Введение к работе
Актуальность. Широкое применение автоматизированных ин
формационно-управляющих систем (АИУС) в различных обла
стях народного хозяйства, необходимость повышения эффектив
ности и качества создаваемых систем, сокращения сроков и за
трат их проектирования обусловливают актуальность разработ
ки эффективных технологий проектирования АИУС, что
является одной из важнейших народнохозяйственных проблем.
Перспективным направлением ее решения является разработка комплекса взаимосвязанных формальных моделей и методов поэтапного проектирования модульных АИУС, начиная с диагностического анализа существующих систем управления и завершая разработкой и внедрением программного и информационного обеспечения этих систем.
Общее время и затраты на разработку систем с использованием методов и средств анализа и синтеза модульных АИУС сокращаются в 2 - 5 раз в зависимости от их сложности.
Использование формальных моделей и методов анализа и синтеза модульных АИУС позволяет алгоритмизировать и автоматизировать технологию проектирования этих систем, предназначенных для решения прикладных задач обработки данных я управления в заданной предметной области.
Большие масштабы работ по созданию н внедрению автоматизированных информационно-управляющих систем в различных областях народного хозяйства на базе современных вычислительных систем, и в частности в области управления предупреждением н ликвидацией чрезвычайных ситуаций, необходимость разработки и развития теоретических основ, моделей и методов формализации и автоматизации этапов проектирования модульных АИУС, обусловливает высокую актуальность выполненных научных исследований.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом работ Института проблем управления по теме: 320-92/20 "Разработка теоретических основ, методологии и промышленной технологии автоматизированного проектирования ипформацпонно-управляющих систем^, 025-93/20 "Разработкаметодов и комплексов программ формирования локальных и региональных сценариев развития чрезвычайных ситуаций п формирование на их основе превентивных и оперативных планов действий для органов управления РСЧС по предупреждению и ликвидации ЧС, 177-93/20 "Разработка методов оценки эффективности н выбор приемлемых
управленческих решений по использованию сил и средств в условиях чрезвычайных ситуаций", а также с планами работ национального технического университета и комиссии по чрезвычайным ситуациям Республики Казахстан.
Цель работы. Целью диссертационной работы является раз
работка теоретических основ, моделей и методов проектирования
модульных информационно-управляющих систем и их использо
вание для разработки автоматизированных систем различного
класса и назначения, и в том числе системы предупреждения и
ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций в Республике
Казахстан.
Методы исследования. Основаны на использовании аппарата теории исследования операций, теории матриц, теории графов и оптимизации на сетях и других разделов современной теории управления, а также на проведении практических и экспериментальных расчетов на ЭВМ.
Научная новизна. В результате проведенных исследований, анализа и обобщения опыта проектирования и эксплуатации автоматизированных систем управления различного класса и назначения разработаны теоретические основы, модели и методы анализа и синтеза модульных АИУС.
На основе единой методологии и принципов модульности разработаны комплексный подход, методы формализации, модели и методы, алгоритмы и программы проектирования оптимальных модульных АИУС, обеспечивающие: формальный анализ технологии обработки данных с использованием графовых и матричных моделей и сценариев диалога, проектирование оптимальных модульных блок-схем программного и информационного обеспечения с различными типами логических структур баз данных (реляционной, иерархической, сетевой), оптимальное распределение модульного прикладного программного обеспечения и массивов базы данных по узлам вычислительных сетей, оптимальное размещение модульных систем обработки данных в многоуровневой памяти вычислительных систем.
Основой предложенной методологии и комплексного подхода является последовательное применение взаимосвязанных моделей, методов и алгоритмов, учитывающих особенности каждого этапа проектирования и эксплуатации программного и информационного обеспечения модульных АИУС, требования пользователей к информации, хранимой в базах данных, специфику предметной области и характеристики общесистемных программных и технических средств обработки данных.
В отличие от известных методов проектирования модульных систем обработки данных впервые разработан и выделен специальный класс моделей оптимизации - блочно-симметричные модели проектирования модульных информационно-управляющих систем. Сформулированы свойства блочности и симметричности, а также условия оптимальности решения задач этого класса. На основе исследования особенностей и свойств блочно-симметричных моделей разработан и предложен эффективный метод отображений, имеющий полиномиальную вычислительную сложность для заданного базиса исходной матрицы.
Получены функции оценок вычислительной сложности предложенных алгоритмов отображений, показывающие их эффективность в сравнении с алгоритмом, основанном на схеме ветвей и границ", которая широко используется для решения задач синтеза оптимальных модульных систем обработки данных.
Задачи проектирования оптимального модульного программного и информационного обеспечения и распределения модульной системы обработки данных по узлам вычислительных сетей и систем сформулировапы в виде блочно-симметричных моделей н решены с использованием предложенных методов.
Предлагаемые подход, модели и методы проектирования модульных систем обработки данных использованы для разработки большого числа модульных АИУС в различных отраслях народного хозяйства России, Казахстана, и в честности, модульной автоматизированной системы предупреждения и ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций в Республике Казахстан. При этом впервые исследованы и разработаны модели и методы выбора и реализации целевых программ снижения риска чрезвычайных ситуаций (ЧС), оперативного управления силами и средствами при ведении работ по предупреждению и ликвидации последствий ЧС.
Комплексный подход, модели и методы, изложенные в диссертации, позволяют формализовать, алгоритмизировать, оптимизировать и з большинстве случаев автоматизировать процесс проектирования модульных АИУС, что обеспечивает существенное повышение эффективности и качества создаваемых систем.
Практическая ценпость. Разработанные в диссертации мето-дологический подход, модели и методы проектирования модуль-пых АИУС позволяют оптимизировать структуру их информационного и программного обеспечения, сократить затраты и сроки создания таких систем в два - пять и более раз в зависимости от их состава и сложности, повысить эффективность и качество ав-
томатизирозанных информационно-управляющих систем за счет оптимизации проектных и эксплуатационных характеристик создаваемых систем.
Разработанные методы, алгоритмы и программные средства могут быть использованы при создании модульных АИУС в научно-исследовательскіїх институтах, проектных организациях и вычислительных центрах, разрабатывающих, внедряющих и эксплуатирующих системы обработки данных и методы их автоматизированного проектирования, а также в информационно-управляющих центрах комиссий и комитетов по чрезвычайным ситуациям.
Внедрение. Эффективность разработанных в диссертации моделей и методов проектирования модульных АИУС подтверждена положительным опытом их широкого применения в различных отраслях народного хозяйства России и Казахстана.
При непосредственном участии автора они внедрены при разработке автоматизированной системы управления сбытом и реализацией готовой продукции АСУП Усть-Каменогорского свинцо-во-цинкового комбината, комплекса программ системы обработ-. ки запросов ОАСУ "Казцветмет", диалоговых средств взаимодействия пользователей с базой данных ОАСУ - Казцветмет, информационно-управляющей системы городской детской клинической больницы г. Алма-Ата и ряда автоматизированных систем (подсистема "Абитуриепт", подсистема "Управление кадрами", АРМ руководителя Государственной поддержки образования Республики Казахстан и др.), в центре новых информационных технологий Республики Казахстан, системы организации медицинской помощи в условиях чрезвычайной ситуации на территории Алма-атинской области, автоматизированной информационно-управляющей системы предупреждения я ликвидации последствий чрезвычайных ситуаций на территории Казахстана для комиссии по ЧС Республики Казахстан.
Использование разработанных методов, алгоритмов и программ позволило сократить срохи проектирования и внедрения прикладного программного обеспечения и информационной базы данных в 1,5 - 5 раз по сравнению с традиционными способами их разработки, определить оптимальный состав н структуру вычислительной сети путем распределения функциональных задач и базы данных по ее узлам, что на 50% снизило затраты на эксплуатацию системы, предусмотренные в проекте, сформулировать и систематизировать комплекс первоочередных мер противодействия ЧС и создать основы эффективного обеспечения заданного
уровня безопасности объектов п защиты населения в Республике Казахстан.
Личный вклад. Все основные положения п результаты, выно-симые на защиту, получены автором самостоятельно.
Апробация работы, Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на IV Всесоюзном симпозиуме "Проблемы системотехники" (Ленинград, 1978), V Всесоюзном совещании-семинаре по управлению большими системами (Алма-Ата, 1978), Всесоюзном совещании "Автоматизация проектирования систем управлення" (Москва, 1979), Республиканском научно-техническом совещании "Методы и модели в задачах управления производством" (Таллин, 1979), Всесоюзном семинаре по методам синтеза типовых модульных систем обработки данных (Москва, 1981), Всесоюзном совещании "Оптимизационные задачи в автоматизированных системах управления" (Нальчик, 1981), Всесоюзном совещании-семинаре "Управление большими системами". (Алма-Ата, 1983), Всесоюзной школе-семинаре "Распараллеливание обработки информации" (Львов, 1985), X Всесоюзном совещании по проблемам управления (Москва, 198G), Всесоюзной конференции по автоматизации проектирования систем планирования и управления (Звенигород, 1987), IV Всесоюзной конференции "Системы баз данных и знаний" (Калинин, 1989), Международной конференции по автоматизации проектирования (Алма-Ата, 1989), 4-й Международной школе "Прикладные проблемы управления макросистемами" (Алма-Ата, 1992), Международной конференции по измерительной технике "MER.A" (Москва, 1992), конференции "Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях" (Москва, 1992), 2-й Международной конференции "Проблемы управления в чрезвычайных ситуациях" (Москва, 1994).
Публикации. По теме диссертации автором опубликовано 42 печатные работы.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения, списка литературы и приложения. Работа содержат 307стр. машинописного текста, За рис., 24 таблицы, а также список литературы (19 стр., наименования).
