Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 7
1. АНАЛИЗ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ 16
1.1. Современное состояние автоматизации управления
территориально-распределснньш предприятием 16
1.1.1. Применение процессного подхода при управлении
территориально-распределснньш предприятием 17
1.1.2. Основные задачи и используемые средства при создании
информационных систем управления предприятием 21
1Л.З. Анализ возможных проблем при внедрении информационных
систем управления предприятием 24
1.2. Применение сервис-ориентированного подхода для построения
информационной системы управления территориально-распределенного
предприятия 25
Сервис-ориентированные архитектуры 25
Обзор основных сервис-ориентированных технологий 28
1,23. Архитектура OGSA и Grid сервисы 29
1,2 А Обзор систем, построенных с применением сервис-
ориентированных технологий 31
1.2.5, Анализ достоинств и недостатков сервис-ориентированного
подхода при построении информационно-управляющих систем 33
1.3. Основные подходы к моделированию и анализу бизнес-процессов
предприятия 38
Основные положения в теории сетей Петри 39
Основные свойства сетей Петри и методы их анализа 41
Преимущества при использовании сетей Петри 43
1.4. Объектно-ориентированные сети Петри 45
1.4Л. Примеры существующих объектно-ориентированных сетей
Петри 45
1A2. Основные критерии, предъявляемые к объектно-
ориентированным сетям Петри 48
1,5. Выводы по главе 50
2. ПОСТРОЕНИЕ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩЕЙ СИСТЕМЫ
ТЕРРИТОРИАЛЬНО-РАСПРЕДЕЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ 52
2Л, Особенности функционирования территориально-распределенного
предприятия, как объекта управления 52
2.1Л. Организационная структура системы управления
территориально-распределенного предприятия 52
2Л.2. Основные задачи управления территориально-распределенным
предприятием 57
2Л,3. Специфика управления территориально-распределенным
предприятием 58
2.2. Разработка структуры системы управления территориально-
распределенным предприятием с применением процессного и сервис-
ориентированных подходов 60
23. Построение архитектуры информационно-управляющей системы
территориально-распределенного предприятия 67
2.3Л. Требования к архитектуре информационно-управляющей
системы территориально-распределенного предприятия 68
2,3.2. Основные компоненты архитектуры информационно-
управляющей системы 70
23 3. Преимущества архитектуры информационно-управляющей системы, построенной с применением сервис-ориентированных
технологий 73
2,4. Выводы по главе 75
3. МЕТОДИКА АНАЛИЗА И МОДЕЛИРОВАНИЯ СЕРВИС-
ОРИЕНТИРОВАННЫХ СИСТЕМ, ПОСТРОЕННАЯ НА ОСНОВЕ
АППАРАТА СЕТЕЙ ПЕТРИ 77
3.1. Методика анализа и моделирования работы сервис-
ориентированных систем 77
3.2. Анализ и моделирование потока сообщений в сервис-
ориентированных системах 8 і
3.2. L Некоторые определения 81
3.2.2. Анализ и моделирование потока сообщений с помощью
обыкновенных сетей Петри 83
3-3. Расширение аппарата G-сетей Петри с целью анализа и
моделирования потока сообщений в сервис-ориентированных системах,.86
З.ЗЛ, Расширение G-сети для моделирования на уровне классов и
объектов 86
3.3.2- Расширение G-сети для поддержки принципов инкапсуляции92
Определение полей объекта и методов для работы с ними 93
Синхронизация методов в G-сети 95
Конструкторы объектов и инициализирующий объект системы 98
33,6. Расширение аппарата G-сетей с помощью механизма
наследования 98
3.3.7, Моделирование различных форм наследования 103
3.3.8. Исследование проблемы аномалий при наследовании 105
ЗА Формальное определение сервис-ориентированной SG-системы 108
ЗА1. Коммуникационная инфраструктура сервис-ориентированной
SG-системы 112
3.4.2 Передача сообщений в сервис-ориентированной SG-системеІ 14
ЗАЗ. Детальная модель основных модулей сервиса 119
Сравнительная характеристика расширенных G-сетей Петри 120
Выводы по главе 123
4. РАЗРАБОТКА ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ И ПРАКТИЧЕСКОЕ
ПРИМЕНЕНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ МОДЕЛЕЙ 124
Разработка программных средств, упрощающих процесс принятия решений по управлению бизнес-процессами предприятия 124
Анализ расширенных G-сетей Петри с помощью языка Пролог.. 126
4.2.1. Представление предикатных сетей на языке Пролог 126
4.2.2. Варианты задания основных структурных элементов
расширенных G-сетей с помощью клозов языка Пролог 130
Построение графа достижимых состояний с помощью языка Пролог 133
Верификация G-систем с использованием временной логики, интерпретируемой на языке Пролог 137
4.3. Пример построения сервис-ориентированной системы на крупном
территориально-распределенном предприятии 139
Описание сервис-ориентированной системы 139
Анализ модели сервис-ориентированной системы 141
Построение мобильного клиента для распределенной сервис-ориентированной системы 144
Экономический эффект от внедрения сервис-ориентированной системы на предприятии 146
4.4. Выводы по главе 149
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 150
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 152
ПРИЛОЖЕНИЯ 164
Приложение 1. Системы, построенные с применением сервис-
ориентированных технологий 165
Приложение 2. Объектно-ориентированные G-сети Петри 175
Приложение 3. Расширение формата PNML для хранения предикатных
сетей Петри 180
Приложение 4. Интерпретация формул темпоральной логики и
исследование сетевых моделей на языке Пролог 183
Приложение 5. Методика тестирования и внедрения сервис-
ориентированных технологий в территориально-распределенных
организациях 196
Приложение 6. Пример представления моделей сервис-ориентированной
системы с помощью языка Пролог 201
Приложение 7. Схема взаимодействия мобильного клиента с сервис-
ориентированной системой 209
Приложение 8. Акты об использовании результатов диссертационной
работы 210
Введение к работе
В современных условиях одним из основных направлений повышения эффективности управления предприятием является использование автоматизированных информационно-управляющих систем. В данной работе рассматриваются вопросы автоматизации управления территориально-распределенным промышленным предприятием (ТРПП) на основе бизнес-процессного и сервис-ориентированного подходов.
Приведем формальное определение сервисно-ориентированной архитектуры, которое сформулировано специалистами корпорации IBM [17]: «СОА — это прикладная архитектура, в которой все функции определены как независимые сервисы с вызываемыми интерфейсами. Обращение к этим сервисам в определенной последовательности позволяет реализовать тот или иной бизнес-процесс». С точки зрения разработчиков, ту же мысль можно передать несколько иными словами: СОА — это компонентная модель, в которой разные функциональные единицы приложений, называемые сервисами, взаимодействуют по сети посредством интерфейсов. При этом интерфейсы должны быть нейтральными к специфике реализации сервиса, которые определяются аппаратной платформой, операционной системой, языком программирования. Подобный нейтралитет обеспечивает универсальность взаимодействия сервисов в разнородной (гетерогенной) среде, а сервисы, интегрированные посредством таких интерфейсов, являются слабо связанными.
Отметим несколько категорий организаций, обладающих большим количеством территориально удаленных подразделений, и которым применение распределенных сервис-ориентированных технологий могло бы дать целый ряд существенных преимуществ. К таким организациям можно отнести кредитные организации, страховые компании, крупные производственные предприятия, торговые организации, администрации крупных городов и областей и др,
Следует отметить важную особенность ТРПП - это территориальная удаленность подразделений друг от друга, И как следствие возникает проблема эффективного построения бизнес-процессов в организации для улучшения качества предоставляемых услуг.
Перечислим ряд задач в таких организациях, которые требуют привлечения большого объема данных и вычислительных ресурсов для своего решения. Это задачи оперативного финансового анализа, задачи сбора статистической отчетности [103] и др. К крупномасштабным задачам можно также отнести вопросы, связанные с обеспечением доступа к разнородным ресурсам предприятия [1],
Автоматизация бизнес-процессов ТРПП на основе сервис-ориентированного подхода (когда отдельные стадии обработки заявки клиента реализуются в виде сервисов) дает следующие преимущества: возможность построения единой масштабируемой инфраструктуры предприятия, улучшение взаимодействия между подразделениями, возможность оперативного анализа распределенных данных, улучшение качества обслуживания клиентов,
В системах, построенных на принципах СОА, высокоуровневые прикладные компоненты, сервисы, взаимодействуют друг с другом и формируют сложные бизнес-приложения. И чем активнее внедряются принципы СОА в ИТ-инфраструктурах, которые поддерживают актуальные задачи науки и бизнеса, тем критичнее проблема контроля над работой приложений, построенных в соответствии с архитектурой СОА [81].
Системы, построенные в соответствии с новейшими распределенными технологиями, представляют собой совокупности большого числа объектов, взаимодействующих с помощью сообщений, и находящихся между собой в отношениях различных типов. Вопросам анализа и оптимизации вычислительных систем посвящены работы многих отечественных и зарубежных ученых, таких как: С.В. Назаров, Н.Н. Гурин, ЯЛ. Коган, Л.Б. Богуславский, А,И. Ляхов, А.В. Костров, Ю.Б. Сениченков, Б.Я. Советов,
СЛ. Яковлев, К. Jensen, van der Alst, J. Rumbaugh и др. Методам построения распределенных информационно-управляющих систем, базирующихся на объектно-ориентированных моделях, посвящены работы JLA. Калиниченко, В.П Иванникова, К.В. Дышлевого, В.И. Задорожного, Д.К.Шмидта, С.Виноски, Д.Суда, Ю.Б, Колесова, С. Lakes, Y,K. Lee, A. Perkusich, S, Philippi и др.
Надо отметить, что объектно-ориентированные методы моделирования и анализа распределенных систем применяются сравнительно недавно [88]. При этом существующие объектно-ориентированные аппараты имеют как свои преимущества, так и недостатки, В этой связи, проблема разработки комплексной методики построения и анализа моделей бизнес-процессов распределенной организации представляется весьма актуальной. Опираясь на труды предшественников, автор диссертационной работы видит путь к её решению в применении аппарата сетей Петри для описания, моделирования и анализа бизнес-процессов территориально-распределенного предприятия.
Решению вопросов анализа и управления бизнес-процессами ТРПП посвящается настоящая работа.
Целью диссертационной работы является исследование и разработка моделей, методик и средств для автоматизации управления территориально-распределенным предприятием на основе бизнес-процессного и сервис-ориентированного подходов.
Объектом исследования являются крупные предприятия, обладающие большим количеством территориально-удаленных подразделений.
Предмет исследования - автоматизация управления ТРПП на основе бизнес-процессного и сервис-ориентированного подходов.
Методы исследования. Общая теоретическая база решения поставленных задач основана на использовании методов теории формальных систем, математической логики (логики предикатов, темпоральной логики), теории множеств, теории графов, теории и аппарате сетей Петри.
Научная новизна полученных результатов.
Представленная на защиту диссертация является обобщением проведенных автором исследований и разработок, в результате которых решена научная проблема создания информационно-управляющих систем для территориально-распределенных предприятий с применением сервис-ориентированных технологий и моделирующих средств, дающих возможность снизить затраты и повысить эффективность управления крупными предприятиями.
Конкретные результаты, обладающие новизной, заключаются в следующем:
Разработана структура системы управления ТРПП, Важными составляющими системы управления являются: сервис-ориентированная среда, позволяющая автоматизировать исполнение распределенных бизнес-процессов, и моделирующий комплекс, основанный на аппарате обыкновенных и объектно-ориентированных сетей Петри и позволяющий упростить механизм принятия решений по управлению бизнес-процессами предприятия.
Разработана архитектура информационно-управляющей системы ТРПП на основе бизнес-процессного и сервис-ориентированного подходов. Данная архитектура включает как традиционные подсистемы управления (систему класса ERP, системы оперативного учета, систему автоматизации документооборота), так и сервис-ориентированную надстройку, позволяющую организовать единую информационную инфраструктуру территориально-распределешюго предприятия. Предложенная многоуровневая архитектура дает возможность применять программные продукты различных вендоров и строить легко масштабируемую информационно-управляющую систему предприятия.
3. Разработана методика описания, моделирования и анализа бизнес-
процессов, построенная на основе обыкновенных и объектно-
ориентированных сетей Петри и позволяющая автоматизировать процесс
принятия решений по управлению территориально-распределенным предприятием,
4. Введены новые понятия, позволяющие расширить аппарат объектно-
ориентированных G-сетей Петри, такие как: «сервис», «экземпляр сервиса»,
«сеть-наследник». Данные понятия позволяют описывать и анализировать
сервис-ориентированные детали реализации бизнес-процессов
территориально-распределенного предприятия.
Практическая ценность результатов диссертационной работы заключается в использовании предлагаемой методики, моделей и алгоритмов для моделирования и анализа бизнес-процессов крупных территориально-распределенных предприятий.
Использование результатов диссертационной работы позволяет повысить эффективность управления ТРПП, снизить затраты на автоматизацию процессов управления, и в том числе позволяет:
1. Упростить механизм принятия решений по управлению бизнес-
процессами предприятия и по улучшению взаимодействия территориально-
удаленных подразделений в крупной организации.
Производить проверку логической корректности формальной модели бизнес-процессов (проверка наличия тупиковых ситуаций, зацикливаний, мертвых переходов) за счет разработанных математических подходов.
Сократить временные затраты на анализ и моделирование бизнес-процессов ТРПП за счет разработанных программных средств.
Повысить качество и скорость электронного документооборота в ТРПП, за счет внедрения сервис-ориентированной информационно-управляющей системы, дающей возможность оперативного обмена статистической, финансовой и прочей информацией между территориально-удаленными подразделениями.
Практическая значимость диссертации подтверждается актом о внедрении результатов исследования в ЗАО «Вологдаметаллострой» (г. Вологда).
Основные положения, выносимые на защиту:
Ь Структура системы управления ТРПП, построенная с применением сервис-ориентированных технологий. Отличительной чертой разработанной структуры является наличие моделирующего комплекса, основанного на аппарате обыкновенных и объектно-ориентированных сетей Петри. Предложенная структура и моделирующий комплекс позволяют упростить механизм принятия решений по управлению бизнес-процессами предприятия и повысить эффективность управления организацией в целом.
2. Архитектура информационно-управляющей системы ТРПП,
построенная на основе бизнес-процессного и сервис-ориентированного
подходов. Предложенная архитектура включает сервис-ориентированную
надстройку, позволяющую эффективно автоматизировать распределенные
бизнес-процессы. Данная архитектура дает возможность построить легко
масштабируемую ИУС предприятия и снизить затраты при реализации ИУС
в ТРПП.
Методика описания, моделирования и анализа бизнес-процессов предприятия, построенная на основе обыкновенных и объектно-ориентированных сетей Петри. Предложенная методика предполагает исследование бизнес-процессов на нескольких уровнях абстракции: на уровне статической модели, на уровне описания бизнес-процессов и на уровне сервисов. Основные задачи предлагаемой методики, решаемые с целью эффективного управления бизнес-процессами предприятия: проверка логической корректности предложенной модели бизнес-процессов, определение узких мест и возможных конфликтов при реализации бизнес-процессов.
Расширенный аппарат объектно-ориентированных G-сетей Петри, включающий новые понятия, такие как: «сервис», «экземпляр сервиса», «сеть-наследник». Предложенные понятия позволяют в терминах сетей Петри описывать распределенные бизнес-процессы предприятия, основанные на сервис-ориентированном подходе.
5. Программная система, упрощающая процесс принятия решений по управлению бизнес-процессами предприятия. Данная система позволяет моделировать и анализировать бизнес-процессы предприятия с использованием аппарата обыкновенных и расширенных G-сетей Петри. Отличительной чертой разработанной системы является возможность автоматической генерации верифицирующих Пролог программ и сохранения построенных моделей в виде PNML представления.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений.
В первой главе проведен анализ и исследование систем, построенных на основе сервис-ориентированных технологий, приведен обзор применяемых технологий. Также описано понятие «бизнес-процесса». Далее рассматриваются формальные аппараты для описания потока заданий в многокомпонентных системах. Более подробно рассматривается аппарат сетей Петри, используемый в данной работе при построении формализованных моделей бизнес-процессов предприятия.
Во второй главе сформулированы основные особенности функционирования тсрриториально-распределенного предприятия, как объекта управления. Сложная иерархическая организационная структура требует рассмотрения вопросов построения эффективной структуры управления предприятием. Важными составляющими разработанной системы управления являются: сервис-ориентированная среда, позволяющая автоматизировать исполнение распределенных бизнес-процессов, и моделирующий комплекс, основанный на аппарате обыкновенных и объектно-ориентированных сетей Петри и позволяющий упростить механизм принятия решений по управлению бизнес-процессами предприятия. Также в главе описана типовая архитектура информационно-управляющей системы территориально-распределенного предприятия, построенная с применением бизнес-процессного и сервис-ориентированного подходов.
В третьей главе рассматривается методика описания, моделирования и анализа бизнес-процессов предприятия, построенная на основе сервис-ориентированного подхода. Разработанная методика анализа предлагает исследовать разрабатываемую сервис-ориентированную систему на нескольких уровнях абстракции: на уровне статической модели, на уровне описания бизнес-процессов и на уровне сервисов. В главе приведен способ описания потока сообщений при реализации бизнес-процесса с помощью обыкновенных сетей Петри. Далее рассматривается расширение объектно-ориентированных G-сетей с помощью дополнительных объектно-ориентированных механизмов (инкапсуляция, наследование, динамическое создание экземпляров объектов и сервисов, хранение полей объекта и др.). В конце главы описан аппарат сервис-ориентированных сетей Петри, построенный на основе модифицированных объектно-ориентированных G-сетей, и описывается детальная модель сервиса.
Четвертая глава посвящена разработке программной системы, упрощающей процесс принятия решений по управлению бизнес-процессами предприятия, а также вопросам практического применения рассматриваемых методик и инструментальных средств. В качестве примера построена сервис-ориентированная модель бизнес-процессов предприятия и проведен анализ построенной модели.
Основные положения и отдельные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
1. Общероссийская научно-техническая конференция "Вузовская наука-
региону" (Вологда, 2004; Вологда, 2005).
Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов "Молодые исследователи - региону" (Вологда, 2003; Вологда, 2004; Вологда, 2005; Вологда, 2006).
Международная научно-техническая конференция "Повышение эффективности теплообменных процессов и систем" (Вологда, 2004),
4. Международная конференция "Современные технологии обучения
«СТО-2005»" (Санкг Петербург, 2005).
Всероссийская научно-практическая конференция "Образование, наука, бизнес: особенности регионального развития и интеграции" (Череповец, 2005).
Международная конференция "Применение новых технологий в образовании" (Троицк, 2005).
7. Семинары аспирантов на кафедре АВТ ВоГТУ.
По теме диссертационной работы опубликовано 9 печатных работ, в которых полностью отражены полученные результаты.
