Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ
1. РАЗРАБОТКА СИСТЕМНОГО МЕТОДА АНАЛИЗА РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 16
. 1. Назначение распределенных информационых систем 16
.2. Классификация РИС 19
.3. Системное определение РИС 25
.3.1. Системное определение 25
.3.2. Понятия строения и функционирования информационной системы 26
.3.3". Системная классификация РИС 28
.3.4. Определение закономерностей РИС 29
.3.5. Закономерности формулирования целей 3О
.3.6. Закономерности формирования структур целей 31
.4. Целеобразование РИС 32
.4.1. Задача целеобразования 34
.4.2. Анализ методик целеобразования 35
.5. Моделирование РИС 37
.5.1. Концепция моделирования 37
.5.2. Системы принятия решений 42
.6. Оптимизация функционирования и проектирования РИС 45
.7. Выводы 49
2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА МОДЕЛИРОВАНИЯ ОРГАНИЗАЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ 50
2.1. Формализация организационной структуры 50
2.2. Методы моделирования 55
2.2.1. Концептуальная модель 56
2.2.2. Нормативный метод моделирования организационной структуры РИС 59
2.2.3. Применение аппарата СМО при моделировании РИС 62
2.2.4. Модели вероятностных процессов 65 2.2.5; Модели эффективности и надежности функционирования РИС 67
2.3. Критерии эффективности функционирования РИС 70 '>
2.3.1. Формализация критерия эффективности функционирования 70
2.3.2. Критерии оценки качества информации 72
2.3:3. Оценка затрат на передачу информации 73
2.4. Метод аналитического синтеза организационной структуры 76
2.4.1. Формализация параметров синтеза 76
2.4.2.Разработка алгоритма метода синтеза 78
214.3. Синтез организационной структуры с учетом комплекса технических средств 83
2.4.3. Оценка параметров организационной структуры 84
2.5. Выводы 87
3. РАЗРАБОТКА МЕТОДА ПРОЕКТИРОВАНИЯ РИС 89
3. Г. Структуризация работ по проектированию РИС 89
3.2. Информационно-управляющие аспекты проектирования РИС 92
3.3. Автоматная модель процесса проектирования РИС 94
3.4. Принципы проектирования РИС 96
3.5. Этапы проектирования РИС 98
3.5.1. Начальные этапы разработки и диагностический анализ 99
3.5.2. Внешнее и внутреннее проектирование 100
3.5.3. Определение потоков 101
3.6. Разработка унифицированного метода проектирования РИС 102
3.7. Обоснование технологических стадий проектирования РИС 105
3.7.1. Технологические стадии разработки РИС 107
3.8. Информационно-логическая модель процесса проектирования 112
3.9.0ценка результатов проектирования 115
3.9.1. Критерии выбора очередности задач при проектировании РИС 116
3.10. Выводы 118
4. ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИНФОРМАЦИОІШХ СИСТЕМ 120
4.1. Формализация целей и параметров 120
4.1.1. Структуризация целей 120
4.1.2. Особенности проектирования РИС в соответствии с поставленными целями 122
4.1.3. Модель организационной структуры РИС 122
4.1.4. Формализация параметров 124
4.2. Комплекс технических средств РИС 128
4.2.1. Обоснование выбора КТС 129
4.2.2. Метод выбора системы сбора и передачи информации 131
4.3. Информационное обеспечение РИС 135
4.4. Выбор математического и программного обеспечения 137
4.5. Метод расчета потребности в вычислительных средствах 139
4.5.1. Классификация задач 1405
4.5.2. Предварительный расчет состава и количества вычислительного оборудования 144
4.5.3. Расчет характеристик терминального оборудования и линии передачи 146
4.6. Модель экономической эффективности РИС 155
4.6.1. Показатели эффективности капиталовложений 155
4.6.2. Экономическая эффективность РИС 157
416.1. Показатели экономической эффективности РИС 158
4.6.1. Оценка сравнительной экономической эффективности 160
4.6.5: Оценка общей экономической эффективности РИС 161
4:7. Выводы 162
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 164
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 166
ПРИЛОЖЕНИЯ 183
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Рекомендации по созданию распределенной информационной системы санаторно-курортного учреждения «Красные камни» 183
П1.1. РИС СКУ как предмет исследования 183
Ш.2. Структурирование целей 184
Ш .3 Задача формализации РИС санатория "Красные камни" 186
Ш .4. Концепция разработки информационно-управляющей системы 189
П1.5. Требования к проектным решениям по созданию автоматизированных рабочих мест 191
П1.6. Разработка проекта сети 193
П. 1.7. Выводы 197
ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Описание программного модуля оценки параметров распределенной информационной системы 198
Введение к работе
В і условиях современного общества, в котором лидирующие позиции 0 любого предприятия или организации определяются в первую очередь их возможностями ПС доступу, хранению, качественной и быстрой обработке информации,, огромную важность приобретает грамотное использование передовых достижений в сфере информационных технологий.
Информатизация в области управления любых форм; деятельности: предполагает, прежде всего, повышение производительности труда работников за счет снижения соотношения- стоимость/затраты, а также повышения квалификации и профессиональной! грамотности; занятых I d) управленческой деятельностью специалистов за счет освоения современных методов управления, а также применения1 новых информационных технологий в профессиональной деятельности.
Любое предприятие в настоящее время имеет возможность создать распределенную, информационную систему с выходом в вычислительные сети. России и в международную сеть Internet. Предприятие (организация) имеет возможность своевременно получать обзорную информацию о видах и результатах сходной деятельности, организовать информационный обмен о результатах деятельности; рекламировать достижения производственной и исследовательской, деятельности, а самое главное оперативно принимать своевременные управляющие. решения при условии большой, территориальной распределенности.
Потребность в информации\ для: целей» планирования и управления, совершенствования профессиональной деятельности предприятий (организаций), а также бурное развитие информационных процессов требует at, проектирования и внедрения распределенных информационных систем (РИС).
В настоящее время, как в России, так и в других странах ведутся научно-исследовательские и прикладные работы, связанные с разработкой методов системного анализа. Достоинством системного подхода состоит в его постоянной эволюции, поиске, новых эффективных методов моделирования сложных систем и их формализованного описания: К числу работ, в которых изложены эффективные методы системного анализа, а также системные подходы к решению- задач моделирования и проектирования SW информационных систем следует отнести работы [1-10, 22, 27, 32].
Исследование предприятий (организаций), моделирование и проектирование РИС относиться к классу трудноформализуемых, многофакторных задач,, при решении? которых приходится решать задачи структурирования целей, разрабатывать аналитические модели, оперировать со статистическими данными, а также применять подходы описания параметров задач проектирования на- качественном уровне. Системный анализ позволяет объединять при этом, формальные и эвристические () подходы..
Классические методы теории управления; [11, 12] при проектировании РИС не. могут быть» применены, т.к. пространство состояний любого предприятия, (организации), для которых строится. РИС, не является ни І регулярным; ни частично упорядоченным [4]. Одной из составных частей системного анализа является синергетика [13,14], изучающая проблемы; самоорганизации сложных систем. К формальным методам системного анализа следует отнести также методы математической статистики. Цель функционирования любого предприятия- (организации) и параметры, принимаемых решений далеко не всегда- могут быть «измеримыми». Наиболее часто цель выражается в; виде совокупности качественных показателей; формализация: которых возможна методами теории искусственного интеллекта [15,16]; Цель не является стационарной во: времени, т.к. изменение внешних и внутренних условий t функционирования подразделений предприятия; (организации), приводит к необходимости ( г пересмотра цели, что неразрывно связано с пересмотром структуры РИС.
Анализ; имеющегося теоретического; материала, анализ возможностей методов1 системного анализа, методов математического моделирования, возможностей теорий вероятности, математической статистики и теории систем массового обслуживания І позволит выявить - аспекты, теоретических изысканий для: существующих задач и,разработки методов моделирования для проектирования РИС.
Средиі работ с применением математических методов системного анализа проектирования РИС широко известны работы,[5 22,27,32].
При: исследовании наиболее сложно решаемыми являются; задачи синтеза оптимальной: организационной: структуры ш построения адекватной: моделиРИС.
При решении задачи синтеза оптимальной структуры РИС определяется критерий: оптимальности. Одним: из наиболее: часто«встречаемых критериев; оптимальности является время доставки информации. Известно много работ [5,12,13Д4,17-26], в которых рассматривались решения подобных задач. Однако, учитывая, что эти задачи относятся: к числу трудноформализуемых, получить достаточно универсальные решения і сложно. Тем: не менее,. задачи моделирования и проектирования оптимальных РИС относятся к числу важнейших научно-исследовательских задач. Bl рамках существующих исследований и решений t этих задач существует ряд проблем. Перечислим х это проблемы.
С одной стороны проблемы связаны с проектированием; оптимальной организационной структуры РИС,. которая должна удовлетворять критерию і масштабируемости, как ключевому требованию; с. точки зрения экономии) вложений: Это гарантирует, что не придется перестраивать систему по мере роста объема обрабатываемой информации и одновременно работающих пользователей. РИС должна- удовлетворять критерию г расширяемости; сущность которого состоит в возможности наращивания: функциональных возможностей системы, не выходя за рамки ; принятой изначально концепции« развития и технологической: базы, в- соответствии со? специфическими потребностями пользователей.
С другойї стороны проблемы связанные с: удовлетворением! критериям эффективности РИС, таким , как. время доставки информации, достоверность передачи информации, надежность, сети и ее стоимость. Учет многокритериальности задачи проектирования РИС будет сводить, к формированию некоторых ограничений в виде комплексного критерия эффективности.
Достаточно сложно разработать универсальную математическую модель, функционирования РИЄ. В связи с этим определенный интерес представляет 0j такой подход к решению, в котором бы существовал симбиоз аналитического проектирования и эвристического; анализа; Эвристические подходы включают неформальные, экспертные методы системного анализа, основывающиеся на анализе ситуаций, соответствующих; реальному процессу функционирования РИС.
Диссертационная работа; посвящена разработке системного метода моделирования для; проектирования РИС, удовлетворяющих требованиям; оптимальности І структуры в соответствии с; выполняемыми? функциями, что г Л) определяет и подтверждает актуальность диссертационной работы..
Исследования; в; практическом? приложении направлены на создание системного подхода, позволяющего не только І рассматривать задачи моделирования организационной структуры РИС, но и ставить задачи? проектирования компонент системы, позволяющих ейг взаимодействовать в; распределенных средах.
В; практическом і аспекте диссертационные: исследования f направлены на? моделирование и проектирование РИС санаторно-курортного учреждения1 (СКУ) «Красные камни» г.Кисловодска.
В І силу ряда проблем и сложившихся подходов к проектированию информационно-управляющих систем СКУ сложилась ситуация, при которой используемые подходы зачастую несовместимы ш не позволяют построить единое информационное пространство; удобное: как для: СКУу так и для Министерства: здравоохранения РФ в целом, которое заинтересовано в эффективном управлении ш контроле использования всех имеющихся Л/ ресурсов..
Цель диссертационной работы состоит в развитии: методов математического моделированиям относительно? задач проектирования распределенных информационных систем.
В соответствии с поставленной целью в работе решаются следующие задачи:
- разработка метода анализа РИС, включающего системное определение, определение закономерностей) и целеообразование, концепцию? v / моделирования РИС;
-аналитическое исследование методик; формирования; целей проектирования РИС;
-разработка метода формализации и; аналитического моделирования организационной структуры РИС;
-формального определения; критериев эффективности функционирования РИС;
- разработка метода аналитического синтеза организационной структуры • 4) РИС;
-разработка метода проектирования РИС, включающего? структуризацию работ, формализацию этапов и технологических стадий; проектирования;
-разработка- практических; рекомендаций для» проектирования РИС на; примере санаторно-курортного учреждения «Красные камни» г.Кисловодск.
Объектом: исследовании в диссертационной; работе являются; математические модели и методы проектирования РИС.,
Математическими методами исследования в диссертационной работе являются теория построения моделей сложных систем, принципы системного анализа, методы функционального анализа, теория массового: обслуживания, теория вероятностей и математическая статистика:
Методологическую основу работы, составляет концепция системности; суть которой - представление и исследование принципов системного анализа\ применительно к задачам проектирования РИС. ті Поставленная цель диссертационной; работы; и; сформулированные; в;
соответствии; с целью задачи; создали предпосылки для получения новых; научных результатов в области математического моделирования, и, проектирования РИС.
Новыми научными результатами і диссертационной; работы, выносимыми на защиту, являются:
- метод анализа: РИС, отличающийся комплексным: применением системных определений; выявлением закономерностей; формализацией ф целеообразования, разработкой концепции моделирования для • последующих задач проектирования РИС;
метод моделирования? организационной структуры; РИС, отличающийся интегративным подходом в применении различных математических схем прш определении критериев эффективности; функционирования;
- метод аналитического синтеза ч организационной- структуры,, отличающийся представлением данного процесса в; виде; итерационной:
4) последовательности технологических операций (преобразующих процедур);
- метод проектирования; РИС,, отличающийся- от известных тем, что включает алгоритм- синтеза; организационной; структуры, а также; содержит фазу формирование стратегии проектирования РИС, фазу оценивания; результатов проектирования и фазу реализации проекта РИС.
Практическая ценность, результатов исследований определена их применением для решения задач моделирования: и проектирования РИС и представлена в диссертационной: работе в виде разработанных формальных gt моделей, метода и алгоритма синтеза организационной, структуры; и методологии проектирования, основанного на: разработанной информационно-логической: модели;, а также разработанных рекомендаций; по проектированию и прикладного программного приложения;
Диссертационная работа: состоит: из; введения, четырех разделов, заключения и приложений.
В- первом разделе разработан системный; метод анализа: РИС. мі Определены закономерности РИС. Сформулированы закономерности целеообразования; Выполнен - анализ методов формулирования; целей7 РИС и і предложена методика, отличающаяся; соответствием принципам; системности; имеющая уровни структуризации целей; и; обеспечивает полноту анализа целей и функций РИС.
Разработана концепция моделирования РИС, отличающаяся признаками системности и направленная на решение: практических задач, связанных с анализом состояний элементов, подсистем и; процессов, прогнозированием развития, выработкой управленческих решений на всех этапах проектирования РИС.
Во втором разделе; осуществлена разработка метода моделирования организационной структуры РИС. Рассмотрены, как наиболее характерные модели: концептуальная модель в виде теоретико-множественного описания, модель в виде систем массового обслуживания; вероятностная? модель, модель эффективности и надежности.
Предложен нормативный! метод моделирования организационной структуры РИС. Формально описана его реализация применительно к графовому представлению организационной структуры РИС..
Определены критерии эффективности функционирования РИС. Предложен подход к формированию критерия интегральной эффективности; функционирования РИС.
Разработана формализация метода аналитического синтеза организационной структуры на основе графового представления, а-также рассмотрена задача синтеза организационной; структуры с учетом ограничений; накладываемых на комплекс технических средств. Предложено рассматривать процесс, синтеза организационной структуры РИС в виде последовательности технологических операций, улучшающих структуру системы с возможностью возврата на предыдущие операции для внесения изменений и повторений.
Bt третьем- разделе осуществлена, разработка метода проектирования РИС. Формализована задача управления процессами проектирования, как задача оптимизации на заданном классе моделей.
Рассмотрены информационно-управляющие аспекты проектирования РИС в. контексте системного подхода; Формализован процесс проектирования РИС в виде конечного автомата. Отличие данного представления от известных автоматных реализаций состоит в том, что в автоматную модель введена цель функционирования и процесс функционирования автомата целенаправленный. Для реализации этого подхода разработана методика, состоящая в выполнении декомпозиции процессов проектирования, а; затем в представлении каждого подпроцесса подавтоматом.
Сформулированы принципы проектирования РИС. Разработан унифицированный метод проектирования РИС, отличающийся - от известных тем, что содержит фазу формирования стратегии; проектирования РИС, фазу оценивания результатов проектирования и фазу реализации проекта РИС.
Дано понятие технологии проектирования как метода: разбиения: процесса проектирования на детали, определение необходимых средств и механизмов, с учетом оптимизации (минимизации) времени выполнения процесса проектирования. Метод проектирования РИС основан, на использовании алгоритма синтеза организационной структуры.
В четвертом; разделе рассмотрены практические аспекты проектирования РИС на примере РИС санаторно-курортного учреждения-«Красные камни» г. Кисловодск. Рассмотрен процесс структуризации целей, определены основные концепции создания РИС в соответствии с; поставленными целями. Формализованы параметры РИС и определены критерии эффективности: быстродействие, надежность и стоимость и, разработан алгоритм достижения их оптимальных значений.
Разработан системный подход к выбору комплекса технических средств. Определены принципы выбора математического и программного обеспечения РИС. Предложен расчет потребности в вычислительных средствах, а также расчет количества: и характеристик линий передачи данных при учете надежности оборудования и запаздывания сообщений в. РИС.
Предложен подход к формулировке задач и определению показателей экономической эффективности РИС, позволяющих обосновать целесообразности ее проектирования.
Заключение содержит выводы о работе.
В приложении 1 рассмотрены задачи начальных этапов проектирования РИС санаторно-курортного учреждения «Красные камни» и вопросы построения локальной сети персональных ЭВМ санатория.
В приложении 2: приведено описание программного модуля оценки параметров РИС.
Результаты, работы внедрены в ФГУ санаторий «Красные камни»,, на ОАО «Кубаньэнерго», на; ОАО «Актрос», в Центре тренажеростроения ш подготовка персонала, при выполнении госбюджетной НИР «Разработка и: исследование методов; аналитического- синтеза интеллектуальных системе принятия решений и І многокритериального управления в условиях неопределенности: на основе современных информационных технологий», хоздоговорных работ «Проектирование и наладкам локальной сети персональных ЭВМ санатория» и «Разработка программно-аппаратной среды для комплексной автоматизации документооборота ГИБДД», а также в, учебном; процессе в. Таганрогском і государственном радиотехническом: университете.
Основные результаты докладывались» и; обсуждались на шестой. Всероссийской научно-практической конференции "Экономико-организационные проблемы проектирования и применения информационных: систем (Ростов; на Дону 2001), на шестой Всероссийской научно-практической; конференции, посвященной 50-летию Таганрогского Радиотехнического Университета. (Таганрог, 2002), на» международной научно-практической і конференции: "Занятость, в 21 веке:: формы, тенденции, изменения; закономерности? ш мера" (Ростов на Дону, 2002), на пятой Всероссийской:научной конференции с международным участием: молодых ученых и аспирантов (Таганрог, 2002), на седьмой Международной научно-практической конференции; "Экономико-организационные: проблемы проектирования и применения информационных систем" (Ростов-на Дону, 2003), на четвертой Всероссийской: научно практической конференции с международным участием "Новые информационные технологии. Разработка; и аспекты применения" (Таганрог, 2003), на Всероссийской научной конференции молодых ученых и аспирантов "Информационные технологии. Системный анализ и управление" (Таганрог, 2003), Международной научной конференции «Системный подход в науках о природе, человеке и технике» (Таганрог, 2003), Международной научной конференции "Анализ и синтез как методы научного познания" (Таганрог, 2004).
Научные и практические результаты, полученные в диссертации и изложенные в двух статьях, двух монографиях, и использованы при подготовке и чтении лекций по курсу лекций по дисциплинам «Моделирование систем», «Информационное обеспечение систем управления», постановке лабораторных работ на кафедре систем автоматического управления Таганрогского государственного радиотехнического университета.
Все результаты, представленные в диссертационной работе, получены автором лично. В совместных научных публикациях имеет место неделимое соавторство.
Диссертация содержит 210 страниц машинописного текста, включая введение, четыре раздела, заключение, приложение на 34-х страницах, список литературы из 138 наименований, 79 рисунков, 5 таблиц.
Данная многоплановая работа не претендует на исчерпывающую разработку всех рассмотренных вопросов.
