Содержание к диссертации
Введение
1. Проектирование информационно-управляющих систем. Обзор существующих систем 9
1.1. Современные подходы и методы проектирования информационно-управляющих систем 9
1.1.1. Основные понятия и факторы влияющие на развитие информационных систем 9
1.1.2. Основные составляющие корпоративных информационных систем 12
1.2. Классификация информационных систем 15
1.3. Области применения информационных систем 25
1.4. Сравнительный анализ систем управления базами данных, информационно-управляющей системы 27
1.5. Перспективы использования информационных технологий в деятельности органов финансового контроля российской федерации 29
1.5.1. Проблемы использования информационных технологий в деятельности органов финансового
контроля Российской Федерации 29
1.5.2. Анализ социально-экономического развития региона и государственный финансовый контроль34
1.6 Примеры специализированных информационно-управляющих систем 39
1.6.1. Автоматизированная система «БЮДЖЕТ» 39
1.6.2. Аналитический комплекс «ПРОГНОЗ» 42
1.6.3. ИнфоВизор. Комплекс инструментальных средств для автоматизированной поддержки принятия решений 45
Выводы по ГЛАВЕ 1 46
2. Создание базы данных информационно-управляющей системы с изменяющейся структурой данных. проектирование телекоммуникационной сети 47
2.1. Общие принципы организации структуры базы данных специализированной информационно- управляющей системы 47
2.1.1. Общее описание 47
2.1.2. Елок хранения настроек пользователя 51
2.1.3. Блок запросов 52
2.1.4. Блок хранения информации 52
2.1.5. Описание блока временных данных 54
2.2. Разработка механизма совместного анализа информации в рамках информационно- аналитической системы (ИАС) 55
2.2.1. Основные понятия 55
2.2.2. Задача ассоциации классификаторов 58
2.2.3. Задача сопоставления информации 61
2.2.4. Задача оценки релевантности символьных строк 65
2.3. Разработка телекоммуникационной сети для функционирования информационно- управляющей системы 71
Выводы по главе 2 75
3. Принципы и методики организации информационно-управляющей системы 77
3.1. Концепция специализированной информационно-управляющей системы 77
3.2. Основные принципы проектирования специализированной информационно-управляющей системы 79
3.2.1. Принцип изменяемости данных 79
3.2.2. Принцип контроля 81
3.2.3. Принцип универсальности. 82
3.3. Методики и подходы к обработке данных в информационно-аналитической системе 83
3.3.1. Схема взаимодействия с внешними приложениями 83
3.3.2. Процедура ввода информации. 85
3.3.3. Способы получения дополнительной информации на основании введенных данных 88
3.3.4. Методика шаблонного представления информации 90
3.3.5. Механизм преобразования классификаций 91
3.3.6. Методика определения временного интервала для выбора актуального справочника. 91
3.3.7. Механизм учета мероприятий 93
3.3.8. Инструменты для анализа информации 95
3.3.9. Механизм совместного анализа информации. 97
3.3.10. Подходы к прогнозированию информации 101
3.3.11. Механизмы работы с отчетной информацией 103
3.3.12. Методика взаимодействия с геоипформационными системами 104
Выводы по главе 3 105
4. Специализированная информационно-управляющая система с изменяющейся структурой данных 107
4.1. Общее описание информационно-управляющей системы 107
4.2. Описание обработки различных информационных потоков с помощью различных компонент информационно-управляющей системы 109
4.2.1. Администраторское приложение 109
4.2.2. Компоненты конфигурирования структуры данных 112
4.2.3. Компоненты обработки и представления данных 120
4.2.4. Компоненты для анализа данных 134
4.2.5. Вспомогательные компоненты 137
Выводы по главе 4 138
Заключение 139
Список использованных источников
- Современные подходы и методы проектирования информационно-управляющих систем
- Общие принципы организации структуры базы данных специализированной информационно- управляющей системы
- Концепция специализированной информационно-управляющей системы
- Общее описание информационно-управляющей системы
Введение к работе
В настоящее время в мире наблюдается глобальная тенденция к объединению и глобализации систем управления информационными потоками. Активное развитие получил рынок BPMS (business process management system) систем, которые представляют собой надстройку над программной инфраструктурой предприятия или организации, обеспечивая ее целостность и управляемость. Однако рынок специализированных информационных систем продолжает удерживать свои позиции, за счет возможности учета ими малейших специфических нюансов информации, а также меньшей стоимости разработки, внедрения и технической поддержки. Данные системы особенно активно продолжают развиваться в нише органов обрабатывающих финансовую информацию.
Также специализированные информационно-телекоммуникационные системы используются для организаций имеющих небольшой штат компьютерной техники, но при этом работающих со значительными объемами информации, т.к. внедрение в данную сферу корпоративных систем не рентабельно.
При всей своей узкой направленности, специализированные информационные системы часто несут сложную логику управления информационными потоками. В условиях регулярного корректирования нормативно-правовой базы эта логика должна обеспечивать корректную обработку информации при не периодическом изменении структуры данных.
Системы подобного уровня являются специализированными в контексте направленности на решение конкретной задачи конкретного предприятия, но и при этом обладают достаточной гибкостью для адаптации их (средствами самой системы) для решения других задач, на которые изначально они не были направлены. При этом сохраняется ряд ограничений на данные, которые должны обрабатываться данной системой.
Целью диссертационной работы является разработка механизмов и методик организации обработки информационных потоков в рамках
специализированной информационно-управляющей системы, а также соответствующих программных средств на их основе.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
систематизация и выявление основных принципов, которые должны лежать в основе специализированной информационной системы поддержки принятия решения;
создание методик обработки и анализа информационных потоков, с учетом специфики данных;
проектирование структуры базы данных с учетом специфики обрабатываемых информационных потоков, на основании которой должна функционировать информационно-управляющая система;
проектирование специализированной структуры телекоммуникационной сети для функционирования информационно-управляющей системы;
разработка механизма совместного анализа информационных потоков на основе решения задач ассоциации классификаторов и сопоставления данных в рамках информационно-телекоммуникационной системы;
создание на основе разработанных принципов, методик и механизмов программных модулей информационно-управляющей системы.
Научная новизна работы определяется решением сформулированных задач на основе разработанных оригинальных подходов с помощью соответствующих математических методов и современных достижений информационно-телекоммуникационных технологий и сводится к следующему:
систематизированы и адаптированы принципы функционирования
специализированной информационно-управляющей системы, а
также созданы методики работы с информационными потоками с учетом специфики данных;
разработана специализированная структура базы данных, удовлетворяющая потребностям информационно-управляющей системы и механизмы обработки информационных потоков;
сформулирована и решена задача совместного анализа информационных потоков данных в рамках информационно-управляющей системы с учетом изменяющихся по времени структур классификаторов.
Практическая ценность заключается в создании механизмов обработки информационных потоков в рамках специализированной информационной системы, создании базы данных для нее и систематизации принципов и методик функционирования. Практическая ценность также состоит в создании, с помощью алгоритмических языков высокого уровня и ГИС-технологий, соответствующих программных средств обработки и анализа информационных потоков. Данные программные средства образуют систему, применяемую в ряде органов государственного финансового контроля (например, Счетная палата Владимирской области, города Владимира, Волгограда и т.д.), и для ряда других государственных и негосударственных структур.
Реализация и внедрение результатов
Разработанные в диссертации принципы, алгоритмы, программные и методические средства использовались при выполнении госбюджетных и хоздоговорных научно-исследовательских работах с участием автора в рамках ряда НТП Минобразования России и региональных программ.
Основные результаты работы внедрены в Счетных палатах Владимирской и Волгоградской областей, Счетных палате города Владимира и Волгограда и в Минобразовании России. Получено
свидетельство на официальную регистрацию программы на ЭВМ №2003611467.
Апробация работы
Основные результаты работы докладывались на следующих научно-технических совещаниях и конференциях:
Международная конференция «Идентификация систем и задачи управления», Москва, 26 - 28.09.2000 г.
Международная научно-практическая конференция «Финансовый контроль и новые информационные технологии», Суздаль 2002 г.
Всероссийская конференция «Современная образовательная среда», Москва, ВВЦ 1-4 ноября 2002г.
Международная конференция «Информационные технологии в образовании, технике и медицине», г. Волгоград, Волгоградский государственный технический университет 18.10.-22.10.2004Г.
Всероссийская научно-практическая конференция «Образовательная среда сегодня и завтра», г.Москва 29.09 -02.10.2004г.
Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика», г. Санкт-Петербург, 2002, 2003, 2004 гг.
На защиту выносятся:
структура базы данных и механизмы обработки информационных потоков в рамках специализированной информационно-управляющей системы;
методики управления и совместного анализа информационных потоков с учетом изменяющихся во времени структур классификаторов;
комплекс программных модулей для реализации информационно-управляющей системы.
Публикации
Основные результаты работы опубликованы в 23 публикациях, в т.ч. 10-и статьях, а также представлены в научно-технических отчетах НИР в рамках ряда НТП Минобразования России, ФЦП и по региональным научно-техническим программам.
Объем и структура диссертации
Диссертация изложена на 155 страницах машинописного текста. Состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Список литературы содержит 98 наименований. Таблиц 1, рисунков 63. Каждая глава снабжена кратким введением; в конце главы перечислены основные полученные в ней результаты.
Современные подходы и методы проектирования информационно-управляющих систем
В составе корпоративных информационных систем можно выделить две относительно независимых составляющих [2,3]: компьютерную инфраструктуру организации, представляющую собой совокупность сетевой, телекоммуникационной, программной, информационной и организационной инфраструктур. Данная составляющая обычно называется корпоративной сетью. взаимосвязанные функциональные подсистемы, обеспечивающие решение задач организации и достижение ее целей.
Первая составляющая отражает системно-техническую, структурную сторону любой информационной системы. По сути, это основа для интеграции функциональных подсистем, полностью определяющая свойства информационной системы, определяющие ее успешную эксплуатацию. Требования к компьютерной инфраструктуре едины и стандартизованы, а методы ее построения хорошо известны и многократно проверены на практике.
Вторая составляющая корпоративной информационной системы полностью относится к прикладной области и сильно зависит от специфики задач и целей предприятия. Данная составляющая полностью базируется на компьютерной инфраструктуре предприятия и определяет прикладную функциональность информационной системы. Требования к функциональным подсистемам сложны и зачастую противоречивы, так как выдвигаются специалистами из различных прикладных областей. Однако в конечном счете именно эта составляющая более важна для функционирования организации, так как для нее, собственно, и строится компьютерная инфраструктура.
Взаимосвязи между двумя указанными составляющими информационной системы достаточно сложны. С одной стороны, эти две составляющие в определенном смысле независимы. Например, организация сети и протоколы, используемые для обмена данными между компьютерами, абсолютно не зависят от того, какие методы и программы планируется использовать на предприятии для организации бухгалтерского учета.
С другой стороны, указанные составляющие в определенном смысле все же зависят друг от друга. Функциональные подсистемы в принципе не могут существовать без компьютерной инфраструктуры. В тоже время компьютерная инфраструктура сама по себе достаточно ограничена, поскольку не обладает необходимой функциональностью. Невозможно эксплуатировать распределенную информационную систему при отсутствии сетевой инфраструктуры. Хотя имея развитую инфраструктуру, можно предоставить сотрудникам организации ряд полезных общесистемных служб (например, электронную почту и доступ в Интернет), упрощающих работу и делающих ее более эффективной (в частности, за счет использования более развитых средств связи).
Таким образом, разработку информационной системы целесообразно начинать с построения компьютерной инфраструктуры (корпоративной сети) как наиболее важной составляющей, опирающейся на апробированные промышленные технологии и гарантированно реализуемой в разумные сроки в силу высокой степени определенности как в постановке задачи, так и в предлагаемых решениях [37].
Бессмысленно строить корпоративную сеть как некую самодостаточную систему, не принимая во внимание прикладную функциональность. Если в процессе создания системно-технической инфраструктуры не проводить анализ и автоматизацию управленческих задач, то средства, инвестированные в разработку корпоративной сети, не дадут впоследствии реальной отдачи.
Функциональные подсистемы, в отличие от корпоративной сети, изменчивы по своей природе, так как в предметной области деятельности организации постоянно происходят более или менее существенные изменения. Функциональность информационных систем сильно зависит от организационно-управленческой структуры организации, ее
функциональности, распределения функций, принятых в организации финансовых технологий и схем, существующей технологии документооборота и множества других факторов.
Разработку и внедрение функциональных подсистем можно выполнять постепенно. Например, сначала на наиболее важных и ответственных участках выполнять разработки, обеспечивающие прикладную функциональность системы (внедрять системы учета, управления кадрами и т.п.), а затем распространять прикладные программные системы и на другие, первоначально менее значимые области управления предприятием.
Общие принципы организации структуры базы данных специализированной информационно- управляющей системы
В данной главе осуществляется рассмотрение спроектированной архитектуры базы данных информационно-управляющей системы, разработка алгоритмов управления информационными потоками в рамках информационно-управляющей системы с изменяющейся структурой данных. В ней представлены задачи эффективной обработки специфической информации и методы их решения, а также механизмы совместного анализа данных и алгоритмы предварительной обработки информации для проведения анализа. Проектирование базы данных является одним из наиболее важных этапов разработки информационной системы. Описанная структура основывается на принципах и методиках, которые будут изложены в главе 3. Также в данной главе описывается структура телекоммуникационной сети спроектированной для функционирования информационно-управляющей системы.
Одной из основных особенностей информации, которая должна храниться и обрабатываться в рамках базы данных (БД) специализированной информационно-управляющей системы, ее динамическое изменение структуры данных в течение времени, а также варьируемая структура набора данных возвращаемая пользователю по его запросу (структура зависит от параметров запроса пользователя и текущего состояния структуры БД).
Структуру базы данных можно представить на схеме в виде четырех взаимодействующих между собой блоков: 1. Блок настроек пользователя; 2. Блок запросов; 3. Блок хранения информации;
Столь сложная структура в рамках БД реализована с целью обеспечения максимальной гибкости и скорости в работе приложения. Типичный цикл получения информации (отбор справочной информации и настроек пользователя происходит напрямую из соответствующих блоков) отображен на следующей диаграмме (Рис. 9):
Сложный механизм отбора данных используется из-за вариации критериев запроса. В запросе используется три типа передаваемых параметров. Один из этих типов содержит фиксированный набор критериев, а два оставшихся могут варьировать их количество (от 1 до оо). Соответственно, может варьироваться и структура возвращаемого в результате набора данных. В дальнейшем данный механизм будет разобран более подробно.
Ключевой сущностью рассматриваемого блока является шаблон. С ним ассоциированы следующие вспомогательные сущности: - шаблон (в случае построения сложного иерархического шаблона, за данную ассоциацию отвечает таблица template_template) - колонки (template_columns) - печатаемый отчет (template_print_reports) - графический отчет (template_graph_reports) - макет наполнения (template_fill_makets) - динамические настройки шаблона (templates_prefere21nces) - параметры выборки (template_selectjparams)
В свою очередь шаблоны сгруппированы по секциям (также возможна группировка и секций по секциям - template_sections). В данном случае шаблон выступает в роли файла, а секция в роли папки (каталога).
Блок запросов состоит из трех таблиц (Рис. 11), таблица запросов (requests) содержит статические параметры запроса (идентификатор шаблона, идентификатор пользователя, код операции). Оставшиеся две таблицы отвечают за динамические параметры: список полей запрошенных пользователем, а также список и значения параметров определяющих запрашиваемый срез информации.
Хранимая процедура (по полученному идентификатору запроса) именно на основании данных параметров формирует в блоке временных данных таблицу со структурой соответствующей заданному набору параметров (в том числе и динамических) в блоке запросов. Непосредственно на структуру временной таблицы воздействует только набор полей запрашиваемых пользователем (именно указанные в запросе поля, плюс фиксированный набор системных полей создаются во временной таблице), остальные параметры оказывают влияние только на отбор информации.
Основой блока хранения информации (Рис.12) является п-мерный гиперкуб (fieldsdata), в котором централизованно хранятся почти вся основная информация. Основной особенностью этого куба является то, что его структура не является статической, а может изменяться с течением времени в соответствии с действиями, которые пользователь совершает с системой (одним из таких действий является удаление или добавлений новой классификации в рамках системы - classifier). Однако часть его структуры остается без изменений, сохраняя тем самым логическую целостность базы данных.
Концепция специализированной информационно-управляющей системы
В рамках специализированной информационно-управляющей системы можно выделить несколько базовых задач, которые должны эффективно решаться [13-15]: систематическое накопление и быстрый доступ к информации о текущем и прошлом состоянии процесса; сопоставление фактически выявленных результатов с установленными стандартами и нормами, выявление отклонений от заданного или запланированного результата; мониторинг текущей ситуации, диагностика и изучение реальных процессов; комплексный анализ и многовариантное прогнозирование процессов развития ситуации во взаимосвязи с внешними факторами; выработка предложений и корректирующих действий на основании имеющихся данных; Информационная система должна отвечать следующим требованиям: использование при разработке технологии «Клиент-сервер» или многоуровневой архитектуры; высокий уровень производительности; защищенность данных; гибкость настройки, позволяющая быстро налаживать программный продукт под потребности любой организации; полное отсутствие жестко заданных на идейном и программном уровне привязок в программном комплексе к конкретным классификациям; удобство представления информации пользователю, а также работы с ней; множественность системы справочников, т.е. поддержка изменений в классификациях справочников без потерь и повреждений данных; сопоставление разноплановых данных по различным классификациям за разные периоды времени; совместный анализ данных; развитая система наполнения данных, включая автоматический и ручной ввод и редактирование данных; встроенная система построения графики; встроенный построитель отчетов, позволяющий пользователю осуществлять дизайн выходных форм отчетности; совместимость программного комплекса с распространенными и общепринятыми сторонними комплексами (MS Office и т.п.); Таким образом, в основу разработки, информационно-управляющей системы (обобщенная схема информационной системы на примере органов государственного контроля приведена в приложении 4), должны быть положены принципы и методики изложенные далее.
Классификации, в разрезе которых рассматриваются данные, являются структурами периодически изменяющимися. Причем период изменения структуры классификаций непостоянен. Именно, исходя из этих предпосылок, формулируется принцип изменяемости данных.
Система должна учитывать, что лежащие в ее основе классификаторы (справочники) могут изменяться с течением времени. Может происходить редактирование наименований, добавление или удаление строк классификаторов, вплоть до полной замены всего классификатора. При этом для любого периода пользователь должен получать данные в соответствии с актуальной на данный период классификатором (с одной стороны без потери данных, а с другой без отображения лишней информации). При этом пользователь не должен определять дополнительных параметров, кроме стандартного набора для текущей группы классификаторов. [80].
Стандартным набором параметров называется полный набор параметров ассоциированный с группой.
В любой момент времени пользователь должен иметь доступ ко всем классификаторам группы, с которой он ведет работу.
При этом должны быть выполнены следующие требования: 1. в пределах одной группы периоды действия классификаторов не пересекаются; 2. в случае если для заданного временного интервала не найдено соответствующей ему классификатора, то выбирается классификатор отмеченный как классификатор по умолчанию. В случае отсутствия в пределах группы классификатора по умолчанию, выбирается классификатор, имеющий самый поздний период действия в пределах группы.
Общее описание информационно-управляющей системы
Разработанная информационно-управляющая система предназначена для автоматизации отчетной и прогнозно-аналитической деятельности различных организаций в процессе подготовки и принятия управленческих решений, для мониторинга текущей ситуации, комплексного анализа и многовариантного прогнозирования различных процессов во взаимосвязи с внешними факторами. Данная система начала внедряться начиная с 1999 года в Счетной палате Владимирской области (однако с того времени она была значительно переработана).
В рамках информационно-управляющей системы реализованы следующие функции: накопление, статистическая обработка и представление данных в табличной и графической формах; иерархический доступ к данным; поддержка изменяемости структуры данных с течением времени; анализ и прогноз влияния различных факторов на параметры обрабатываемые системой; выполнение многовариантных сценарных и целевых расчетов различных параметров, а также осуществление комплексных расчетов. сетевой доступ.
В основу информационно-управляющей системы положены принципы, методики и механизмы, описанные в главах 2 и 3 [80-98].
Информационно-управляющая система в 2004 году была запатентована (Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ №2003611467).
Данное приложение обрабатывает информационные потоки со сведениями о пользователях и их правах в рамках системы Основными функциями приложения «Администратор» являются: - работа с пользователями; - обслуживание (профилактика) базы данных; - отслеживание текущей активности на сервере.
Верхняя часть окна отводится под меню и панели инструментов, левая под список пользователей, правая под свойства пользователей. Программа позволяет создавать, модифицировать и удалять пользователей системы. Для создание пользователя следует выбрать пункт меню «Пользователи»-«Добавить пользователя» В появившемся окне следует определить параметров создаваемого пользователя (имя, пароль, БД, права на доступ - Рис. 33): Одному пользователю может быть сопоставлено неограниченное количество БД, причем в разных БД у данного пользователя могут быть разные права на доступ к информации.
В системе существует иерархия прав доступа к информации -определены пять ролей, определяющих права доступа к базе данных. Только чтение Наполнение данных Создание шаблонов Редактирование справочников Полный доступ
Объединять несколько ролей у одного пользователя не рекомендуется, т.к. пользователь получит все ограничения от назначенных ему ролей (и может получиться так, что он не сможет выполнить необходимые ему операции).
Пользователь, работающий с «Администратором», должен иметь администраторский права на уровне сервера БД. Конфигурационные приложения обрабатывают информационные потоки, несущие сведения о структуре базы данных системы. «Конфигуратор» отвечает за формирования «скелета системы», т.е. он создает структуру будущего хранилища данных и устанавливает взаимоотношения между отдельными сущностями данной системы. Основными функциями конфигуратора являются: - создание (модифицирование) группы классификаций (справочников) - создание (модифицирование) справочников - установка отношение между группами справочников - установка ассоциаций между справочниками - создание (модификация) и привязка полей с кодами и данными к группам справочников
На главном окне приложения отображается двухуровневое иерархическое дерево принадлежности справочников к группам данных в ИАС (Рис. 36).
Отличительной особенностью ряда групп данных, называемых базовыми, является ограничение на наличие у них не более одного справочника. К таким группам относятся в первую очередь группы, идентифицирующие временную принадлежность различных данных: - года; - периоды;
В отличие от справочников остальных классификаций, изменение которых происходит периодично и требуется создавать новые справочники для сохранения информации о предыдущих изменениях, перечень содержание справочников лет и периодов можно только редактировать и дополнять.
Все операции «Конфигуратора» разбиты на три основных группы: Операции с полями - создание, модификация, удаление полей, ассоциация их с группами и т.д. Операции с группами - создание, модификация, удаление, ассоциация с другими группами и т.д. Справочники - создание, модификация, удаление и т.д.
