Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 . Системное понимание автоматизации управления информационной технологией (применительно к анализу проблем книгоиздательской и полиграфической деятельности) 21
1.1. Постановочные проблемы системного понимания управления информационной технологией 21
1.2. Основные вопросы управления в книгоиздании 25
1.3. Технологии и управление для открытых систем 28
1.4. От параметрических пространств к метаструктурам 30
1.5. Метаструктура и метамашина 33
1.6. Метааксиомы и метамодели 36
1.7. Информационное взаимодействие 39
1.8. Полиморфизм 46
1.9. Место метамодели в анализе систем 50
1.10. Концептуальная модель глобального структурирования хранилищ научного знания как процесса взаимодействия открытых систем 53
Выводы по главе 58
Глава 2 . Хранилища научных текстов как активные системы обеспечения адекватного процесса взаимосогласования структур 60
2.1. Переход к единому представлению содержимого текстовых библиотек как реализация системности в книгоиздании 60
2.2. Информационные технологии мультимедиа 62
2.3. Обсуждение различных подходов к задачам и перспективам управляющих технологий электронных изданий и книгоиздательских организаций 64
2.4. Проблемы формирования критериальной оценки и модели фиксированной структуры научного знания 67
2.4.1. Организационное управление в сетевых организациях 67
2.4.2. Понятие модели сетевой организации 69
2.4.3. Модель структуры организации учебного процесса 70
2.5. Формирование критериев управления структурой вуза в части организации технических средств обучения 74
2.6. Новый взгляд на проблему спама 81
2.6.1. Обеспечение информационной безопасности общества 81
2.6.2. Публикационный спам - проблема неуправляемого книгоиздания 85
Выводы по главе 89
Глава 3 . Метаструктурный анализ функционирования современной книгоиздающей системы с текстовыми библиотеками 92
3.1. Современные системы с технологией поиска на основе сравнения текстов запроса и хранимого материала 92
3.2. Цифровые типографии 93
3.3. Комплексная система для работы с документами XEROX DigiPat 94
3.4. Оценка реальных возможностей и недостатков современных поисковых систем на примере системы Ксерокс 100
3.5. Общетеоретические предпосылки механизма самоструктурирования. Формулировка выдвигаемой концепции 104
3.5.1. Введение в проблемы создания технологии хранения текстов 105
3.5.2. Недостаточность и неадекватность современных средств решения проблемы создания «динамической технологии хранения текстов» 108
3.5.3. Содержательная постановка проблемы 110
3.5.4. Задача поиска согласованной системы 115
3.6. Реализация автоматизированной системы управления технологией глобального хранения научных текстов 116
Выводы по главе 126
Глава 4 . Недостаточность возможностей современных информационных технологий для реализации технологии самоструктурирующихся ГХНТ 127
4.1. Перечень составных частей технологии самоструктурирования информационного хранилища 127
4.2. CASE-технологии как методы и средства проектирования информационных систем 129
4.2.1. Жизненный цикл программного обеспечения информационной системы 129
4.2.2. Модели жизненного цикла ПО 131
4.2.3. Методологии и технологии проектирования ИС 134
4.2.4. Структурный подход к проектированию ИС 138
4.2.4.1. Методология функционального моделирования SADT (Методология IDEFO (Icam DEFinition)) 140
4.2.4.2. Моделирование потоков данных (процессов) 141
4.2.4.3. Моделирование данных (Case-метод Баркера) 142
4.3. Предельные возможности технологии CASE 143
4.4. Общие понятия стандарта на языки поиска информации 144
4.5. Протокол Z39.50 145
4.6. Основные положения протокола Z39.50 150
4.7. Реализация активных хранилищ данных 156
4.7.1. Концепция Active Data Warehouse 156
4.7.2. Построение адекватной модели и XML-СУБД 157
4.7.3. Реализация ядра АХД на базе qWORD-XML 159
4.8. Вопросы выбора глобальной стратегии 164
Выводы по главе 169
Глава 5 . Механизм обеспечения динамики информационных систем и технология его реализации 170
5.1.0 механизме построения функциональности 170
5.2. Семантика условия и инструментарий глобального хранилища научных текстов 170
5.2.1. Синтаксический механизм формирования системы взаимосвязей 170
5.2.2. Семантика понятия «условие» 171
5.2.3. Понятие виртуального объекта 174
5.2.4. Разрешимость проблемы инструментария 176
5.3. Естественные ограничения на механизм построения семантики 177
5.4. Современные подходы к описанию семантики с помощью синтаксических средств, как технология самоописания систем 178
5.4.1. Недостатки современного подхода к построению информационных систем 179
5.4.2. Возможность повышения эффективности создания и функционирования информационных систем путем внесения элементов синтаксической вариантности и метауправления 185
5.5. Формальная модель синтаксически вариантной информационной системы 195
5.6. Концептуальная модель вычислительного формализма информационной машины с метауправлением 206
Выводы по главе 218
Глава 6. Методологические основы построения информационных систем с метауправлением 220
6.1. Введение в методологию организации построения ГХНТ 220
6.2. Понятие «зародышевой системы» 221
6.3. Базовая модель представления метаинформации на основе иерархической сети фреймов с вариантной структурой 223
6.4. Лингвистические средства представления метаинформации 230
6.4.1. Базовый язык и нотации представления метаинформации 230
6.4.2. Компоненты метаинформации как XML-приложения 232
6.5. Модель и метод перевода метаинформации, управляемый синтаксисом и данными 236
6.5.1. Конкретизация информационных секций 236
6.5.2. Алгоритм формирования управляющей таблицы СДУ-процессора 242
6.5.3. Процессор, осуществляющий СДУ-перевод 245
6.6. Способы задания вычислительной семантики метаинформации... 252
6.7. Формирования компонентов метаинформации 257
Выводы по главе 267
Общие выводы 268
Библиографический список 270
- Метааксиомы и метамодели
- Модель структуры организации учебного процесса
- Комплексная система для работы с документами XEROX DigiPat
- Методологии и технологии проектирования ИС
Введение к работе
Актуальность исследования. В настоящее время в поле зрения разработчиков систем управления все чаще начинают попадать системы, сущность существования которых заключается в организации и изменении внешнего (информационного) представления своей структуры в зависимости от требований вышестоящих уровней управления, от задач отражения (или противостояния) возмущающих воздействий внешнего мира и других факторов, действие которых может реструктуризировать внутренние информационные связи в том или ином объекте.
Примером таких систем и внешнего структуризирующего воздействия на них являются: в образовании - государственные стандарты, предписывающие учебным заведениям некоторую фиксированную структуру организации своего функционирования, т.е. задающие воздействия, управляющие организацией такого рода объектов. Аналогичные примеры можно привести, рассматривая ситуацию в военном строительстве, экономические и политические доктрины, управляющие действия каждого нового состава правительства, законотворческую деятельность и другое.
Однако существуют и другие области, структуризация в которых выполняется в процессе их существования вне зависимости от человека или только в частичной зависимости от него. Прежде всего, это процессы, отражающие динамику развития и познания внешнего Мира. Это процессы развития и становления науки как модельного представления Мира, находящие свое отражение в изменяющейся структуре понимания взаимосвязей событий и явлений и в способе фиксации этого отражения - книгоиздании и полиграфии с изменяющейся рубрикацией своих разделов.
Вообще говоря, все процессы такого уровня являются управляющими по сути своего существования, по сути изменяющейся глубины познания окружающего Мира. Важно помнить, что наука - это всего лишь математическая модель Мира. По мере углубления его познания достигнутая глубина разработки математики на некоторое время становится недостаточной, и не все явления и процессы могут быть обеспечены аксиоматическим аппаратом математики.
Сегодня в таком положении оказалось взаимодействие открытых систем, вообще все процессы, отражающие самоструктуризацию систем и процедур их взаимодействия. В результате, любые жесткие рубрикации в науке и, отражающие их рубрикации каталогов публикаций, представляют собой не более чем текущий срез устаревающего понимания структуры научного представления Мира, которая фактически непрерывно изменяется в процессе познания.
Такого рода проблема сегодня может быть рассмотрена на уровне изучения управляющих воздействий, изменяющих структуры взаимосвязей систем и процессов, т.е. на уровне управления не сигнального, а структурного, задачей и результатом действия которого является изменение структуры модели (представления) того или иного феномена.
Важно отметить, что аналогичные задачи управления возникают и на, казалось бы, совершенно разных уровнях, а не только в области научного познания - например, на уровне управления полиграфической деятельностью, на уровне многих предприятий, в моменты, когда их основной задачей становится реструктуризация производств при освоении новой продукции.
Настоящая работа рассматривает организацию такого рода технологических процессов изменения структурного состояния и представления сложных объектов на примере организации именно книгоиздательского процесса. Возможно, это несколько сужает общность задач рассмотрения, но представляется, что рассматриваемая область исследования настолько нова, что актуальна и в рассматриваемом объеме, т.к., по всей видимости, требуется проведение зна чительного количества разработок достаточно большого объема в ряде конкретных областей, прежде чем удастся приступать к их глобальному обобщению.
Научная новизна. В исследовании впервые реально, а не модельно ставится задача нахождения подходов к построению информационной самоструктурирующейся системы. Для решения этой проблемы рассматривается совокупность современных информационных технологий построения информационных хранилищ данных, обладающих свойством самоструктурирования. Причем эта совокупность впервые рассматривается во взаимосвязи и взаимодействии, поскольку очевидно, что ни один из известных современных подходов не решает поставленную задачу.
В работе впервые поставлена научная задача разработки концепции глобального хранилища научных текстов как открытой системы, активного и равноправного агента взаимодействия в совокупности открытых систем: «реальный Мир», «сумма промышленных технологий», «наука, как система» и собственно ГХНТ.
Значимость. В результате исследования закладывается база для создания обобщенной теории структуризации и реструктуризации сложных объектов и разделов теории управления, отвечающих за такое понимание управляющих воздействий. Исследование, базирующееся на примере структурного управления для целей книгоиздания, является показательным в связи с прямой связью технологии реструктуризации хранимых текстов и их информационного представления с различными конечными задачами информационного управления. Практическая значимость работы подтверждается использованием результатов, полученных с участием и под руководством автора, в реальных практических применениях, подтвержденных в отзывах о внедрении.
Цель исследования. - Разработка методологических основ, методов и информационных управляющих технологий для реализации комплексного подхода к решению задачи управления реструктуризацией представления сложных объектов на примере обеспечения книгоиздательского процесса.
Методы исследования. В работе использованы системный анализ для представления обратной связи в открытых системах, включая методы теории интеллектуальных систем управления, информационные методы организации взаимодействия систем, аппарат формально-логического представления информационных преобразований. Использованы аппарат языков разметки, двухбазовых архитектур и аппарат неформальной логики.
Основные задачи исследования
В соответствии с выше сказанным, исследования по теме настоящей диссертационной работы направлены на разработку следующих задач:
1. Системное понимание автоматизации управления информационной технологией (на примере книгоиздательского процесса).
2. Переход к единому представлению содержимого текстовых библиотек как к технологии реализации системности в информационных хранилищах.
3. Анализ функционирования современной книгоиздающей системы с технологиями информационного обеспечения (на примере комплекса компании Ксерокс).
4. Анализ причин статичности конструкции ИС, создаваемых с использованием современных информационных технологий (существующих подходов, а также сущность и особенности применения понятия синтаксической вариантности к функциональности информационных систем).
5. Концептуальные основы построения современных технологических процессов метауровневой реструктуризации данных в ИС реальных объектов (информационного представления сложных объектов с метауправлением, с описанием формальной модели синтаксически вариантной информационной системы, ее логической структуры и вычислительного формализма).
6. Методологические основы построения ИС с метауправлением: базовая модель представления метаинформации как иерархической сети с переменной структурой, модели и методы формирования преобразования и интерпретации компонентов метаописаний. На защиту выносятся
1. Концептуальная модель системного представления объекта исследования: библиотек структурированных данных с потоком внешних запросов.
2. Модель автоматизированной системы управления технологическим процессом метауровневой реструктуризации информационного представления сложных объектов.
3. Технология управления хранимыми данными при формировании и обработке запросов для обеспечения создания глобального хранилища научных текстов (ГХНТ) (на примере информационных систем для обеспечения книгоиздания и книгохранилищ).
4. Разработка синтаксически вариантных технологий для решения задач метауровневой реструктуризации информационного представления сложных объектов.
5. Разработка принципов построения современных метасистем с технологией метауправления. (с описанием формальной модели синтаксически вариантной информационной системы, ее логической структуры и вычислительного формализма).
6. Базовая модель представления метаинформации как иерархической сети с переменной структурой, (модели и методы формирования преобразования и интерпретации компонентов метаописаний).
Достоверность научных положений и рекомендаций, содержащихся в диссертации, обеспечивается выбором и соответствующим применением строгих методов исследований, корректностью формулировок и логически строгим построением утверждений и следствий, обоснованным выводом соотношений и правил, на основании которых производится построение моделей и обработка исходных данных.
Апробация работы. Результаты исследований по тематике диссертационной работы докладывались и получили одобрение на международных конференциях: Международной научно-практической конференции «Открытый мир - 2000», Вашингтон, США, 2000 г.; VIII Международной научно-практической конференции «Высокие интеллектуальные технологии образования и науки», январь, 2000 г.; Первой международной научно-практической конференции «Учебник третьего тысячелетия: создание, издание, распространение», СПб, 27-30.06, 2001г.; IX Международной научно-практической конференции «Высокие интеллектуальные технологии образования и науки», СПб, февраль 2002 г.; Второй международной научно-практической конференции «Учебник третьего тысячелетия: создание, издание, распространение», Санкт-Петербург, 18.06.2002; X Международной научно-практической конференции «Высокие интеллектуальные технологии образования и науки», январь 2003 г.; Третьей международной научно-практической конференции «Учебник третьего тысячелетия: создание, издание, распространение», Санкт-Петербург, 22-25.06.2003 г.; XI Международной научно-практической конференции «Высокие интеллектуальные технологии образования и науки», СПб, февраль 2004 г.; 35-й ежегодной конференции «Международные ассоциации полиграфических учебных заведений», 12-14.05., Вуперталь, Германия 2004 г.; XII Международной научной конференции «Единое информационное пространство России: федеральный и региональный компоненты», г. Геленджик, 21-25.09. 2004 г., а также на российских конференциях: «Всероссийский конгресс полиграфистов», Санкт-Петербург, 17-18.09.2002 г; Семинар «Новые технологии и материалы для полиграфии и рекламного бизнеса», г. Петрозаводск, 03-04.03. 2003 г.; «Стратегия промышленного развития России - инновации, реструктуризация, инвестиции», Москва, 9-12.12.. 2003 г. и на ведомственных и региональных конференциях в СПб ТЭТУ в 2003-2004 гг.: Научно-практической конференции «Проблемы интеграции информационных ресурсов», июнь 2001 г ; Семинаре - совещании «Издательская деятельность вуза»; Семинаре «Двух уровневая система учебного книгоиздания», Санкт-Петербург, 12.09.2002 г.; Совещании-семинаре «Издательская деятельность вузов», Учебный центр подготовки руководителей, 16-18.12 2002 г., на семинарах: «Проблемы обеспечения системы образования качественной литературы», Пушкин, 16-19.02 2004; «Современные технологии подготовки учебных изданий для вузов», Санкт-Петербург, 15.04 2004, круглом столе: «Изменение содержания образования в области полиграфии по итогам выставки DRUPA - 2004», Москва, 17.06. 2004. и других.
Публикации. Основные результаты исследований опубликованы в 20 печатных трудах, включая монографию и статьи в 5 журналах, соответствующих перечню, рекомендованному ВАК.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы 117 наименований. Общий объем диссертации 278 стр., включая рисунки и таблицы.
2. Проблемы хранения текстовых материалов, книгоиздания и технологические процессы метауровневого управления и представления в информационных системах.
Информационные технологии в издательской деятельности ныне требуют расширения и нового осмысления в более широком ключе информационного управления, информационных проблем и технологий, связанных с книгоиздательской и полиграфической деятельностью.
В известном смысле это требование осмысления системности издательской деятельности вообще, осмысления перспектив книгоиздательской деятельности, ее дальнейшего развития в непосредственной связи с современными информационными управленческими технологиями.
Конечно, книгоиздание и полиграфия, их место в структуре современного книжного дела непрерывно изменяются [68]. В связи с внедрением компью терной техники, ее периферийных устройств и программ, все более учитывающих требования технологии книгоиздания и полиграфии, упростились многие издательские процессы, но это упрощение дало некоторые неприятные побочные моменты. В частности, ускорение издательских процессов вообще затрудняет контроль необходимой номенклатуры и содержания технической и учебной книги [69], достаточности ее выпуска, затрудняет управление книгоиздательской деятельностью на всех уровнях книжного дела [70,71].
Впервые перед издателями в полной мере встал вопрос о едином порядке подготовки и хранения текстовых библиотек, компьютерных наборов текстов книг в виде пригодном для его использования в дальнейшей работе независимо от возникновения новых технологий бумажного и электронного книгоиздания и, в первую очередь, - для издания научной книги [75,76]. Это вопрос о создании глобального хранилища научных текстов (ГХНТ). Не зря же все больше средств затрачивается не столько на программистские языки в их традиционном понимании, сколько на языки разметки. Человечество уверенно переходит в эру превалирования языков разметки, т.е. метауровневого представления текстовых наборов [72,73,77]. Уже ясно, что без такого рода перехода к новым технологиям хранения и представления текстов книгоиздание и полиграфия просто не смогут обойтись.
Кроме того, следует отметить, что структура искомого ГХНТ должна быть глобальной, всеобъемлющей, активно создающей свои взаимосвязи и варианты рубрикаций публикуемых материалов, т.е. фактически отражающей варианты текущей организации языка метаописания науки как целостной системы.
Известные современные технологии, казалось бы пригодные для создания ГХНТ могут быть представлены следующими направлениями:
- технология компании Ксерокс (как устоявшийся промышленный вариант);
- технологии, основанные на идеологиях html и xml контекстных описаний;
- технологии на базе протокола Z39.50 как дальнейшего развития xml идеологий;
- технологии неограниченно растущих ХНТ на основе системы qWord как вариант развития xml технологий, содержащий зародыш механизмов само-стрктурирования.
- подход, предложенный «автором Интернета» Тимом Беренсом Ли, как подход, претендующий на глобальное решение проблемы в виде мировой семантической сети www.symantec.org.
Надо отметить, что ни одно из перечисленных направлений не ведет к решению проблемы ГХНТ [80]. Не ведет к нему и любая комбинация этих направлений - все это не механизмы самоструктурирования, самоорганизации, но только механизмы для описания избранных контекстов и метатекстов.
Само же составление метаописания, создание структуры и метаструкту-ры как системы, по-прежнему остается на попечении человека - эксперта. Образно, говоря в терминологии телефонного коммутатора, это не идеология АТС, но идеологии более или менее удобных пультов для все той же ручной коммутации и венчает все идеология семантической сети от Тима Бернерса Ли, прямой путь к будущему саморазвалу системы, поскольку это опять не механизм зарождения структуры, но только механизм ее описания, хотя и на более высоком уровне «автоматизированной ручной структуризации».
Поэтому здесь проводится исследование проблем построения ГХНТ с самого начала постановки, начиная от выработки концепции взаимодействия реального мира, суммы промышленных технологий, собственно ГХНТ и науки как системы. На основе этой концепции взаимодействия предлагаются формальные модели и методы представления метаструктуры ГХНТ как механизма, определяемого только на концептуальном уровне и в дальнейшем «создающего самого себя». Предлагаются формальные представления метаструк туры, формальные описания ее устойчивости и изменчивости на основе введенного понятия «производной по структуре». На базе этих формализмов разработана концептуальная схема ГХНТ, как метаструктуры, определены ее основные компоненты, раскрыт, формализован и реализован механизм порождения семантики. Далее предложена схема создания центрального ядра (зародыша) будущей системы ГХНТ в виде системы синтаксически управляемого редактора - навигатора в среде метаструктуры ГХНТ, т.е. редактора, предназначенного для работы в информационной среде заранее неопределенного числа корпоративных баз данных, разработанных в идеологиях xml, Z39.50 и их усовершенствованиях. Тем самым дается вариант решения проблемы ГХНТ с использованием современных технических средств.
Предлагаемая работа направлена на решение основных технологических вопросов такого метауровневого представления, оставляющего свободу работы с текстом, практически не зависящую от требований к его дальнейшему использованию. И, тем не менее, дальнейшую проработку предложенных решений необходимо осуществлять уже на отраслевом и межрегиональных уровнях, возможно предварительно проведя отдельные исследования такой же или аналогичной направленности и по остальным направлениям, в частности, книгоиздания. Пока же в этой работе отмечаются в основном необходимые акценты внимания именно к проблемам управления изданием технической и учебной литературы. Новые носители и технологии представления информации выходят на рынок «заменителей» книги, поэтому в настоящей работе необходимо исследовать возможности их комплексного информационно увязанного использования, рассмотреть особенности и смысл интеграции издательской деятельности, связь, дополнительность или альтернативность новых решений относительно традиционных технологий книгоиздания.
Основным принципом построения современных информационных систем, с использование современных технических средств как «вообще», так и в книгоиздании в частности, является их создание в виде совокупности базы данных, системы управления базой данных и функциональных приложений.
Даже самые современные комплексы используют существующие методологии построения информационных систем (ИС), поддерживаемых CASE-средствами, предполагают фиксацию структуры баз данных и алгоритмов обработки данных, составляющих функциональные приложения. Это крайне затрудняет модификацию ИС с целью изменения ее функциональности во время последующей эксплуатации, так как фактически требует повторения цикла разработки и специального форматирования (в частности, при изменении требований к представлению хранимых текстов).
В целом проблема повышения возможности адаптации функциональности возможностей подстройки ИС к изменению требований предметной области на этапе их эксплуатации, является весьма актуальной и только совершенствованием технологий создания ИС решена быть не может - необходимо предоставить возможность варьирования структуры базы данных и содержания вычислительного процесса обработки данных, то есть иметь возможность метауправления функциональностью ИС во время ее эксплуатации.
Существенно, что такой подход будет только тогда эффективным, когда пользователь будет осуществлять метауправление, оперируя терминами своей предметной области. В соответствии с предлагаемым подходом совокупность структур хранения данных и алгоритмов выполнения типовых операций обработки данных можно рассматривать как алфавит ИС.
При метауправлении со стороны пользователя алфавиту ставится в соответствие метаописание понятийной модели предметной области и типовых операций обработки предметных данных, с использованием которых пользователь и формирует метаописания структуры базы данных и сведений, определяющих содержание процессов обработки предметных данных.
Таким образом, суть метауправления функциональностью ИС, в частности, для книгоиздания заключается в возможности задания метаописаний компонентов ИС, определяющих ее функциональность на предметно-ориентированном дескрипторном языке. Выполнение метаописаний должно приводить к получению результатов решения прикладных задач, а при необходимости - и к изменению используемых структур хранения данных. Если в ИС с метауправлением к тому же имеется возможность варьирования ее алфавита, то такая ИС по определению будет синтаксически вариантной.
Хранилище научных текстов как информационную структуру предлагается воспринимать как активную структуру, меняющуюся под воздействием потока внешних сообщений. Для этого необходимо, чтобы был явно выделен этап контроля и соотнесения с соответствующими реалиями структуры некоторого ХНТ, которое должно быть изначально упорядочено, но допускать возможность своего постоянного изменения под действием потока внешней информации.
До сих пор эта задача решалась сообществами экспертов, фактически реализовавших технологии подготовки и структурирования хранилища. Однако с развитием средств публикации и Интернета, давление публикационного спама возрастает и возможности экспертов уже не позволяют справиться с указанной проблемой. Кроме того, с увеличивающимся ростом разнообразия и сложности научных проблем все большее значение приобретает критерий практической преемственности идей, роль эксперта отдается реалиям принятых промышленных технологий, системе отделенной от науки и существующих ХНТ.
Функция первичного упорядочения и поиска нужных материалов ныне должна принадлежать самому хранилищу. Помимо функции упорядочения, ХНТ осуществляет и другую обязательную для существования науки функцию. Оно является средой, где формируется и отлаживается метаязык описания науки, причем не только и не столько в специальной терминологии, сколь ко в самой его структуре. Чтобы осуществлять эту функцию хранилище должно быть не только активным, но и глобальным, воспринимающими всю доступную совокупность текстов и все (разумеется, опосредовано) воздействия окружающего мира на структуру науки и ее публикационного представления, т.е. взаимодействия мира физического и всех систем - компонентов цивилизации.
Таким образом, в настоящей работе встает проблема создания представления ГХНТ как открытой системы, системы, активность которой проистекает не из некоторого предписанного алгоритма, но как необходимая реакция на каждое конкретное информационное воздействие. Поэтому в настоящем исследовании описаны основы построения информационных систем с мета-управлением их функциональностью, базирующиеся на развитии моделей и методов представления и обработки знаний, определения синтаксической вариантности и метода управления применительно к организации функционирования информационных систем.
Метааксиомы и метамодели
Далее надо обозначить смысл введения и употребления понятий метааксиомы и метамодели. Фактически они присутствуют в науке со времен формирования Ньютоновской механики, однако явно употребляются крайне редко, по причине их избыточности, вернее излишества для большинства аксиоматических построений. Поэтому сделаем это по материалам работы [9].
Метааксиома - аксиома, сформулированная в концепции теории и явно не присутствующая в логических выводах и теоремах. Напротив, аксиомы геометрии, алгебры, логики, любой формальной теории явно используются в выводах теорем. Концепция классической механики и большинства физических теорий основывается на положении, что любое физическое взаимодействие описывается функциями, которые заданы вместе со всеми производными и все они «гладкие» в определенном смысле. Физически это означает не существование бесконечных концентраций энергии. Фактически достаточно указать это положение единожды в формулировке концепции. Отдельное его выделение в качестве метааксиомы попросту не нужно. В нашем же феноменологиче ском построении введение понятия метааксиомы оказывается конструктивным, полезным и просто необходимым.
Сходная ситуация складывается и с понятием «метамодель». К примеру, в современной физике явно обозначаются три главные метамодели, обслуживающие микромасштаб (микромир), макромасштаб и мегамасштаб (космологию). Далее выстраивается иерархия метамоделей, обслуживающих различные совокупности явлений и/или их аспектов (то есть разделы физики) в рамках указанной «иерархии масштабности». Здесь следует отметить фундаментальное свойство метамоделей физики - все они классифицируются в единой метрической шкале линейного масштаба скорости или энергии взаимодействия, принадлежат некоторому метрическому пространству.
Однако в интересующих нас по сути исследования открытых системах ситуация с их представлением принципиально иная. Вспомним, что иерархия масштабов и метамоделей была порождена кризисом классической физики, когда оказалось, что совокупность наблюдаемых явлений уже не помещается в рамки одной метамодели классической механики - взаимодействия совокупности материальных точек, помещенных в некоторый абсолютно пустой и нейтральный по всем взаимодействиям «декартов ящик».
В известной степени аналогично, в последние годы стало общепризнанным, что открытая система (например, популяция) на протяжении своего существования не представима в шкале с унитарной метрикой. То есть метамодель отдельной открытой системы непредставима в метрическом пространстве, но только в ультаметрическом. На разных отрезках истории существования системы ее метрика (шкалы представления) различна. Разумеется, различные системы, образующие Природу, тем более непредставимы в едином унитарном метрическом пространстве.
Ясно, что после этого из назначенных представлений всегда будут получаться какие-то цифры, статистика, будут получаться какие-то выводы и уравнения, иногда дающие результаты, совпадающие с экспериментом, что вполне понятно и объяснимо именно потому, что независимо от истинной сущности полученного, всегда можно подобрать аппарат, дающий интерпретацию, похожую на разумную. К примеру, при так называемой «раскопке данных» (Data mining) всегда можно найти какие-нибудь законы. Но потом, на следующем этапе существования, вдруг эти представления обращаются в прах, и все оказывается «совсем не по теории».
Здесь достаточно напомнить, что Природа, состоящая из открытых систем, без вмешательства человека (или катастроф космического масштаба) существует миллионы лет, ее системы как-то «договариваются» и «понимают» друг друга в процессе взаимного существования. Это означает, что существует некоторая «общая мера» устройства и формирования шкал и представлений, общая и для отдельной открытой системы, и для их совокупностей. Соответственно, таковой мерой не может быть количество само по себе (количество некоторой физической величины, количественные характеристики структуры), но только принцип изменяющейся организации (самоконструирования) метаструктур открытых систем. В каждом конкретном случае, для отдельной системы, для систем одного типа эта организация имеет количественное выражение - число уровней метаструктуры, количество уровней соподчиненных структур и т.д., вплоть до «количества данных», но это уже не принципиально, вторично, постфактум для конкретной системы или даже отдельного временного отрезка ее существования. Эти количественные оценки означают, что рассматривается уже не открытая система, а некоторая произвольно замкнутая ее модель.
Модель структуры организации учебного процесса
Для формирования целевого управления как задачи обеспечения соответствия структуры технических средств вуза структуре, фактически требуемой стандартом на обучение, перейдем от концептуальной модели (1) к развернутому представлению модели требуемой структуры организации учебного процесса. Ясно, что это надо сделать с учетом пересечения требований к изучению одинаковых базовых учебных дисциплин для различных специальностей. В связи с достаточно сложной многоуровневой индексацией необходимой для модели общего случая, ограничимся записью только для случая пересечения учебных дисциплин двух специальностей, которая по аналогии может быть расширена для записи необходимого число различных специальностей, изучаемых в одном вузе.
Такое представление предлагается как интегральная (обобщенная) модель (2) на отдельной схеме (рис. 2.1) с теми же обозначениями, что и в концептуальной модели (1). В модели (2) выделяется область пересечения Sn.j и5да в которой отдельно рассматриваются изменения, происходящие: - с пересекающимися (одинаковыми) дисциплинами, предусмотренными для изучения в Sn.i и Sn ,которые количественно от пересечения никак не изменяются (потоковая организация лекций не имеет отношения к их компьютерной поддержке); - с семестровым временем Tk, предусмотренным в каждой отдельной дисциплине п-й специальности для ее изучения, которое, так как речь идет о техническом обеспечении учебного процесса, суммируется при пересечении учебных дисциплин, а не поглощается, как это имеет место при организации потоковых лекций; f - с предписаниями М - которые в данной на модели нотации указывают на различное предварение друг другу пересекающихся дисциплин для Sn.j и Фактически на рис. 2.1 приведена обобщенная модель структуры обеспечения учебного процесса на уровне количества, загрузки и последовательности прохождения учебных дисциплин любого вуза через имеющиеся в нем технические средства обеспечения учебного процесса, т.е. задание требований к их работе с учетом одновременности прохождения занятий и предписаний на последовательность изучения отдельных курсов.
Совершенно ясно, что все данные для реального построения структуры технических средств содержатся в ГОС, и задача принципиально имеет некоторое множество решений. Из них необходимо выбрать оптимальное по минимуму используемых технических средств при полном обеспечении «вре-менны х» (по предоставляемым объемам времени при указанных требованиях по одновременности и последовательности проведения занятий) и «мощност-ных» (по вычислительным мощностям отдельных технических средств и их групп) требований к обеспечению отдельных дисциплин.
Не менее ясно, что оптимальность должна быть соблюдена при условии учета морального и технического старения технических средств, снятием их фирмами производителями с поддержки по комплектующим, т.е. с учетом временных перспектив использования тех или иных моделей техники. Дополнительным ограничением является и необходимость предоставления учащимся равных условий (одинаковых мощностей технических средств) при проведении групповых занятий, что характерно для современного вузовского обучения. Таким образом, перед нами встает достаточно сложная задача оптимизации объекта, заданного не функционально, но структурно и с достаточно жесткими временными и целочисленными ограничениями. Таким образом, на примере структуры вузовской техники рассматривается подход классического толка, при котором искомая метаструктура ищется как решение задачи оптимизации полносетевой структуры. Т.е. рассматривается задача удовлетворения требований ГОС как задача оптимизации этой структуры. Понятно, что задача имеет вычислимые решения, образующие транзитивные области, т.е. задача разрешима. Проблема, однако, состоит в том, что разрешимость целиком определяется тем, что необходимо задание системы первичных критериев. А этого в случае ГХНТ никак не может быть, ибо некому сформулировать такой критерий.
Комплексная система для работы с документами XEROX DigiPat
Система для работы с бизнес-документами Xerox DigiPath [78,79] представляет собой набор программных и аппаратных модулей, позволяющих построить масштабируемый сетевой комплекс, обеспечивающий работу с документами, включая такие функции как: - перевод документов в электронный вид (сканирование многостраничных документов с автоматической подачей оригиналов и созданием единого объекта); - улучшение качества документа в автоматическом и ручном режимах («уборка мусора», - оформление документа (создание структуры документа, включая создание глав, разделов, обложек, вставок, разделителей, использование различных бумаг, табуляторов и т.п.) - подготовка к печати (печать полностью оформленного ранее документа «одним нажатием» без дополнительных настроек). - распределенный архив: - создание своих учетных карточек или использование образца, - регистрация документа в картотеке, - слияние, разделение картотек, - сетевая архитектура архива «равный с равным» (peero-peer), - доменный поиск по картотеке, - использование уже установленных серверов для хранения документов, - поддержка online и off-line моделей архивов, - доступ через интранет/интернет: - просмотр документов в готовом к печати виде, - просмотр слайдов страниц, структуры и свойств документов, - печать из интернет-броузера, - поиск по картотеке, - получение черновой копии документа (PDF) для локальной печати и передачи, - оптимизация при продуктивной печати документов за счет полной поддержки Xerox Job Ticket и РРР (Production Print Path) и другое. Программное обеспечение DigiPath Production Software Программное обеспечение DigiPath Production Software представляет собой единый дистрибутивный комплект, с помощью которого может быть установлен любой набор приложений DigiPath с любой из возможных лицензий. Дистрибутивный комплект записан на CD-ROM. Программное обеспечение может быть установлено в среде операционной системы Windows. Возможны следующие конфигурации при установке программного обеспечения: - рабочая станция DigiPath Scan & MakeReady (SMR), для перевода до кументов в электронный вид, оформления электронных документов и подго товке к печати.
Подразумевается, что станция SMR комплектуется высокопроизводительным настольным сканером Doculmage 620s с автоматической дуплексной подачей оригиналов, - рабочая станция DigiPath Library Station (L), для работы с распределенным архивом документов (эти возможности могут быть объединены с SMR), - рабочая станция DigiPath Access Only (АО), для поиска, просмотра и печати документов в архиве, - сервер DigiPath Web Viewing & Submission (WVS), для обеспечения работы архива и типографии через интранет/ интернет (неограниченное количество клиентов). Рассматриваемых комплекс включает следующие приложения DigiPath: - Document Scan&Makeready (Document Assembler . инструмент для создания и модификации документов), - Document Library (Document Explorer . инструмент для манипуляций с документами внутри домена и регистрации документов в архиве), - Library Administrator (набор инструментов администратора архива), - Quick Print (утилита быстрой печати документов через РРР -«production print path»), - Library Search Criteria (инструмент для создания собственных образцов учетных карточек), - Library Search ( Document Locator . инструмент для поиска документов в архиве, допускает использование образцов и заранее подготовленных запросов), - Scanner Support (инструмент для профилактики и обслуживания сканера), - Batch Tool (утилита для печати и копирования документов в домене по заранее составленному и исполняемому в реальном времени расписанию) Аппаратная поддержка архива Для хранения документов и каталогов в системе DigiPath могут использоваться встроенные жесткие диски компьютеров и различные типы сменных носителей, включая CD-ROM. При построении защищенных распределенных архивов, хранящих сотни тысяч и миллионы страниц документов, DigiPath поддерживает три базовые модели, для которых может быть поставлено дополнительное аппаратное обеспечение: Базовые возможности DigiPath Список основных операций, поддерживаемых DigiPath, весьма широк: - перевод бумажных документов в электронный вид, - прием электронных документов (компьютерных файлов), - оформление документов произвольного вида и по заранее составленным образцам, - обработка электронных документов с целью повышения качества (копия лучше оригинала), - настройка учетной карточки, - регистрация документов с помощью учетных карточек, - создание архива электронных документов, - поиск зарегистрированных документов в архиве по данным карточек, - автоматическая распечатка документов по расписанию, - расширенные возможности по учету напечатанных документов и других операций, - полный или частичный доступ к зарегистрированным документам по локальной и/или глобальной компьютерным сетям, - подборка материалов из различных документов в один, - продвинутые возможности редактирования документов, - импорт и экспорт документов в другие системы и приложения, - оформление документа (вставки, обложки, скрепление, специальные страницы, спуск полос, увеличение/уменьшение, сдвиг, смена форматов печати и другие возможности), - надпечатка заранее подготовленных материалов, - печать на различных сортах бумаги и на специальных материалах (прозрачные и цветные синтетические пленки, самоклеющиеся этикетки и т.п.), - печать документов с автоматической сортировкой (листоподбор) и финишным оформлением:
Методологии и технологии проектирования ИС
Методологии, технологии и инструментальные средства проектирования (CASE-средства) составляют основу проекта любой ИС. Методология реализуется через конкретные технологии и поддерживающие их стандарты, методики и инструментальные средства, которые обеспечивают выполнение процессов ЖЦ. Технология проектирования определяется как совокупность трех составляющих: пошаговой процедуры, определяющей последовательность технологических операций проектирования (рис. 4.3); критериев и правил, используемых для оценки результатов выполнения технологических операций; нотаций (графических и текстовых средств), используемых для описания проектируемой системы. М етодические материалы, инструкции, нормативы и стандарты, критерии оценки Исходные данные результатов Технологическая операция . стандартном представлении в стандартном представлении (документы, рабочие материалы, результаты А предыдущей операции) Исполнители, программные и текнические средства . Представление технологической операции проектирования
Технологические инструкции, составляющие основное содержание технологии, должны состоять из описания последовательности технологических операций, условий, в зависимости от которых выполняется та или иная операция, и описаний самих операций. Технология проектирования, разработки и сопровождения ИС должна удовлетворять следующим общим требованиям: технология должна поддерживать полный ЖЦ ПО; технология должна обеспечивать гарантированное достижение целей разработки ИС с заданным качеством и в установленное время; технология должна обеспечивать возможность выполнения крупных проектов в виде подсистем (т.е. возможность декомпозиции проекта на составные части, разрабатываемые группами исполнителей ограниченной численности с последующей интеграцией составных частей). Опыт разработки крупных ИС показывает, что для повышения эффективности работ необходимо разбить проект на отдельные слабо связанные по данным и функциям подсистемы. Реализация подсистем должна выполняться отдельными группами специалистов. При этом необходимо обеспечить координацию ведения общего проекта и исключить дублирование результатов работ каждой проектной группы, которое может возникнуть в силу наличия общих данных и функций; технология должна обеспечивать возможность ведения работ по проектированию отдельных подсистем небольшими группами (3-7 человек). Это обусловлено принципами управляемости коллектива и повышения производительности за счет минимизации числа внешних связей; технология должна обеспечивать минимальное время получения работоспособной ИС. Речь идет не о сроках готовности всей ИС, а о сроках реализации отдельных подсистем. Реализация ИС в целом в короткие сроки может потребовать привлечения большого числа разработчиков, при этом эффект может оказаться ниже, чем при реализации в более короткие сроки отдельных подсистем меньшим числом разработчиков. Практика показывает, что даже при наличии полностью завершенного проекта, внедрение идет последовательно по отдельным подсистемам; технология должна предусматривать возможность управления конфигурацией проекта, ведения версий проекта и его составляющих, возможность автоматического выпуска проектной документации и синхронизацию ее версий с версиями проекта; технология должна обеспечивать независимость выполняемых проектных решений от средств реализации ИС (систем управления базами данных (СУБД), операционных систем, языков и систем программирования); технология должна быть поддержана комплексом согласованных CASE-средств, обеспечивающих автоматизацию процессов, выполняемых на всех стадиях ЖЦ. Реальное применение любой технологии проектирования, разработки и сопровождения ИС в конкретной организации и конкретном проекте невозможно без выработки ряда стандартов (правил, соглашений), которые должны соблюдаться всеми участниками проекта. К таким стандартам относятся следующие стандарт проектирования; стандарт оформления проектной документации; стандарт пользовательского интерфейса. Стандарт проектирования должен устанавливать: набор необходимых моделей (диаграмм) на каждой стадии проектирования и степень их детализации; правила фиксации проектных решений на диаграммах, в том числе: правила именования объектов (включая соглашения по терминологии), набор атрибутов для всех объектов и правила их заполнения на каждой стадии, правила оформления диаграмм, включая требования к форме и размерам объектов, и т. д.; требования к конфигурации рабочих мест разработчиков, включая настройки операционной системы, настройки CASE-средств, общие настройки проекта и т. д.; механизм обеспечения совместной работы над проектом, в том числе: правила интеграции подсистем проекта, правила поддержания проекта в одинаковом для всех разработчиков состоянии (регламент обмена проектной информацией, механизм фиксации общих объектов и т.д.), правила проверки проектных решений на непротиворечивость и т. д. Стандарт оформления проектной документации должен устанавливать: комплектность, состав и структуру документации на каждой стадии проектирования; требования к ее оформлению (включая требования к содержанию разделов, подразделов, пунктов, таблиц и т.д.), правила подготовки, рассмотрения, согласования и утверждения документации с указанием предельных сроков для каждой стадии; требования к настройке издательской системы, используемой в качестве встроенного средства подготовки документации; требования к настройке CASE-средств для обеспечения подготов ки документации в соответствии с установленными требованиями. Стандарт интерфейса пользователя должен устанавливать: правила оформления экранов (шрифты и цветовая палитра), состав и расположение окон и элементов управления; правила использования клавиатуры и мыши; правила оформления текстов помощи; перечень стандартных сообщений; правила обработки реакции пользователя.
