Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ особенностей жизненного цикла РЭИС и их влияния на
совокупную стоимость владения 18
1.1 Классификация РЭИС и выявление их особенностей на основе структурно-графического и табличного представления 18
1.2 Классификация систем управления распределенными системами и проектами 29
1.3 Выбор и обоснование показателя эффективности информационных технологий 41
1.3.1 Анализ существующих подходов к оценке эффективности использования информационных систем на промышленных предприятиях 41
1.3.2 Сущность и методика расчета совокупной стоимости владения информационной системой 47
1.3.3 Комплексная методология расчета ССВ, ориентированная на учет возможностей пользователей 61
1.3.4 Направления снижения ССВ. Учет человеческого фактора 65
2 Разработка модели жизненного цикла РЭИС с регламентированным обменом ресурсами 70
2.1 Анализ состава ЖЦ РЭИС 72
2.2 Качественный анализ моделей ЖЦРЭИС 91
2.3 Выбор методологии анализа моделей ЖЦ 110
2.4 Разработка IDEF-представлений каскадной и спиральной модели ЖЦ 115
2.5 Разработка IDEF-представлений модели ЖЦ РЭИС с обменом ресурсами 117
3 Разработка модели процесса функционирования РЭИС на основе ДРС 132
3.1 Основные термины. Общие требования к концептуальной модели ДРС 132
3.2 Выбор параметрического базиса и описание концептуальной модели ДРС 137
3.2.1 Параметрический ряд для модели ресурсов ДРС 137
3.2.2 Параметрический ряд для описания системы заданий ДРС 139
3.2.3 Выбор и обоснование показателя качества проектных решений 143
3.3 Формально-логическая классификация ДРС 147
3.4 Функциональная модель ДРС 152
3.4.1 Особенности использования методологии SADT для описания процессов принятия проектных решений 154
3.4.2 Обобщенная модель процесса функционирования РЭИС на основе ДРС 157
4 Разработка методики проектирования рационального выбора ПДРи архитектуры ДРС ,178
4.1 Модель процесса проектирования компонент РЭИС на основе ДРС 178
4.2 Алгоритм формирования архитектуры и процесса динамической реконфигурации компонент распределённых информационных систем на основе ДРС 197
4.3 Методика проектирования РЭИС на основе методологии ДРС. 211
4.4 Разработка метода управление заданиями в РЭИС 215
4.5 Имитационное моделирование и исследование эффективности предложенного алгоритма рационального выбора ПДР и архитектуры ДРС 232
4.5.1 Особенности модифицированного алгоритма рационального выбора ПДР и архитектуры ДРС 242
4.5.2 Исследование эффективности модифицированного алгоритма рационального выбора ПДР и архитектуры ДРС методом имитационного моделирования 244
4.5.3 Оценивание погрешности и производительности разработанной методики проектирования 249
4.6 Разработка практических рекомендаций по использованию предложенной методики проектирования компонент РЭИС на основе ДРС 252
4.6.1 Сравнительное обоснование выбора альтернативных вариантов построения компонент РЭИС 252
4.6.2 Разработка рекомендаций по выбору весовых коэффициентов в параметрическом ряде описания системы заданий 255
4.7 Разработка предложений по базовым структурным схемам устройств обработки цифровых данных на базе ДРС 258
5 Результаты экспериментальной проверки управления жизненным циклом оценки их влияния на совокупную стоимость владения РЭИС 265
5.1 Программно-технический комплекс моделирования и управления РЭИС 265
5.2 Рекомендации по сопровождению ЖЦ РЭИС и анализ снижения ССВ 275
5.2.1 Рекомендации по внедрению РЭИС
5.2.2 Порядок расчета совокупной стоимости владения для РЭИС предприятий 282
5.3 Резулвтаты исполвзования КМУ при управление ЖЦ РЭИС предприятий 284
5.3.1 Автоматизированная система контроля, диагностики и телеуправления удаленными объектами теплосетей г. Курска 284
5.3.2 Единая дежурно-диспетчерская служба Главного управления МЧС по Курской области 289
5.4 Обобщенные данные по внедренным РЭИС 301
Заключение 304
- Классификация РЭИС и выявление их особенностей на основе структурно-графического и табличного представления
- Анализ состава ЖЦ РЭИС
- Основные термины. Общие требования к концептуальной модели ДРС
- Модель процесса проектирования компонент РЭИС на основе ДРС
- Программно-технический комплекс моделирования и управления РЭИС
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Современное состояние экономики характеризуется высокой динамичностью, вследствие чего развитие крупных корпораций требует своевременного реинжиниринга бизнес-процессов, основой которых являются информационные технологии. Базовой стратегией реализации информационного обеспечения крупных промышленных объектов является ориентация на распределенные экономические информационные системы (РЭИС).
Основным сдерживающим фактором широкого использования РЭИС является необходимость больших финансовых затрат, связанных с их созданием и внедрением. При этом увеличение размера инвестиций в информационные системы не всегда приводит к экономическому эффекту - для половины бюджет на информационные технологии превышает полученную прибыль Одним из путей сокращения экономических издержек на информационные технологии является управление процессами их создания и внедрения на протяжении всего жизненного цикла (ЖЦ) В настоящее время общепринятой оценкой эффективности информационных технологий является совокупная стоимость владения (ССВ), представляющая собой сумму прямых и косвенных затрат на создание, внедрение и эксплуатацию информационной системы
Современные РЭИС промышленных объектов относятся к категории сложных технических систем Проблемы создания сложных технических систем и управления ими рассматривались в работах ряда отечественных и зарубежных ученых. К наиболее известным можно отнести исследования отечественных ученых: Буркова Д.А., Вендрова А М., Костогрызова А.И., Кофа-нова Ю Н , Норенкова И.П., Мазура И.И., Маничева В.Б., Моисеева B.C., Подвального Л С, Растригина Л А , Соколова Б В., Уразбахтина И.Г., Юдиц-кого С А , Юсупова Р М., а также зарубежных - Д Джонса, Де Марко, Йордана и др
Вместе с тем многие вопросы методологического характера в сфере управления РЭИС не решены и нуждаются в дальнейшем исследовании. Цельного и обобщенного исследования по проблеме управления жизненным циклом РЭИС на методологическом уровне до сих пор не проводилось. Развитие методологии управления жизненным циклом РЭИС выступает как актуальное научное направление, имеющее важное социально-экономическое значение.
Таким образом, основным противоречием в настоящее время является объективная необходимость внедрения ИТ в промышленные организации, обусловленная, с одной стороны, высокой динамичностью рынка и возрас-іающей сложностью производственных процессов, с другой - высокой стоимостью создания и внедрения экономических информационных систем, что увеличивает время их окупаемости. ^^41^ пбпгтр^ется это противоречие
рос. национальная")
БИБЛИОТЕКА |
в рамках крупных промышленных предприятий, которые вынуждены базироваться на распределенных экономических информационных системах
Это противоречие определяет актуальную научную проблему - повышение экономической эффективности создания и внедрения РЭИС путем рационального управления их жизненным циклом
Теоретический аспект сформулированной проблемы состоит- в обосновании путей допустимой минимизации совокупной стоимости владения РЭИС на основе управления их жизненным циклом; разработке структурной модели жизненного цикла, соответствующей высокой динамике смены этапов; разработке теоретических основ динамической реконфигурации, направленной на сокращение используемых ресурсов; разработке метода целенаправленного распределения проектных заданий, основанного на априорной оценке затрат на их выполнение и поэтапном сокращении размерности исходных данных путем разбиения их на функциональные группы, и поиске локальных минимумов.
Практический аспект проблемы заключается' в уменьшении ССВ за счет управления ЖЦ РЭИС; разработке программных средств и организационно-методического обеспечения, позволяющих рационально использовать ресурсы на всех этапах жизненного цикла Разработанные модели и алгоритмы имеют прикладной характер, использованы при создании соответствующих аппаратно-программных комплексов и внедрении проектов РЭИС на их основе.
Цель диссертационной работы - разработка теоретических основ и путей реализации управления жизненным циклом РЭИС, позволяющих снизить совокупную стоимость их владения.
Указанная цель обусловила следующие направления исследований:
-
Анализ особенностей создания и функционирования РЭИС в промышленности и их влияние на совокупную стоимость владения.
-
Разработка модели жизненного цикла РЭИС, учитывающей особенности их создания и функционирования в промышленности и позволяющей осуществлять рациональный обмен ресурсами.
-
Обоснование и разработка концептуальной модели процесса динамической реконфигурации, позволяющей рационализировать обмен ресурсами.
-
Разработка метода управления совокупностью заданий, составляющих проект РЭИС.
-
Синтез алгоритма выбора архитектуры динамически реконфигури-руемых структур (ДРС) и процесса динамической реконфигурации компонент РЭИС, а также методики проектирования компонент на базе динамически реконфигурируемых структур.
-
Экспериментальное исследование эффективности разработанных моделей, методов, алгоритмов и программно-технических средств.
Объектом исследования являются РЭИС промышленных объектов
Предметом диссертационного исследования является жизненный цикл распределенных экономических информационных систем
Методы исследования, достоверность и обоснованность результатов. При выполнении работы были использованы: общая теория систем, теория вероятностей и математической статистики, методы вычислительной математики, теория структурного анализа и проектирования, теория принятия решения, теория расписаний.
Достоверность полученных результатов подтверждается корректностью разработанных математических моделей, использованием известных положений фундаментальных наук, сходимостью полученных теоретических результатов с данными эксперимента и результатами эксплуатации РЭИС.
Диссертационная работа выполнялась в рамках НИР по темам «Эксперт», «Интеграл», «Процесс», заданных МО РФ, ОКР в рамках договорных работ по темам «Теплосети», ЕДЦС ГОЧС, а также НИР, выполненных в Курском ГТУ [58-62].
Научная новизна результатов работы состоит в создании элементов методологии управления жизненным циклом РЭИС, включающей в себя модели, алгоритмы, методы и методики, составляющие в целом научную основу управления жизненным циклом РЭИС При этом автором разработаны:
модель ЖЦ РЭИС, позволяющая реализовать целенаправленный обмен ресурсами в РЭИС на основе lDEF-представления и обосновать условия перехода между этапами жизненного цикла;
теоретические основы динамической реконфигурации структур, ориентированной на сокращение используемых ресурсов, включающие концептуальную модель процесса реконфигурации, математическую модель процесса проектирования динамически реконфигурируемых структур и обобщенный алгоритм итерационного выбора архитектуры и программы динамической реконфигурации;
метод управления заданиями, особенностью которого является детерминированное представление процесса выполнения заданий и их рациональное распределение на основе априорной оценки затрат.
На защиту выносятся:
-
Модель ЖЦ РЭИС, учитывающая особенности процесса обмена ресурсами между компонентами и условия регламентированного перехода между этапами, и позволяющая сократить затраты на реализацию этапов жизненного цикла.
-
Метод управления совокупностью заданий, основанный на априорной оценке затрат на их выполнение и их целенаправленном распределении, обеспечивающий уменьшение вычислительных затрат за счет сокращения размерности исходных данных.
-
Концептуальная математическая модель процесса реконфигурации, особенностью которой является учет типов входных данных и способов управления реконфигурацией, позволяющая уменьшить ресурсы используемые при функционировании РЭИС.
-
Математическая модель процесса проектирования динамически ре-конфигурируемых структур, включающая правила преобразования входных данных в проектное решение и формализацию правил назначения функций на реконфигурируемые компоненты, и позволяющая осуществить процедуры нисходящей декомпозиции реализуемых компонентами функций
-
Обобщенный алгоритм итерационного выбора архитектуры и программы динамической реконфигурации, особенностью которого является применение пошагового планирования поиска в локальной окрестности базового решения, и позволяющего использовать его на этапах создания и модернизации компонент РЭИС.
Практическая полезность работы заключается в разработке и доведении до практической реализации:
методики формирования компонент распределенных информационных систем на базе динамически реконфигурируемых структур;
программно-технического комплекса и комплекта организационно-методических документов для управления жизненным циклом на основе обмена ресурсами РЭИС.
Полученные практические результаты могут быть использованы для управления созданием и эксплуатацией распределенных информационных систем в различных областях социально-экономической сферы.
Реализация результатов. Результаты теоретических и экспериментальных исследований и практические разработки внедрены в Главном управлении МЧС России по Курской области и ОАО Курская генерирующая компания, а также использованы при создании информационных систем различного назначения в ГОУ ВПО МТУСИ (г. Москва), СПИИ РАН (г. С-Петербург), НИИ МВС ТРТУ (г Таганрог), ФГНУ НИИ "Спецвузавтомати-ка" (г. Ростов-на-Дону), Орловском филиале ИЛИ РАН (г Орел), ФГУП "Курский НИИ" МО РФ (г Курск). Внедрение результатов подтвердило снижение совокупной стоимости владения при полном выполнении функционального назначения.
Научно-методические результаты, полученные в диссертационной работе, внедрены в учебный процесс кафедры информационных систем в экономике Курского государственного технического университета и используются при проведении занятий по дисциплинам «Проектирование информационных систем в экономике», «Информационные системы предприятий», в курсовом и дипломном проектировании.
Апробация работы. Основные положения, защищаемые в диссертации, докладывались и получили положительную оценку на 11 международных, всероссийских и региональных научно-практических конференциях, конгрессах и семинарах (Международная конференция «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и электронных технологий (ИННОВАТИКА-2004)», Москва, 2004; Международная конференция «Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных и лазерных технологий», Москва, 2002; межведомст-
венная конференция «Информационное и техническое обеспечение деятельности спецслужб», Москва, 2002; 5, 6 Международные конференции "Распознавание", Курск, 2001, 2003; 1, 4 Всероссийские научные конференции «Проблемы создания и развития информационно-телекоммуникационных систем специального назначения», Орел, 1997, 2003; научно-техническая конференция «Проблемы автоматизированного моделирования в электронике», Киев, 1991; семинар «Опыт разработки организационно-экономических подсистем», Тверь, 1991; научно-техническая конференция «Гибридные интеллектуальные системы», Ростов-на-Дону, 1991; семинар «Разработка и эксплуатация САПР в радиоэлектронике», Челябинск, 1991; семинар «Современное состояние и тенденции развития отечественных средств ВТ», Москва, 1991; Международный симпозиум «Россия на пороге третьего тысячелетия: единство в многообразии», Курск, 1995; юбилейная конференция 5 ЦНИИИ МО РФ, Воронеж, 1995; конференция «Нейрокомпьютеры и их применение», Москва, 1996; научно-технические конференции ФГУП «Курский НИИ» МО РФ, Курск, 1982-2003, войсковой части 11135, Москва, 1987, 1988, 1991, 1997, 1999, 2001, 2003; семинары кафедры «Информационные системы в экономике» КурскГТУ, 1998-2005 гг.
Публикации По теме диссертации опубликовано 62 работы, в том числе 2 монографии, 22 статьи в журналах и научно-технических сборниках, 18 выступлений на конференциях. В работах, опубликованных в соавторстве и приведенных в конце автореферата, лично соискателем разработаны: модель ЖЦ РЭИС, включающая регламентированный процесс обмена ресурсами между компонентами [1, 3, 4, 8, 9, 13, 16, 21, 29, 31,32, 34, 37, 42], концептуальная модель процесса реконфигурации [2, 5, 11, 12, 24, 40, 52], метод управления проектом РИС [16, 19, 21, 27, 39, 47, 57], алгоритм итерационного формирования архитектуры и процесса динамической реконфигурации ДРС [2, 5, 23, 49], модель процесса проектирования ДРС [2, 5, 12, 14, 25], методика проектирования компонент распределенных информационных систем [6, 10, 15-17,23,51,53,54].
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 323 страницах, состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы, включающего 150 наименований, содержит 77 рисунков и 28 таблиц. Приложение на 101 странице содержит, в частности, методику расчета совокупной стоимости владения, тексты программ отдельных процедур динамической реконфигурации структур и описание программного обеспечения комплекса моделирования и управления РЭИС.
class1 Анализ особенностей жизненного цикла РЭИС и их влияния на
совокупную стоимость владения class1
Классификация РЭИС и выявление их особенностей на основе структурно-графического и табличного представления
Необходимость классификации РЭИС определяется следующими основными причинами: пользователям необходимо понимание функциональных возможно 19 стей ИС и, в частности, степени достижение требуемого результата при решении производственных или управленческих задач; разработчикам необходимо определиться с современным положением на рынке ИС и перспективами его сегментации.
Одним из наиболее важных для пользователя результатов классификации является возможность объективного первичного отбора РЭИС для объекта информатизации и упорядочение знаний об объектах проектирования и обоснованный выбор методов их создания.
Целью проводимого анализа подходов к классификации является создание объективного представления о существующих на рынке РЭИС и конкретизации требований к перспективным разработкам в этой области. Представление классификационных категорий в виде структурно-графических объектов и табличном виде позволяют нагляднее довести информацию до пользователя.
Проведем анализ существующих подходов к классификации информационных систем, начиная от формально-признаковых и до функционально-поведенческих.
Классификация по степени автоматизации. В зависимости от степени автоматизации информационных процессов в системе управления фирмой информационные системы определяются как ручные, автоматические, автоматизированные. Автоматизированные ИС предполагают участие в процессе обработки информации и человека, и технических средств, причем главная роль отводится компьютеру. В современном толковании в термин "информационная система" вкладывается обязательно понятие автоматизируемой системы. Автоматизированные ИС, учитывая их широкое использование в организации процессов управления, имеют различные модификации и могут быть классифицированы, например, по характеру использования информации и по сфере применения.
Анализ состава ЖЦ РЭИС
Состав жизненного цикла информационных систем неоднократно определялся различными нормативными и научно-методическим документами, публикациями крупных исследовательских центров и корпораций.
Среди наиболее известных документов можно выделить следующие: - ГОСТ 34.601-90 - распространяется на автоматизированные системы и устанавливает стадии и этапы их создания. Кроме того, в стандарте содер жится описание содержания работ на каждом этапе. Стадии и этапы работы, за крепленные в стандарте, в большей степени соответствуют каскадной модели жизненного цикла [51]; ISO/IEC 12207:1995 - стандарт на процессы и организацию жизненного цикла. Распространяется на все виды заказного ПО. Стандарт не содержит описания фаз, стадий и этапов [50]; Custom Development Method (методика Oracle) по разработке прикладных информационных систем - технологический материал, детализированный до уровня заготовок проектных документов, рассчитанных на использование в проектах с применением Oracle. Применяется CDM для классической модели ЖЦ (предусмотрены все работы/задачи и этапы), а также для технологий "быстрой разработки" (Fast Track) или "облегченного подхода", рекомендуемых в случае малых проектов; - Rational Unified Process (RUP) предлагает итеративную модель разра ботки, включающую четыре фазы: начало, исследование, построение и внедре ние. Каждая фаза может быть разбита на этапы (итерации), в результате кото рых выпускается версия для внутреннего или внешнего использования. Прохо ждение через четыре основные фазы называется циклом разработки, каждый цикл завершается генерацией версии системы. Если после этого работа над проектом не прекращается, то полученный продукт продолжает развиваться и снова минует те же фазы. Суть работы в рамках RUP - это создание и сопровождение моделей на базе UML [52]; - Microsoft Solution Framework (MSF) сходна с RUP, так же включает четыре фазы: анализ, проектирование, разработка, стабилизация, является итерационной, предполагает использование объектно-ориентированного моделирования. MSF в сравнении с RUP в большей степени ориентирована на разработку бизнес-приложений.
Основные термины. Общие требования к концептуальной модели ДРС
Принципиальная возможность управления жизненным циклом РЭИС на основе разработанного TDEF-представления требует создания механизма перераспределения ресурсов информационной системы. Целесообразным представляется разработка технического облика компонент РЭИС, позволяющих осуществлять их перераспределение в зависимости от управляющего воздействия в ходе жизненного цикла.
Существующие подходы к созданию компонент РЭИС ориентированы на реализацию алгоритмов функционирования на основе жестких или слабо модернизируемых структур. Попытки создания адаптируемых или легко модернизируемых структур РЭИС приводят к росту функциональной и аппаратной сложности, а, следовательно, к увеличению затрат и продолжительности проектирования. Одним из подходов к созданию РЭИС, позволяющих реализовать управление в ходе жизненного цикла модернизацию является создание компонент, осуществляющих реконфигурацию и реалгоритмизацию, как оперативную (без снятия изделий с эксплуатации), так и модернизационную (со снятием изделий с эксплуатации).
Компоненты или средства РЭИС, функционирование которых основано на изменении алгоритма обработки информации в процессе выполнения какой-либо вычислительной процедуры или операции, далее будем называть динамически реконфигурируемыми структурами (ДРС).
Остановимся подробнее на формально-логическом и математическом описании ДРС и процессе ее функционирования.
Модель процесса проектирования компонент РЭИС на основе ДРС
Основным методологическим принципом при разработке модели процесса проектирования РЭИС на основе ДРС является процедура описания функций проектирующей системы, используемых ей наборов данных, правил преобразования входных данных в выходные таким образом, чтобы учитывались следующие основные условия:
все логические зависимости между отдельными проектными процедурами должны быть упорядочены в соответствии с отношением предшествования \;
степень детализации модели должна быть адекватна процедуре разработки на ее основе методики проектирования;
совместимость задач проектирования и модернизации ДРС должна обеспечить требуемую (как указывалось ранее) степень универсальности модели.
Целесообразно с учетом этих условий сконцентрировать описательную часть модели на процедурах процесса проектирования, порядке формирования и обработки проектных данных в проектирующей системе, их типах и размерностях, а также правилах принятия решений в данной системе. Средства, используемые для достижения цели, должны обеспечить простоту и наглядность
179 представления моделируемого процесса, что позволит достичь требуемого уровня выразительности функционально-логических конструкций модели.
Для описания модели процесса проектирования технических средств на основе ДРС, как было обосновано ранее, удобно использовать методологию структурного анализа и проектирования, базирующуюся на основе методологического аппарата SADT. Как показал анализ, это позволяет наилучшим образом представить сложный, громоздкий (как по объему используемых данных, так и по алгоритмам их обработки) и трудно поддающийся формализации процесс проектирования технических средств на основе ДРС, сделав понятным и логически оправданным его построение из отдельных иерархически связанных компонент.
Программно-технический комплекс моделирования и управления РЭИС
Основной целью создания программно-технического комплекса РЭИС является поддержание информационной среды, реализующей процессы жизненного цикла. Информационная компонента комплекса моделирования и управления (КМУ) представлена моделью ЖЦ РЭИС с обменом ресурсами, а математическая - моделями и методами динамической реконфигурации структурно-функциональной организации. Функциональные средства комплекса позволяют осуществлять концептуальное проектирование (в частности, формирование адекватных требований, моделирование внешней среды) РЭИС, в то же время инструментальные средства могут быть использованы в качестве компонент создаваемых РЭИС. Особенностью разработанного комплекса является ориентация на РЭИС, использующие средства геоинформационных технологий.
Разработанный комплекс позволяет осуществлять:
- проектирование РЭИС различного назначения, в том числе с элемен 266 тами ГИС-технологий;
- оперативную программно-информационной адаптацию РЭИС к раз личным условиям эксплуатации;
формирования облика РЭИС на основе моделирования особенностей их эксплуатации в течении всего ЖЦ (на основе виртуальных машин, CASE-среды).
