Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ З
1 СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ЛПК 11
1.1 Состояние ЛПК и значение информационных технологий в его развитии 11
1.2 Анализ состояния информационных технологий и задача создания единого информационного пространства в ЛПК 18
1.3 Системный подход при решении задач синтеза и анализа процессов функционирования информационной системы 22
1.4 Решение наиболее важных задач комплексной автоматизации процессов хозяйственной деятельности в ЛПК 30
1.5 Обеспечение защиты данных в информационной системе 37
1.6 Цель и задачи исследования 43
Выводы первой главы 46
2 СТРУКТУРА ИНТЕГРИРОВАННОЙ ОТРАСЛЕВОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ЛПК 48
2.1 Концепция построения современной отраслевой интегрированной информационной системы ЛПК 48
2.2 Обоснование архитектуры отраслевой информационной системы... 54
2.3 Разработка обобщенной модели проектирования распределенной информационной системы с клиент- серверной архитектурой 61
2.4 Принципы создания системы управления базой данных отраслевой информационной системы 66
Архитектура программно - аппаратного комплекса ИЦ ГНЦ ЛПК... 74
Выводы второй главы: 81
3 ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОИСКА И ФОРМИРОВАНИЯ ПРЕДМЕТНОЙ ИНФОРМАЦИИ В ГЛОБАЛЬНОЙ СЕТИ ЛПК 83
3.1 Математические модели взаимодействия информационных систем ЛПК в сети 84
3.2 Моделирование процессов формирования предметной информации в сети ЛПК 100
3.2.1 Модель оптимального объединения информации на запрос пользователей сети ЛПК 102
3.2.2 Структуризация полученных в сети множеств информации 106
3.2.2.1 Структуризация полученного в сети множества информации 107
3.2.2.2 Структуризация множества свойств запросов 110
3.2.2.3 Разбиение множества видов информации на классы по отношениям между свойствами запросов 114
Выводы третьей главы 116
4 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ, ТИПОВЫХ СРЕДСТВ КОМПЛЕКСНОЙ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ ХОЗЯЙСТВЕННОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ В ЛПК 119
4.1 Разработка математического обеспечения типовых средств автоматизации позаказного проектирования и производства мебели 119
4.2 Обобщенные математические модели и алгоритмы оптимизации раскроя материалов в лпк 135
4.3 Решение задач анализа, прогнозирования и организации торговых операций в ОИС ЛПК 149
Выводы четвертой главы: к. 161
5 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИ В РЕЛЯЦИОННЫХ СУБД 162
5.1 Общие принципы защиты информации в информационных системах 163
5.2 Семантическое моделирование сущностей доверенной среды 169
5.3 Требования к проектированию субъектов доверенной среды 178
5.4 Шифрование файлов 179
5.5 Контроль неизменности сущностей доверенной среды 181
5.6 Формальные модели политик безопасности 188
Выводы пятой главы 195
6 ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОЦЕССОВ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ, АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ, ПРОВЕДЕНИЕ БИЗНЕС-ПРОЦЕССОВ И ЗАЩИТЫ ДАННЫХ В ИС ГНЦ ЛПК 197
6.1 Программный комплекс анализа функционирования информационной системы в сети 197
6.2 Прикладные программы моделирования и оптимизации процессов поиска информации на запросы пользователей 211
6.3 Средства позаказного проектирования и производства мебели 215
6.4 Программный комплекс моделирования и оптимизации раскроя материалов в ЛПК 217
6.5 Глобальная информационно-аналитическая торговая система 227
6.6 Программные средства защиты данных в ИС ГНЦ ЛПК, построенной на основе СУБД ЛИНТЕР 237
Выводы ШЕСТОЙ ГЛАВЫ л 260
Заключение 261
Список использованных источников 264
Приложение 276
Введение к работе
Актуальность проблемы. Лесопромышленный комплекс (ЛПК) является важнейшим звеном экономического потенциала России. Одним из наиболее рациональных способов повышения эффективности функционирования ЛПК является использование автоматизированных технологий по обработке информации с процессами интеграции локальных информационных систем (ИС) в интегрированный комплекс с развитыми технологиями по распределенной обработке информации, который образует, в некотором смысле, единое информационное пространство по предметному назначению.
Существующие ранее методы проектирования таких систем оказались в значительной мере несостоятельными. Еще в СССР в ЛПК был создан большой задел по всему комплексу информационных технологий от проведения научных исследований до управления производством, однако в связи с переходом на рыночные отношения, их использование требует значительной переработки, а в большинстве случаев - проектирования новых ИС, формируя при этом геоинформационную сеть по обработке отраслевой информации. Всегда существует вероятность невыполнения актов, регламентирующих поставку необходимой информации, а следовательно, возможность принятия неэффективного управленческого решения, что связано с необходимостью широкого использования математического моделирования в процессах проектирования ИС, разработки математических моделей автоматизированного проектирования и на их основе гибких условий функционирования ИС, обеспечивающих адаптацию управленческих решений на изменение внешней среды. При этом возникают вопросы системного моделирования по разработке инструментальньк средств в виде алгоритмов и программ, правил принятия решений на подмножествах информационного пространства ЛПК.
В этих условиях первостепенными становятся проблемы формирования методологических принципов и научных основ автоматизированного проектирования отраслевой ИС и создания на их базе единого информационного пространства ЛПК, построение соответствующих моделей и инструментальных средств, позволяющих повысить эффективность управления, определить стратегию и тактику поведения с точки зрения увеличения надежности получаемой информации и принимаемых решений.
Поэтому в рамках данной работы рассматриваются и решаются проблемные вопросы поэтапного синтеза отраслевой информационной системы ЛПК, построения моделей автоматизированного проектирования предметной части системы, включая программные средства обеспечения надежного и эффективного функцио нирования; создания типовых комплексов моделирования и оптимизации бизнес-процессов и защиты данных.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с научными программами Министерства лесной промышленности СССР по важнейшей программе «Разработка новьк ресурсосберегающих технологий в ЛПК» по ряду НИОКР №ГР01880047835, 01850017549, 01860030343, 01880047835 и других, важнейшему научному направлению Министерства промышленности, науки и технологий РФ «Разработка и внедрение новых информационных технологий в ЛПК» в рамках НИОКР №ГР 1527/10028, 1528/0035, 15210/0045, 15331/0056 и других, а также основному научному направлению ВГЛТА по проблеме «Разработка автоматизированных средств для ЛПК» по основному направлению исследований Министерства высшего образования РФ.
Публикуемые в диссертации результаты исследования являются результатом научной работы, проведенной в Воронежской государственной лесотехнической академии, ФГУП ГНЦ ЛПК (Москва), ДальНИИЛП в период с 1983 по 2003 год. Работы выполнялись в рамках более 20-ти научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ па заказам Министерства лесной промышленности СССР и Министерства промышленности, науки и технологий РФ, по которым автор являлся научным руководителем или главным конструктором.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка научных основ и методологических принципов формирования единого информационного пространства ЛПК на базе автоматизированного проектирования отраслевой информационной системы; моделирование процессов структурно - параметрического синтеза, анализа и принятия решений в конкретных областях этого пространства, создания эффективных инструментальных средств в виде моделей, методов, алгоритмов и программного обеспечения предметного назначения.
Достижение поставленной цели обеспечивается решением следующих задач:
- системный анализ, формализация проблемы, выбор и обоснование методологических принципов и научных основ формирования единого информационного пространства и автоматизированного проектирования отраслевой ИС;
- декомпозиция и синтез концептуальной модели автоматизированного проектирования интегрированной отраслевой информационной системы (ОИС) ЛПК;
-обоснование состава и разработка информационных технологий на базе моделей предметного назначения.
- разработка обобщенной информационной модели, реализующей технологии оптимальных архитектур распределенной обработки данных в режиме «клиент - сервер»;
- построение математических моделей и алгоритмов функционирования ИС в сети и процессов поиска информации на запросы пользователя с применением теоретико-множественного подхода, обеспечивающих выбор адаптивных управленческих решений;
-разработка типовых моделей и алгоритмов параметрического синтеза, функционирующих в предметных областях информационного пространства;
-разработка моделей и математического обеспечения средств проектирования защиты данных и противодействия компьютерным вирусам в ОИС ЛПК с использованием оригинальной отечественной СУБД "Линтер" на основе CASE - технологий;
-разработка структуры программно-аппаратного комплекса ОИС ЛПК и его верхнего звена информационного центра (ИЦ) ГНЦ ЛПК, обеспечивающих реализацию предложенных методологических принципов и научных основ; учитывающих финансовые возможности отрасли и ее быстрейшего вывода из кризиса;
-построение программного обеспечения: анализа функционирования ИС в сети, моделирования и оптимизации процессов поиска информации на запросы пользователей; синтеза и анализа предметного назначения;
• апробация результатов работы в промышленных условиях, экспериментальные исследования и внедрение на предприятиях отрасли.
Методы исследования. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования базируются на использовании теории информационных систем и САПР, методов моделирования, анализа и структурного синтеза систем, векторной оптимизации и принятия решений, защиты информации и программирования. Общей методологической основой является системный подход.
Научной новизной работы является теоретическое обоснование, разработка научных основ и принципов формирования единого информационного пространства ЛПК на базе построения отраслевой ИС, моделей, методов, алгоритмов ее автоматизированного проектирования, математического и информационного обеспечения: • концептуальная модель автоматизированного проектирования современной отраслевой интегрированной информационной системы, основанной на применении информационных технологий массового применения и отличающейся принципами: выделения в ЛПК ключевых, организационных, социальных и управленческих структур допускающих интегральную информатизацию и способных служить ос новными звеньями, с которых можно начать процесс глобальной информатизации; организации проведения и обеспечения в этих структурах процесса системной интеграции информационных технологий, включающих как адаптацию существую- v щих ИТ к современному уровню требований, так и создание новых информацион ных технологий (НИТ) преобразования процессов исследования, проектирования, производства и управления; создание и поддержки условий, обеспечивающих процесс разработки, развития и использования ПИТ в отрасли с основных звеньев информатизации на всю систему хозяйственной деятельности отрасли;
• математические модели и алгоритмы функционирования ИС в сети и процессов поиска информации на запросы пользователя с применением теоретико- множественного подхода, отличающиеся более точным описанием процессов tjtt функционирования и позволяющие повысить эффективность работы ИС в целом;
• математические модели синтеза, анализа и алгоритмы решения наиболее важных типовых задач в предметной области информационного пространства на примере средств позаказного проектирования и организации производства мебели, оптимизации раскроя материалов и проведения бизнес-процессов в масштабе отрасли, отличающиеся универсальностью, ориентацией на массовое применение непосредственно на рабочих местах и обеспечивающие возможность работы в реальном масштабе времени;
• математическое обеспечение средств проектирования защиты данных и противодействия компьютерным вирусам в ОИС ЛПК на основе CASE - технологий с использованием оригинальной отечественной СУБД "Линтер", отличающееся гарантированным обеспечением уровня безопасности данных, категории "государственная тайна", что соответствует классу 1А за счет применения многоуровневых средств организации доступа к информации с независимыми контурами защиты.
На защиту выносятся следующие основные положения: -концепция построения отраслевой информационной системы ЛПК; -структура программно-аппаратных средств ОИС ЛПК; -обобщенная информационная модель реализации оптимальных архитектур 4» распределенной обработки данных;
-архитектура программно-аппаратного комплекса информационного центра ГНЦЛПК; -методы, модели и алгоритмы функционирования ИС в сети и процессов ( поиска информации на запросы пользователей; решения задач позаказного проектирования и производства мебели; оптимизации раскроя материалов и проведения бизнес-процессов в ОИС ЛПК; -математические модели и алгоритмы проектирования средств защиты данных и противодействия компьютерным вирусам на основе CASE-технологий; -комплекс программ автоматизации процессов функционирования, решение типовых задач и защиты данных; -результаты исследования эффективности предложенных решений.
Практическая ценность заключается в построении отраслевой ИС как инструментального средства обеспечения управления, планирования, проектирования в предметных областях единого информационного пространства ЛПК. В том числе:
• программно-аппаратный комплекс ОИС и его верхнее звено ИЦ ГНЦ, обеспечивающий реализацию основных задач эффективного функционирования ЛПК с учетом финансовых возможностей отрасли и ее быстрейшего выхода из кризиса за счет внедрения самых прогрессивных технологий, который ориентирован на федеральный принцип деления территории РФ и позволяющий обеспечить поэтапное развитие и возможность перераспределения функций между уровнями без изменения архитектуры;
• программные комплексы анализа функционирования ИС в сети, моделирования и оптимизации процессов поиска информации на запросы пользователей; позаказного проектирования и организации производства мебели; оптимизации раскроя материалов в ЛПК; проведения бизнес-процессов в масштабах отрасли; защиты данных и противодействия компьютерным вирусам в ОИС ЛПК.
Разработанные методы, математические модели, алгоритмы и программные комплексы могут быть использованы как основа создания элементов отраслевых информационных систем не только в ЛПК, но и в других отраслях хозяйства в условиях существующих рыночных отношений для решения важнейших задач проектирования, организации производства и управления. Именно ориентация на унификацию и массовое использование предложенных средств позволяет обеспечить максимальный эффект от их внедрения и получение максимальной прибыли.
Реализация и внедрение результатов работы. Создана и внедрена первая очередь отраслевой ИС ЛПК. В ФГУП ГНЦ ЛПК разработан и используется верхний уровень ОИС - ИЦ ФГУП ГНЦ ЛПК. Внедрены программные комплексы: мо делирования работы ИС в сети и поиска информации по запросам пользователей; позаказного проектирования и организации производства мебели; моделирования и оптимизации раскроя материалов в ЛПК; защиты данных.
Внедрение разработанных средств позволило повысить эффективность работы ряда крупных государственных, акционерных и частных предприятий, обеспечило их ускоренное развитие.
Методические и программные разработки диссертации послужили основой большого количества дипломных, курсовых и лабораторных работ, учебников и методических пособий в ВГЛТА по курсам "Информатика", "Моделирование и оптимизация в ЛПК", "Основы автоматизации проектирования" и др.
Апробация работы и публикации. Основные теоретические положения и прикладные результаты неоднократно докладывались на ежегодных научных конференциях Воронежской государственной лесотехнической академии и Московского государственного университета леса, на совещаниях и коллегиях Министерства лесной промышленности СССР, Министерства промышленности, науки и технологий РФ, выполнено более 20 НИР И ОКР за период с 1983 по 2003 год. Автор выступал с докладами на научно-практической конференции "Проблемы совершенствования системы хозяйствования на предприятиях края" (Хабаровск, 1988), всероссийском научно-технологическом совещании "Повышение эффективности использования лесозаготовительных и лесохозяйственных многооперационных машин" (Тюмень, 1987), межвузовском семинаре "Современные информационные технологии в лесном комплексе" (Москва, 2000), всероссийской конференции "Новые инструменты в реальном секторе экономики и на финансовом рынке (Москва, 2001), международной научно-практической конференции "Интегрирование науки и высшего лесотехнического образования по управлению качеством леса и лесной продукции" (Воронеж, 2001), международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы анализа и обеспечение надежности и качества приборов, устройств и систем" (Пенза, 2002), второй всероссийской научно-технической конференции "Теория конфликтов и ее применение" (Воронеж, 2002).
Публикации результатов работы. По теме диссертации опубликовано 42 печатные работы, в том числе 4 монографии общим объемом более 800 страниц. Из них одна монография и 22 статьи написань без соавторов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Материалы диссертации изложены на 272 страницах, включая иллюстративный материал.
В первой главе рассмотрено состояние ЛПК РФ и значение информационных технологий (ИТ) в его развитии. Проведен анализ состояния ИТ и задача создания единого информационного пространства ЛПК. Рассмотрены вопросы моделирования задач синтеза и анализа процессов функционирования и информационных систем, состояние и значение прикладных средств в развитии предприятий ЛПК, защиты данных и противодействия компьютерным вирусам для обеспечения надежной и эффективной работы систем.
Во второй главе рассмотрена предложенная концепция построения современной отраслевой интегрированной информационной системы ЛПК, обоснована структура ее построения. Описаны: а) предложенная обобщенная мо-дель построения распределенной информационной системы с клиент-серверной архитектурой,; б) принципы построения системы управления базой данных ОИС ЛПК; в) архитектура программно-аппаратного комплекса - ИЦ ГНЦ ЛПК.
Третья глава посвящена вопросам моделирования взаимодействия ИС с внешней средой и процессов поиска информации по запросам пользователей. Рассмотрены предложенные модели функционирования ИС в сети, взаимодействия подсистем, многоцелевая модель ИС и взаимодействия ИС с внешней средой. Описаны вопросы моделирования и алгоритмизации процессов функционирования больших систем в условиях конфликтов.
В четвертой главе описаны разработанные принципы построения, математические модели и алгоритмическая осн"ова унифицированных прикладных средств позаказного проектирования и производства мебели, оптимизации раскроя материалов, проведения бизнес процессов в ЛПК.
В пятой главе рассмотрено математическое обеспечение защиты данных в ИС. Приведены общие принципы построения системы безопасности данных в ИС, моделирование сущностей системы и построение программного компонента доверенной среды, проектирование и представление сущностей системы, основные алгоритмы защиты данных.
Шестая глава посвящена рассмотрению разработанных программных комплексов: анализа функционирования ИС в сети, моделирования и оптимизации процессов поиска информации на запросы пользователей; унифициро ванные прикладные пакеты позаказного проектирования и производства мебели, оптимизации раскроя материалов и ведения бизнес-процессов в ЛПК; защиты данных в ОИС ЛПК, построенной на основе СУБД "Линтер". v В заключении приводятся основные результаты работы.
