Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современные технологии разработки информационного обеспечения систем управления промышленным предприятием 9
1.1 Предприятие как объект управления 9
1.2 Современные технология управления промышленным предприятием и их анализ 12
1.3 Жизненный цикл создания информационной системы и способы сокращения времени на её создание 18
1.4. Существующие технологии создания баз и хранилищ данных 26
1.5 Выбор СУБД для создания хранилища данных системы управления предприятием 29
1.6. Постановка задачи исследования 35
Глава 2. Объектно-ориентированная технология разработки информационного обеспечения в объектно-функциональной системе управления предприятием 37
2.1 Принципы организации объектно-ориентированной системы создания и управления хранилищем данных 37
2.2 Расширение спиральной схемы жизненного цикла информационной системы 44
2.3 Теоретико-множественное описание элементов хранилища данных в информационной системе управления предприятием 46
Выводы по главе 2 56
Глава 3. Методика реализации объектно-ориентированной системы создания и управления хранилищем данных в объектно-функциональной системе управления предприятием 58
3.1 Общая архитектура объектно-ориентированной системы создания и управления хранилищем данных в рамках ОФСУП 58
3.2 Реализации объектно-ориентированной системы создания и управления хранилищем данных на основе предложенного теоретико-множественного описания 61
3.3 Реализация программного комплекса 64
3.4 Алгоритм поиска экземпляров объекта 74
Выводы по главе 3 77
ГЛАВА 4. Практическая реализация объектно-ориентированной системы создания и управления хранилищем данных «Cobra++» 78
4.1 Применение интегрального показателя для идентификации экземпляров информационных объектов 78
4.2 Механизм управления версиями информационных объектов 80
4.3 Технология каскадного проектирования информационных объектов 82
4.4 Интеграция экземпляров информационных объектов и внешних файлов 87
4.5 Загрузка данных из внешних источников 89
4.6 Просмотр и фильтрация хранилища данных 94
Выводы по главе 4 96
Общие выводы по работе 97
Литература 99
- Современные технология управления промышленным предприятием и их анализ
- Принципы организации объектно-ориентированной системы создания и управления хранилищем данных
- Общая архитектура объектно-ориентированной системы создания и управления хранилищем данных в рамках ОФСУП
- Применение интегрального показателя для идентификации экземпляров информационных объектов
Введение к работе
Актуальность темы диссертационного исследования.
Период времени создания автоматизированной системы управления предприятием существенно зависит от применяемой технологии разработки её информационного обеспечения. Одной из ключевых задач, решение которой определяет высокую производительность, является переход к интеграции всех данных и процессов предприятия в единую систему. Подобные программные комплексы состоят из множества компонентов, наиболее важным из которых является хранилище данных. Жизненный цикл информационных систем даже с применением прогрессивной спиральной схемы включает в себя этапы, связанные с программированием структур баз данных и приложений пользователей, что приводят к низкой гибкости создаваемых систем.
Один из наиболее распространенных на сегодняшний день стандартов информационных систем масштаба предприятия - ERP, решает многие задачи связанные, как с автоматизацией управления производством, так и с поддержкой развития информационной системы предприятия. Но продукты данного класса не обеспечивают должной гибкости при их эксплуатации. Поиском решения данной задачи занимались такие исследователи как Э. Кодд, Крис Дж. Дейт, Гради Буч, А.Р. Саймон, М. Стоунбрейкер, Советов, Козловский, Аносов, Когаловский и другие.
Применение различных технологий быстрой разработки приложений также приводит к тому, что при расширении свойств системы в период её эксплуатации всегда требуется профессиональная работа программиста, знание структур данных и исходного текста на языках высокого уровня. Подобные средства мало эффективны, с точки зрения информационных систем масштаба предприятия. Для решения данной проблемы необходима иная методика управления развитием информационной системы. Поэтому, создание новых методов проектирования и развития информационной системы управления предприятием, является на сегодняшний день актуальным.
Объект исследования - система управления промышленным предприятием.
Предмет исследования - хранилище данных в автоматизированной системе управления промышленным предприятием.
Цель работы — повышение производительности работ по созданию и сопровождению хранилищ данных в автоматизированной системе управления промышленным предприятием
Задачи исследования. Для достижения указанной цели поставлены и решены следующие задачи:
Разработать основы объектно-ориентированной системы управления хранилищем данных.
Разработать принципиальную схему объектно-ориентированной системы управления хранилищем данных.
Реализовать принципиальную структуру объектно-ориентированной системы управления хранилищем данных.
Разработать программные модули объектно-ориентированной системы управления хранилищем данных.
Методы исследования.
В исследовании использовались общая теория систем, теория управления, системный анализ, теория множеств. Информационное обеспечение реализовано на платформе ORACLE, программное обеспечение рабочих мест пользователя реализовано в интегрированной среде разработки приложений Delphi.
Научная новизна.
Предложена усовершенствованная спиральная схема жизненного цикла информационной системы управления предприятием, за счет расширения свойств информационного объекта для обеспечения потребности в информационных ресурсах на новом витке жизненного цикла системы.
Предложено теоретико-множественное описание элементов хранилища данных информационной системы управления предприятием.
Предложен способ формирования интегрального показателя информационного объекта, который выполняет функцию идентификации экземпляров в хранилище данных.
Предложен каскадный метод проектирования информационных объектов и их версий для расширения свойств информационного объекта.
Реализация результатов работы. Результаты, полученные в ходе проведения исследования, были экспериментально апробированы при управлении производственным процессом предприятий ОАО «Мотордеталь» г. Кострома, ЗАО «Регул» г. Санкт-Петербург, учебном процессе Санкт-Петербургского инженерно-экономического университета «ИНЖЕКОН», Костромского государственного технологического университета.
Основные положения, выносимые на защиту:
Усовершенствованная спиральная схема жизненного цикла информационной системы.
Принципиальная схема системы управления объектно-ориентированным хранилищем данных.
Алгоритмы методов работы с объектами хранилища данных.
Программный комплекс, обеспечивающий предложенную методику управления хранилищем данных.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы изложены в докладах на 9 научно-практических конференциях: Второй Электронной Международной научно-технической конференции «Бизнес-процессы и бизнес системы» (Тула, 2006), Международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях» (Ярославль, 2007), Всероссийской научно-практической Интернет-конференции «Информационные системы и технологии в социально-экономических и правовых процессах» (Ставрополь, 2007), Всероссийской научно-практической конференции «Технико-технологический и информационный сервис: проблемы и перспективы» (Кострома, 2007), Международной научно-практической конференции «Электронные средства и системы управления. Опыт инновационного развития» (Томск,
2007), Всероссийской научно-практической Интернет-конференции «Информационные системы и технологии в социально-экономических и правовых процессах» (Ставрополь, 2008), Международной научно-практической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении» (Санкт-Петербург, 2008), Всероссийская научная конференция студентов и аспирантов «Молодые исследователи - регионам» (Вологда, 2008), Пятой Всероссийской межвузовской научно-практической конференции молодых ученых (Санкт-Петербург, 2008).
Публикации. По теме диссертации опубликованы 14 статей, включая 3 в изданиях по перечню ВАК, имеется 4 свидетельства об официальной регистрации программы.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, выводов, заключения, списка библиографии и шести приложений на 142 страницах, содержит 39 рисунков, 6 таблиц, список библиографии из 108 наименований.
Современные технология управления промышленным предприятием и их анализ
Наиболее распространенными технологиями управления промышленными предприятиями являются системы класса ERP (Enterprise Resource Planning). Они служат для интеграции всех данных и процессов организации в единую систему. ERP-системы выполняют множество функций в масштабе предприятия. Для этого типичная ERP-система использует множество различных программных и аппаратных компонентов. Ключевым компонентом большинства ERP-систем является единое информационное пространство, хранящее в себе данные различных системных модулей [17-21].
Системами уровня ERP называют пакеты программ, обеспечивающие функциональность, которая обычно выполняется двумя или более системами. Формально, программный пакет, включающий одновременно и расчет заработной платы и ведение учета (например, QuickBooks), считается системой класса ERP. Но чаще этот термин обозначает более крупные и универсальные программы. Внедрение ERP-системы, чтобы заменить два или более независимых приложения, устраняет необходимость во внешних интерфейсах между системами и дает дополнительные преимущества: от стандартизации бизнес-процессов и более дешевого обслуживания до упрощения и улучшения отчетности, поскольку все данные хранятся в единой базе данных.
Ключевая особенность ERP-системы состоит в интеграции данных из всех аспектов деятельности организации. Для этого используется единая база данных и многочисленные программные модули, обеспечивающие выполнение различных бизнес-функций предприятия.
Руководство некоторых организаций, как правило, тех, которые располагают квалифицированными 1Т-специалистами, предпочитает внедрять лишь элементы ERP-системы и разрабатывать внешний интерфейс к другим ERP-системам или независимым приложениям, которые применяются на предприятии. Например, системы управления персоналом (HRMS) и финансами (Financials) от одного поставщика могут восприниматься лучше, чем HRMS-решение другого. В свою очередь, системы последнего для управления производством и связями с заказчиками (CRM) могут считаться лучше, чем эквиваленты от другого поставщика. В данном случае руководство организации может признать необходимость внедрения ERP-системы, но приобрести подсистемы от различных производителей [20, 21].
В системах класса ERP различают подсистемы управления подготовкой и обеспечением производственных процессов, управления поставками учета финансов, работы с проектами, учета трудовых ресурсов, управление связями с заказчиками. Особое значение приобретает информационное хранилище, которое включает различные интерфейсы самообслуживания для заказчиков, поставщиков и сотрудников. Программное обеспечение класса ERP помогает контролировать многие виды экономической деятельности, включая продажи, маркетинг, доставку, составление накладных, производство, учет наличия товаров, контроль качества и управление трудовыми ресурсами.
Такой подход привел к созданию систем с низкой гибкостью. Опыт внедрения показал, что ERP-системы становятся компонентно-ориентированными. Для решения этих проблем предложена новая технология, которая была названа как ERPIL Основания цель таких систем - создавать открытые ERP-архитектуры, состоящие из модулей.
Пакеты программ масштаба предприятия (EAS) - это новое направление ERP-систем, включающих почти все сегменты бизнеса, и использующих обычные Интернет браузеры в качестве тонких клиентов [20-22].
Практический опыт применения ERP-системы показал, что ее внедрение требует значительного изменения навыков персонала. При внедрении ERP-системы обычно невозможно обойтись своими специалистами и приходится привлекать консультантов со стороны, благодаря чему даже небольшие проекты становятся дорогостоящими [17]. Другая проблема - это продолжительность внедрения ERP-системы. Небольшой проект (например, для компании со штатом менее 100 сотрудников) может быть спланирован и внедрен в пределах трех месяцев. Однако внедрение крупного проекта при наличии множества производственных подразделений внутри страны или множества филиалов в разных странах может занять до нескольких лет.
Наиболее важным аспектом внедрения любой ERP-системы является то, что компания-покупатель программного продукта ERP становится владельцем всего проекта. Для внедрения ERP-систем, требуется три вида профессиональных услуг: консалтинг, модификацию системы управления ERP под заказчика и последующую поддержку.
Для большей части средних компаний внедрение обходится в пределах от прейскурантной цены пользовательских лицензий до вдвое большей суммы (в зависимости от размеров необходимой доработки системы под требования заказчика). Руководство крупных компаний, особенно при наличии множества подразделений внутри страны или филиалов в других странах, тратит на внедрение сумму, значительно превышающую стоимость пользовательских лицензий - от трех до пяти раз и более [17].
Принципы организации объектно-ориентированной системы создания и управления хранилищем данных
Современное состояние развития средств вычислительной техники и телекоммуникаций намного опережает развитие технологий организационного управления [94]. Этот разрыв объясняется различной скоростью инновационных процессов в области технических средств и программного обеспечения, нежели чем в организации производства. Организационные и управленческие технологии более инерционные. Так, например, являющиеся наиболее прогрессивными, технологии реинжиниринга бизнес-процессов, требуют коренных преобразований всей системы управления (выстраивание новых организационных структур, внедрение инструментов поддержки различных механизмов управления предприятием и т.п.). При этом предполагается использование новых информационных технологий. Однако, процесс разработки и передачи в эксплуатацию системы управления занимает продолжительное время. Особенно это заметно на промышленных предприятиях с развитой структурой и многофункциональными связями внутри предприятия [5-8].
Одним из эффективных методов координации производственных процессов является объектно-функциональное управление. Построение такой структуры управления связано с определенными проблемами, среди которых выделяются распределение функций, ответственность за ресурсы организации при неизменном составе различных структур (объектов управления, лиц, принимающих решения, числа уровней управления). Целью создания ОФСУ является структуризация системы управления предприятием для обеспечения формирования и эффективного функционирования сетевой модели управления. Данная методология основывается на ряде положений (см. главу 1), на основе которых можно сформулировать ряд требований к информационному и программному обеспечению, функционирующему в рамках ОФСУ: 1. Единое информационное пространство предприятия, как фундамент функционирования системы управления, что приводит к использованию единого интегрированного хранилища данных, 2. Обеспечение временного регламента создания, использования и хранения информационных ресурсов предприятия, что приводит к необходимости поддержки истории изменения данных и метаданных системы управления, что, в свою очередь, наделяет информационную систему свойствами временной СУБД, 3. Отслеживание этапов жизненного цикла информации для решения задач оперативного управления предприятием, на основе системы показателей оценки текущего состояния предприятия, а также прогнозирования его развития, 4. Децентрализация функций управления и перераспределение ответственности за ресурсы предприятия при решении управленческих задач, с целью исключения дублирующих информационных потоков и дублирующих функций управления, а также с целью повышения мотивации труда ЛПР, за своевременные и качественные управляющие воздействия в пределах делегированных полномочий и данных им прав на использование ресурсов предприятия. Выполнение этих требований будет определяться многими факторами. Одним из них является информационная автоматизированная система и в частности хранилища и базы данных, процесс их создания, поддержки работоспособности.
Существующая трехуровневая система проектирования баз данных по технологии ANSI/X3/SPARC имеет два интерфейса между фазами концептуального, логического и физического проектирования. Принципиальная схема процесса разработки в рамках данной модели представлена на рисунке 4. Это создает известные сложности, особенно при реализации и развитии сложных проектов.
Общая архитектура объектно-ориентированной системы создания и управления хранилищем данных в рамках ОФСУП
Как отмечено в параграфе 2 второй главы, ключевая роль в процессе развития информационной системы отводится пользователю системы. Именно взгляд специалиста предприятия на проблему и возможные пути её решения определяет то, как будет развиваться система. На рисунке 7-8 представлена принципиальная схема управления информацией в рамках ОФСУ, на которой отражено то обстоятельство, что именно специалист предметной области определяет то, как будет развиваться система. Импульс нового витка развития информационной системы исходит от эксперта, в соответствии с его представле- ниями о том, как именно нужно преобразовать информационную инфраструктуру предприятия, чтобы она в наибольшей степени отвечала изменениям предметной области. Результатом же подобных преобразований является усовершенствованная система управления предприятием, которая, в конечном итоге является, инструментом тех же экспертов и специалистов предприятия. Таким образом, мы получаем систему развития информационной инфраструктуры, в которой все изменения и преобразования начинаются по желанию сотрудников организации и отвечают их же потребностям и взглядам. Таким образом, мы получаем достаточно демократичный и бесконфликтный инструмент, отвечающий принципу управления от первого лица.
В общем случае система должна состоять из следующих принципиальных элементов: 1. Подсистема моделирования предметной области - позволяет специалистам описать сущности предметной области, в соответствии с их представлениями и взглядами на стоящие перед ними задачи. Должен обладать всеми необходимыми функциями, обеспечивающими описание элементов предметной области в виде информационных объектов,- моделирование их структуры, развитие объектов с течением времени. На данной схеме представлен блоком «Построитель информационных объектов». 2. Модуль работы с различными системными объектами и механизмами, такими как экранные формы для ввода и обработки информации, шаблоны для обработки запросов к хранилищу данных, описание задач загрузки данных в хранилище и т.д. На схеме представлен взаимосвязанными блоками «Построи тель экранных форм», «Построитель информационных запросов» и «Менеджер задач загрузки данных». Предполагается наличие некоторой базы данных сис темных объектов, в которой будут храниться данные элементы. К примеру, один из вариантов реализации данного модуля может быть основан на техноло гии XML. Однако нет никаких ограничений для обеспечения этого механизма с помощью обычной реляционной базы данных. 3. «Система управления данными о предметной области» - основной функциональный блок на данной схеме, отвечает за хранение и обработку экземпляров информационных объектов. Поскольку структура информационных слотов для справочных объектов и документов несколько различается, в системе определяются шаблоны, на основе которых строит информационные слоты для соответствующих типов объектов. Технически, механизм хранения и обработки данных, основывается на какой либо СУБД. 4. Работа пользователя с данными об информационных объектах должн основываться на трех программных модулях. Первый должен обеспечивать обработку экземпляров информационных объектов. Модуль представляет собой универсальное приложение, генерирующее экранную форму, на основе определенного ранее шаблона, и загружающего в неё экземпляры соответствующего информационного объекта. Представлен блоком «Приложение для работы пользователя с данными». По схеме функционирования данное приложение в чем-то аналогично Web-браузеру, который, осуществляет формирование html-документа, на основе полученного с сервера html-кода и различных интерактивных элементов. Второй модуль обеспечивает выполнение, созданных ранее, информационных запросов к хранилищу данных. Представлен блоком «Приложение для обработки информационных запросов» Аналогично предыдущему, он строит информационный запрос, на основе коллекции, полученной из хранилища системных объектов. Затем выполняет его, выдавая в качестве результата отфильтрованный, по некоторому критерию, набор экземпляров информационного объекта. Модуль, представленный блоком «Приложение для загрузки данных в хранилище», позволяет выполнять, сформированные ранее, задачи загрузки в хранилище информации из сторонних источников данных, под которыми понимаются различные базы данных. Реализация подобной системы управления информацией основывается на представленном во второй главе теоретико-множественном представлении.
Применение интегрального показателя для идентификации экземпляров информационных объектов
Ранее в третьей главе было дано общее описание разработанного программного комплекса «Cobra++». В данном разделе содержится более детальное описание принципов разработки информационного обеспечения на основе данной системы.
Одним из основных понятий теории баз данных является «первичный ключ». С помощью первичного ключа можно однозначно определить объект в информационной системе, он оказывает существенное влияние на поиск информации и придает семантику при визуализации данных. В теории реляционных баз данных первичный ключ вырождается, как правило, до ряда целых чисел и становится только средством установления реляционных связей между таблицами. В реляционной модели данных первичный ключ создается на этапе проектирования базы данных, и в дальнейшем какие-либо изменения первичного ключа будут приводить к корректировке схемы данных, структуры индексов и содержанию реляционных таблиц. Такая процедура может стать достаточно затратной.
В объектно-ориентированных СУБД первичный ключ приобретает смысл однозначного идентификатора информационного объекта в информационном пространстве предметной области. Положительным качеством объектно-ориентированных баз данных является то, что в ней оперируют не записями, а объектами, и информационную модель можно рассматривать на различных уровнях абстракции [101]. Однако, объектно-ориентированной модели присущ такой недостаток, как отсутствие непроцедурных средств извлечения объектов из базы. Все запросы приходится писать на процедурных языках, что приводит к проблеме их оптимизации. Также вместо явного объявления первичных и внешних ключей реляционных таблиц с помощью ключевых слов типа "PRIMARY KEV или триггеров для обеспечения внутренней целостности данных, приходится писать процедурный код. Все зависит от компетентности программиста, который пишет код программы. Таким образом, становится актуальной проблема задания первичного ключа, который можно было бы перенастраивать в зависимости от возрастающих потребностей конечных пользователей.
В работе предлагается использовать для объектно-ориентированной модели данных вместо понятия «первичный ключ» такое понятие как «интегральный показатель информационного объекта» [101]. Интегральный показатель информационного объекта представляется символьной строкой, которая собирается из элементарных свойств объекта, как это было описано во второй главе, и которая обладает свойством уникальности. Процедура формирования интегрального показателя подобна процедуре композиции символьного значения из набора значений свойств. Версия интегрального показателя придает гибкость задания первичного ключа и возможность расширять его значение новыми свойствами информационного объекта.
Таким образом, можно сформулировать требования, на основе которых можно написать универсальную процедуру формирования интегрального показателя: формирования интегрального показателя путем конкатенации элементарных свойств объекта, преобразованных к символьному типу, проверка уникальности интегрального показателя для заданного объекта и запись его в свойство объекта.
На рисунке 24 представлена экранная форма, реализующая процесс проектирования интегрального показателя для объекта «Болт». При проектировании интегрального показателя можно осуществлять выбор доступных свойств объекта, выстраивать их по порядку их записи в интегральный показатель, а также задавать префиксы и постфиксы. Во время заполнения полей экранной формы интегральный показатель формируется автоматически по представленной выше процедуре. Разделители (постфиксы и префиксы) автоматически появляются в интегральном показателе, если соответствующие параметры у объекта присутствуют.
Программный код для формирования интегрального показателя является универсальным и не требует вмешательства программиста. В дальнейшем интегральный показатель может использоваться для выбора объекта по совпадению элементарных свойств заданному условию.
4.2 Механизм управления версиями информационных объектов
Как уже было отмечено выше, адаптивная система управления хранилищем данных должна обеспечивать механизм развития элементов хранилища данных. Рассмотрим конкретную реализацию этого функционала на примере работы программного модуля «Дизайнер информационных объектов».
Система работы с объектами предметной области поддерживает гибкое и адекватное изменение структуры информационных объектов. Эта работа осуществляется через механизм управления версиями объектов. Каждая версия информационного объекта - это вариант описания его структуры, относящийся к определенному временному периоду. Создавая первую версию, пользователь указывает дату начала актуальности этой структуры. По мере того, как возникает необходимость добавить или изменить какие либо свойства данного объекта, пользователь создает новую версию. За основу может быть взята какая-либо иная структура. Процесс проектирования новой версии заканчивается её фиксацией на определенную дату, при этом предыдущая версия сохраняется в истории системы. На рисунке 25 представлено окно модуля «Дизайнер информационных объектов» в момент фиксации новой версии информационного объекта. Дата фиксации новой версии становится для неё датой начала актуальности, и одновременно, датой окончания периода актуальности предыдущей версии.
