Несколько замечаний о языках для разработки приложений. Как уже отмечалось выше, использовано было два языка: ESQL/C для MS-DOS и 4GL для SCO UNIX. И если к первому претензий практически нет - делал все, что просили, то Informix-4GL в значительной степени не обеспечивал требуемого уровня. Особенно не хватало функций для построения современного пользовательского интерфейса, более точной диагностики ошибок, работы с цветом, файловой системой, математических функций - все это пришлось разрабатывать самим. Поэтому в перспективе возможен отказ от языка 4GL (хотя для него есть библиотеки с необходимыми функциями, производимые третьими фирмами).

Вызывает некоторое сожаление тот факт, что компания INFORMIX отказалась от продолжения линии ESQL/C для DOS. Безусловно, MS DOS как среда разработки устарела и не выдерживает конкуренции с более развитыми операционными системами. С другой стороны, существует (и в будущем будет расти) широчайший спектр технологического оборудования со встроенными микропроцессорами и другими аппаратными средствами, работа с которыми предпочтительнее в рамках простейшей операционной системы, как с точки зрения разработки драйверов к ним, так и с точки зрения удовлетворения требованиям надежности.

В настоящее время разработанная система эксплуатируется в штатном режиме силами персонала цеха. Вместе с тем изменение и расширение технологий ставит новые задачи по развитию информационной системы цеха. Так уже сейчас выполнен перенос программ генерации отчетности в Web-среду, что позволит управленческому персоналу высшего звена получать документы и отчеты с помощью Web-броузера. Расширение спектра технологических задач делает актуальным переход к трехзвенной архитектуре "клиент-сервер". Переход к ней безусловно потребует использования CASE-средств на этапе проектирования и новых инструментальных средств на этапе разработки (как один из вариантов изучается возможность использования продуктов фирмы SuperNova). Предполагается дальнейшее развитие функциональных возможностей ИАСУ с сохранением структуры сети, усилением мощности центрального сервера, обновлением версии сервера INFORMIX.

 

Евгений Дроков, dei@interface.nsk.su

Михаил Березовский, bmv@interface.nsk.su

Владимир Стасышин, vms@interface.nsk.su