Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Научно-методологические подходы к построению информаци онной системы и программного обеспечения управления техническим состоянием жилищного фонда 9
1.1. Классификация информационных систем 9
1.2. Анализ существующих автоматизированных информационных систем и программ управления техническим состоянием жилищного фонда 11
1.3. Применение CASE-технологии и методологии SADT для описания бизнес процессов информационной системы 23
1.4. Применение компонентно-объектной модели при построении информационной системы 27
1.5. Применение геоинформационных систем и программных комплексов для повышения эффективности управления 29
1.6. Формирование исходной информации в ходе жизненного цикла строительных объектов 31
1.6Л. Мониторинг соответствия качества жилищного фонда 31
1.6.2. Принципы формирования системы планово-
предупредительных ремонтов жилых зданий 33
Анализ состояния вопроса и задачи работы 38
Глава 2. Формирование модели информационной системы и базы дан ных жилищного фонда муниципального образования 41
2.1. Обеспечение сохранности эксплуатируемых жилых зданий... 41
2.2. Построение модели основного бизнес-процесса па основании методологии SADT 55
2.3. Моделирование данных и формирование ER модели предметной области 59
2.4. Обоснование и выбор СУБД 63
Выводы 71
Глава 3. Реализация программного обеспечения по управлению техническим состоянием жилищного фонда , 72
3.1. Особенности разработки программ управления техническим состоянием жилищного фонда г. Липецка 72
3.2. Формирование компонентной архитектуры 74
3.2.1. Принципы модульности и типизации при проектировании информационной системы 74
3.2.2. Использование типовых модулей 81
3.3. Формирование компонентной структуры разрабатываемой системы 84
3.4. Построение функциональных интерфейсов разрабатываемых модулей 87
3.5. Построение системы расширенных запросов 88
Выводы 93
Глава 4. Практическое применение разработанного программного обеспечения 94
4.1. Авторизация и назначение прав пользователям 96
4.2. Система управления данными 97
4.3. Система расширенных запросов 99
4.4. Расчет экономических показателей 101
4.4.1. Расчет восстановительной стоимости 101
4.4.2. Расчет физического износа здания 103
4.4.3. Расчет стоимости ремонтных работ 104
4.4.4. Расчет показателя функциональности 107
4.5. Учет ремонтов и материалов 108
4.5. Геоинформационный модуль 112
Выводы 115
Заключение 116
Список использованных источников
- Применение CASE-технологии и методологии SADT для описания бизнес процессов информационной системы
- Построение модели основного бизнес-процесса па основании методологии SADT
- Принципы модульности и типизации при проектировании информационной системы
- Система расширенных запросов
Введение к работе
Актуальность темы. На современном этапе развития жилищно-коммунального комплекса Российской федерации на первый план выдвигаются вопросы ремонта и содержания жилищного фонда. С развитием информационных технологий появляется все больше возможностей для повышения качества управления, обмена информационными потоками, постоянного наблюдения и контроля технического состояния жилищного фонда муниципального образования.
Эффективность деятельности жилищно-коммунальных служб муниципального образования напрямую зависит от развития информационных систем и программных комплексов, обслуживающих информационное пространство и от способа передачи технической документации между участниками. В основе таких систем лежит совместное и многократное использование данных, применение открытых архитектур, международных, национальных стандартов и апробированных программно-технических средств.
В рамках развития жилищно-коммунальной реформы необходимо знать фактическое техническое состояние жилых зданий муниципального образования. Это необходимо для установления затрат на проведение ремонтов и поддержания жилых зданий в пригодном для проживания состоянии.
Решением задач создания программного обеспечения в сфере управления техническим состоянием зданий и конструкций и настоящее время занимается ряд разработчиков, однако большинство существующих и вновь разрабатываемых систем затрагивают отдельные компоненты жизненного цикла жилых объектов и имеют узкую специализацию. Задача создания программного обеспечения информационной системы управления техническим состоянием жилищного фонда остается решенной далеко не полностью и по прежнему является актуальной.
До настоящего времени не разработана методология оценки технического состояния зданий и сооружений, определения порядка и приоритетов в проведении текущих и капитальных ремонтов жилого фонда муниципально- го образования. Отсутствовала единая методика в проведении такого вида работ, а также программное обеспечение управления техническим состоянием жилищного фонда.
В сложных долговременных проектах информационная система обеспечивает взаимодействие проектных организаций, ремонтных предприятий и различных технических служб на всех стадиях жизненного цикла.
Цель и задачи работы. Целью работы является разработка программного обеспечения автоматизированной информационной системы для повышения эффективности управления техническим состоянием жилищного фонда муниципального образования.
Достижение поставленной цели потребовало разработки и практического решения следующих задач: провести анализ методов и подходов управления техническим состоянием жилищного фонда муниципального образования; провести анализ существующих методов определения технического состояния жилых зданий и конструкций; спроектировать функциональную модель основного бизнес-процесса управления техническим состоянием жилищного фонда муниципального образования; провести концептуальное моделирование информационной базы для хранения данных исследований и технических состояний; сформировать компонентно-ориентированную архитектуру разрабатываемого программного обеспечения; разработать систему расширенных запросов для получения необходимых данных по техническому состоянию жилищного фонда муниципального образования; произвести интеграцию геоинформационных технологий в разрабатываемое программное обеспечение.
Объектом исследования и управления является техническое состояние жилищного фонда муниципального образования.
Предметом исследования является разработка программного обеспечения управления техническим состоянием жилищного фонда муниципального образования для повышения эффективности взаимодействия информационных потоков в процессе сбора, обработки и хранения строительной, технической, экономической и организационной информации.
Научная новизна диссертационной работы: на основе разработанной методологии предложен формализованный комплексный подход к построению программного обеспечения, отличающийся применением компонентной архитектуры, решающий как задачи управления обследовательским процессом, так и организационные и экономические задачи с обеспечением требуемого уровня безопасности; произведено функциональное моделирование основного бизнес процесса «Обследование жилищного фонда», отличающееся использованием методологии SADT (Structered Analysis and Design Technique - технология структурного анализа и проектирования); разработана методология визуального построения запросов к базе данных посредством семантической визуализации запросов в виде древовидной структуры; применены геоинформационные технологии и системы (ГИС) для пространственного анализа и визуального управления техническим состоянием жилищного фонда города для повышения эффективности принятия управленческих решений.
Практическая значимость. Во исполнение решения администрации г. Липецка от 20 августа 2004 г., а также календарного плана научно-технической работы «Обследование жилого фонда города Липецка и стратегическое управление его состоянием» по договору №187/7 от 16.09.2004 разработано программное обеспечение управления техническим состоянием жилищного фонда, которое позволяет: осуществлять работу с базой данных и производить обработку ре зультатов обследований; определять потребности в ремонтных работах с учетом возмещения как физического, так и морального износов на любом этапе жизненного цикла жилого дома; производить расчет восстановительной стоимости; выполнять различные выборки (по этажности, материалу стен, степени износа, и др.); осуществлять пространственный анализ на основании любых данных, включая результаты расчета, с помощью электронной карты города с применением геоинформационных систем (ГИС); осуществлять анализ технического состояния зданий с планированием очередности выполнения ремонтных и восстановительных работ и их стоимости, а также их прогнозирования.
Апробация работы. Научные результаты работы докладывались на десятой Международной научно-технической конференции «Проблемы строительного комплекса России» при десятой Международной выставке «Строительство. Коммунальное хозяйство» (Уфа, 2006), Международной научно-практической конференции «Современные технологии в промышленности строительных материалов и строй индустрии» (Белгород, 2005), региональной научной конференции «Образование, наука, производство и управление» (Старый Оскол, 2005), четвертой Международной научно-технической конференции «Надежность и долговечность строительных материалов, конструкций и оснований фундаментов» (Волгоград, 2005), десятых академических чтениях РААСН «Достижения, проблемы и перспективные направления развития теории и практики строительного материаловедения» (Казань-Пенза, 2006).
Реализация и внедрение результатов работы. Основные и практические результаты работы реализованы в виде комплекса программных средств, которые были внедрены в городе Липецке в Департаменте жилищно-коммунального хозяйства, ООО «ГУК Правобережная», ООО «Автобан-Липецк».
Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 в изданиях, рекомендованных ВАКом. В работах, опубликованных в соавторстве, личное участие автора заключается в определении проблемы, цели и задач; в выполнении научных исследований, включающих теоретические разработки.
На защиту выносятся:
Функциональная модель основного бизнес-процесса «Обследование жилищного фонда»;
Модель сущность-связь базы данных по управлению техническим состоянием жилищного фонда;
Компонентная архитектура информационной системы по управлению техническим состоянием жилищного фонда;
Система расширенных запросов;
Методы интеграции геоинформационных технологий в разработанное программное обеспечение по управлению техническим состоянием жилищного фонда.
Структура и объем работы. Диссертационная работа содержит введение, четыре главы, 128 страниц машинописного текста, включая 6 таблиц, 39 рисунков, список использованных источников из 106 наименований, приложения.
Автор благодарит научного консультанта д.т.н., проф. Погодаева А.К. за помощь в решении задач и проблем настоящей работы.
Применение CASE-технологии и методологии SADT для описания бизнес процессов информационной системы
Тенденции развития современных информационных технологий приводят к постоянному возрастанию сложности информационных систем (ИС), создаваемых в различных областях. Современные крупные проекты ИС характеризуются, как правило, следующими особенностями [15]: сложность описания (достаточно большое количество функций, процессов, элементов данных и сложные взаимосвязи между ними), требующая тщательного моделирования и анализа данных и процессов; наличие совокупности тесно взаимодействующих компонентов, имеющих свои локальные задачи и цели функционирования (например, традиционных приложений, связанных с обработкой транзакций и решением регламентных задач, и приложений аналитической обработки (поддержки принятия решений), использующих нерегламентированные запросы к данным большого объема); отсутствие прямых аналогов, ограничивающее возможность использования каких-либо типовых проектных решений и прикладных систем; необходимость интеграции существующих и вновь разрабатываемых приложений; функционирование в неоднородной среде на нескольких аппаратных платформах; разобщенность и разнородность отдельных групп разработчиков по уровню квалификации и сложившимся традициям использования тех или иных инструментальных средств; существенная временная протяженность проекта, обусловленная, с одной стороны, ограниченными возможностями коллектива разработчиков, и, с другой стороны, масштабами организации-заказчика и различной степенью готовности отдельных ее подразделений к внедрению ИС.
Для успешной реализации проекта объект проектирования (ИС) должен быть прежде всего адекватно описан, должны быть построены полные и непротиворечивые функциональные и информационные модели ИС. Накопленный к настоящему времени опыт проектирования ИС показывает, что это логически сложная, трудоемкая и длительная по времени работа, требующая высокой квалификации участвующих в ней специалистов. Однако до недав него времени проектирование ИС выполнялось в основном на интуитивном уровне с применением неформализованных методов, основанных на искусстве, практическом опыте, экспертных оценках и дорогостоящих экспериментальных проверках качества функционирования ИС. Кроме того, в процессе создания и функционирования ИС информационные потребности пользователей могут изменяться или уточняться, что еще более усложняет разработку и сопровождение таких систем. Решение вышеуказанных проблем можно найти в применении CASE-технологии [15].
CASE-технология представляет собой методологию проектирования ИС, а также набор инструментальных средств, позволяющих в наглядной форме моделировать предметную область, анализировать эту модель на всех этапах разработки и сопровождения ИС и разрабатывать приложения в соответствии с информационными потребностями пользователей.
Большинство существующих CASE-средств основано на методологиях структурного (в основном) или объектно-ориентированного анализа и проектирования, использующих спецификации в виде диаграмм или текстов для описания внешних требований, связей между моделями системы, динамики поведения системы и архитектуры программных средств.
Методология SADT разработана Дугласом Россом и получила дальнейшее развитие в работе [56]. На ее основе разработана, в частности, известная методология IDEFO (Icam DEFinition), которая является основной частью программы ICAM (Интеграция компьютерных и промышленных технологий), проводимой по инициативе ВВС США.
Методология SADT представляет собой совокупность методов, правил и процедур, предназначенных для построения функциональной модели объекта какой-либо предметной области. Функциональная модель SADT отображает функциональную структуру объекта, т.е. производимые им действия и связи между этими действиями. Основные элементы этой методологии основываются на следующих концепциях:
Построение модели основного бизнес-процесса па основании методологии SADT
На рисунке 2.7, где приведены четыре диаграммы и их взаимосвязи, показана структура SADT-модели. Каждый компонент модели может быть декомпозирован на другой диаграмме. Каждая диаграмма иллюстрирует "внутреннее строение" блока на родительской диаграмме.
Построена с использованием вышеуказанной методологии модель основного бизнес процесса приведена на диаграммах А-0, АО, Al, All, А12, А13, А14, А2, А21, А22, А23, А24, A3, А31, А32, АЗЗ, А34, А4, А41, А42. В данной модели описываются технологические решения по созданию блока данных для функционирования основного бизнес-процесса в условиях автоматизации. Описание дается в разрезе диаграмм и при необходимости блоков. Многоуровневое дерево функций модели приведено в таблице 2.1.
Цель моделирования данных состоит и обеспечении концептуальной схемой базы данных в форме одной модели или нескольких локальных моделей, которые относительно легко могут быть отображены в любую систему баз данных.
Наиболее распространенным средством моделирования данных являются диаграммы "сущность-связь" (ERD), С их помощью определяются важные для предметной области объекты (сущности), их свойства (атрибуты) и отношения друг с другом (связи). ERD непосредственно используются для проектирования реляционных баз данных.
Нотация ERD была впервые введена П. Ченом (Chen) и получила дальнейшее развитие в работах Баркера [91]. По этому методу и создается база данных данной АИС управления техническим состоянием жилищного фонда.
Ключевыми элементами модели являются понятия: сущности, атрибуты, идентификаторы и связи.
Сущность (Entity) - реальный либо воображаемый объект, имеющий существенное значение для рассматриваемой предметной области, информация о котором подлежит хранению. Каждая сущность должна обладать уникальным идентификатором. Каждый экземпляр сущности должен однозначно идентифицироваться и отличаться от всех других экземпляров данного типа сущности. Каждая сущность должна обладать некоторыми свойствами: каждая сущность должна иметь уникальное имя, и к одному и тому же имени должна всегда применяться одна и та же интерпретация. Одна и та же интерпретация не может применяться к различным именам, если только они не являются псевдонимами; сущность обладает одним или несколькими атрибутами, которые либо принадлежат сущности, либо наследуются через связь; сущность обладает одним или несколькими атрибутами, которые однозначно идентифицируют каждый экземпляр сущности; каждая сущность может обладать любым количеством связей с другими сущностями модели. Следующим шагом моделирования является идентификация связей.
Связь (Relationship) - поименованная ассоциация между двумя сущностями, значимая для рассматриваемой предметной области. Связь - это ассоциация между сущностями, при которой, как правило, каждый экземпляр одной сущности, называемой родительской сущностью, ассоциирован с произвольным (в том числе нулевым) количеством экземпляров второй сущности, называемой сущностью-потомком, а каждый экземпляр сущности-потомка ассоциирован в точности с одним экземпляром сущности-родителя. Таким образом, экземпляр сущности-потомка может существовать только при существовании сущности родителя.
Различают три типа связей: один к одному (1:1); один ко многим (1 :N); многие ко многим (N:M).
Последним шагом моделирования является идентификация атрибутов.
Атрибут — любая характеристика сущности, значимая для рассматриваемой предметной области и предназначенная для квалификации, идентификации, классификации, количественной характеристики или выражения состояния сущности. Атрибут представляет тип характеристик или свойств, ассоциированных со множеством реальных или абстрактных объектов.
Экземпляр атрибута - это определенная характеристика отдельного элемента множества. Экземпляр атрибута определяется типом характеристики и ее значением, называемым значением атрибута. В ER-модели атрибуты ассоциируются с конкретными сущностями. Таким образом, экземпляр сущности должен обладать единственным определенным значением для ассоциированного атрибута.
Атрибут может быть либо обязательным, либо необязательным. Обязательность означает, что атрибут не может принимать неопределенных значений (null values). Атрибут может быть либо описательным (т.е. обычным дескриптором сущности), либо входить в состав уникального идентификатора (первичного ключа).
В проектируемой модели базе данных сущность «Здание» является главной. Каждому зданию могут принадлежать следующие сущности: «Фундамент», «Стены», «Перегородки», «Перекрытия», «Полы», «Двери», «Окна», «Лестницы», «Кровля», «Балконы», «Мусоропровод», «Вентиляция», «Лифты», «Отопление», «Горячее водоснабжение», «Холодное водоснабжение», «Канализация», «Электрооборудование», «Газовое оборудование», «Эстетический вид здания», «Благоустройство принадлежащие зданию», «Нежилые помещения принадлежащие зданию».
Принципы модульности и типизации при проектировании информационной системы
Актуальность решения задач оптимального синтеза информационного и программного обеспечения систем обработки данных в автоматизированных информационных системах (АИС) объясняется повышением требований к эффективности, качеству и надежности систем, увеличением числа и объема информационных массивов, сложности и стоимости разработки и отладки используемых в системах обработки данных (СОД) программ, переходом от разработки простых и слабосвязанных программ к комплексам или системам, содержащим сложно взаимодействующие программы объемом в десятки и сотни тысяч команд. Трудоемкость создания современных СОД составляет несколько десятков человеко-лет, что объясняется в основном отсутствием развитой формальной методологии разработки оптимальных систем данного класса [88,17].
Трудности создания формальной методологии проектирования объясняются: сложностью структуризации систем, реальным масштабом времени функционирования отдельных модулей, необходимостью оценки и контроля параметров отдельных подсистем и системы в целом, а также характеристик информационного и программного обеспечения, большим числом изменений в постановках задач, требованиях и детальных спецификациях в ходе разработки, сложностью внедрения формальных методов и автоматизации проектирования, недостаточным использованием возможностей типизации разработки, сокращающей в несколько раз затраты на проектирование и внедрение.
Характерными чертами современных методов проектирования СОД являются: использование стандартной системной документации на различных этапах разработки; использование формальных методов синтеза проектных решений для различных этапов проектирования; синтез и использование типовых программных модулей и логических структур баз данных; автоматизация получения проектных решений и документов.
Модульный принцип проектирования СОД связан с процессом синтеза системы как совокупности слабосвязанных компонент, допускающих их относительно независимую разработку и использование. Проблемы модульного построения, т.е. проблемы разбиения (декомпозиции) системы на подсистемы, задачи на подзадачи, программного обеспечения на отдельные программы и подпрограммы, возникают па различных этапах анализа и синтеза систем управления. При этом подсистема каждого последующего уровня разбиения представляет собой абстрактный компонент (модуль) системы предыдущего уровня, интерпретация которого зависит от рассматриваемой проблемы. В организационной структуре в качестве модулей различных уровней рассматриваются функциональные отделы и подразделения.
Использование принципа модульности при проектировании информационного и программного обеспечения позволяет свести проектирование к оптимальному синтезу функционально независимых отдельных частей (модулей), совместно выполняющих заданные функции системы с требуемой эффективностью, и значительно сокращает затраты на разработку, внедрение и модификацию системы.
Модульность оказывается необходимой и по ряду других причин, основными из которых являются резкий рост сложности взаимосвязей в системе с ростом числа ее элементов, существование ограничений по ряду характеристик используемых ЭВМ и методов решения, а также ограничений на функциональные возможности.
Реализация модульного принципа требует определения и разработки системы сопряжения выделенных модулей в единую систему, обеспечивающую их эффективное функционирование в реальном масштабе времени.
При проектировании модульных систем должны быть обеспечены следующие основные свойства входящих в них модулей: - функциональность (модуль должен содержать функционально законченную и максимально независимую совокупность операций по обработке данных; обращение к модулю осуществляется как к единому целому, и значение вызываемого параметра отражает специфику функций модуля); - связность (модуль реализует совокупность взаимосвязанных функций, работающих с одними и теми же данными; часть этих данных обычно скрыта для системы в целом); - алгоритмичность (функции модуля группируются на алгоритмической основе); - последовательность (модуль включает несколько функций, причем выходные результаты одной функции являются входными для другой); - маскировка (некоторые функции и данные, которые не должны взаимодействовать с другими модулями, должны быть недоступными, скрытыми для системы в целом; маскировка связана с определением ограничений на доступ и взаимодействие между модулями); - однородность (в модуль объединяются однородные по своему функциональному назначению процедуры);
Система расширенных запросов
По каждому выбранному зданию (рисунок 4.8) выводится информация из базы данных, необходимая при расчете восстановительной стоимости. Удобством является то, что данные о здании можно корректировать прямо в диалоговом окне интерфейса, то есть можно вести расчет восстановительной стоимости любого здания, не занесенного в базу данных, а также корректировать расчет восстановительной стоимости имеющихся зданий базы. Автоматически подбираются коэффициенты перехода из цен 1969 года в цены 1984 года и в текущие цены по состоянию на сентябрь 2006 года или любого другого месяца в зависимости от выбора пользователя. Также есть возможность скорректировать расчет на величину поправочных коэффициентов, применяемых при особых конструктивных характеристиках здания. Наряду с расчетом восстановительной стоимости зданий рассчитывается и восстановительная стоимость конструктивных элементов этого здания. Для этого используются удельные веса каждого конструктивного элемента здания из УПВС № 28. Важно здесь стоит отметить, что в УПВС удельные веса даны только по 9 основным конструктивным элементам. В предлагаемом диалоговом окне «Пропорции удельных весов» можно увидеть и при необходимости скорректировать добавочные удельные веса на любой из элементов здания (рисунок 4.9).
Восстановительную стоимость конструктивных элементов здания и их удельные веса можно изменять в специальном окне (рисунок 4.9), затем рассчитанную восстановительную стоимость можно сохранить в базу данных для дальнейших расчетов на ее основе. Для удобства можно рассчитать вос становительную стоимость сразу для нескольких здании и их конструктивных элементов.
Выбирая адрес (рисунок 4.10), можно получить по любому зданию следующую информацию: износ конструктивных элементов и здания в целом, %; износ конструктивных элементов и здания в целом, руб.; прогнозируемый износ, %.
Износ здания рассчитывается как сумма износов конструктивных элементов, скорректированных на величины удельных весов. Стоимостная оценка износа рассчитывается как доля износа конструктивного элемента в восстановительной стоимости здания, она нужна для дальнейших расчетов стоимости ремонтных работ.
Прогнозируемый износ рассчитывается на основании данных об изменении состояния здания за все время его эксплуатации, сроки прогноза: 1,2,3,4,5,10,15 лет.
Для наглядности величины износа конструктивных элементов выделяются разными цветами в зависимости от реального состояния элемента. Данные о величине износа здания и прогнозируемые величины износа хранятся в базе данных.
Для определения типа ремонтных работ, необходимо четко знать, какие виды работ необходимы по зданию. Примерный перечень необходимых ра бот можно узнать из дефектных ведомостей по зданиям и их конструктивным элементам. Текущее планирование бюджета ремонтных работ возможно по двум направлениям (рисунок 4.11)
Расчет стоимости необходимых ремонтных работ определяется на основе величины возможно устранимого износа. В соответствии с проведенным обследованием определяется процент физического износа конструктивных элементов здания, та величина износа, которую представляется возможным устранить, будет и составлять бюджет ремонтных работ. Полностью износ устранить невозможно, это объясняется рядом факторов: - предельный срок службы элемента; - особенности эксплуатации; - фактическая величина физического износа; - количество проведенных ремонтов; - моральный износ элемента и др.
Поэтому в соответствии с данными, полученными в ходе обследования, для каждого здания определяется процент возможно устранимого износа на основе дефектных ведомостей и осмотров объектов.
После определения процента возможно устранимого износа определяется стоимость необходимых ремонтных работ умножением этой величины на величину восстановительной стоимости, рассчитанной ранее. Следует заметить, что эта величина не означает, что фактически такая сумма необходима на ремонт. Фактическая величина средств на ремонт может быть определена составлением смет на основании дефектных ведомостей, полученных в ходе обследования. Сметы рекомендуется составлять на основание ТЭРр, потому как количество и цена материалов, необходимых для ремонта может быть наглядным.
