Содержание к диссертации
Введение
Раздел 1. Анализ направлений совершенствования и повышения эффективности функционирования прикладных распределенных информационных систем. Постановка задачи исследования 19
1.1. Анализ современных тенденций развития технологий информационного обеспечения управления системами и процессами 19
1.2. Обобщенная характеристика информационных технологий и систем как объектов управления развитием 30
1.2.1. Определение и классификация информационных технологий 30
1.2.2. Определение и классификация информационных систем управления 33
1.2.3. Модели жизненного цикла информационной системы 39
1.3. Обзор существующих методов управления развитием информационных технологий и систем 52
1.4. Формирование путей решения задачи обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем. Постановка задачи исследования 79
Выводы по первому разделу 84
Раздел 2. Разработка структуры методики обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем .. 87
2.1. Исследование системно-кибернетических аспектов формирования облика прикладных распределенных информационных систем 87
2.2. Разработка способа обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем 101
2.2.1. Методологические принципы построения и развития прикладных распределенных информационных систем 101
2.2.2. Разработка итерационного алгоритма и структуры методики обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем 110
Выводы по второму разделу 116
Раздел 3. Разработка компонентов специального математического обеспечения для обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем 119
3.1. Разработка математической модели определения параметров структуры прикладных распределенных информационных систем 119
3.2. Исследование алгоритмов обоснования вариантов построения структуры прикладных распределенных информационных систем 125
3.2.1. Алгоритм распределения функциональных задач по элементам технической структуры прикладных распределенных информационных систем 125
3.2.2. Алгоритмы определения рациональных значений параметров структуры прикладных распределенных информационных систем 131
3.3. Разработка математических моделей оценивания значений показателей качества функционирования прикладных распределенных информационных систем 140
Выводы по третьему разделу 146
Раздел 4. Экспериментальная апробация результатов исследования на примере совершенствования системы информационного обеспечения управления эксплуатацией средств космодрома 147
4.1. Обоснование вариантов развития прикладных распределенных информационных систем на примере совершенствования системы информационного обеспечения управления эксплуатацией средств наземной космической инфраструктуры космодрома «Байконур» 147
4.2. Разработка предложений по совершенствованию системы информационного обеспечения управления эксплуатацией средств наземной космической инфраструктуры космодрома «Байконур» 160
Выводы по четвертому разделу 180
Заключение 182
Библиографический список 187
Приложения 192
- Анализ современных тенденций развития технологий информационного обеспечения управления системами и процессами
- Исследование системно-кибернетических аспектов формирования облика прикладных распределенных информационных систем
- Разработка математической модели определения параметров структуры прикладных распределенных информационных систем
- Разработка предложений по совершенствованию системы информационного обеспечения управления эксплуатацией средств наземной космической инфраструктуры космодрома «Байконур»
Введение к работе
Актуальность. Активное использование информационно-
коммуникационных технологий (ИКТ) является в настоящее время одним из основных факторов, определяющих экономический рост как современных развитых государств, так и ряда развивающихся стран и стран с переходной экономикой.
В настоящее время развитию российского сектора ИКТ уделяется повышенное внимание как со стороны законодательных и исполнительных органов государства, так и частных организаций. Целями государственной политики развития информационно - коммуникационных технологий, согласно «Концепции долгосрочного социально-экономического развития....», являются: создание и развитие информационного общества, повышение качества жизни граждан, развитие экономической, социально-политической, культурной и духовной сфер жизни общества, совершенствование системы государственного управления на основе использования информационных и телекоммуникационных технологий, обеспечение конкурентоспособности продукции и услуг отрасли информационных и телекоммуникационных технологий. —ш
...
Z4-
С учетом основных долгосрочных тенденций развития мировой экономики, связываемых с процессами перехода к постиндустриальному информационному обществу, развитие ИКТ способно стать одним из наиболее предпочтительных направлений модернизации экономики страны.
eswcnew
Рис. 1. Общая классификация ИС
Тем не менее, Россия пока не является крупным участником глобального рынка ИКТ и не входит в число 15-20 крупнейших его субъектов. В России на долю рынка ИКТ приходится 4,9 процента от ВВП, страна опережает только одну страну - Мексику. В 1999 году доля сектора составляла лишь 2,0 процента от ВВП (13 млрд. долларов), в 2006 году. - 3,5 процента от ВВП, Факторами (и условиями), обеспечивающими успешное развитие сектора в среднесрочной перспективе, должен стать рост спроса со стороны промышленных потребителей на услуги по передаче информации как за счет роста в самих отраслях-потребителях, так и повышения значимости данного сектора в технологиях управления компаниями и роста объема передаваемой информации.
Рыночная экономика приводит к возрастанию объема и усложнению задач, решаемых в области организации производства, процессов планирования и анализа, финансовой работы, связей с поставщиками и потребителями продукции, оперативное управление которыми невозможно без организации современной информационной системы управления.
Под информационной системой управления понимается совокупность информации, экономико-математических методов и моделей, технических, программных, других технологических средств и специалистов, предназначенная для обработки информации и принятия управленческих решений.
Общая классификация информационных систем и их рынка приведена на рисунках 1 и 2.
При распределенном характере производственного процесса информационные системы управления приобретают качество прикладных распределенных ин-формационных систем (ПРИС).
^ЩчЯНИ!
SyteLine (CO-
:Ш: -Ш: МШ :1 : В :
КАП/SYMIX).
^^ffi^B
SAP/R3 (SAP AG)
^^^^^^^^ж.
Baan (Baan);
.//«-омы
BPCS (ITS/SSA);
:ЙЙ В : ЇЇМШШіЖ
Oracle
Applications
(Oracle)
ПРИС являются сложными техническими системами со всеми присущими сложным системам свойствами: целостностью, эмерджентностью, иерархичностью построения, сложностью, динамичностью, функционированием в условиях существенной неопределенности.
Так как любая система, включая ПРИС, рано или поздно устаревает морально и физически, периодически встает вопрос об их доработке или модернизации, а говоря обобщенно - развитии. Потребность в развитии ПРИС возникает в случаях, когда эксплуатация системы показала, что планируемые цели не достигнуты, либо изменились потребности в информационном обеспечении управления объектами.
Развитием ПРИС будем называть целенаправленный переход системы из одного качественного состояния в другое в рамках жизненного цикла.
В настоящее время существует два Рис.2 Классификация рынка ИС подхода к проектированию и развитию ПРИС: каскадный и спиральный, представленные на рис. 3 и 4 и два способа разработки, представленные на рис. 5: уникальная разработка под конкретный заказ и унифицированная разработка, адаптируемая под конкретные условия.
* It t
/I/ /\/S
^4 /
Сдгча
Рис. 3. Каскадная модель жизненного цикла ИС
Рис.4. Спиральная модель жизненного цикла ИС
Каскадная модель предусматривает последовательную организацию работ. Недостатками каскадной модели являются: существенная задержка в получении результатов; сложность параллельного ведения работ по проекту; чрезмерная информационная перенасыщенность каждого из этапов; сложность управления проектом; высокий уровень риска и ненадежность инвестиций.
Спиральная модель, в отличие от каскадной, предполагает итерационный процесс разработки и развития информационной системы. Каждая итерация представляет собой законченный цикл разработки, приводящий к выпуску внутренней или внешней версии изделия, которое совершенствуется от итерации к итерации, чтобы стать законченной системой. Итерационная разработка существенно упрощает внесение изменений в проект при изменении требований заказчика, при этом уменьшается уровень рисков, так как риски обнаруживаются именно во время проведения итераций. По мере продвижения разработки ожидаемый уровень рисков снижается. При использовании спиральной модели снижение уровня рисков происходит с наибольшей скоростью (см. рис. 6).
Специфическим свойством большинства ПРИС является их масштабность и жесткая встроенность в процесс управления, вследствие чего такие информационные системы невозможно изъять из эксплуатации, не остановив функционирование объектов, в интересах которых они были внедрены в процесс управления.
разработки ] ITii.1 kiniicpf і
ИМИ ЛК.1НЪЦ||-
М1.1Ы1ЯИ рщрп-
Вид Аргументы Аргументы
"за" "против"
tilt ІІІПГ ТТНП1НТГГ-
ЬИІ Ч-kWUHM |р>.
боиашш-и ирг-
H.Llll'lHl' -
BlIJUIIKHOHRHHV проб.ієм. І UH-МІІНІ.ІІ С ЧО )И фіІЬ 11ІИҐІІ Clliv
''''' . : :';';:
І1,.мср».і,аіі і».
....'
фи;: г <~ -
--« zzzzr
.ігірюч.
11ГМЛ1ЫЧ IHCIVM (([И-ЛЕГ
10 II OCfrfWllHP HMfllLfl (і К lfK-
ЇНІШІІІМ.К и, or
ремя
Рис. 5. Анализ способов разработки ИС
Рис. 6. Зависимость рисков от времени разработки ИС
Большинство ПРИС крупных промышленных предприятий и организаций, особенно в военно-промышленном комплексе, создавались по каскадной схеме и в уникальном исполнении. Вследствие изменившихся требований в настоящее время возникла потребность в их модернизации. Очевидно, что модернизация должна проводиться по итерационной спиральной схеме.
Возникает вопрос: «Существует ли научно-методическое обеспечение реализации развития уникальных ПРИС по спиральной итерационной схеме?».
В современной научно-технической литературе рассматриваются различные аспекты изучения проблемы развития сложных систем: от обсуждения общих вопросов и постановок задач по управлению развитием до исследования конкретных математических моделей и алгоритмов. Так, вопросам исследования способов построения информационных систем обеспечения управления процессами
производства посвящены работы В.Н. Афанасьева, И.В. Балахоновой. Д.А. Гаври-лова, И.П. Норенкова, А.И. Постникова и других. Методология выбора вариантов создания и развития информационных систем исследовалась в трудах Ю.П. Зай-ченко, Б.А. Резникова, О.В. Ронжина, Ю.Г. Ростовцева, Б.В. Соколова, О.Л. Шес-топаловой и др. Вопросам построения систем сбора и обработки информации в интересах управления объектами территориально распределенных комплексов посвящены исследования В.А. Зеленцова, А.П. Ковалева, А.Д. Цвиркуна, И.В. Чистова и др.
Однако в целом проведенный анализ показал, что, несмотря на большое количество работ в области исследования различных аспектов создания и развития систем информационного обеспечения процессов управления, отсутствуют работы, в которых в полной мере рассматривался бы вопрос обоснования рациональных по затратам вариантов развития ПРИС по итерационной спиральной схеме, позволяющих обеспечить своевременное, полное и непрерывное снабжение органов управления достоверной информацией для оперативного принятия решений по управлению объектом (группой объектов).
В связи с этим можно утверждать, что тема и цель данной диссертации, посвященной решению научно-технической задачи разработки методики обоснования вариантов построения прикладных распределенных информационных систем, являются актуальными и важными для практики.
Объектом исследования являются системы и средства сбора и обработки информации для обеспечения управления объектами и процессами.
Предметом исследования выступают процессы управления развитием прикладных распределенных информационных систем
Целью диссертационного исследования является разработка научно-методического обеспечения обоснования рациональных по затратам вариантов развития прикладных распределенных информационных систем, позволяющего своевременно адаптировать возможности ПРИС к изменяющимся требованиям по составу и качеству решения функциональных задач.
Для достижения указанной цели в работе были решены следующие задачи исследования:
1. Разработка методики обоснования вариантов развития ПРИС, включаю
щей:
способ итерационного обоснования рационального варианта построения ПРИС;
математическую модель и алгоритм определения параметров оптимальной структуры ПРИС;
- математические модели оценивания значений показателей качества
функционирования ПРИС.
2. Проведение исследований по экспериментальной апробации методики
обоснования вариантов развития ПРИС на примере решения задачи совершенст
вования системы информационного обеспечения управления эксплуатацией
средств космодрома.
Методы исследований. При решении задач использовались методы системного анализа, теории множеств и отношений, теории принятия решений, теории вероятностей и математической статистики, теории надёжности, теории передачи информации.
Научная повита исследовании состоит в том. что:
-
Разработан новый способ итерационного обоснования рационального варианта построения ПРИС. Особенностью способа и элементом его новизны является реализация итерационной спиральной схемы управления развитием, что сохраняет частичную преемственность между существующей и новой структурой информационной подсистемы при условии выполнения информационного обеспечения всего обновленного комплекса задач по управлению объектами с требуемым качеством.
-
В математической модели определения параметров оптимальной структуры ПРИС учтены требования к качеству информационного обеспечения, включая достоверность, своевременность и оперативность информационного обеспечения. Предложенный алгоритм решения данной задачи учитывает реальную размерность множества вариантов размещений задач по элементам технической структуры ПРИС.
3. Математические модели оценивания значений показателей качества
функционирования ПРИС, в отличие от статистических моделей, позволяют
учесть конкретную топологическую структуру варианта построения ПРИС. Кроме
того, в качестве показателя достоверности информации в ПРИС выбрана вероят
ность неискажения выходной информации при решении вершинных задач, вклю
чая процедуры контроля, обработки и передачи информации в ПРИС; модель
оценивания значений стоимостных показателей учитывает как затраты на по
строение, так и на эксплуатацию ПРИС; модель оценивания значений временных
показателей позволяет рассчитать как среднее время решения вершинных задач,
так и его верхнюю оценку.
На защиту выносятся следующие результаты:
-
Способ итерационного обоснования рационального варианта построения ПРИС.
-
Математическая модель и алгоритм определения параметров оптимальной структуры ПРИС.
3. Математические модели оценивания значений показателей качества
функционирования ПРИС.
Практическая значимость исследования заключается в том, что полученные результаты разработаны с учетом фактических условий разработки и применения существующих образцов ПРИС; доведены до уровня инженерных методик, алгоритмов и программ, позволяющих использовать их при совершенствовании конкретных ПРИС, апробированы при проведении экспериментальных исследований по обоснованию рационального варианта модернизации системы сбора и обработки информации о техническом состоянии средств наземной космической инфраструктуры (СНКИ) космодрома «Байконур».
Реализация результатов исследований. Основные результаты исследований реализованы в организации ФГУП «ЦЭНКИ» (Центре эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры) на космодроме «Байконур» - при проведении НИОКР по обоснованию путей совершенствования информационного обеспечения системы управления эксплуатацией средств наземной космической инфраструктуры.
Лпробаиия результатов исследований. Основные теоретические положения.и'выводы диссертации изложены в шести публикациях общим объёмом 3,5
п.л.. из них четыре статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных результатов диссертационных исследований на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук, а также представлены в докладах и сообщениях на научных конференциях и семинарах по проблематике развития прикладных информационных систем в ряде вузов и научных организаций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех
разделов, заключения, библиографического списка и двух приложений. Диссерта
ция включает основную часть на 191 листе и приложения общим объемом 40 лис
тов, проиллюстрирована 38 рисунками и 4 таблицами. Библиографический список
содержит 71 наименование использованной литературы
Анализ современных тенденций развития технологий информационного обеспечения управления системами и процессами
Активное использование информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) является в настоящее время одним из основных факторов, определяющих экономический рост как современных развитых государств, так и ряда развивающихся стран и стран с переходной экономики. В настоящее время развитию российского сектора ИКТ уделяется повышенное внимание как со стороны законодательных и исполнительных органов государства, так и частных организаций. Косвенным признаком этого является достаточно значительный перечень основных нормативных правовых актов, регулирующих отношения в сфере связи и информационных технологий (см. приложение 1).
В настоящее время1 складывается ряд благоприятных предпосылок, формирующих потенциал ускоренного роста российского сектора ИКТ, связанного как с увеличением величины спроса на его продукцию на внутреннем и внешнем рынках, так и достаточно эффективными конкурентными преимуществами отечественного бизнеса в этой сфере. Потенциал роста платежеспособности внутреннего спроса на продукцию ИКТ в условиях экономического роста обеспечивается как со стороны частного сектора экономики, так и со стороны государственного сектора. Следует отметить, что только на реализацию программ «Электронная Россия на 2002-2010 годы» и «Развитие единой информационно-образовательной среды Российской Федерации в 2002-2006 годы» из средств бюджетов всех уровней привлечено порядка 70 млрд. рублей.
С учетом основных долгосрочных тенденций развития мировой экономики, связываемых с процессами перехода к постиндустриальному информационному обществу, развитие ИКТ способно стать одним из наиболее предпочтительных направлений модернизации экономики страны.
Российская сфера ИКТ в последние годы остается среди лидеров по темпам развития. Спрос на услуги неуклонно растет, а их возможности стремительно расширяются. В 2001-2006 годах темпы роста сектора ИКТ превышали 20 процентов, что намного выше темпов роста ВВП. Тем не менее, Россия пока не является крупным участником глобального рынка ИКТ и не входит в число 15-20 крупнейших его субъектов. В России на долю рынка ИКТ приходится 4,9% от ВВП, в контексте ОЭСР страна опережает только одну страну - Мексику. В 1999 году доля сектора составляла лишь 2,0% от ВВП (13 млрд. долларов), в 2006 году. - 3,5 процента от ВВП.
Развитие сектора информационных технологий проходит на фоне:
- недостаточного распространения информационно-коммуникационных технологий в социально-экономической сфере и государственном управлении;
- диспропорций в уровне доступности информационных технологий;
- слабого развития национального производства телекоммуникационного, компьютерного оборудования и базового программного обеспечения, отвечающих современным мировым стандартам;
- структурно-технологической отсталости электронной промышленности;
- несоответствия системы подготовки специалистов в сфере ИКТ международным стандартам.
Россия занимает третье место в мире по проникновению мобильной связи (после Китая и США) и по созданию ПО (после Индии и Китая) по экспортным заказам. Несмотря на это, наблюдаются низкие по сравнению с ведущими странами объемы распространения услуг широкополосного доступа, особенно беспроводного и мобильного, неразвитость сферы платных услуг в Рунете.
В общем объеме сектора информационно-коммуникационных технологий в период 2003-2007 годов на услуги связи приходилось 65-70 процентов. Среднегодовой темп роста объема услуг связи в этот период приближался к 123 процентам. Наблюдаются тенденции увеличения в общем объеме услуг связи доли услуг подвижной, документальной связи при снижении доли услуг междугородной, внутризоновой, международной и местной телефонной связи.
Среди факторов, сдерживающих дальнейшее развитие сектора связи, основными являются следующие:
- неравномерность развития инфраструктуры связи;
- нехватка радиочастотного ресурса, необходимого для внедрения новых технологий;
- работа части космических аппаратов за сроком активного существования;
- недостаточное развитие технологий цифрового телерадиовещания;
- первичное насыщение рынка подвижной связи и сокращение резерва для дальнейшего расширения абонентской базы;
- отсталость инфраструктуры почтовой связи, препятствующей внедрению современных услуг.
Целями государственной политики развития информационно-коммуникационных технологий согласно «Концепции долгосрочного социально-экономического развития....» являются: создание и развитие информационного общества; повышение качества жизни граждан; развитие экономической, социально-политической, культурной и духовной сфер жизни общества; совершенствование системы государственного управления на основе использования информационных и телекоммуникационных технологий; обеспечение конкурентоспособности продукции и услуг отрасли информационных и телекоммуникационных технологий.
Предполагается достижение следующих целевых ориентиров:
- сохранение темпов роста рынка информационно-коммуникационных технологий, превышающих среднегодовые показатели роста экономики в 2-3 раза;
- превращение ИКТ в одну из ведущих отраслей экономики с долей в ВВП более 10 процентов;
- превращение России в нетто-экспортера информационных технологий.
Факторами (и условиями), обеспечивающими успешное развитие сектора в среднесрочной перспективе, должны стать:
- рост спроса со стороны промышленных потребителей на услуги по передаче информации как за счет роста в самих отраслях-потребителях, так и повышения значимости данного сектора в технологиях управления компаниями и роста объема передаваемой информации;
- рост спроса со стороны населения на услуги по передаче голоса и данных по мере увеличения доходов населения (особенно в регионах), прежде всего, за счет: повышения распространенности компьютеров; роста спроса на услуги мобильной передачи данных; повышения мобильности населения (прежде всего, досугового).
Следует также указать на дополнительные факторы роста, действие которых станет актуально в более долгосрочной перспективе: распространение новых форм услуг в телевидении по-мере перехода к цифровому стандарту вещания (интерактивное телевидение); распространение форм удаленной работы специалистов и др.
Исследование системно-кибернетических аспектов формирования облика прикладных распределенных информационных систем
Подготовка и принятие решений о наиболее предпочтительных вариантах решений по управлению объектами требует наличия определенной информации.
Под информацией понимается совокупность знаний о конкретном предмете познания, т.е. понятий о нем. Например, применительно к системе управления объектом некоторого объекта, информация — это совокупность знаний о состоянии объекта управления (оценки показателей надежности и безопасности функционирования ОУ), среды (факторы и условия применения и подготовки к применению объекта по целевому назначению) и элементов системы управления объектом (органы технического обслуживания и ремонта; складская и транспортная инфраструктура, средства связи и др.).
Данная информация должна удовлетворять требованиям своевременности, непрерывности, достоверности и полноты.
Своевременность предполагает отсутствие задержек в обеспечении лица, принимающего решения (ЛИР) необходимыми сведениями для принятия решений.
Непрерывность означает регулярный характер выполнения процедур сбора и обработки информации.
Достоверность информации характеризуется величиной погрешностей сбора и обработки информации. Полнота описывается степенью достаточности получаемого объема информации для выполнения всех процедур подготовки и принятия управляющих решений.
Обобщенная структурная схема системы управления объектом (СУО) представлена на рис. 2.1.
Выделим в составе СУО специальную подсистему, которую назовем прикладной распределенной информационной системой (сбор информации -это деятельность субъекта, в ходе которого он получает информацию об интересующем его объекте, обработка информации - это упорядоченный процесс ее преобразования в соответствии с алгоритмом решения задачи).
Выходная информация от ПРИС поступает в подсистему подготовки и принятия решений (ПППР) по управлению объектом. Решения в виде команд, приказов и распоряжений поступают в подсистему реализации решений (ПРР). Таким образом, реализуется управление, т.е. выработка и осуществление целенаправленных воздействий на объект управления (ОУ), что включает сбор, передачу и обработку необходимой информации, принятие и реализацию соответствующих решений. Успешное управление функционированием объектом во многом определяется качеством информационного обеспечения процесса управления, которое, в свою очередь, зависит от способа построения ПРИС или, другими словами, от ее облика.
Облик ПРИС - это система взглядов на способ построения ПРИС, обеспечивающий решение функциональных задач с требуемым качеством. Облик ПРИС включает: описание основных компонентов ПРИС, результаты анализа отношений между ними и описание основных происходящих в ней процессов. Методологическая схема, поясняющая особенности формирования облика ПРИС, приведена на рис. 2.2.
В соответствии с данной схемой для конкретизации облика ПРИС необходимо установить характер отношений между функциональными и обеспечивающими задачами, решаемыми ПРИС. При этом должен быть получен ответ на вопрос, каким образом надо строить ПРИС, чтобы она при наличии заданных ограничений обеспечивала возможно более высокое качество решения функциональных задач. Ответ на данный вопрос сложен и требует проведения анализа на физическом и логическом уровнях. При его рассмотрении на физическом уровне в первую очередь должны быть определены тактико-технические требования, предъявляемые к техническим средствам ПРИС, позволяющим решать задачи, поставленные на логическом уровне. На основании этих требований с учетом имеющихся ограничений производится выбор самих технических средств.
При рассмотрении поставленного вопроса на логическом уровне необходимо связать между собой содержание задач, решаемых ПРИС, т.е. установить отношение между ними. Затем среди классов возможных отношений по выбранным критериям выбрать наиболее предпочтительные.
Подобная увязка двух различных классов задач должна базироваться на новых научных знаниях и опыте построения систем управления различного целевого предназначения.
Основные задачи, решаемые ПРИС (рис. 2.3), можно разделить на два класса: основные (функциональные) и вспомогательные (обеспечивающие).
К функциональным задачам относятся: наблюдение за объектом, оценивание состояния объекта, вскрытие причин изменения состояния объекта и прогнозирование изменения его состояния, к обеспечивающим - сбор информации, накопление информации, хранение информации, обработка информации, выдача информации и управление средствами и процессами сбора и обработки информации.
Для того, чтобы ПРИС выполняла поставленные перед ней задачи, она должна иметь в своем составе комплекс различных аппаратных и программных средств, обеспечивающих ее нормальное функционирование. В связи с этим различают математическое, информационное, лингвистическое, программное, организационное и техническое обеспечение (рис. 2.4).
Разработка математической модели определения параметров структуры прикладных распределенных информационных систем
В соответствии с постановкой задачи исследований, описанной в параграфе 1.4, и итерационным алгоритмом, приведенным в параграфе 2.1, необходимо разработать модель, отражающую процессы функционирования ПРИС, и методическое обеспечение для решения задач распределения функций сбора и обработки информации по элементам и уровням технической структуры ПРИС.
Будем считать, что структурное построение и функционирование ПРИС описывается следующими параметрами. Пусть есть множество элементов, находящихся на различных уровнях иерархии.
Поскольку ПРИС является многоуровневой иерархической системой, то целесообразно производить нумерацию элементов, начиная с элементов нижнего уровня (отдельных средств) и до элементов самого верхнего уровня (элементов центра управления ПРИС).
Задачи по сбору и обработке информации составляют множество
Для решения любой задачи может понадобиться информация двух видов: исходная, изначально имеющаяся и распределённая на элементах различных уровней иерархии ПРИС (информация первого вида), и получающаяся в результате решения других, предшествующих задач (информация второго вида).
Примером информации первого вида могут служить результаты измерений параметров состояния ОУ, сведения о численности и квалификации персонала, привлекаемого для технического обслуживания и ремонта, о загрузке ОУ задачами применения по назначению, и т.д.
Информация второго вида - это, например, спрогнозированные моменты выхода параметров за -пределы допусков, желаемые объёмы и периоды ТО средств, и др.
Наличие на элементах ПРИС информации первого вида будем задавать с помощью матрицы V ) = Ufa , а информационную взаимосвязь между задачами будем описывать с помощью матрицы где Ufa - объём (в Кб) информации, необходимой для решения k-й задачи и имеющейся на n-м элементе; U - объём информации о результатах решения r-й задачи, необходимый для решения k-й задачи.
Если Uj = 0 для к — 1, К, к Ф Г, то задачу zr будем называть вершинной.
Остальные задачи называются промежуточными.
Среди задач, решаемых при функционировании ПРИС, есть задачи, информационно не связанные друг с другом. Признаком таких задач является равенство нулю элементов матрицы V . Информационно не связанные задачи можно выделить в классы задач, которые решаются последовательно. Будем задавать такую последовательность решения задач с помощью матрицы Ґ1, если очередность к - й задачи равна /, 10, в противном случае, 121 a / есть число классов задач, которые могут решаться одновременно. Классы промежуточных задач Z{i) формируются из элементов множества Z таким образом, чтобы выполнялись условия:
Каждая задача требует для своего решения расходов ресурсов (например, вычислительных ресурсов, в т.ч. объёмов оперативной памяти, ресурсов системы контроля, и т.п.). Потребность в ресурсах j-ro вида для решения к-и задачи будем задавать величиной Л . Общие потребности в ресурсах на решение задачи zk определяются вектором где J - число видов ресурсов. Потребность в ресурсах для всей совокупности задач определяется матрицей Л =
С учётом введенных обозначений задача определения функциональных параметров ПРИС формулируется следующим образом.
Требуется найти такое отображение X : Z — В, чтобы оптимизировать показатели качества функционирования ПРИС J,.. Иначе, необходимо оптимальным образом сформировать матрицу X, в которой каждой задаче zk сопоставлена вектор-строка Хк = (xklxk2,...,xkn,..-,xkN), характеризующая место решения задачи zk.
Цель распределения функциональных задач сбора и обработки информации по элементам системы состоит в том, чтобы максимизировать достоверность решения вершиной задачи . минимизировать затраты на решение вершинной задачи при ограничении на время решения вершинной задачи
Выбор варианта распределения задач по элементам систем должен осуществляться с учётом следующих ограничений где Г І - есть множество номеров задач из класса Z(j),
Ограничение (3.7) означает, в соответствии с ранее принятым допущением, что каждую задачу zk є Z можно выполнять на любом одном элементе
Поскольку решение вершиной задачи складывается из последовательного выполнения задач, входящих в классы промежуточных задач, то ограничение (3.8) определяет тот факт, что промежуточные задачи одного класса могут решаться одновременно, т.е. на любом элементе системы не должно выполняться более одной задачи zk eZw.
Следующее ограничение отражает необходимость обеспечения соответствия потребных ресурсов на решение.задачи z с ресурсами элемента Ьп. При решении вершинной задачи по классам это ограничение можно записать следующим образом:
Зачастую при рассмотрении моделей функционирования систем сбора и обработки информации задается матрица совместимости задач с элементами системы Ґ1, если к - я задача может решаться на п - м элементе; [О, в противном случае.
В этом случае дополнительно к ограничениям (3.6) - (3.9) необходимо учитывать ограничение
Решение вершинных задач сопряжено с задействованием ресурсов системы связи на передачу информации первого и второго видов. Как отмечалось выше, структура системы связи задаётся матрицей скоростей передачи данных VT. Будем считать, что для передачи информации, необходимой для решения вершинной задачи, может задействоваться не более одного канала связи со скоростью передачи данных vT между 1-м и п-ы элементом системы.
При функционировании ПРИС в реальном масштабе времени для случая, когда производительность источника информации превышает скорость передачи информации по каналу связи, будем полагать, что это приводит к временной задержке. Эту задержку можно учесть при расчете затрат времени на решение вершинной задачи.
Дополнительно к указанным следует ввести также ограничения:
С помощью ограничений (3.11) и (3.12) формализуются условия, согласно которым в качестве допустимых вариантов распределения задач рассматриваются только такие, при которых существующая сеть связи обеспечивает передачу всего необходимого для решения задач объёма информации.
Условие (3.13) определяет максимально возможное значение информационного обмена в интересах ПРИС.
Разработка предложений по совершенствованию системы информационного обеспечения управления эксплуатацией средств наземной космической инфраструктуры космодрома «Байконур»
Вся информация, циркулирующая в контуре управления эксплуатацией СНКИ, характеризующая объекты эксплуатации, процессы эксплуатации, объекты управления эксплуатацией, должна представлять собой Единое Информационное Пространство Эксплуатации СНКИ.
Первичную информацию об объектах управления (центры испытаний и эксплуатации) вводят и хранят ее в «базах данных» (даже в виде записной книжки), потому что без этого нельзя осмысленно принимать решения по эксплуатации СНКИ. Вторичная (обработанная и обобщенная информация) представляется для сведения, анализа и оценки в руководящие органы эксплуатацией, которые производят необходимые расчеты, вырабатывают предложения для принятия решения руководством, разрабатывают проекты приказов и указаний, организуют и руководят эксплуатацией СНКИ.
Задача состоит в том, чтобы информация об объектах эксплуатации и эксплуатационных процессах фиксировалась и накапливалась в Единой Базе Данных с удобным вводом и выводом информации, контролем полноты и непротиворечивости информации. С другой стороны, необходимо облегчить v и регламентировать обработку информации, для чего необходимо разработать автоматизированные рабочие места (АРМ) с пакетом прикладных программ (ППП), устанавливаемых на необходимых аппаратных средствах (ПЭВМ), объединенных в сети. Подобная организация движения информации позволит достичь максимальной гибкости системы управления эксплуатацией при структурных преобразованиях, максимально полного учета всей имеющейся информации (выявление нехватки информации), удобной организации допуска к информации лишь компетентных лиц, быстрого и удобного учета и удовлетворения информационных потребностей руководящего состава. Такой подход к движению информации позволяет отлаживать, совершенствовать (наращивать) и модернизировать структуру системы информационной поддержки эксплуатации.
Кроме того, внедрение модернизированной ПРИС повысит эффективность управления эксплуатацией СНКИ за счет четкого разграничения задач пользователями (не исключая резервирования функций и информации) и учета деятельности пользователей всех уровней и доведение сигналов управления лично до каждого пользователя.
Автоматизация процесса сбора и обработки информации о процессах1 эксплуатации СНКИ и создание соответствующей автоматизированной системы позволяет повысить оперативность и объективность оценки и анализа процессов эксплуатации указанных средств по результатам их эксплуатации, что достигается за счет:
- упорядочения разнородной информации о процессах эксплуатации СНКИ, поступающей в процессе их эксплуатации;
- автоматизации процесса сбора и обработки информации о процессах эксплуатации СНКИ;
- использования апробированных экспериментальных и расчетно экспериментальных методов оценки качества процессов эксплуатации! СНКИ.
Модернизированная ПРИС должна содержать все исходные данные, необходимые для вычисления показателей качества процессов эксплуатации СНКИ, а также уровня технического состояния и надежности указанных средств на всех стадиях их жизненного цикла и обеспечивать:
- диалоговый режим работы пользователя ЭВМ;
- ввод, хранение и обработку информации;
- ведение баз данных, корректировку числовой и текстовой информации, хранящейся в них;
- поиск необходимой информации в базах данных;
- проведение статистического и инженерного анализа данных и расчет показателей технического состояния и надежности СНКИ различного иерархического уровня их структуры;
- формирование выходных документов по указанному параметру и интервалу времени;
- ведение файла данных по созданным и хранимым выходным документам;
- архивацию файлов баз данных;
- ограничение доступа к информации с использованием системы паролей.
В общем виде структура информационно-аналитической системы управления эксплуатацией СНКИ должна содержать следующие основные элементы:
- распределенную базу данных, в которую заносится информация о результатах эксплуатации СНКИ. База данных строится по иерархическому принципу в соответствии со структурой РКК;
- специальное программно-математическое обеспечение, предназначенное для взаимоувязки баз данных и информационных массивов и прове-v дения расчетов показателей качества эксплуатационных процессов, уровня технического состояния и надежности СНКИ;
- блок представления результатов оценивания показателей качества эксплуатационных процессов, уровня технического состояния и надежности СНКИ в текстовом и графическом режимах.
Внесение информации осуществляется по мере поступления отчетных документов. Создание модернизированной ПРИС возможно в рамках НИОКР «Мониторинг» и «Готовность», посвященных созданию АСУ систе-, мой эксплуатации в Роскосмосе.
Модернизированная ПРИС должна функционировать по принципу тер- "-риториально-распределенной информационно-вычислительной сети, состоящей из совокупности размещенных в органах и на пунктах управления космодрома и взаимодействующих министерств и ведомств комплексов средств автоматизации, объединенных между собой сетью передачи данных.
В процессе функционирования модернизированная ПРИС должна быть интегрирована с подсистемами органов управления космодрома и средствами системы связи и передачи данных (ССПД) - функционально.
Структура технического обеспечения модернизированной ПРИС долж-на включать следующие компоненты.
1. Комплекс технических средств общего назначения (КТС ОН) в составе:
1.1. Общесетевые (общефункциональные) технические средства в составе: сервер (основной и резервный); многофункциональный аппарат печати; плоттер; сетевой копировальный аппарат; принт-сервер; активное и пассивное сетевое оборудование.
1.2. Оборудованные автоматизированные рабочие места (АРМ) в составе: АРМ администратора; АРМ администратора сети; АРМ администратора баз данных; АРМ управления выдачей информации на коллективных средствах отображения; АРМ учета состава и состояния материальных средств; АРМ учета доработок и других работ на средствах РКК; АРМ учета работ по категорированию и расчета показателей состояния категорирования СНКИ; АРМ учета проведения рекламационной работы и расчета показателей состояния рекламационной работы на средствах РКК; АРМ учета эксплуатационной документации и руководящих документов по децимальным и инвентарным номерам; АРМ учета входящих и исходящих документов по эксплуатации; АРМ учета проведения эксплуатационных мероприятий на средствах РКК; АРМ учета отправки и прибытия караулов (команд), сопро-. вождающих средства РКК (учет количества л/с, оружия и т. д.), дат отправления и прибытия на конечный пункт (в место дислокации), номеров эшелона, характера сопровождаемого груза; АРМ учета работ по техническому приему СНКИ; АРМ учета работ по восполнению ЗИП; АРМ учета работ по приведению СНКИ в готовность к применению; АРМ учета работ по техническому обслуживанию СНКИ; АРМ учета работ по устранению неисправностей СНКИ; АРМ учета работ по ремонту СНКИ; АРМ учета работ по бюллетеням на средствах РКК
