Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В последние годы наблюдается устойчивая тенденция усложнения существующих технических систем и появления их принципиально новых классов. Сложность данных технических систем, в основном, вызвана увеличением числа входящих в их состав подсистем и объектов, а также, соответственно, стремительным ростом числа внутренних связей, и проявляется в таких аспектах, как структурная сложность, сложность функционирования, сложность выбора поведения и сложность развития. Одна из главных особенностей современных сложных технических систем (СТС) состоит в том, что их параметры и структуры на различных этапах жизненного цикла постоянно изменяются под действием различных причин: объективных и субъективных, внутренних и внешних, и т.д. В этих условиях для сохранения, повышения либо восстановления уровня работоспособности и возможностей СТС необходимо управлять присущей им сложностью. Управление СТС по своей структуре многофункционально. Основными функциями управления являются: целеполагание, планирование, регулирование, функции контроля и учёта, мониторинга и функции координации. Среди них важнейшей функцией является планирование работы указанной системы. Наибольший положительный эффект от автоматизации планирования функционирования рассматриваемых систем достигается при комплексном планировании их функционирования, то есть совместном планировании всех процессов и распределении ресурсов СТС. Комплексное планирование позволяет учесть взаимное влияние подсистем друг на друга, а также связать результаты целевого применения СТС и варианты функционирования её подсистем. Кроме того, СТС функционируют в условиях существенной неопределённости внешней среды, и учёт факторов неопределённости также целесообразно проводить в рамках комплексного планирования функционирования указанных систем. Анализ современного состояния исследований задач планирования операций и распределения ресурсов в корпоративной информационной системе (КИС) показал, что к настоящему времени разработано много моделей, методов, алгоритмов и методик как перспективного, так и календарного (оперативного) планирования и диспетчеризации (B.C. Танаев, B.C. Шкурба, 1975; И.Н. Зимин, Ю.П. Иванилов, А.Я. Лернер, 1971; Н.Н. Моисеев, 1975). Вместе с тем, большинство разработанных ранее подходов были нацелены на решение задач планирования в отдельных элементах и подсистемах СТС без их согласования и учёта взаимного влияния, без учёта факторов неопределённости и факторов, связанных с многокритериальной постановкой соответствующих задач планирования. Таким образом, особую актуальность в настоящее время приобретает решение задачи комплексного оперативного планирования операций и распределения разнородных ресурсов в современных СТС на базе дальнейшего совершенствования и развития существующего научно-методического аппарата, разработанного в теории управления, теории выбора и принятия решений, исследовании операций и системном анализе.
Цель диссертационной работы заключается в разработке и реализации модельно-алгоритмического обеспечения решения задачи комплексного планирования операций и распределения ресурсов в КИС для повышения оперативности и качества её функционирования.
Методы исследования. При выполнении работы были использованы: общая теория систем, теория управления динамическими системами, теория принятия решений, теория расписаний, теория графов, методы решения экстремальных задач.
Положения, выносимые на защиту:
Полимодельное описание и постановка задачи комплексного оперативного планирования операций и распределения ресурсов в КИС как задачи оптимального программного управления динамическими объектами со смешанными ограничениями.
Алгоритм решения задачи комплексного планирования операций и распределения ресурсов в КИС, построенный на основе комбинированного использования методов локальных сечений и последовательных приближений.
Алгоритм оценивания робастности планов функционирования КИС для интервально-заданных возмущающих воздействий.
Практические рекомендации по использованию оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов комплексного планирования операций и распределения ресурсов в КИС.
Научная новизна:
Предложена оригинальная динамическая интерпретация процессов выполнения целевых и обеспечивающих операций и распределения ресурсов в КИС, позволяющая, во-первых, на единой методологической и модельно-алгоритмической основе проводить совместную постановку и решение как задач комплексного планирования указанных операций, так и задач оценивания робастности соответствующих планов, и, во-вторых, осуществлять оперативное распределение и перераспределение ресурсов в рассматриваемом классе информационных систем.
Разработан алгоритм комплексного планирования операций и распределения ресурсов в КИС, используя который удалось исходную задачу планирования, имеющую по своей «природе» дискретно-непрерывный характер, преобразовать с помощью принципа максимума Л.С.Понтрягина и метода локальных сечений Болтянского В.Г. в двухточечную краевую задачу, для решения которой использовался метод последовательных приближений.
Разработан алгоритм построения и аппроксимации областей достижимости комплексных программ управления функционированием КИС для случая интервально-заданных возмущающих воздействий, с использованием которого удается сократить затраты времени на принятие решений по оптимальному распределению ресурсов в рассматриваемой информационной системе в указанных условиях неопределенности.
Разработан алгоритм формирования динамических приоритетов целевых и обеспечивающих операций, выполняемых в КИС, которые в отличие от приоритетов, вычисляемых по существующим методикам, учитывают многоаспектную технологию распределения складируемых и нескладируемых ресурсов в указанной информационной системе.
Обоснованность и достоверность научных положений подтверждаются, во-первых, всесторонним анализом современного состояния исследований задачи комплексного оперативного планирования операций и распределения ресурсов, во-вторых, корректностью предложенных моделей и алгоритмов, согласованностью результатов экспериментов, проведённых с использованием программной
реализации указанных алгоритмов, с результатами календарного планирования, а также апробацией основных теоретических положений в печатных трудах на докладах на российских и международных научных конференциях.
Практическая ценность данной диссертационной работы состоит в повышении оперативности и робастности функционирования корпоративной информационной системы за счёт комплексного оптимального планирования операций и распределения её ресурсов. Оптимизация планирования основывается на динамической интерпретации процесса функционирования КИС, что позволяет существенно сократить размерность и время решения исходной задачи за счет её декомпозиции на ряд частных задач оптимального программного управления.
Реализация и внедрение результатов работы. Результаты работы были использованы в четырёх организациях. В СПИИРАН в рамках следующих проектов и НИР: проект №07-07-00169 «Теоретическое обоснование и экспериментальные исследования перспективных путей решения задач комплексной автоматизации процессов адаптивного планирования и управления модернизацией и функционированием катастрофоустойчивых информационных систем», проект №08-08-00346-а РФФИ "Разработка методов моделирования, структуризации и алгоритмизации правил управления состояниями технических систем в штатных и нештатных ситуациях по их неформализованным исходным описаниям", проект №08-08-00403-а РФФИ "Теоретические и экспериментальные исследования процессов интерактивного управления динамическими логистическими сетями с использованием технологий радиочастотной идентификации и мобильных информационных технологий", НИР «Разработка теоретических основ и методов структурно-функционального синтеза самоорганизующихся информационных систем (СИС)», а также при проведении ОКР в ЗАО «Специальное конструкторское бюро „Орион"», в учебных процессах Балтийского государственного технического университета «ВОЕНМЕХ» и Технического университета г. Хеймниц (Германия). Практическая ценность подтверждена соответствующими актами реализации.
Апробация работы. Основные положения и результаты настоящей диссертационной работы были представлены на 10-и международных, всероссийских и внутриведомственных конференциях и семинарах, в том числе: на Международной научно-технической конференции «Кибернетика и технологии XXI века», Воронеж, 2004 - 2006 гг.; на Международной конференции «Обработка информации и управление в чрезвычайных и экстремальных ситуациях», Минск, 2006 г.; на Международной конференции «Speech and Computer», Санкт-Петербург, 2006; на Международной конференции «Системный анализ и информационные технологии», Обнинск, 2007 г.; на Межрегиональной конференции «Информационная безопасность регионов России» 2005, 2008 гг.; на Всероссийской конференции «Математические методы распознавания образов», 2007; на Научной конференции "Управление и информационные технологии" (УИТ-2008), Санкт-Петербург, 2008.
Публикации. Результаты диссертационной работы опубликованы в 19 печатных работах, среди них три работы в рецензируемых журналах из перечня ВАК (две публикации в «Известиях ВУЗов. Приборостроение» (2006, 2008 гг.) и одна публикация в «Трудах института системного анализа РАН. Поддержка принятия решений» (2008 г.)).
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх разделов, заключения, списка литературы и двух приложений. Основной текст изложен на 145 листах, содержит 6 таблиц, 26 рисунков. Список цитированной литературы включает 161 наименование.
