Теоретико-информационный анализ синергетического управления процессами в сложных системах Финогеев Алексей Германович

Содержание к диссертации

Введение

ГЛАВА 1: Анализ базовых теорий, моделей, методов проектирования сложных информационных систем и виртуальной среды . 26

1.1. Отображения, множества, структуры и категории . 25

1.2. Информация, классы и меры информации. 32

1.3. Системный подходи классификация эволюционирующих систем 39

1.4. Аутопойетическая концепция организации информационных систем 41

1.5. Информационная архитектура, технологии, спецификации, интерфейсы иг профили 50

1.6. Информационные модели в эволюционном развитии, 52'

1.7. Модели и среды автоматизированного проектирования сложных систем 64

1.8; Выводы 72

ГЛАВА 2. Теоретические положения концептуального моделирования информационного пространства . 74

2.1. Информационный объект и его концептуальная модель 75

2.2. Концептуальный дескриптор информационного концепта 82

2.3. Морфизмы концептов и операции над ними. 87

2.4. Качественная идентификация информационных концептов. 92

2.5. Концептуальное моделирование информационного среды 98

2.6. Объектно-реляционный базис концептуальной модели сложных информационных систем. 102

2.7. Моделирование информационных взаимодействий 112

2.8; Динамическая модель виртуальной среды. 118

2.10. Выводы. 131

ГЛАВА 3. Системно-синергетическая концепция моделирования виртуальной среды . 146

3.1. Самоорганизация и нелинейная динамика информационных процессов : 133

3.2. Синергетика процессов эволюционного развития систем, 139

3.3. Аттракторы в пространстве информационных состояний. 147

3.4. Системно-синергетическая концепция эволюционного развития информационного пространства 157

3.5. Закономерности эволюционного развития информационного пространства. 168

3.6. Выводы 176

ГЛАВА 4. Системно-синергетический подход к управлению информационными процессами в сложных системах 175

4.1. Анализ проблем построения корпоративных информационных систем для поддержки процесса управления 177

4.2. Принципы системно-синергетического управления информационными процессами в; сложных системах 183

4.3. Методы и модели адаптивного информационного управления. 193

4.4. Управление информационными процессами в распределенной среде 200

4.5. Геоинформационные технологии в информационных системах управления 211

4.6. Построение информационной системы управления контентом Web—узла. 218

4.7. Выводы. 225

ГЛАВА 5. Методы и принципы построения информационно-аналитических систем поддержки принятия решений 227

5.1. Поддержка принятия решений в процессе управления сложными системами: 227

5.2. Архитектура системы поддержки принятия решений 232

5.3. Концептуальная модель информационного хранилища. 237

5.4. Аналитическая обработка информации средствами делового анализа данных 247

5.5. Методы извлечения данных и знаний 252

5.6. Поиск и извлечение информации в распределенном информационном пространстве. 257

5.7. Выводы 263

ГЛАВА 6. Практическое приложение системно-синергетической концепции 265

6.1. Системно-синергетические принципы в областях человеческих знаний, 265

6.2. Синергетика информационных процессов виртуального Интернет-пространства.273

6.3. Синергетика информационных процессов в образовательной деятельности 280

6.4. Практические примеры использования результатов диссертационных исследований* в научно-исследовательских работах Пензенского государственного университета 288

6.5. Выводы 302

Заключение 304

Список литературы. 307

Приложение 307

• Отображения, множества, структуры и категории
• Информационный объект и его концептуальная модель
• Самоорганизация и нелинейная динамика информационных процессов
• Анализ проблем построения корпоративных информационных систем для поддержки процесса управления

Введение к работе

В последние десятилетия классическая теория управления сложными системами . переживает определенный кризис. Кризис порожден тем, что до сих пор теория управления имела дело с объектами, структура и функционирование которых могли быть описаны формально, например, в виде дифференциальных уравнений, а цели и критерии управления допускали четкую формализацию. Это позволяло строить теорию управления как математическую науку, имевшую дело с формальными моделями и: точными методами. По существу, специалист, работающий в области управления, мог не знать реальные объекты управления, но должен был уверен в адекватности модели данному объекту. Начиная с пятидесятых годов, появляются объекты иной природы с новыми особенностями. Во-первых, структура, и функционирование подобных объектов не может быть описана: традиционными формальными моделями в виде совокупности уравнений. Во-вторых, эти объекты являются активными, эволюционирующими во времени. В-третьих, цели существования этих объектов и критерии управления ими также не могут быть формализованы и меняются с течением времени. Появляется необходимость создания управляющих систем, в которых ставятся вопросы автоматизации принятия решений на основе накопленных знаний, нахождения функционального описания управляемой системы. Такие системы получили название интеллектуальных систем управления.

Важным моментом управления является изменение внутренней структуры связей в процессе функционирования в зависимости от внешних воздействий. Главным условием оптимального управления становится способность системы к смене модели данных в системе управления. Особенностью систем управления является их ориентация на работу со сложными системами без участия человека. Поскольку одной из задач является накопление, структуризация и использование данных и их связей для принятия решений, то одной из главных составляющих системы является база знаний с информацией о внешних воздействиях и состоянии виртуальных объектов. Интеллектуальные системы управления процессом автоматизированного проектирования строились по схеме внедрения экспертных компонент/Проблема учета неполноты информации не могла быть решена без использования мер количества, нечеткости; информации, исчисления нечетких величин. Для решения проблемы требуется интеграция систем автоматизированного проектирования, систем искусственного интеллекта и принятия решений, также решение задачи

5 многокритериального выбора при принятии проектных решений, планирования и прогнозирования, экспертной диагностики, моделирования, проектирования и оптимизации ресурсов вычислительных систем, стохастической оптимизации.

Ограниченность познавательных моделей, их неполнота и неприменимость ко многим проблемам, привела к поиску новых концепций и парадигм. Диссертация посвящена рассмотрению концепций моделирования информационного пространства с точки зрения идеологии синергетики и самоорганизации нелинейных динамических систем. Базовые модели, понятия, правила поведения сложных систем, методы их исследования предлагает нелинейная динамика, синергетика. Именно синергетика в настоящее время претендует на роль базовой парадигмы естествознания. Синергетика -это наука о процессах самоорганизации в нелинейных диссипативных системах произвольной природы, Синергетический подход базируется на понятии самоорганизации, связанным; с процессом выделения: параметров порядка, что позволяет нелинейную среду, обладающую бесконечным числом степеней свободы, описать динамической системой с конечным числом переменных. Проблема^ управления здесь состоит в том, как среди множества переменных выделить ключевые параметры для решения задач управления.

Совершенно ясно, что построение теории информации лежит в русле нелинейных динамических систем. Проводимая в диссертации аналогия -между информационными и нелинейными динамическими процессами открывает перспективы построения новой теории информации. На основе вводимых понятий, в диссертации? предпринята попытка с позиции синергетики представить виртуальную, информационную среду как нелинейную динамическую систему, которая обладает «траекториями» движения, отражающими ее поведение во времени. Тогда, аналогично теории динамических систем,, информационная среда будет обладать фазовым пространством состояний, в котором существуют траектории развития информационных объектов.

Известно, что в динамических системах любой природы сигналы обратной связи малы по сравнению с силовым воздействием через усилитель мощности на соответствующий объект управления. В соответствии с концепцией синергетики для j задач управления важна не столько мощность сигнала управления; сколько его семантика, отражаемая информационными; символами. Маломощные сигналы, действующие на сложные открытые системы в критических точках, могут привести к значительным последствиям. В области неустойчивости такие системы показывают

сложное динамическое поведение, в том числе и хаотическое. Здесь важно двойственное рассмотрение их поведения: как с точки зрения динамики, когда доминирующую роль играет энергия, так и с точки зрения информационных процессов, когда основную роль играет семантика обратных связей.

Возникают две актуальные научные проблемы. Первая: из них связана с исследованием совместного взаимодействия энергии, вещества и информации в сложных нелинейных системах в условиях их неустойчивости. Самоорганизация здесь возникает, когда энергетический и информационный процессы образуют единое целое, приводящее к когерентному взаимодействию множества переменных системы. Другая: проблема относится к изучению нелинейных информационных процессов в сложных открытых системах, через которые протекают потоки энергии, вещества и информации; В таких системах формируются диссипативные структуры и протекают кооперативные процессы со свойством самоорганизации. Может произойти; разделение сложно системы на две: динамическую (силовую) и информационную (управляющую), которые взаимодействуют друг с другом. Расслоение системы является следствием. сложности фазового портрета. Тогда параметры порядка, описывающие поведение системы в точке бифуркации, находятся в нелинейной зависимости друг от друга. Траектории системы становятся * чувствительными к малым информационным, воздействиям (флуктуациям). В результате система в фазовом пространстве совершает «туннельные» переходы с одной траектории эволюционного развития на-другую под действием флуктуации.. Учитывая, возможность структурного расслоения, следует, выделить в отдельную структуру блоки управления, которые оказывают влияние на динамику систем посредством информационных сигналов.

Сложные системы можно разделить на два уровня: динамико-энергетический и информационно-управляющий. Поведение системы во внешней среде определяется информационными; свойствами. Добавление: к энергетической компоненте системы; информационной составляющей расширяет область фазового пространства, ее^ существования. Информационная составляющая сложной системы связана с целевой ? функцией системы и определяется структурой обратных связей; Энергетическая или силовая составляющая создает основу для информационного поведения. Каждая из двух подсистем может содержать свои уровни: иерархии, причем на высшие уровни поступает обобщенная информация, а на низших она конкретизируется. Повышение статуса объекта в иерархии системы ведет, к увеличению его числа степеней свободы, к расширению фазового пространства системы.

Теория самоорганизации позволяет продвинуться в исследовании научной проблемы иерархического расслоения систем, процессов управления их динамикой. Сущность, рассматриваемого^; в диссертации системно-синергетического подхода, состоит в использовании идеи самоорганизации, образовании в пространстве состояний совокупности информационных аттракторов и синергетических взаимодействий между ними. В основе концепции лежит информационная динамика. Ее особенность состоит в том, что используется информация о вариантах устойчивых состояний движения систем и способах перехода в такие состояния, а не о затратах энергии на управление, по классической теории управления. Для перевода системы в желаемый режим эволюционного развития достаточно иметь информацию о том, к какому аттрактору относится в момент времени ее траектория. Управление сводится к корректировке траектории системы, либо к удержанию системы на нужном * семействе траекторий. Информационное управление динамикой поведения требует не затрат энергии, а лишь^ информации о метке траектории.

В диссертации автор обобщает материалы зарубежных, российских ученых, результаты своих исследованиях в таких научных областях, как синергетика, аутопойезис, теория информации; теория систем, теория категорий, эволюционное моделирование, теория управления, концептуальное моделирование и т.д. Научные исследования и результаты, изложенные в: диссертации, основаны на работах В.И.Аршинова, Д.И.Батищева, А.М.Бершадского, Л.С.Берштейна, В.Г.Буданова, В.Н. Вагина, Ф.Варелы, Ю.М.Горского, Ю.А.Данилова, ГЛСЗипфа, Б.Б.Кадомцева, С.П.Капицы, Е.Ф.Кодда, А.А.Колесникова, В.П.Кулагина, С.П.Курдюмова, В.М.Курейчика^ В.В. Курейчика, Б.К.Лебедева, Я:Е.Львовича, А.М.Ляпунова, Г.Г.Мали нецкого, В.В. Мандельброта, Г.Матураны, А.Н.Мелихова, Г.Николиса, И.П.Норенкова, Г.С.Поспелова, А.Б.Потапова, И.Пригожина, Л.А. Растригина, В.Н.Фролова, Г.Хакена, Л.А.Цымбала и других ученых. Диссертационные исследования проводились в научной школе Пензенского Государственного Университета: Автор выражает особую благодарность своему научному консультанту, заслуженному деятелю науки и техники РФ, профессору, доктору технических наук, академику РАЕН, МАИ, МАОО, АИО Бершадскому Александру Моисеевичу за его неоценимую помощь в подготовке рукописи диссертации, за ценные замечания, способствующие улучшению качества ее содержания.

8 Общая характеристика работы,

Актуальность темы диссертации. В сложных системах для решения задач управления важна семантика сигнала управления, отражаемая информационными символами. Малые информационные сигналы, действующие на системы в точках их бифуркаций, могут привести к значительным последствиям. Для ^ открытых систем актуальным является исследование двойственного характера; их поведения: с точки зрения динамики, когда доминирующую роль играет энергия, и с точки зрения протекающих, в них информационных процессов. Возникает научная проблема исследования совместного взаимодействия энергии, вещества и= информации в нелинейных системах в условиях неустойчивости бифуркаций.

Поскольку информационные процессы протекают во всех искусственных и естественных системах, то существует актуальная проблема их изучения в открытых системах, В таких системах могут формироваться диссипативные структуры и проявляться свойство самоорганизации. Тогда в системах со сложной структурой может произойти- разделение на динамическую силовую и информационную управляющую подсистемы, которые взаимодействуют друг с другом. Такое расслоение является следствием сложности фазового портрета системы, когда параметры порядка, описывающие ее поведение- в неравновесной области, находятся в нелинейной; зависимости. В этом случае траектории системы чувствительны к малым флуктуашям, и точка системы в фазовом пространстве может легко перебрасываться с одной траектории на другую, под воздействием малых информационных управляющих. воздействий, вырабатываемых адаптивным регулятором. В^; САПР в роли подобного регулятора- выступает экспертная- подсистема или комбинированный анализатор-планировщик, решения задач проектирования. Актуальной задачей является проектирование сложных объектов с помощью интегрированной САПР и системы поддержки принятия решений для решения задачи многокритериального выбора при принятии, проектных решений, стратегического планирования, прогнозирования, экспертной диагностики, моделирования, проектирования и оптимизации;

Появление и развитие сетевых.телекоммуникационных технологий привлекло внимание исследователей к изучению процессов.в информационных пространствах. Как определить! оптимальную структуру Web-сайта? По каким законам она развивается, что будет с Web-узлом и Web-пространством в будущем? Как согласуются принципы развития виртуального пространства с законами эволюционного развития

9 реального мира7 Как управлять информационными процессами в проектных средах САПР? Каким образом происходит самоорганизация Web-сайтов? В каком направлении идет процесс развития сети? На эти вопросы невозможно дать четкий ответ. Эволюция информационной структуры, в течение которой Web-сайт может расти, расширяться, умирать, менять свои функции, делает невозможной процедуру построения замкнутой модели управления им. Рост виртуального пространства, внедрение информационных технологий во все сферы человеческой жизни предопределяет рост научных интересов в данной области знаний.

Актуальность научных исследований; информационных процессов в эволюционирующем информационном пространстве, с позиции системно-синергетического подхода в рамках; диссертационной работы подтверждается необходимостью решения ряда проблем теоретического и прикладного характера. С данными задачами сталкиваются проектировщики и пользователи сложных систем, а также руководители на всех уровнях управления в технических и социально-экономических системах. Отметим некоторые из них:

1. Проблема выделения параметров порядка. Даже при моделировании информационных процессов на компьютере задача выделения переменных для управления, к которым подстраиваются все степени свободы динамической системы, остается весьма сложной и основывается.чаще на опыте и интуиции, а не на строго формализованном математическом подходе;.

2. Проблемы количественного анализа системы. Математическая формализация информационных структур и процессов? связана с анализом количественных характеристик исследуемых объектов. Для извлечения необходимых характеристик сложных объектов требуется перерабатывать огромный объем информации, накопленных в оперативных базах данных и хранилищах сети. Небольшие ошибки в соответствии с синергетическим принципом приведут к ложным посылкам и выводам. Причем главными источниками ошибок в данном: случае в большинстве случаев оказываются люди.

3. Проблема качественного описания системы. Анализ качественных особенностей состоит в выявлении тенденций и причин возникновение новых свойств управляемой системы. При этом многие количественные характеристики исследуемых систем могут оказаться несущественными.

4. Проблема NP-полноты. При анализе информационного пространства нелинейная динамика сталкивается с обработкой огромных массивов оперативной

10 информации, которая практически не дает понимания исследуемых процессов управления. Первоочередной задачей становится проблема извлечения необходимой информации из массивов оперативных данных, ее упорядочивание, выделение параметров порядка.

5.' Проблема запаздывания реализации. Информационные процессы занимают большой временной интервал. Задачей при моделировании процессов в таких системах становится выделение временного интервала исследования.

Для решения вышеназванных проблем следует разработать концептуальные модели, способные адекватно отображать информационные, объекты, создать технологию извлечения знаний из массивов оперативной информации, построить информационные хранилища и средства делового анализа данных. В диссертации перечисленные проблемы решаются на основе моделирования информационного пространства САПР и систем управления в рамках идеологии синергетики и самоорганизации нелинейных динамических систем. Разработка положений теории нелинейных динамических информационных процессов и взаимодействий на основе системно-синергетического подхода, аутопоиезиса, эволюционного моделирования и теории категорий является актуальной и важной задачей.

Цели и задачи исследований. В работе поставлена цель - создание фундаментальных положений, методов и принципов теории информационного синергетического управления процессами эволюции, самоорганизации и аутопоиезиса сложных систем и сред, что позволит повысить эффективность процесса принятия; решений в проектно-технических, социально-экономических, административных и образовательных структурах. Решение задач имеет существенное значение для отраслей науки, образования и экономики в плане развития : теории информации, системного анализа, телекоммуникационных технологий, эволюционного и концептуального моделирования, синергетической парадигмы.

Для достижения цели научного исследования решены следующие задачи:

5. Проведен теоретико-информационный анализ информационных процессов и моделей в сложных проектно-технических, экономических и образовательных системах с позиции междисциплинарного системно-синергетического подхода и аутопоиезиса;

6. Проведен комплексный анализ теорий, методов и принципов решения задач управления в различных; сферах деятельности для определения системно-синергетических закономерностей;

3. Проведен анализ процессов эволюции информационного пространства сети Интернет, систем автоматизированного проектирования^ информационных хранилищ, систем поиска информации и извлечения знаний, социально-экономических и образовательных систем; в плане выявления системно-синергетического характера: информационных процессов;

4. Разработаны основные концептуальные модели информационных объектов и взаимодействий, структур и систем, информационного пространства для поддержки процессов автоматизированного проектирования, принятия решений и управления;

5. Определены универсальные : закономерности управления и эволюционного развития сложных систем, информационных структур, сети Интернет.

6. Разработаны, комплексы программно-технических, информационных и научно-методических средств поддержки проектирования и управления в сложных открытых системах;

Объект и предмет исследования. Объектами исследований в диссертационной; работе являются информационные объекты и процессы в сложных проектно-технических, социально-экономических и образовательных системах, а также виртуальное информационное пространство в его эволюционном развитии. Предметом диссертационных исследований является исследование универсальных закономерностей процессов синергетического управления и эволюционного развития сложных систем, информационных структур, информационного пространства сети Интернет, концептуальных: моделей и методов: принятия решений в проектно-технических, социально-экономических и образовательных системах..

Методы исследований; Разработанные положения, модели и принципы основаны на методах системного анализа, синергетики, нелинейной динамики, аутопойезиса; эволюционного моделирования, фрактальной геометрии, реляционной алгебры, теории категорий, теории принятия решений, теории информации, теории автоматизации проектирования, теории баз данных, теории классификации, теории^г графов, теории распознавания образов, теории управления.

Научная новизна и значимость полученных результатов, заключается в обобщении- и решении научной проблемы, связанной с разработкой положений теории информационных процессов в открытых системах и средах, концептуальных моделей и методов принятия решений в САПР, социально-экономических и образовательных системах. К наиболее существенным научным результатам относятся:

1. Гипотеза о нелинейном динамическом характере информационных процессов в сложных открытых системах и систем но-синергетическом характере процесса управления, которая позволяет определить новые перспективы построения динамической теории информации, исследовать процессы иерархического расслоения систем и процессов управления, построить основы теории информационных процессов;

2. Разработанные положения * фундаментальной теории динамических информационных процессов, которая включает в себя терминологию и определения, общетеоретические результаты и выводы, формулы расчета характеристик и параметров информационных: процессов, категории информационного объекта и концепта, концептуального дескриптора, информационного морфизма, виртуальной среды, типы, классы, свойства, атрибуты концептов и морфизмов и т.д.;

3: Метод теоретико-информационного анализа синергетического управления информационными процессами в системах и виртуальных средах, принципы моделирования процессов информационного управления на основе определения устойчивых и неустойчивых состояний, информационных аттракторов, построения фазового портрета сложной системы;

4. Метод анализа эволюционного развития сети Интернет с позиции системно-синергетического подхода, самоорганизации и структурного сопряжения информационных процессов, образования диссипативных структур и аттракторов в Web-пространстве с целью выявления базовых закономерностей развития информационных технологий;

5. Научные основы концептуального моделирования информационных объектов в сложных системах автоматизированного проектирования и управления на основе комбинированного объектно-реляционного подхода;

6. Методика информационно-синергетического управления в проектно-технических, социально-экономических и образовательных системах, которая включает процедуру параметрического обобщения, математические модели расчета характеристик аттракторов, метод синтеза информационных управляющих воздействий с целью изменения траекторий эволюции, технологию адаптивного управления через изменения в информационных морфизмах и т.д.;

7. Разработанные принципы геоинформационного мониторинга-информационных потоков и электронного документооборота в: управленческих и административных структурах на основе его пространственно-географической привязки к планам зданий и картам местности;

8. Разработанные принципы системно-синергетического воздействия на психику человека с целью управления его мотивацией и поведением, синергетический: подход в сфере образования и управления социальными группами.

Практическая ценность полученных результатов, заключается в решении важной народохозяйствешюй проблемы, которая состоит в разработке системно-синергетической методологии управления в технических, финансово-экономических и социальных системах, которая позволяет повысить качество и эффективность управленческих процессов,, снизить ресурсные и. энергетические затраты. Широкий спектр экспериментальных исследований, практическое воплощение разработанных методов и технологий управления в проектных, административных, экономических и образовательных системах, доказывает преимущества применения результатов диссертации при решении типичных задач управления, Практическую ценность представляют следующие результаты:

1. Разработана структура и состав системы поддержки принятия решений предприятием в рамках синергетической: концепции управления на основе предложенных информационных моделей, управления предприятием, трехуровневой архитектуры информационной среды с централизованным информационным хранилищем и распределенными витринами данных;.

1. Разработана система административного управления, планирования информационных потоков и электронного документооборота, которая базируется на технологии геоинформациошюго мониторинга с привязкой к топологическому плану: объекта управления;

3. Решены задачи прикладного характера в следующих областях: разработка информационно-аналитических систем поддержки деятельности аудиторской фирмы и решения финансово-экономических задач для различных предприятий; анализ и оценка проектов; управление, финансовыми рисками лизинговых и инвестиционных компаний; управление долгами и кризисными ситуациями; автоматизация процессов регулирования теплоснабжения в городских теплосетях; автоматизация управления процессом производства электродной продукции; создание инфраструктуры, регионального информационного пространства; создание Web-сайтов системы образования и науки.

4. Разработаны метод и технология управления созданием-и развитием Web-сайтов, баз данных,, информационных хранилищ, средств поиска информации и извлечения знаний;

5. Предложен комплексный- подход к созданию интегрированных САПР с интеллектуальными средствами анализа объектов и алгоритмов проектирования, проектных ситуаций, подсистемой синтеза сценариев и шаблонов решения проектных задач (система топологического анализа ТОМАС и структурный анализатор STAR);

6. Разработаны и реализованы, средства интеллектуальной-информационной поддержки принятия решений в САПР топологии СБИС, организованные в виде системы концептуального проектирования на основе гипотезы синергетического управления процессом выбора путей решения задач и объектно-реляционного моделирования объектов проектирования;

71 Решены задачи прикладного характера в плане управления качеством подготовки специалистов па основе моделирования образовательной среды подготовки специалистов' САПР,¹, которая включает в себя систему планирования учебного процесса CASCAD, базы данных, Web-сайт, систему тестирования QUEST, учебно-методические комплексы и электронные учебники.

Достоверность научных и практических результатов диссертационной работы. Достоверность научных положений и выводов подтверждена результатами моделирования,-, исследования, экспериментальной і проверки и применения теоретических результатов при создании САПР интегральных, схем, средств поддержки процессов проектирования ТОМАС и STAR, информационного пространства для системы образования и науки Пензенской области,\ университетской сети и Web-сайта в рамках международного проекта UNICOM; системы управления качеством образования CASCAD, системы управления финансовыми и товарными потоками, подсистемы управления контентом Web-сайта; системы поиска и извлечения знаний, распределенных информационных хранилищ, системы геоинформационного - мониторинга электронного документооборота, электронных учебников, системы тестирования QUEST, и т.д.

Основные положения; выносимые на защиту. На защиту выносятся:

1. Гипотеза о системно-синергетическом характере процесса управления в сложных системах, которая включает механизмы создания и поддержания упорядоченности, процедуру параметрического обобщения, расчета- характеристик информационных аттракторов, технологию смены траектории эволюции или нежелательного аттрактора через изменение параметров порядка и начальных условий, использование информационных воздействий в особых точках и т.д.

2. Теоретико-информационная концепция анализа синергетических процессов и эволюции сложных информационных систем, включающая терминологию, аксиоматику, определения основных категорий, объектов и атрибутов, отношений, формулы расчета параметров, которая в отличие от существующих представляет инструментарий комплексных научных исследований синергетического управления^! процессами в сложных системах.

3. Метод моделирования информационных объектов, на концептуальном и логическом уровнях представления, который основан на гипотезе об ортогональности объектного И:реляционного подходов к моделированию и позволяет использовать объектно-реляционную модель для отображения: и исследования информационных процессов в сложных открытых системах.

4'. Системно-синергетическая методика информационного управления, которая в отличие от классического сигнально-энергетического подхода к управлению, переводит сущность управления < в информационную плоскость и основана на синергетическом аутопойетическом описании процессов самоорганизации в сложных системах и средах, что позволяет на практике существенно снизить энергетические и ресурсные затраты по управлению.

5. Математические модели расчета характеристик систем, находящихся в особых информационных состояниях (аттракторах), которые позволяют выявить закономерности филогенетического развития информационной среды за счет онтогенетического развития информационных систем: Web-сайтов, хранилищ, средств анализа, поиска и извлечения знаний.

6. Структура, состав, комплексы программ и баз данных информационно-аналитической системы поддержки принятия решений в САПР и системах управления, которая в отличии от аналогов построена по трехуровневой архитектуре с центральным информационным хранилищем и витринами данных с возможностью пространственно-географической привязки информационных потоков и баз данных к планам здания и картам с целью геоинформационного мониторинга..

Реализация и внедрение; результатов работы. Теоретические и практические результаты, полученные в-диссертационной работе, использованы в 20 научно-исследовательских работах, выполненных в рамках грантов РФФИ, межвузовских научно-технических программ, федеральных целевых программ и заказ-нарядов Министерства Образования РФ, проектах госбюджетной и хоздоговорной тематики. Материалы диссертации использованы: в НИР «Создание

16 экспериментальных компьютерных баз данных и знаний в рамках международного проекта ЮНИКОМ/РОССИЯ»; в госбюджетных НИР «Разработка регионального информационного пространства» (1994-2000гт.), «Создание регионального информационного пространства системы образования, на базе WWW технологии» (2000-2003гг.); в проекте «Разработка прототипа ГИС для мониторинга образовательной системы региона», выполняемом в рамках МНТП «Разработка научных, основ создания геоинформационных: систем»; в проекте, «Разработка информационно-аналитической системы ВУЗа», выполняемом в рамках МНТП! «Информационные технологии в образовании и науке» (1998- 1999гг.); в НИР «Разработка учебно-методического комплекса "Создание информационных систем в среде FoxPro» в рамках МНТП "Разработка УМК по изучению перспективных информационных технологий";.в проекте «Геоинформационная:система научных и^ образовательных ресурсов регионов России» для ГосНИИ ИТ "Информика" в рамках МНТП «Геоинформационные системы»; в проекте «Разработка геоинформационной; системы Российского портала открытого образования» в рамках федеральной целевой программы МО РФ «Развитие единой образовательной: информационной среды (2001-2005 годы)»; в проектах «Создание комплекта научно-образовательных атласов федеральных округов России», «Информационное и технологическое сопровождение геоинформационного сервера "Образовательные ресурсы России"» в рамках программы МО РФ «Научное, научно-техническое, материально-техническое и информационное обеспечение системы- образования»; в проекте «Разработка и исследование методов распознавания структур объектов в адаптивных интеллектуальных системах» по гранту ИНФ7 РФФИ; в проектах по заданию МО РФ «Системологические основы и концептуальные методы проектирования и управления в региональных, образовательных структурах и технических системах», «Создание экспериментальной базы данных и базы знаний: учреждений, высшего и смежного образования региона»; в проектах по заказ-наряду МО РФ «Теория и методы построения - высокопроизводительных информационно-вычислительных систем (ИВС) для обработки гетерогенной информации» (2000-2003), «Адаптивное ситуационное управление в концептуально-ориентированных, средах проектных и образовательных систем», «Разработка концептуальной; модели, обучаемого обучающего и процесса обучения» и т.д. Акт использования результатов диссертационной работы в научно-исследовательских работах Пензенского государственного университета приведен: в приложении к диссертации.

Результаты диссертации использованы в работе Пензенского филиала Исследовательского центра проблем качества подготовки специалистов (г. Москва), областного ЦНИТ, Центра дистанционного образования Пензенского государственного университета (ПГУ) для проведения' мониторинга образовательных процессов, информационно-аналитической поддержки управления учебного процесса. Результаты работы внедрены и использованы при создании информационного пространства сети ПГУ, регионального информационного пространства, Web-сайтов системы образования: Пензы, баз знаний по международной программе «Создание национальной системы баз данных и знаний, высшей школы России», для автоматизации, деятельности аудиторского предприятия, при оптимизации административно-хозяйственной и финансово-экономической деятельности предприятий различных форм собственности; при инвестиционной оценке проектов и управлении финансовыми рисками; для оценки состояний систем автоматического регулирования подачи тепла в городских сетях теплоснабжения, для автоматизации управления процессом производства электродной продукции и т.д. Акты внедрения результатов диссертационной работы в деятельность, аудиторского предприятия ООО "Аудит-Консалтинг" (г. Пенза), завода ООО «Пенза-Электрод» (г. Пенза), муниципального предприятия "Гортеплосеть" (г. Кузнецк), производственно-коммерческого предприятия ОАО "ЛАСРЕФ" (г. Таллинн, Эстония) приведены в приложении.

Научные результаты, наряду с внедрением в промышленность, используются в учебном процессе Пензенского государственного университета, Пензенского филиала Российского государственного университета инновационных технологий и предпринимательства при разработке лекционных, практических и лабораторных занятий по учебным дисциплинам: «Организация работы в сети Интернет», «Локальные и глобальные сети», «Компьютерное Искусство», «Мировые информационные ресурсы» и т.д., а также при разработке учебно-методических комплексов, электронных учебников, системы тестирования,. системы управления качеством обучения. Соответствующие акты внедрения.результатов диссертационной работы в учебный процесс приведены в приложении к диссертации.

Апробация результатов диссертации. Результаты диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на международном коллоквиуме «Graphen und Netzwerke - Theorie und Anwendungen», (ГДР, Ильменау, 1988); на научных семинарах во время стажировки в Оттавском университете (Канада, Оттава, 1990-І99ІГ.); на международных конференциях: «Интегрированные системы целевой

18 подготовки специалистов и автоматизации технических систем различного назначения» (ГКНО СССР, 1990); «Новые информационные технологии в науке, образовании и бизнесе, САПР-93, САПР-94» (Украина, Ялта-Гурзуф, 1993, 1994гг.); «Новые информационные технологии в науке, образовании, медицине; телекоммуникациях и бизнесе, IT+SE'94, IT+SE'95, IT+SE'96, IT+SE'98, IT+SE'99, IT+SE'2000, IT+SE'2001, IT+SE'2002, IT+SE'2003» (Украина, Гурзуф, 1994-2003гг.); на международных конференциях «Новые информационные технологии и системы», «Информационные технологии и системы в образовании, науке, бизнесе», «Университетское образование» (Пенза, 1994; 2000, 2002гг.); «Проблемы автоматизированного проектирования в электронике» (Киев, 1994); на международных конференциях «Региональная информатика, РИ-95, РИ-96» (С-Петербург, 1995, 1996гг.); «Новые информационные технологии в университетском образовании» (Новосибирск, 1995); «Информационные технологии- в непрерывном: образовании ИТНО-95» (Петрозаводск,!995); на всесоюзных конференциях «Методы и средства борьбы с помехами в цифровой технике» (Каунас, 1986); «Автоматизация проектирования средств вычислительной техники и радиоэлектроники» (Каунас, 1985); «Теория и практика построения интеллектуальных интегрированных САПР' РЭА и БИС» (Москва,. 1989); «Теоретические и прикладные вопросы разработки и эксплуатации систем автоматизированного проектирования радиоэлектронной аппаратуры» (Славское, 1986); на всероссийских научно-технических конференциях «Телематика-95, Телематика-96, Телематика-97» (С-Петербург, 1995,1996,1997гг.); «Перспективные информационные технологии в высшей школе» (Самара, 1993); всесоюзных совещаниях' и^; семинарах «Автоматизация проектирования электротехнических устройств» (Таллин, 1987); «Высокие технологии в проектировании технических устройств и, автоматизированных систем», «Математическое обеспечение: высоких технологий в технике, образовании и медицине» (Воронеж, 1993, 1995, 1996гг.); «Проблемы создания национальной академической системы баз данных и баз знаний» (Уфа, 1995); на всероссийском симпозиуме «Квалиметрия человека и образования: методология и практика» (Москва, 1994); на всероссийской научно-методической конференции «Компьютерные технологии в высшем образовании» (Санкт-Петербург, 1994); на республиканских конференциях и семинарах «Машинные методы проектирования ЭВА» (Каунас, 1988); «Системный анализ и¹ принятие решений в задачах автоматизированного обеспечения надежности и качества- изделий приборостроения и радиоэлектроники» (Махачкала, 1991); «Опыт разработки

приборно-технологических САПР» (Львов, 1991); «Новые информационные технологии» (Минск, 1991); «Автоматизация проектирования радиоэлектронной аппаратуры» (Каунас, 1991); на межрегиональных конференциях «Новые информационные технологии обучения в региональной инфраструктуре» (Пенза, 1999); Автоматизация проектирования РЭА и ЭВА» (ПензаД984-93гт.); на семинарах кафедры САПР ППУ, а также на ряде конференциях и семинарах.

Публикации по результатам диссертации. Результаты диссертационной работы отражены в 107 печатных работах, б том числе в : 1 монографии, 5 учебных пособиях, 20 научно-исследовательских отчетах, 11 статьях. Без соавторов опубликовало 42 работы. Все результаты, составляющие содержание диссертации, получены автором самостоятельно.

Структура и объем диссертационной работы. Основное содержание диссертационной работы изложено на 338 страницах машинописного текста, и включает введение, 6 глав, заключение, приложение, список литературы из 313 наименований, 62 рисунка.

Краткое содержание диссертационной работы.

Во введении дана краткая характеристика состояния проблемы. Обосновывается актуальность темы, диссертационной работы, определены цель и задачи работы, сформулирована научная новизна, основные положения, выносимые на защиту, практическая ценность работы, излагается содержание глав диссертации.

В первой главе проведен аналитический обзор базовых теорий, моделей и методов. построения информационных сред проектирования сложных эволюционирующих систем. Показано, что в качестве методов исследования научной проблемы целесообразно использовать фундаментальные конструкции теории множеств, теории категорий, теории информации, системного анализа, синергетики, аутопойезиса: и теории: баз данных. В^: разделе постулируются основные положения теории информационных динамических: процессов (информационной, синергетики). Вводятся понятия организации" и структуры информационной системы, информационного домена для описания информационных потоков через отношения к фазовым состояниям системы и возможным траекториям ее эволюционного развития. Приводится сравнительный анализ определения основных информационных характеристик в традиционных подходах теории информации. Рассмотрены основные положения теории аутопойезиса в приложении к исследованию процессов организации информационных структур, систем и информационного- пространства. В главе

20 рассмотрена категория структурного сопряжения информационных систем и виртуальной среды. Рассмотрены модели представления данных и определен комбинированный подход создания обобщенной концептуальной модели информационной системы на основе реляционной и объектной концепции.

Во второй главе изложены основы концептуального моделирования информационного^ пространства Определены основные понятия и категории, предложена универсальная концептуальная: модель информационных объектов и: иерархическая модель, виртуального пространства. Показано функторное взаимодействие информационных концептов различных уровней иерархии. Определены базовые свойства информационного концепта и информационных морфизмов. Определены аксиоматические положения моделирования информационного пространства. Введено понятие концептуального дескриптора для идентификации информационного концепта. Рассмотрена концептуальная модель информационной среды администрирования > учебного процесса ВУЗа. Разработана концептуальная модель планирования учебного процесса на примере специальности «Системы автоматизации, проектирования». Определены следующие базовые принципы построения информационной системы, основанной на гибридной объектно-реляционной модели. Показаны преимущества предложенной гибридной концептуальной модели информационной системы. Рассмотрены основные составляющие процесса информационных взаимодействий концептов: информационный концепт; внешняя информационная' среда; информационное взаимодействие. Получено обобщение закона информативности Цымбала на случай двустороннего информационного взаимодействия. Рассмотрена, динамическая концептуальная модель виртуальной среды. Определено параметрическое обобщение информационного концепта. Показано что, информационная структура является статическим типом параметрического обобщения информационных концептов, а информационная технология - динамическим типом,

В третье» главе рассматриваются информационные взаимодействия в; виртуальной среде: и механизмы информационного обмена между взаимодействующими системами. Показано, что синергетика зволюционного развития виртуальной среды' определяет когерентное согласованное взаимодействие или структурное сопряжение двух основополагающих, процессов - организации: информационных концептов и их самоорганизации. Доказано что, существуют различия в сущности информационных процессов организации и самоорганизации,

21 составляющих аутопойетическое явление структурного сопряжения. Определено что, в соответствии с синергетическим подходом существуют особые состояния информационного концепта и виртуальной среды в целом, которые притягивают к себе траектории его развития. Эти устойчивые: равновесные состояния информационной среды в главе названы информационными аттракторами. Информационные концепты, ставшие информационными аттракторами, являются устойчивыми; точками в пространстве состояний. Сформулированы основные постулаты, расширяющие синергетическую теорию аттракторов. В- главе; сделан вывод о том, что требуется знание длинной предшествующей траектории. эволюционного развития информационного аттрактора, моделирующего Web-сайт, чтобы гарантировать посещение множества сайтов. Сформулирован; основной принцип структурного сопряжения информационных систем: синтез простых эволюционирующих структур в сложную структуру происходит посредством установления общего темпа развития, синхронизацию их эволюции. Определены синергетические принципы эффективного функционирования информационной системы, В соответствии, с системно-синергетической. концепцией виртуальное информационное пространство определено как самоорганизующаяся коммуникативная система. Рассмотрен процесс развития, информационного концепта посредством чередования фазовых состояний: расширения и сжатия. Эволюционное развитие Интернет пространства определено через взаимодействие тенденции к формированию отдельных состояний; информационной среды и тенденции к интеграции этих состояний. Рассмотрены этапы фрагментации Интернет пространства.. Доказано что, эволюционный процесс развития информационной среды зависит от гомеостатического равновесия двух эволюционных тенденций: тенденции к фрагментации информационного пространства и тенденции к интеграции информационных доменов.

В четвертой главе рассмотрены вопросы управления; сложными системами; Доказывается, что информационная инфраструктура предприятия должна рассматривается: в рамках системно-синергетического подхода как адаптивная: аутопойетическая система. Определены следующие этапы алгоритма информационно-синергетического управления: построение вектора параметров порядка, выделение доминантных параметров порядка, определение информационных аттракторов, расчет их характеристик, генерация- управляющих воздействий, классификация. Задача; синергетического управления заключается в адекватном описании топологии областей аттракторов, как центров образования диссипативных структур. Приведены способы

22 воздействия на поведение сложной системы с целью адаптивного ситуационного управления. Алгоритм управления в плане системно-синергетического подхода определен как последовательность управляющих информационных воздействий с поэтапной оценкой их результатов и динамическом изменении параметров порядка в процессе адаптивного управления.

Показано что, морфизмы между компонентами сложной системы образуются в процессе коммуникаций или информационных взаимодействий. Рассмотрен двойственный характер информационных: взаимодействий, который; определяет необходимость реализации механизма дуального адаптивного управления. Показано что, оптимальное управление сложной системой достигается при условии совпадения максимума и минимума целевой функции в точке, когда система находится в устойчивом состоянии гомеостатического равновесия.

В главе определено что, в основе системно-синергетического подхода к управлению- сложивши системами лежит механизм резонансных информационных воздействий, посредством которого изменяются параметры порядка, в рамках которых система чувствительна к данным воздействиям. Концепция системно-синергетического воздействия отрицает классическое представление об управлении сложными системами, где результат управленческих действий< является однозначным и пропорциональным приложенным усилиям. Система управления сложной системой принципиально не может быть, замкнутой и должна поддерживать как централизованное, так и распределенное администрирование с различными способами выделения зон ответственности. Определены основные требования к информационным системам управления. В главе рассмотрены вопросы применения геоинформационных технологий для построения систем электронного документооборота в административных управленческих структурах, что позволяет осуществлять привязку информационных потоков к планам административных зданий, к расположению зданий на картах. В' плане реализации; системно-синергетической концепции управления в главе предлагается использовать технологию информационной накачки.

В пятой глапе рассматриваются вопросы, связанные с построением информационной среды для поддержки процессов управления и принятия решений; В разделе определены. задачи и основные этапы принятия управленческих решений. Показано, что поддержка принятия управленческих решений в аналитических системах может осуществляться в трех областях: области детальных данных, области агрегированных показателей или параметров порядка, области поиска

23
закономерностей. В главе предложена структура и состав информационно-
аналитической системы поддержки; принятия решений; (ИАСППР) в рамках
информационно-синергетической концепции управления, предложены

информационные модели управления предприятием, архитектуры информационной среды, для поддержки принятия решений. Предложены новые методы и - средства организации распределенных¹, информационных хранилищ. Предложена многомерная концептуальная модель информационного хранилища. Определена его трехуровневая архитектура и основные функции, иерархии уровней,информационных концептов на каждом измерении куба. Предложена¹ формула- оценки числа агрегатов информационного хранилища. Рассмотрены средства делового анализа данных, на-основе технологии OLAP. Сделан вывод, что системы аналитической обработки данных в реальном времени в настоящее время являются наиболее перспективными для поддержки процессов.управления на предприятиях и организациях. Рассмотрены и проанализированы технологии и методики извлечения * знаний и данных для их интеграции в информационные хранилища и поддержки, принятия управленческих решений. Рассмотрены технологии поиска информации и извлечения из распределенного пространства сети Интернет. Приведена архитектура поисковой машины и механизм взаимодействия с ней. Разработаны и реализованы средства, интеллектуальной поддержки принятия решений в САПР топологии СБИС, организованные в виде системы концептуального проектирования. Рассмотрены и проанализированы этапы извлечения информации из Интернет пространства.

В шестой; главе рассмотрены примеры использования; систем но-синергетического подхода в различных областях человеческой деятельности, а также; ряд примеров приложения основных положений. диссертационного исследования в научно-исследовательских работах, имеющих^ важное прикладное значение в сфере науки и образования при создании телекоммуникационных, информационных, образовательных и административных систем. Приведены примеры и результаты исследования синергетического воздействия рекламы на человека с целью его мотивации. В разделе приведены практические доказательства того, что информационной составляющей, влияющей на мотивацию отдельной личности или социальной группы в целом, является элемент дизайна. Приведены результаты диссертационных исследований цветового воздействия на состояние психики человека и его поведение. Показано что, для оптимального управления организацией или социальной группой необходимо структурное согласование, совместное действие и

24 самоорганизация личностных типов. В главе показано, что иерархическая структура управления может работать тогда, когда функционируют координаторы управленческого процесса. Приведен пример использования синергетических принципов в плане управления психическим состоянием человека. Сделаны утверждения в отношении психической и коммуникативной деятельности человека с позиции системно-синергетической концепции. Приведены результаты исследования развития сети Интернет, которые показали, что информационные процессы в сети с одной стороны подчиняются закономерностям, определенным стандартами и протоколами, с другой стороны хаотическим процессам, вызываемым сетевым сообществом и вирусными программами.

Рассмотрено как системно-синергетический подход определяет диверсификацию множества информационных и квалиметрических технологий, необходимую для перехода к концептуально-ориентированной методологии подготовки специалистов, В разделе показана двойственная роль синергетики в образовательных процессах. С одной стороны, есть синергетические способы организации образовательного процесса, с другой стороны, образование служит для передачи и распространения синергетических знаний. Первая задача обучения заключается з определении способов малого информационного воздействия на психику обучаемого так, чтобы подтолкнуть его на путь самообразования. Другой задачей является преодоления хаотических и спонтанных деструктивных устремлений обучаемого, перевод их в творческое инновационное русло. Аутопойезис; информационно-образовательной системы означает то, что она может моделировать процесс воспроизводства виртуальных обучающих компонент, реализующих структуру образовательного процесса и его организацию. Приведены примеры использования результатов диссертационных исследований в научно-исследовательских и учебно-методических работах кафедры САПР Пензенского государственного университета и Российского государственного университета инновационных технологий и предпринимательства.

В заключении приведены основные результаты диссертационного исследования и решения поставленных научных задач.

В приложении приведены акты внедрения результатов диссертации.

Отображения, множества, структуры и категории

Показано что, морфизмы между компонентами сложной системы образуются в процессе коммуникаций или информационных взаимодействий. Рассмотрен двойственный характер информационных: взаимодействий, который; определяет необходимость реализации механизма дуального адаптивного управления. Показано что, оптимальное управление сложной системой достигается при условии совпадения максимума и минимума целевой функции в точке, когда система находится в устойчивом состоянии гомеостатического равновесия.

В главе определено что, в основе системно-синергетического подхода к управлению- сложивши системами лежит механизм резонансных информационных воздействий, посредством которого изменяются параметры порядка, в рамках которых система чувствительна к данным воздействиям. Концепция системно-синергетического воздействия отрицает классическое представление об управлении сложными системами, где результат управленческих действий является однозначным и пропорциональным приложенным усилиям. Система управления сложной системой принципиально не может быть, замкнутой и должна поддерживать как централизованное, так и распределенное администрирование с различными способами выделения зон ответственности. Определены основные требования к информационным системам управления. В главе рассмотрены вопросы применения геоинформационных технологий для построения систем электронного документооборота в административных управленческих структурах, что позволяет осуществлять привязку информационных потоков к планам административных зданий, к расположению зданий на картах. В плане реализации; системно-синергетической концепции управления в главе предлагается использовать технологию информационной накачки.

В пятой глапе рассматриваются вопросы, связанные с построением информационной среды для поддержки процессов управления и принятия решений; В разделе определены. задачи и основные этапы принятия управленческих решений. Показано, что поддержка принятия управленческих решений в аналитических системах может осуществляться в трех областях: области детальных данных, области агрегированных показателей или параметров порядка, области поиска закономерностей. В главе предложена структура и состав информационно аналитической системы поддержки; принятия решений; (ИАСППР) в рамках информационно-синергетической концепции управления, предложены информационные модели управления предприятием, архитектуры информационной среды, для поддержки принятия решений. Предложены новые методы и - средства организации распределенных1, информационных хранилищ. Предложена многомерная концептуальная модель информационного хранилища. Определена его трехуровневая архитектура и основные функции, иерархии уровней,информационных концептов на каждом измерении куба. Предложена1 формула- оценки числа агрегатов информационного хранилища. Рассмотрены средства делового анализа данных, на-основе технологии OLAP. Сделан вывод, что системы аналитической обработки данных в реальном времени в настоящее время являются наиболее перспективными для поддержки процессов.управления на предприятиях и организациях. Рассмотрены и проанализированы технологии и методики извлечения знаний и данных для их интеграции в информационные хранилища и поддержки, принятия управленческих решений. Рассмотрены технологии поиска информации и извлечения из распределенного пространства сети Интернет. Приведена архитектура поисковой машины и механизм взаимодействия с ней. Разработаны и реализованы средства, интеллектуальной поддержки принятия решений в САПР топологии СБИС, организованные в виде системы концептуального проектирования. Рассмотрены и проанализированы этапы извлечения информации из Интернет пространства.

В шестой; главе рассмотрены примеры использования; систем но-синергетического подхода в различных областях человеческой деятельности, а также; ряд примеров приложения основных положений. диссертационного исследования в научно-исследовательских работах, имеющих важное прикладное значение в сфере науки и образования при создании телекоммуникационных, информационных, образовательных и административных систем. Приведены примеры и результаты исследования синергетического воздействия рекламы на человека с целью его мотивации. В разделе приведены практические доказательства того, что информационной составляющей, влияющей на мотивацию отдельной личности или социальной группы в целом, является элемент дизайна. Приведены результаты диссертационных исследований цветового воздействия на состояние психики человека и его поведение. Показано что, для оптимального управления организацией или социальной группой необходимо структурное согласование, совместное действие и самоорганизация личностных типов. В главе показано, что иерархическая структура управления может работать тогда, когда функционируют координаторы управленческого процесса. Приведен пример использования синергетических принципов в плане управления психическим состоянием человека. Сделаны утверждения в отношении психической и коммуникативной деятельности человека с позиции системно-синергетической концепции. Приведены результаты исследования развития сети Интернет, которые показали, что информационные процессы в сети с одной стороны подчиняются закономерностям, определенным стандартами и протоколами, с другой стороны хаотическим процессам, вызываемым сетевым сообществом и вирусными программами.

Рассмотрено как системно-синергетический подход определяет диверсификацию множества информационных и квалиметрических технологий, необходимую для перехода к концептуально-ориентированной методологии подготовки специалистов, В разделе показана двойственная роль синергетики в образовательных процессах. С одной стороны, есть синергетические способы организации образовательного процесса, с другой стороны, образование служит для передачи и распространения синергетических знаний. Первая задача обучения заключается з определении способов малого информационного воздействия на психику обучаемого так, чтобы подтолкнуть его на путь самообразования. Другой задачей является преодоления хаотических и спонтанных деструктивных устремлений обучаемого, перевод их в творческое инновационное русло. Аутопойезис; информационно-образовательной системы означает то, что она может моделировать процесс воспроизводства виртуальных обучающих компонент, реализующих структуру образовательного процесса и его организацию. Приведены примеры использования результатов диссертационных исследований в научно-исследовательских и учебно-методических работах кафедры САПР Пензенского государственного университета и Российского государственного университета инновационных технологий и предпринимательства.

Информационный объект и его концептуальная модель

Категорию «информационный объект» (ИО) будем использовать. в качестве, виртуальной аналогии понятия «объект реального мира». Предполагается, что реальный объект не обязательно имеет материальную природу. Синонимом выражению «объект реального мира» служит понятие «сущность». Синонимом словосочетанию «информационный объект» следует считать в некотором приближении словосочетание «виртуальный объект». Информационный объект может иметь непрерывную, неопределенную и нечеткую природу. Определим информационный объект как абстрактную сущность, представляющую виртуальное: описание реальной сущности или виртуальное восприятие данной сущности человеческим мышлением [35]. В данном исследовании категория информационный объект играет роль первичного понятия. Оно не может быть выведено из общих понятий путем наследования их свойств. Сущность описывает собой совокупность или набор экземпляров реального объекта, похожих по свойствам, но однозначно отличаемых друг от друга по одному или нескольким признакам. Каждый экземпляр является реализацией сущности; Таким образом, реальная сущность описывает конкретный набор экземпляров реального мира, в отличие от абстрактной сущности в информационном моделировании: или ИО, которая представляет собой набор информационных отображений реальной сущности.

Атрибуты ИО включают: уникальный идентификатор, цель существования, структуру, признаки идентификации, возможность существования в виртуальной среде, множество фазовых состояний, эволюционное развитие объекта в пространстве состояний, множество отношений и связей с другими объектами. Атрибуты ИО можно разделить на идентификаторы, параметры, структуры, функции и морфизмы. В информационном пространстве произвольные ИО определяются через конкретизацию атрибутов данной категории [115];

Объект реального мира также может выражаться в виде множества ИО, каждый из которых выражает подмножество;его качеств. Тогда, ИО становится носителем совокупности свойств реального объекта и входит во взаимоотношения с другими ИО. Эти отношения представляют интерес для: потребителей информации. ИО является результатом абстракции, реального объекта, результатом перехода от четкой, определенной природы вещей, к нечеткой, виртуальной природе информационного пространства, в которой: игнорируется бесконечное многообразие свойств и-взаимодействий. объектов: реального мира. Таким, образом, ИО - это абстрактная-информационная модель реального объекта, имеющая в философском. плане онтологический статус [114], а реальный - гносеологический.

Формальное определение ИО предполагает описание на символическом языке. Для моделирования информационных процессов необходимо описать атрибуты информационного объекта; и процесс изменения значений атрибутов во времени под воздействием различных факторов. Описание атрибутов будем называть статической моделью ИОі описание изменения атрибутов во времени - динамической моделью ИО, Совокупность информационных объектов образует объектное ядро виртуального пространства или информационное ядро предметной области [35]. ИО могут быть, простыми и сложными. Простыми называются ИО, которые для концептуальной: области можно считать условно бесструктурными, хотя любой ИО имеет структуру [116]. Простые ИО можно задать параметрическим способом, т.е. представить совокупностью атрибутов. Основными атрибутами-5/ являются: идентификатор ИО Is, синтаксическое описание или множество параметров Ps, семантическое описание Xs. Таким образом, атрибут представляется функциональной моделью S=FS(FS„PS,XS, t). К данной модели можно применять правила формального исчисления высказываний, которые позволяют описывать анализ и синтез концептуальных моделей.

Поведение информационных объектов определяется причинно-следственными: связями и задается функциональным способом. Тогда функциональная модель ИО должна- быть. дополнена внешними и внутренними факторами р, влияющими на поведение ИО в пространстве состояний. Используя символический язык можно считать, что обобщенной концептуальной моделью произвольного атрибута Si ИО является предикат, с помощью которого определяются значения атрибута ИО в концептуальной модели, следующего вида: «Атрибут Si объекта Bj принимает значение by из определенного множества ,= 6/, ..., /, так что можно записать так: где o(S;j)- сигнатура атрибута St в концептуальной модели,.. ij є {1, ...,N}. Таким1 образом; вводится некоторая символическая: категория, которая, поможет концептуально определить модель множества ИО. Обозначим данную категорию как информационный концепт (ИК) [35]. В традиционном подходе концептом обычно называется обобщение предметов, некоторого класса по их специфическим признакам: [143]; Обычно концепт представляет один или: более объектов, реальных или воображаемых, конкретных или абстрактных. Может существовать несколько г концептов одного и того же объекта. Человек или. информационная система: должна; иметь собственный уникальный концепт для;любого заданного объекта. Кроме того, могут существовать согласованные концепты объектов; Сложность заключается в том, что: для многих концептуальных понятий; практически невозможно: однозначно определить, их атрибуты, что связано; с формами репрезентации- знаний- в памяти7 человека. К другим проблемам относятся: 1. Проблема, связанная с тем, что полнота и существенность понятий связаны с временем их определения; 2. Проблема выбора осмысленных имен для объектов и концептов; 3. Проблема выбора из синонимов или ближних синонимов; 4. Проблема различения концептов, имеющих схожие термины. Следуя базисным положениям - искусственного интеллекта, где концептуальные модели являются: схемами представления знаний, ИК можно; считать схемой; представления ИО. В концепции построения модели информационного пространства ключевым понятием является категория информационного концепта: [35]. Информационный; концепт определяет множество информационных объектов некоторого класса. Это абстрактное понятие не связано с информационными сигналами: - материальными; носителями информации. Множество-информационных, концептов и взаимосвязей между ними - информационных морфизмов (ИМ) - образует категорию виртуальная; информационная среда. Информационный концепт следует использовать, когда4 информационный объект становится носителем определенной совокупности свойств и вступает в, различные отношения с другими объектами. Концепт является результатом абстракции информационного объекта, при котором игнорируется, многообразие свойств объекта. Таким образом, информационный концепт по отношению к ИО имеет гносеологический статус. ИК - это универсальная категория, частными случаями которой являются, объекты в ООП, АТД, фреймы, макросы, скрипты, таблицы,, файлы- и т.д., представляет собой: общее метапонятие. Каждая, пара концептов.. связана набором информационных морфизмов, а последовательно заданные морфизмы задают композицию информационного концепта. Теория категорий: позволяет формализовать свойства: и принципы синтеза, эволюционного развития ИК. Взаимодействие информационных концептов различных уровней иерархии задается функторами; Процесс синтеза концепта можно описать как: функтор, в результате действия которого возникает новая» категория, оперирующая в-,. многообразии1 категорий; ранее: определенного типа. В качестве примера\ можно, рассмотреть системы автоматизированного перевода, связывающие, разные языковые структуры. Перевод текстов: возможен лишь. в- пределах- словарного пространства, составленного из всех слов. конкретных языков. Если в: одном из языков; вводится новый термин (концепт) в словарное информационное пространство, то переводчик не сможет подобрать эквивалент и правильно ретранслировать, информацию. Концептуальную модель процесса можно определить как информационный: конус В: теории: проектирования: модель называется «иерархическая: совместимость, снизу-вверх», в теории ООП «принцип наследования», в теории І баз данных «гребенчатой схемой консолидации данных».

Самоорганизация и нелинейная динамика информационных процессов

В процессе развития информационных систем появляется подсистема интерпретации информации. Функция подсистемы заключается в сохранении информационных состояний, сопоставлении им и запоминании комбинаций информационных управляющих воздействий: Подсистема не принимает участия в информационных взаимодействиях, но имитирует информационные состояния и комбинации управляющих воздействий, В результате комплекс информационных взаимодействий протекает так, как будто в нем участвует информация, которая: на самом деле не поступила в данный момент.

Механизмы интерпретации информации, получаемой в процессе информационных взаимодействий, преобразуют ее в данные разного уровня общности. Минимальный- уровень общности: определяется чувствительностью аппарата-интерпретации, способностью различать принимаемые информационные коды по отношению к разным информационным процессам. Чувствительность, зависит от способности аппарата генерировать различные данные при получении разных -информационных кодов. Данные используются для выбора целесообразных действий в соответствии с шаблонов. Целесообразность связана со следствиями этих действий и: может быть оценена на основе информации о причинно-следственных связях явлений процессе управления. Алгоритм шаблона управления во внутренней информационной среде ИК, должна соответствовать структуре причинно-следственных связей явлений в виртуальной-среде. Тогда структура; шаблонов действий, в виртуальной среде должна, соответствовать структуре причинно-следственных морфизмов в ней. Шаблоны действий могут быть представлены в виде матриц, строки которых соответствуют возможным действиям в модели управления, а столбцы - оценкам текущей ситуации по имеющимся данным о ней. На: пересечении столбцов и; строк находятся оценки целесообразности возможного действия в условиях оценок конкретной ситуации. Таким образом, реализуется механизм ситуационного управления в виртуальном: пространстве [151]. Функция оценок данных может быть фиксированной или меняться в зависимости от результатов действий, выбранных на основе получаемых оценок, от того насколько выбираемые действия способствуют приближению ИК к его целям. Настройка функции оценок происходит на основе получения новых данных, связанных с реальным результатом действий ИК и сопоставлении его- с ожидаемым. При поступлении новых данных происходит интегральная оценка, которая определяет выбор наиболее целесообразного действия: в соответствии с ситуацией. Принцип, целесообразности включает в себя своевременность проведения каждого = действия в отдельности и согласования их по времени в целом. Для этого адаптивный регулятор в компенсаторном механизме дуального адаптивного управления [93,94,95] отслеживает результаты действий, принимает информацию, возникающую в результате проведения действий, реализует ее в дальнейшем. Завершение этапа реализации информации. приводят регулятор к началу нового акта ИВ.

Потоки данных в модели ИВ и их распределение по концептам ориентированы на подготовку их использования в организации выбора структуры действий, ведущих к достижению целей взаимодействия. Каждый информационный запрос получает то место, где его обработка по соответствующей цели приводит к целесообразной реализации полученной информации. Распределение данных согласно их назначению предполагает определение для них признаков привязки к целям существования ИК.. Типичными компонентами ИК являются информационные фильтры, у которых есть целевое назначение, временно хранимые данные и шаблоны действий, с помощью которых генерируется и направляется дальнейший поток данных. Информационные фильтры в системах имеют настройку своих алгоритмов определения соответствия данных, получаемых из языковых кодов, тем или иным ситуациям и целям взаимодействий. Это дает возможность информационным системам получать необходимые данные через взаимодействие с другими посредством языковых структур. Языковые структуры появляются в ходе эволюционного развития информационных систем. Язык начинает проявляться тогда, когда. ИК получают, возможность генерировать последовательности информационных кодов, соответствующих различным ситуациям, и передавать эти коды другим концептам, обладающим способностью интерпретировать их как данные, связанные с соответствующими ситуациями. Символы языка представляются комбинацией определенных кодов, а последовательность таких комбинаций соотносится с морфизмами между ситуациями.

Качественное преобразование информации в процессе ее интерпретации заключается в ее обобщении. Синергетический принцип управления определяет возможность изменения траектории системы в пространстве состояний посредством воздействия на ограниченное число параметров.

Рецепция информации означает перевод системы: в одно определенное состояние независимо от того, в каком состоянии она находилась раньше. В технических устройствах рецепция осуществляется! с помощью электрического или светового импульсов. Во всех случаях энергия импульса должна быть больше барьера между состояниями. В теории динамических систем такое переключение называется: силовым. Наряду с ним существует другой способ переключения - параметрический., Параметрическое переключение также является рецепцией информации, но с другими механизмами переключения. В электропике применяется преимущественно силовая рецепция информации. В биологических системах; преимущественно используется параметрическое переключение, которое может быть достигнуто малыми неспецифическими факторами, играющих роль концептов - носителей информации.

В диссертации рассматривается возможность приложения параметрической рецепции информации к управлению развитием: информационных систем в виртуальном пространстве. Основная.задача.здесь ставится в нахождении множества таких факторов; составляющих параметрическое обобщение (ПО), и подборе управляющих информационных воздействий. Параметрическое обобщение - это преобразование информации о наличии множества простых частных событий в информацию о наличии некоего события более высокого уровня, в которое эти частные события входят как отдельные его элементы. Необходимость параметрического обобщения обусловлена тем, что на любом этапе информационного обмена существует ограничение количества и разнообразия информационных кодов, с которыми может работать; аппарат интерпретации концепта-приемника. ПО заключается в замене информации о частных событиях на обобщенную информацию. Эта информация переносится меньшим числом кодов, чем суммарное кол ичество кодов необходимое для переноса информации обо всех частных событиях. Реализация обобщенной информации заключается в генерации адаптивным регулятором системы действий, которые должны быть целесообразными ;В условиях всех частных событий, а не каждого: в отдельности. Множество ситуаций отражается в информационном обобщении и реализуется в виде управляющих воздействий.

Анализ проблем построения корпоративных информационных систем для поддержки процесса управления

Развитие систем поддержки процессов административного управления в различных сферах деятельности характеризуется высокой степенью применения информационных технологий, сложностью задач выбора в условиях нечеткости и неопределенности информации. Огромное количество документов официального и неофициального характера необходимых для решения управленческих задач не позволяет оценивать обстановку и принимать оптимальные решения в конкретной ситуации в кратчайшие сроки. Принципиально новой технологией для решения данной проблемы, разработанной в рамках диссертационного исследований; является использование: геоинформационной, технологии в создании распределенного информационного пространства предприятия с привязкой информационных потоков к планам конкретных зданий организации, к пространственно территориальному расположению кабинетов и ЛПР в них [253,254]. Коммерческое предприятие является сложной системой, в рамках которой реализуется- законченное множество динамических процессов. В теории и практике организационного управления для обозначения основного класса этих процессов принято использовать понятие «бизнес-процесс». Построение корпоративной системы управления - это длительный процесс, в ходе которого постепенно охватываются отдельные бизнес-процессы. Поэтому важно разработать стратегический план поэтапной: автоматизации компонент процесса управления с выделением приоритетных направлений [255]. Определим-два класса задач внедрения информационных систем управления (ИСУ): 1. Обеспечение эффективного принятия и исполнения решений. На первый план здесь выходит обеспечение лиц, принимающих решения (ЛПР), оперативной и читаемой информацией, необходимой для принятия решений; 2. Автоматизация1 рутинных операций с целью повышения производительности труда и внедрения автоматизированных систем. Для первого класса первоочередной задачей является создание и поддержка информационной среды организации, включающей корпоративную информацию, и позволяющей, представлять ее для ЛПР в удобном для .них виде [252], Определим понятие принятие решения, как акт целенаправленного воздействия на объект управления (предприятие, организацию, учреждение), основанный на анализе ситуации, определении цели, разработке программы достижения цели. К операциям по управлению относятся: 1. Анализ и моделирование текущего состояния объекта управления; 2. Прогнозирование и моделирование состояния объекта управления; 3. Разработка и реализация целевой программы развития объекта управления; 4. Регулирование и контроль бизнес-процессов. Каждая из операций решает свой круг задач управления и основывается на различных, но взаимосвязанных технологиях. Координация работы подразделений предприятия осуществляется через органы управления разного уровня. Под управлением понимают обеспечение поставленной, цели при условии реализации следующих функций: организационной, плановой, учетной, анализа, контрольной, стимулирования. Организационная функция заключается в разработке управленческой структуры и комплекса нормативных документов: штатного расписания предприятия, графика документооборота, распределения должностных обязанностей, структуры отчетности и т.п. с указанием подчиненности, ответственности, сферы компетенции, прав, обязанностей, Плановая функция состоит в разработке и реализации различных планов по выполнению поставленных задач, например, бизнес-плана, плана производства, плана маркетинговых исследований, финансового плана, плана НИР и т.д. Учетная функция заключается в разработке или использовании готовых форм и методов учета- показателей; деятельности предприятия: бухгалтерский учет, финансовый учет, управленческий учет и т.п. Аналитическая функция связана с; изучением итогов выполнения планов, определением влияющих факторов, выявлением резервов, изучением тенденций развития и т.д. Контрольная функция включает контроль выполнения планов, расходованием материальных ресурсов, использованием финансовых средств и т.д. Стимулирование или мотивационная функция предполагает разработку и применение методов стимулирования труда. В управлении следует выделять следующие аспекты: 1. Информационный аспект, состоящий в обеспечении информативности; 2. Функциональный аспект, определяющий разделение функций по целям; 3. Коммуникационный аспект, обеспечивающий обмен информацией; 4. Организационный аспект, обеспечивающий декомпозицию управления. В соответствии с организационным аспектом структура управления предприятием традиционно делится натри уровня: операционный, функциональный и стратегический (Рис. 4.1.). Уровни управления определяются сложностью решаемых задач. Чем сложнее задача, тем более высокий уровень управления требуется для ее решения. Простых задач, требующих оперативного решения, значительно больше, чем задач требующих стратегического принятия решений, а значит, и уровень управления для них более низкий.

Операционный уровень управления обеспечивает решение многократно повторяющихся задач и быстрое реагирование на изменения входной текущей информации. Этот уровень управления называют оперативным из-за необходимости быстрого реагирования на изменение ситуации. Здесь большой объем занимают учетные задачи. Следующий функциональный или тактический уровень управления обеспечивает решение задач, требующих предварительного анализа информации, подготовленной на первом уровне. На этом уровне большое значение приобретает анализ входной информации. Объем решаемых задач уменьшается, но возрастает их сложность. Здесь не всегда удается оперативно выработать нужное решение, так как

180 требуется время на сбор информации, ее анализ и т.д. Стратегический уровень обеспечивает выработку управленческих решений, направленных на достижение долгосрочных целей объекта управления. Эффективность принятого на этом уровне решения может быть подтверждена только спустя длительное время.

Похожие диссертации на Теоретико-информационный анализ синергетического управления процессами в сложных системах

Системный анализ, управление и автоматизация технологических процессов в системах почтовой связиВерхова Галина Викторовна

Управление информационными процессами микрофильмирования в государственной системе страхового фонда документацииГаврилин Александр Петрович

Моделирование и интеллектуальное управление агротехнологическим процессом в био-производственной системеКлачек Павел Михайлович

Система поддержки принятия решений при управлении бизнес-процессами группы предприятийПетров, Денис Владимирович

Система поддержки принятия коллективных решений при управлении взаимодействующими деловыми процессами в промышленностиНизамутдинова, Роксана Ильдаровна

Рациональное управление системой психологической помощи на основе медицинского мониторинга и организации психопрофилактического процесса [Электронный ресурс]Склярова Татьяна Петровна

Алгоритмы теоретико-множественного анализа сложных вычислительных систем на базе нейропроцессоровРоманчук, Виталий Александрович

Системный анализ и управление процессом зачисления абитуриентов в вуз Костюшина Елена Анатольевна

Разработка моделей и алгоритмов многомерного анализа процессов в управлении качеством на предприятииГолованов Виктор Владимирович

Системный анализ и управление процессами контроля изделий машиностроенияБолычевцева Любовь Алексеевна