Содержание к диссертации
Введение
Обзор существующих методов и программных средств оценки эффективности процессов управления в корпоративных информационных систем
1.1 Корпоративная информационная система как объект исследования 17
1.2 Существующие методы оценки эффективности процессов управления в корпоративных информационных системах на основе моделирования
1.3 Методы рационального выбора параметров процессов корпоративных информационных систем 34
1.4 Анализ существующих систем имитационного моделирования для оценки эффективности алгоритмов и рационального выбора параметров процессов корпоративных информационных систем 37
1.5 Постановка задачи на диссертационное исследование 45
2 Методические основы оценки эффективности процессов корпоративных информационных систем 48
2.1 Концепция исследования эффективности процессов корпоративной информационной системы 48
2.2 Метод количественной оценки эффективности процессов управления в корпоративных информационных системах 58
2.3 Оценка эффективности процессов корпоративной информационной системы на уровне компьютерной сети 74
2.4 Методика принятия решений по рациональному выбору алгоритмов организации и параметров процессов корпоративных информационных систем
Выводы 93
3 Проектирование проблемно-ориентированных имитационных моделей процессов управления в корпоративных информационных системах 95
3.1 Состав и структура библиотеки имитационных моделей 95
3.2 Имитационная модель бизнес-процесса планирования продаж и производства 96
3.3 Имитационная модель корпоративной информационной системы на уровне производственного процесса 106
3.4 Имитационная модель бизнес-процесса управления запасами ресурсов 117
3.5 Имитационная модель функционирования корпоративной информационной системы на уровне компьютерной сети 124
Выводы 136
4 Технология и программные средства рационального выбора параметров процессов корпоративных информационных систем на основе имитационных моделей
4.1 Технология рационального выбора алгоритмов организации и параметров процессов корпоративных информационных систем
4.2 Программные средства имитационного моделирования процессов корпоративных информационных систем 145
4.3 Программные средства получения исходных данных имитационных моделей из базы данных предприятия 150
4.4 Программное обеспечение для рационального выбора параметров процессов корпоративных информационных систем 156
Выводы 165
Заключение 166
- Существующие методы оценки эффективности процессов управления в корпоративных информационных системах на основе моделирования
- Оценка эффективности процессов корпоративной информационной системы на уровне компьютерной сети
- Имитационная модель корпоративной информационной системы на уровне производственного процесса
- Программные средства имитационного моделирования процессов корпоративных информационных систем
Существующие методы оценки эффективности процессов управления в корпоративных информационных системах на основе моделирования
Информационная система (ИС) в общем случае представляет собой взаимосвязанную совокупность средств, методов и персонала для хранения, обработки и выдачи информации для достижения поставленной цели [102]. Корпоративная информационная система (КИС) предназначена для поддержки принятия управленческих решений путем автоматизации процессов и процедур. При этом КИС сама решений не принимает, но поставляет информацию лицам, принимающим решения, в соответствующем ракурсе [30].
Особую остроту в настоящее время приобретает проблема автоматизации управленческих функций. В результате обязательным требованием к КИС является автоматизация процессов управления на основе различных методов [30].
В диссертационной работе объектом исследования являются процессы планирования и управления, реализованные в корпоративных информационных системах стандарта MRPII [101, 102]. Функции стандарта MRPII, выполняемые КИС при непосредственном участии руководителей, принимающих решения, можно разделить на 2 группы: функции планирования бизнес-процессов и функции планирования производственного процесса. К функциям планирования бизнес-процессов относятся: планирование продаж и производства; управление спросом; планирование потребности в материалах; спецификация продуктов; планирование поставок. К функциям планирования производственного процесса относятся: управление на уровне производственного цеха; планирование производственных мощностей; контроль входа-выхода; материально-техническое снабжение; планирование распределения ресурсов; планирование и контроль производственных операций [102]. Соответственно, при моделировании КИС для оценки эффективности процессов планирования и управления можно выделить 2 уровня абстрактного представления: уровень бизнес-процессов и уровень производственного процесса. Функции планирования на каждом уровне абстрактного представления могут быть реализованы на основе различных алгоритмов. Большинство современных КИС функционирует в рамках компьютерной сети. В связи с этим, можно выделить третий уровень абстрактного представления КИС – уровень компьютерной сети (КС). Поскольку КИС функционирует на промышленном предприятии, алгоритмы планирования КИС на уровне бизнес-процессов определяют параметры бизнес-процессов предприятия. Процессы планирования КИС не могут существовать отдельно от процессов, происходящих на промышленном предприятии. В связи с этим, при оценке эффективности процессов КИС актуальной является задача реализации процессов планирования и управления КИС на уровне бизнес-процессов в имитационной модели (ИМ) производственно-экономической деятельности промышленного предприятия, а процессов планирования производства – в имитационной модели производственного процесса.
Внедрение КИС на промышленном предприятии связано с изменением алгоритмов организации и рациональным выбором параметров процессов, а также автоматизацией бизнес-процессов, что в ряде случаев позволяет улучшить производственно-экономические показатели работы предприятия и получить значительный экономический эффект. Возможность изменения алгоритмов организации и параметров бизнес-процессов, связанная с внедрением КИС, обуславливает необходимость оценки эффективности различных алгоритмов планирования и управления и их параметров с точки зрения их влияния на производственно-экономические показатели работы предприятия.
Бизнес-процессы планирования и управления КИС непосредственно связаны с другими бизнес-процессами производственно-экономической деятельности (ПЭД) промышленного предприятия, поэтому в состав модели КИС на уровне бизнес-процессов необходимо включить не только процессы планирования и управления, но и процессы ПЭД промышленного предприятия.
Поскольку ряд параметров бизнес-процессов ПЭД и, соответственно, КИС, могут изменяться случайным образом, для реализации моделей бизнес-процессов КИС следует использовать имитационное моделирование. Это позволяет оценить эффективность функционирования базового и проектного алгоритма организации процессов в КИС: оценить эффективность алгоритмов организации бизнес-процессов КИС с точки зрения производственно-экономических показателей работы предприятия и выбрать параметры этих алгоритмов; определить состав, структуру и параметры оборудования для эффективного функционирования КИС путем построения имитационной модели КИС на уровне КС.
Для моделирования ПЭД предприятия научным коллективом кафедры «Автоматизированные системы управления» ГУ ВПО «Белорусско-Российский университет» реализована базовая имитационная модель (БИМ) ПЭД промышленного предприятия [137, 140]. БИМ реализована на основе процессного способа имитации [81]. Каждый процесс БИМ моделирует бизнес-процесс, происходящий на промышленном предприятии или во внешней среде.
К процессам, происходящим на промышленном предприятии, относятся: поставка материалов и ресурсов, отгрузка продукции, выплата зарплаты, оплата поставок материалов и ресурсов, получение доходов от реализации продукции, уплата налогов, получение и возврат кредитов, формирование бухгалтерского баланса и оценка показателей ПЭД. К процессам, происходящим во внешней среде, непосредственно влияющим на ПЭД ПП относятся процессы изменение цен на материалы, ресурсы и продукцию [137, 140].
Для моделирования КИС на уровне бизнес-процессов в БИМ добавляются процессы КИС, реализующие планирование и управления на основе различных алгоритмов. Формальное представление и блок-схемы алгоритмов процессов КИС представлены в главах 2, 4. Эффективность алгоритмов процессов КИС и выбор рациональных значений параметров алгоритмов осуществляется на основании показателей ПЭД предприятия.
При внедрении КИС на промышленных предприятиях возникает необходимость определения алгоритмов управления производственным процессом. Рациональное использование материалов, ресурсов и оборудования, обеспечивающее производство продукции с наименьшими затратами, может быть обеспечено в том случае, если алгоритмы управления производственным процессом максимально соответствуют производственной мощности и характеру поступающих заказов на продукцию, а также условиям выполнения заказов и поставок материалов [71, 78].
При разработке многих средств исследования алгоритмов управления производственными процессами промышленного предприятия существующий математический аппарат исследования перестает быть эффективным. Исследователи обычно сталкивались с двумя основными их особенностями: неопределенность поступления заказов на производство продукции во времени и многомерностью математических моделей, возникающих при описании этих процессов.
Оценка эффективности процессов корпоративной информационной системы на уровне компьютерной сети
Для сбора статистики моделирования в ИМ включается процесс сбора статистики, который активизируется с заданным интервалом времени или при выполнении определенных условий, и предназначен для вычисления и записи статистики моделирования. Исходной информацией для этого является состояние модели в момент активации процесса сбора статистики, а также стандартная статистика, формируемая УПМ: моменты создания, первой и последней активации, завершения процессов [137-140].
Каждый программный модуль ИМ в ПТКИ BelSim включает следующие области: директивы включения заголовочных файлов системы моделирования; описание структур глобальных данных модели (общих для всех процессов); описание классов активностей процессов; реализацию классов активностей процессов; описание и реализация класса программного интерфейса модели; реализация внешнего интерфейса модели [137-140].
Для организации моделирования процессным способом в каждый модуль ИМ включается заголовочный файл simulator.h, который содержит описание классов, реализующих ядро СМ. Функции УПМ реализует класс CSimulator. Активности процессов представляют собой классы CActivity, производные от базового класса CSimulator. Класс CActivity содержит чистую виртуальную функцию operator(), которая вызывается УПМ при активизации процесса и реализует алгоритм работы активности. В качестве параметров функции operator() используется модельное время, указатели на структуры, в которых хранятся данные для моделирования, указатели на коллекцию процессов УПМ. Синхронизация процессов обеспечивается вызовом оператора return при завершении активности, который возвращает значение типа TNextActivity с указанием времени, через которое осуществляется активизация текущей или следующей активности, и указателем на следующую активность [137-140].
Для отладки ИМ в текст программы каждой активности включаются операторы WRITE. СМ обеспечивает запись информации об активности (наименования, значения локального времени, глобальных данных модели) в XML-файл, пригодный для дальнейшей обработки. По окончании моделирования можно провести анализ полученных результатов и обработать их, используя средства автоматизации. Полученные результаты позволяют верифицировать алгоритмы работы каждой активности и ИМ в целом. Для упрощения процедуры верификации ИМ при прогоне модели имеется возможность зафиксировать значения генератора случайных чисел, что позволяет заменить стохастические значения переменных детерминированными [137-140].
Исследование свойств каждой имитационной модели корпоративной информационной системы. Для исследования свойств ИМ в ПТКИ BelSim включает следующие процедуры: оценка погрешности моделирования; анализ длины переходного процесса и устойчивости результатов моделирования; анализ чувствительности откликов к изменению входных параметров [81]. Для обработки результатов имитационных экспериментов по исследованию свойств ИМ используются средства статистического анализа, входящие в состав ПТКИ BelSim [137]. Особенность исследования ИМ на данном этапе является то, что если некоторые процессы ИМ, выполняющие одинаковые функции, реализованы на основе различных алгоритмов или имеют различный состав и структуру, необходимо исследовать свойства ИМ для каждого варианта состава и структуры ИМ: - для ИМ КИС на уровне бизнес-процессов существует несколько алгоритмов реализации процессов планирования продаж и производства или управления запасами ресурсов. Выбор различных алгоритмов планирования продаж и производства или управления запасами ресурсов обуславливает различный состав процессов соответствующих ИМ и, следовательно, различные свойства ИМ; - для ИМ КИС на уровне производственного процесса структура и состав производственных операций изменяется путем задания исходных данных модели. При изменении состава и структуры производственных операций изменяется состав и структура соответствующих процессов ИМ, обуславливая изменение свойств ИМ КИС на уровне производственного процесса.
При анализе длины переходного процесса ИМ бизнес-процесса планирования продаж и производства и ИМ бизнес-процесса управления запасами ресурсов анализ длины переходного процесса осуществляется для каждого алгоритма организации бизнес-процесса планирования продаж и производства и бизнес-процесса управления запасами ресурсов соответственно. TcБПtypej = F(АЛБПtypej)
Длиной переходного процесса ИМ считается максимальное из полученных значений, что обусловлено необходимостью одновременного начала сбора статистики для последующего сравнительного анализа и рационального выбора алгоритма организации бизнес-процессов. TcБПtype =max(TcБПtypej) Для ИМ КИС на уровне производственного процесса: TcПрПtypej = F(АЛПрПtypej) TcПрПtype =max(TcПрПtypej) Для оценки устойчивости результатов моделирования строятся зависимости средних значений каждого отклика ИМ от времени {Yc(ti)}. Если амплитуды полученных значений откликов существенно не увеличиваются с ростом модельного времени в несколько раз, то результаты имитации можно считать устойчивыми [81].
Имитационная модель корпоративной информационной системы на уровне производственного процесса
Алгоритм процесса «Функционирование ЦП» (рисунок 3.16) отражает работу центрального процессора узла. После выбора очередного запроса из очереди (блок 2.1) осуществляется проверка нахождения блоков данных данного запроса в ОЗУ (блок 2.2). Если блоки находятся на жестком диске, то идет обращение к HDD на выгрузку блоков в ОЗУ (блок 2.7), а затем данный запрос ставится опять в очередь (блок 2.8). Если блоки находятся в ОЗУ, то осуществляется непосредственное выполнение запроса на ЦП. При этом рассчитывается время выполнения запроса в зависимости от оставшегося количества операций данного запроса (блок 2.3): в течение целого кванта времени (блоки 2.4, 2.5) и постановка запроса в очередь (блок 2.6), при этом оставшееся количество операций уменьшается на величину, равную произведению кванта времени на быстродействие центрального процессора, либо в течение времени, меньшего кванта (блок 2.9), и происходит завершение обработки запроса на ЦП (блок 2.10).
В процессе «Функционирование ОЗУ» (рисунок 3.17) происходит выделение блока данных требуемого размера (блок 3.1) на требуемое время (блок 3.2) и удаление блоков данных из ОЗУ (блок 3.3). В процессе «Выделение блока данных» (рисунок 3.18) происходит определение наличия свободного места в ОЗУ (блок 4.1). В случае положительного ответа происходит помещение блоков данных в ОЗУ (блок 4.2), иначе данный запрос ставится в очередь к жесткому диску (блок 4.3), происходит ожидание выполнения запроса (блок 4.4) и ставится отметка о нахождении блоков данных запроса в ОЗУ (блок 4.5).
Алгоритм процесса «Функционирование устройства вывода» (рисунок 3.19) отражает работу устройства вывода. После выбора очередного запроса из очереди (блок 5.1) выполнение запроса устройстве вывода в течение требуемого времени (блоки 5.2, 5.3).
Алгоритм процесса «Функционирование жесткого диска» (рисунок 3.20) отражает работу жесткого диска узла. После выбора очередного запроса из очереди (блок 6.1) осуществляется выполнение запроса на жестком диске. При этом рассчитывается объем считываемых или записываемых данных в зависимости от оставшегося объема данных запроса (блок 6.2): в размере целого кванта (блоки 6.3, 6.4), при этом оставшийся объем данных запроса уменьшается на величину, равную кванту записываемых или считываемых данных, и постановка запроса в очередь (блок 6.5), либо объемом, меньшего кванта (блок 6.6), и происходит завершение обработки запроса на жестком диске (блок 6.7.).
Алгоритм процесса «Функционирование сетевого адаптера» (рисунок 3.21) отражает работу сетевого адаптера. После выбора очередного запроса из очереди (блок 7.1) осуществляется передача запроса на сетевом адаптере. При этом рассчитывается объем передаваемых или принимаемых данных в зависимости от оставшегося объема данных (блок 7.2): в размере целого кванта (блоки 7.3, 7.4), при этом объем оставшихся данных для передачи уменьшается на величину, равную кванту передачи, и постановка запроса в очередь (блок 7.5), либо объемом, меньшего кванта (блок 7.6), и происходит завершение обработки запроса (блок 7.7).
Алгоритм процесса «Получение запроса из сети» (рисунок 3.22) отражает процесс приема пакетов данных сетевым адаптером узла из среды передачи данных. После получения очередного пакета из сети (блок 8.1) осуществляется его помещение в ОЗУ узла (блок 8.2). При этом определяется момент окончания приема данных запроса (блок 8.3): если приняты не все пакеты данных запроса, то повторяется работа блоков 8.1-8.3, иначе происходит формирование данного запроса на узле-приемнике (блок 8.4) и завершение получения пакетов данных из сети (блок 8.5).
Алгоритм процесса «Передача запроса в сеть» (рисунок 3.23) отражает процесс передачи пакетов данных сетевым адаптером узла в среду передачи данных. После чтения очередного пакета данных из ОЗУ (блок 9.1) осуществляется проверка готовности приема СПД (блок 9.2) и в случае положительного отклика непосредственная передача пакета данных в сеть (блок 9.4), иначе – ожидание в течение некоторого случайного промежутка времени (блок 9.3). В случае отправки не всех пакетов данных (блок 9.5) в СПД повторяется работа блоков 9.2-9.4, иначе происходит удаление данного запроса на узле-источнике (блок 9.6) и завершение передачи пакетов данных в сеть (блок 9.7).
В блоке задания начальных условий моделирования необходимо обеспечить инициализацию структур данных модели на основе значений входных переменных, которые однозначно определяют состояние модели. Для организации сбора статистики необходимо фиксировать состояние модели через заданные интервалы модельного времени. Это удобно реализовать в виде отдельного процесса. Условием окончания моделирования является истечение заданного периода модельного времени. Имитационная модель физически представлена в виде одного модуля lvs.cpp, который содержит описание и реализацию структур данных модели, классов активностей процессов, класса программного интерфейса модели, внешнего интерфейса модели. Текст программы имитационной модели приведен в приложении.
Глобальные данные представлены структурой TLVS (табл. 3.3), которая включает вспомогательный класс TDistribution (параметры случайной величины). Перечень классов-функций, представляющих активности процессов приведен в табл. 3.4. Взаимодействие и связь классов представлены в виде диаграммы на UML на рис. 3.24.
Программные средства имитационного моделирования процессов корпоративных информационных систем
В результате исследования ИМ средствами ПТКИ BelSim в соответствии с методикой, описанной в разделе 2, в распоряжении исследователя имеются верифицированные и адекватные объекту имитационные модели КИС на уровне бизнес-процессов, производственного процесса и компьютерной сети. На основе результатов моделирования можно выбирать рациональные алгоритмы и параметры процессов КИС на каждом уровне абстрактного представления.
Структура программного обеспечения для рационального выбора алгоритмов и параметров процессов КИС на основе имитационного моделирования представлена на рисунке 4.5.
Структура ПО для рационального выбора алгоритмов организации и параметров процессов КИС Для рационального выбора параметров КИС на основе разработанного ПО используется следующая последовательность действий: Шаг 1. Выбор исполняемого файла ИМ и файла данных ИМ. Пользовательская форма для выбора исполняемого файла ИМ и файла данных ИМ представлена на рисунке 4.6.
Исполняемый файл ИМ, созданный средствами ПТКИ BelSim, представляет собой скомпилированную программу, реализующую логику работы ИМ КИС на соответствующем уровне абстрактного представления. Исходные данные для работы ИМ получает из файла данных ИМ, в который они вводятся средствами ПТКИ BelSim на этапе исследования ИМ.
В зависимости от того, что является целью рационального выбора параметров (оценка сравнительной эффективности различных алгоритмов процессов КИС, выбор рационального значения параметра процесса КИС), отличается и набор параметров, выбираемых на данном этапе (рисунок 4.7).
Для оценки сравнительной эффективности процессов КИС выбирается алгоритм процесса путем задания значений соответствующего параметра ИМ. Перечень параметров каждого алгоритма в этом случае задается в файле данных ИМ, выбранном на шаге 1. По результатам ИЭ в этом случае определяется, какой из алгоритмов при заданных параметрах лучше.
В рассмотренном примере выполняется сравнительная оценка методики управления запасами с фиксированным размером заказа (в рассмотренном примере 2000 ед.) и методикой управления с постоянным уровнем запаса (состояние запасов проверяется каждые 2 дня). Критический (минимальный) уровень запаса для обеих методик управления задается равным 400 ед. В качестве изменяемого параметра выбрана методика управления запасами.
. Ввод уровней изменения входного параметра. Для рационального выбора значения параметра задается количество уровней изменения выбранного параметра. В рассмотренном примере (рисунке 4.8) выбранный параметр изменяется на двух уровнях (1 – методика управления запасами с фиксированным размером заказа, 2 – методика управления запасами с постоянным уровнем запаса). На данном шаге вводятся значения изменяемого параметра (рисунок 4.8), из которых необходимо выбрать лучшее на основе средних значений откликов имитационной модели, выбираемых на шаге 4, в соответствии с критерием рационального выбора параметров, выбранным на шаге 5. параметров Шаг 4. Выбор критериев принятия решений (рисунок 4.9). На данном шаге выбираются отклики имитационной модели, на основании значений которых по результатам ИЭ будет приниматься решение о выборе рационального значения исследуемого параметра. На данном этапе задается также количество параллельных опытов при проведении ИЭ для определения средних значений выбранных откликов.
В рассмотренном примере в качестве откликов ИМ выбраны рентабельность продукции и чистая прибыль. Число параллельных опытов равно 30.
Выбор метода многокритериальной оптимизации для рационального выбора параметров системы. Разработанное ПО содержит реализацию следующих методов многокритериальной оптимизации: метод главного критерия, метод «составного» критерия, метод последовательных уступок, методы ЭЛЕКТРА, метод Подиновского (рисунок 4.10). Выбранный на данном этапе метод определяет различные варианты и последовательность действий на следующих шагах, в том числе порядок построения матрицы принятия решений.
На данном шаге проводится серия ИЭ, на основании результатов которых на следующем шаге выполняется рациональный выбор лучшего решения. Для метода последовательных уступок и метода «составного» критерия можно выполнить оценку весовых коэффициентов откликов на основе матриц относительных весов (рисунок 4.11).
В рассмотренном примере в качестве критерия рационального выбора методики управления запасами ресурсов выбран метол «составного» критерия. При построении матриц относительных весов задан одинаковый уровень значимости обоих критериев.
