Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время крупномасштабные информационно-коммуникационные системы (ИКС), типичным представителем которых может служить Государственная автоматизированная система Российской Федерации «Выборы» (ГАС «Выборы»), стали не только неотъемлемой частью повседневной деятельности, но и способом достижения стратегических преимуществ в политике, бизнесе, производстве, военном деле, в других областях. Отличительными чертами этих систем являются:
- непосредственная социальная или экономическая направленность;
- глобальный пространственный размах (страна, регион, отрасль
народного хозяйства);
- долговременный период существования, соизмеримый с жизнью целого
поколения;
большое количество разнородных составных компонентов (технических, математических, информационных, программных и др.);
- существенные экономические затраты на проектирование, разработку и
эксплуатацию, ощутимые на уровне федерального бюджета;
большое количество исполнителей (людей, организаций, фирм), привлекаемых для отработки и осуществления проекта;
уникальность и неповторимость технических, программных и структурных решений, положенных в основу создания системы.
Внедрение проектов крупномасштабных ИКС невозможно осуществить одноактно, это эволюционный процесс комплексного постепенного наращивания их возможностей за счёт последовательной оптимизации структуры, поэтапного совершенствования программно-технической среды, а также перманентной модернизации программно-математического, лингвистического и информационного обеспечений. Оценить эффективность таких постоянно развивающихся проектов по критерию «выгоды - затраты» невозможно, а зачастую такая оценка и нецелесообразна. Проектирование крупномасштабных ИКС можно сравнить с фундаментальными научными изысканиями, эффект которых, как известно, не поддается точной экономической оценке, но тем не менее их существенное влияние на развитие социальной среды не вызывает сомнений.
Центральной из всего многообразия проблем, связанных с созданием и развитием проектов крупномасштабных ИКС, выступает проблема управления этим процессом, от качественного решения которой в значительной мере зависит социальная значимость проекта, а также эффективность и надежность функционирования ИКС.
Решение этой проблемы возможно только в том случае, если оно опирается на адекватную методологическую, технологическую, модельную и программно-инструментальную базу. Вместе с тем в настоящее время управление проектами создания и развития этих систем
рассматривается скорее как искусство компьютерного программирования (в рамках линейной схемы проектирования), чем строгая наука, базирующаяся на системной идеологии и математических моделях анализа и оптимизации проектных решений. В результате проблема решается методом проб и ошибок.с частичным привлечением оценочных моделей для расчёта отдельных показателей тина защищенности, надежности, своевременности, безошибочности и др.
Для рассматриваемого класса проектов пока не получили должного развития узловые вопросы интеллектуальной поддержки принятия управленческих проектных решений, в том числе такие, как: комплексная оценка их качества по критериям, позволяющим главному конструктору и заказчику судить о функциональной работоспособности системы; формирование целевой иерархии при управлении проектами создания и развития ИКС; оптимизация организационной структуры ИКС и планирование информационных потоков; организация баз знаний ИКС; оптимизация планов проведения регламентных и иных работ; разрешения многочисленных конфликтных ситуаций между участниками проекта. В результате этого затраты сил, средств и времени на разработку проектов создания и развития крупномасштабных ИКС непрерывно растут. Ведущая идея диссертационного исследования заключается в том, чтобы превратить управление проектами создания и развития крупномасштабных ИКС из искусства в системный технологический процесс обоснования оптимальных проектных решений, основанный на последних достижениях в области системного анализа, управления проектами и математического моделирования.
Диссертационное исследование выполнено в соответствии с планами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ФГУП НИИ «Восход» (г. Москва) в рамках Федеральной целевой программы развития ГАС «Выборы».
Цель диссертационного исследования состоит в разработке технологий и моделей интеллектуальной поддержки принятия решений по управлению проектами создания и развития крупномасштабных ИКС и в их практической реализации применительно к управлению проектом ГАС «Выборы».
Таким образом, объектом диссертационного исследования является
процесс управления проектами создания и развития крупномасштабных
ИКС (типа ГАС «Выборы»), а предметом - технологии, модели и
программно-инструментальные средства, обеспечивающие
интеллектуальную поддержку решений при управлении этим процессом. При этом, в отличие от традиционного подхода, объект исследования представляется не в виде планов и графиков и иных документов, регламентирующих выполнение проекта, а задаётся постоянно корректируемыми моделями. Иными словами, в качестве управляемого объекта рассматривается собственно проектируемая система, описываемая совокупностью моделей, а планы и графики выполнения работ
рассматриваются в качестве документов, контролирующих сроки проведения работ.
Задачи диссертационного исследования:
1. Обосновать использование концепции системного гомеостаза в
технологии управления проектами создания и развития
крупномасштабных ИКС.
2. Разработать технологию управления проектами создания и развития
крупномасштабных ИКС на основе системного гомеостаза, в том числе:
- технологию формирования целевой иерархии при управлении
проектами создания и развития ИКС;
- технологию организации процесса проектирования базы знаний и
методы её предметного наполнения;
технологию разрешения неантагопистических конфликтов, возникающих в процессе проектирования ИКС.
3. Разработать комплекс математических моделей в виде диалоговой
информационно-расчетной системы интеллектуальной поддержки
принятия управленческих проектных решений, включающей:
модель формирования целевой иерархии при управлении проектами создания и развития ИКС;
модель анализа качества проекта (морфологическая модель; модель оптимизации организационной структуры проектируемой ИКС; модель анализа качества функциональной работоспособности);
модель оптимизации планирования информационных потоков между компонентами проектируемой ИКС;
модель оптимизации планов проведения организационно-технических мероприятий на объектах проектируемой ИКС;
- модель разрешения неантагонистических конфликтов, возникающих
в процессе проектирования ИКС.
4. Реализовать теоретические положения и разработанные
математические модели в процессе поиска проектных решений по
совершенствованию и развитию ГАС «Выборы».
Методологическую базу диссертационного исследования составляют положения теории системного анализа, активных систем, управления проектами, кибернетики и конфликта с привлечением методов теории игр, теории графов и логико-лингвистического моделирования. При разработке диалоговой информационно-расчетной системы использованы принципы структурного программирования и положения теории искусственного интеллекта.
Научная новизна. В диссертационной работе проблема управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС впервые поставлена и решена на основе системно-гомеостатического подхода, что дало возможность разработать и реализовать цикличные итеративные технологии, позволяющие за счет четкой организации проектных циклов повысить обоснованность параметров проекта, сократить сроки отработки параметров и минимизировать затраты на проведение проектных работ.
Получены следующие результаты, обладающие научной новизной:
В направлении формализации процесса создания дерева целей и задач разработана технология формирования целевой иерархии на основе последовательной декомпозиции объекта проектирования с одновременной проверкой целей на измеримость, достижимость и существенность.
Учтены новые факторы и введены дополнительные критерии, позволяющие при разработке технологии управления проектами осуществить комплексную оценку функциональной работоспособности проектируемого объекта с точки зрения: отсутствия функционального дублирования и полноты функций, наличия информационной избыточности или недостаточности, ресурсной обеспеченности управленческих решений и их согласованности, структурной связанности компонентов.
3. Проблема оптимизации организационной структуры впервые
сведена к имитации объекта дискретной ситуационной сетью с
последующим поиском ее критического сечения, что позволило
разработать простой алгоритм оптимизации структуры проектируемой
ИКС по критерию минимума времени ее реакции, в котором аргументом
целевой функции являются не числа, а морфология системы, заданная
совокупностью бинарных матриц.
4. Разработан новый метод решения задач планирования
информационных потоков в ИКС и оптимизации плана организационно-
технических мероприятий, реализующий лингвистический вывод в
исчислении предикатов первого порядка, что расширило возможности по
учету логических ограничений и допущений по сравнению с
классическими оптимизационными подходами в технологии управления
проектами.
5. Развиты модели управления проектами в направлении учета
конфликтов типа «заказчик - разработчик», «разработчик - конкуренты»,
«разработчик - соисполнители», и на основе использования теории
активных систем и неантагонистических игр разработана технология
разрешения неантагонистических конфликтов при управлении проектами
создания и развития крупномасштабных ИКС.
6. Расширена область применения логико-лингвистического подхода
применительно к организации процесса проектирования базы знаний ИКС.
На основе комплексного использования языковых средств ролевых
фреймов, модификаций Х-конверсий и семантических сетей разработана
технология организации этого процесса, обладающая по сравнению с
одноактной и спонтанно-итеративной процедурой «естественный язык ->
компьютерная база» тем качеством, что позволяет заменить эвристические
соображения строго формальными методами задания единиц знаний,
снизить требования к языкам программирования, а также более полно
использовать зпания конечного пользователя о предметной области.
7. В процессе реализации теоретических положений применительно к
проекту создания и развития ГАС «Выборы» получены обладающие
патентной чистотой проектные решения в части принципов построения и
алгоритмов функционирования системы в целом и её основных подсистем.
На защиту выносятся:
1. Технология управления проектами создания и развития
крупномасштабных ИКС на основе концепции системного гомеостаза, в
том числе:
технология формирования целевой иерархии в процессе управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС;
технология организации процесса проектирования базы знаний ИКС на основе сочетания языковых средств искусственного интеллекта;
технология разрешения неантагонистических конфликтов.
2. Комплекс математических моделей, реализованных в виде
диалоговой информационно-расчетной системы, обеспечивающей
интеллектуальную поддержку проектных управленческих решений.
3. Проектные управленческие решения по развитию ГАС «Выборы» в
целом и её подсистем.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационного исследования послужили теоретической базой для проектирования, разработки и внедрения в практику работы ЦИК России проекта развитая ГАС «Выборы». При этом реализованы мероприятия Программы развития ГАС «Выборы» в 2001-2004 годах и определена концепция дальнейшего развития системы.
Технологии, модели, выводы и положения, обоснованные в диссертации, использованы в Научно-исследовательском институте проблем управления, информатизации и моделирования Академии военных наук (г. Москва) и во ФГУП НИИ «Восход» (г. Москва) при проведении плановых научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Диалоговая информационно-расчетная система интеллектуальной поддержки принятия проектных решений включена в состав стенда Главного конструктора ГАС «Выборы» и использовалась на всех этапах управления данным проектом.
Эффект внедрения выразился в сокращении рутинной работы инженерного аппарата, в повышении обоснованности параметров проектируемых систем, а также в сокращении сроков выполнения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Суммарный экономический эффект внедрения результатов диссертационного исследования составил около 2450 тыс. руб., что подтверждается актами.
Практическая значимость. Разработанные и реализованные в виде диалоговой информационно-расчетной системы модели поддержки процесса управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС целесообразно использовать при решении проблем информатизации предприятий и отраслей социально-экономического профиля.
Запатентованные проектные решения в части совершенствования принципов построения и алгоритмов функционирования ГАС «Выборы» и ее подсистем приняты как базовые при проектировании и разработке систем другого назначения, в частности ГАС «Правосудие», АС «Государственный регистр населения».
Кроме того, материалы диссертационной работы могут быть использованы студентами вузов в учебном процессе для выполнения курсовых и дипломных проектов, а также в ходе изучения таких дисциплин, как информационные технологии, управление проектами, теория систем и системный анализ, моделирование систем.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на: научно-практической конференции «ГАС «Выборы» - 10 лет» (Москва, 2004); Всероссийской научно-технической конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2004); Ш и IV международных конференциях «Системы управления эволюцией организации» (CSOE-2005, 2007); Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в моделировании, управлении и анализе данных» ИНТЕМ (Тула, 2005); V научно-практической конференции «Современные информационные технологии в управлении и образовании» (Москва, 2005); международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-19» (Воронеж, 2006); ежегодных научно практических конференциях ФГУП НИИ «Восход» (Москва, 2000-2007); IV Всероссийской научно-технической конференции «Теория конфликта и ее приложения» (Воронеж, 2006).
Публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 40 работах, в том числе в четырех монографиях [1-4], в 11 статьях в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ [5-15] и в одиннадцати патентах на изобретения [16-26]. Из них 8 работ написаны без соавторов [1,5,7,28,33,38,39,40]. В работах, написанных в соавторстве, лично соискателю принадлежат: основные положения методологии гомеостатического управления проектами создания и развития ИКС, включая концепцию, принципы и технологическую схему их системного проектирования [2,10,29,30]; комплекс математических моделей, реализованный в виде диалоговой информационно-расчетной системы обоснования проектных решений в части анализа функциональной работоспособности ИКС [8,13], оптимизации их структуры и оценки качества функционирования ИКС [3,6], способов координации проектов и разрешения конфликтов, возникающих в процессе их обоснования [4,9,11,12,31,33]; метод расчета интегральной оценки состояния системы [14]; идея классификации решений [27,35]; направления развития и метод представления знаний в ИКС [15]; критерии потенциальной управляемости в многоуровневых иерархических системах [34]. В [16] лично соискателем предложена концепция информационного взаимодействия ГАС «Выборы», в [17] - технология анализа активности избирателей, в [18] - концепция
построения системы участковой избирательной комиссии, в [19] -концепция построения электронного голосования без использования бумажных бюллетеней, в [20] - концепция информационно-справочной системы по имущественным данным кандидатов и депутатов, в [21] -технологическая схема обеспечения прозрачности контроля избирательных фондов, в [22, 37] - концепция и принципы построения ГАС «Выборы», в [23,24,25,26,36] - способы программно-аппаратной реализации основных компонентов системы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, списка литературы из 125 наименований и приложения. Материал диссертации изложен на 267 страницах текста, включая 39 иллюстраций и 7 таблиц.
