автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Автоматизация проектирования профиля операционной среды системы поддержки принятия решений на основе оценки многокритериальных альтернатив

На правах рукописи

ГОЛУБОВ Александр Анатольевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОФИЛЯ ОПЕРАЦИОННОЙ СРЕДЫ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНЫХ АЛЬТЕРНАТИВ

Специальность 05.13.12 Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2005

Работа выполнена в Уфимском государственном авиационном техническом университете на кафедре автоматизированных систем управления

Научный руководитель

д-р техн. наук, проф. ПАРФЕНОВА Мария Яковлевна

Официальные оппоненты д-р техн. наук, проф. ЗВЕРЕВ Геннадий Ннкифорович д-р техн. наук, проф. ЧУДИ НОВ Станислав Михайлович

Ведущая организация - ЗАО «СиСофт» (г. Москва)

на заседании диссертационного Совета Д-212.288.03 в Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу: 450000, г. Уфа, ул. К. Маркса, 12, УГАТУ

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета

Защита состоится »

2005 г. в « /0 » часов

Автореферат разослан «_»

2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д-р техн. наук, проф.

2QQg А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Развитие современных информационных технологий объективно привело к необходимости стандартизации проектных решений по созданию автоматизированных информационных систем. Концепция открытых автоматизированных систем относится к важнейшим глобальным концепциям развития отдельной области информационных технологий в настоящее время. На ее основе начался новый этап в процессе стандартизации информационных технологий, характеризующийся системным подходом к разработке стандартов и их применению.

Существующие международные стандарты на эталонную модель окружения (среды) открытых систем (TSO/ffiC DTR 14252 ISO/IEC TR 10000-3) и эталонную модель взаимосвязи открытых систем (ISO 7498: 1996) определяют общую методологию проектирования, концепцию функциональности, общие требования к архитектуре систем. Основное содержание стандартов и нормативных документов составляют методы, процессы и технологии обеспечения необходимой функциональности открытых систем. Декомпозиция базовых стандартов включает несколько тысяч рекомендуемых ссылок на структуры вложенных спецификаций и стандартизованных решений, которые содержат описание до нескольких сот (тысяч) страниц машинописного английского технического текста. Таким образом, существующие стандарты на создание открытой системы и ее окружения позволяют построить спецификацию стандартизованных проектных решений от интерфейсов до команд языков программирования для типовых модулей функциональности. При этом полностью отсутствует взаимосвязь между спецификациями стандартизованных проектных решений и программными средствами, которые обеспечивают выполнение этих требований.

На предприятиях (в организациях) особую сложность представляет создание и внедрение системы поддержки принятия решений (СПГТР), в которой используется разнородная по форме представления в содержанию управленческая информация, поступающая из. различных производственных автоматизированных информационных систем (АИС). СППР, обеспечивающая режим реального времени, имеет отличительные особенности от традиционных информационных систем, что связано с детерминированным временем на формирование решений по уровням организационной структуры управления, необходимостью выполнять процедуры согласования решений в границах формализованного информационно-функционального пространства специалистов предметной области, координировать процесс принятия решений через информационные потоки по горизонтальным и вертикальным уровням управления. Создание и внедрение СППР является длительным и трудоемким процессом, что также связано со сложностью обучения как системы так и специалистов, архитектурой, процедур формирования решений. В связи с этим определяются высокие требования к качеству программного обеспечения СППР и ее операционной среды по критерия м-открытых-сшдем. Опера-

ционная среда СППР представляется как е,{С!^^с§^Ш!ШИЛМ)|функци-

33/:

Г

овальное пространство модулей системы, внутренней и внешней базовых платформ, специализированных программных приложений и технологий для реализации сервисов, во взаимосвязи обеспечивающих полноту решаемых задач автоматизации, эффективность функционирования и развития системы.

Большое число и функциональная сложность существующих стандартов, а также многообразие возможных вариантов реализации СППР и ее окружения вызывают необходимость решения многомерной комбинаторной задачи при построении профиля операционной среды, выбора наилучшего варианта из множества альтернатив по заданным критериям в условиях неопределенности и неоднозначности оценки параметров средств реализации сервисов.

Производственные условия эксплуатации и развития СППР и ее окружения накладывают дополнительные требования и ограничения (финансовые, технологические, временные), которые необходимо также учитывать при проектировании профиля операционной среды системы. Для анализа и оценки параметров средств реализации модулей функциональности операционной среды используются экспертные знания специалистов разных направлений в области информационных технологий, которые на практике часто содержат множество трудно выявляемых противоречий. Это вызывает особую трудоемкость в выявлении и формализации экспертных знаний, используемых для построения профиля операционной среды СППР.

Таким образом, актуальной задачей является автоматизация проектирования профиля операционной среды СППР реального времени и оценки многокритериальных альтернатив его реализации с применением стандартизованных решений и формализованных экспертных знаний.

Решается научная задача создания методов и алгоритмов для анализа и синтеза проектных решений в построении профиля операционной среды СППР для организационного управления производственным процессом и выбора рабочего варианта профиля в условиях промышленной эксплуатации системы.

Тема диссертационной работа связана с выполнением НИР № ИФ-АС-14-01 -ХГ, ИФ-АС-07-02-ХГ, проводимых в Уфимском государственном авиационном техническом университете.

Цель работы заключается в создании аппарата профилирования и формализованной методики проектирования операционной среды СППР реального времени, алгоритмов и программ анализа и оценки многокритериальных альтернатив построения и выбора рабочего варианта профиля. Поставленной целью работы определяются следующие задачи исследования:

- выполнить постановку задачи на автоматизированное проектирование профиля операционной среды СППР реального времени в организационном управлении производственным процессом;

- построить функциональную модель СППР на основе принципа унификации модулей и структурную модель профиля операционной среды;

- построить матрицы оценок многокритериальных альтернатив реализации профиля операционной среды СППР с применением стандартов на эталонную модель открытой системы и экспертных знаний;

- разработать метод селекции элементов профиля операционной среды СППР на основе стандартизованных решений и формализованных экспертных знаний;

- построить решающее правило и реализовать алгоритм для оценки многокритериальных альтернатив формирования и выбора рабочего варианта профиля на заданном множестве критериев и принятых ограничений;

- оценить эффективность формализованной методики проектирования профиля операционной среды СППР реального времени.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются программные средства, обеспечивающие реализацию сервисов операционной среды и качество технологических процессов жизненного цикла системы. Предмет исследования - методы и средства автоматизированного проектирования профиля операционной среды СППР реального времени.

Методы исследования. В работе использовались методы имитационного моделирования, структурного анализа и проектирования, теории принятия решений, статистические методы, матричный аппарат математики, методы математического программирования.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов основывается на том, что предложенные модели и алгоритмы базируются на фундаментальных положениях структурного анализа, математического программирования и теории принятия решений. Достоверность результатов также подтверждается их практическим применением в области охраны труда и промышленной безопасности на предприятиях

На защиту выносятся:

1. Концептуальная модель автоматизированного проектирования профиля операционной среды СППР для организационного управления производственным процессом, определяющая базовые множества средств реализации сервисов.

2. Базовая модель профиля операционной среды СППР, сопряженная с функциональной моделью системы, представляющая обобщенную методику проектирования и принцип построения классификационной схемы профиля.

3. Матричная модель аналитической оценки многокритериальных альтернатив реализации профиля, элементы которой отражают структуру дерева оценочных критериев и правило построения результирующей функции полезности альтернатив.

4. Алгоритм выбора рабочего варианта профиля по заданному множеству критериев, сочетающий функциональные свойства классических методов математического программирования и метода селекции элементов профиля.

Научная новизна. Полученные в работе модели и методы составляют методологический базис автоматизированного проектирования операционной среды СППР реального времени.

Впервые предложен подход к проектированию профиля операционной среды системы на основе единого критериального пространства и оценки многокритериальных альтернатив. Методологический базис автоматизированного проектирования профиля обеспечивает достижение заданных Крите-

риев на множестве программных средств реализации сервисов и выбор рабочего варианта профиля для промышленной эксплуатации системы.

Разработана базовая модель профиля операционной среды СГГГГР реального времени, которая отражает особенности предметно-ориентированной системы и одновременно включает стандартизованные решения для проектирования по критериям открытых систем.

Матричная модель аналитической оценки многокритериальных альтернатив реализации профиля аккумулирует экспертные знания в области информационных технологий и представляет способ их формализации для построения альтернатив.

Разработан алгоритм оценки и выбора рабочего варианта профиля на основе методов математического программирования и селекции элементов профиля, отличающийся от существующих тем, что обеспечивается адаптивный процесс настройки аппарата профилирования.

Практическая значимость работы. Формализованная методика проектирования профиля операционной среды СППР реального времени, построенная с использованием базовых стандартов и стандартизованных решений, позволяет исключить избыточность средств реализации сервисов при одновременном повышении степени интеграции модулей функциональности и качество технологических процессов жизненного цикла системы.

Разработанный аппарат профилирования позволяет в значительной мере достигать критерии эталонной открытой системы для используемых и создаваемых на предприятиях (в организациях) информационных технологий управления, что снижает непроизводственные затраты на достижение преемственности и повторного использования накопленного программно-информационного задела при переходе на более совершенные информационные технологии, интеграцию производственных АИС, эффективное использование вычислительных и информационных ресурсов.

Автоматизированное проектирование профиля операционной среды СППР реального времени повышает эффективность разработки и внедрения сложной системы за счет применения стандартизованных спецификаций и решений, отражающих передовой научно-технический уровень.

Практическая значимость полученных результатов подтверждается актами внедрения разработанных алгоритмов и формализованной методики в Управлении охраны труда Министерства труда, занятости и социальной защиты населения Республики Башкортостан, а также в учебный процесс Уфимского государственного авиационного технического университета при чтении лекций и проведении лабораторных работ по языкам программирования высокого уровня и информационным технологиям.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практических семинарах в Уфимском государственном авиационном техническом университете (2002-2005), Управлении охраны труда Министерства труда, занятости и социальной защиты населения РБ (2004), Московской Академии рынка труда и информационных технологий (2005).

Публикации. По теме диссертации имеется семь публикаций, из которых три статьи напечатаны в центральных научных изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает основное содержание из четырех глав, введение, список литературы. Имеется приложение по практическому применению научных результатов. Диссертационная работа изложена на страницах машинописного текста и включает рисунков и таблицы. Список использованной литературы включает источник.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

ВО ВВЕДЕНИИ обусловлена актуальность темы исследования, определены цели и задачи работы.

ПЕРВАЯ ГЛАВА посвящена анализу проблем разработки, внедрения и эксплуатации сложных автоматизированных систем с принятием решений для организационного управления производственным процессом на предприятиях (в организациях), повышения качества технологических процессов жизненного цикла системы. Исследуются функциональные особенности и архитектура СППР, обеспечивающей поддержку принятия решений в режиме реального времени, определяется задача на автоматизированное проектирование профиля операционной среды системы.

Эффективность разработки, внедрения и развития сложной системы поддержки принятия решений на крупных предприятиях, в организациях можно в значительной степени повысить путем оценки реальных характеристик используемых программных средств и отбраковкой не удовлетворяющих определенным требованиям, применением высококачественных технологий и процессов, поддерживающих жизненный цикл системы. Качество технологических процессов жизненного цикла системы определяется также во многом ее окружением.

В международных стандартах изложены основы жизненного цикла и рекомендации по подготовке, разработке, эксплуатации и сопровождению программных средств. Но эти требования необходимо применить к конкретным программным средствам и продуктам, на базе которых строятся информационные технологии управления на предприятии. Проведенный анализ используемых программных средств для разработки и эксплуатации автоматизированных систем на примере охраны труда и промышленной безопасности на различных предприятиях, автоматизированного управления производственным процессом на нефтеперерабатывающих предприятиях показал отсутствие обоснованного подхода к построению информационной технологии управления с использованием научно-методических основ анализа и оценки альтернатив для реализации сервисов, интеграции компонентов с учетом требований эталонных открытых систем и производственных условий.

Высокие темпы развития информационных технологий в настоящее время обеспечивают постоянное совершенствование систем сбора и обработки данных, способы представления данных в базах данных (БД) и базах знаний (БЗ), создание новых методологий формирования хранилищ данных (ХД) с целью повышения эффективности вырабатываемых управленческих

решений. Новые средства и возможности информационных технологий порождают новые требования к управлению предприятием, необходимости реинжиниринга существующих АИС и создания интегрированных СГТПР.

Значительные материальные затраты требуются на приобретение новых программных средств, еще большая часть затрат возникает в процессе перехода от существующих технологий к новым информационным технологиям управления. В процессе функционирования систем, применяемых в организационном управлении производственным процессом, создается значительный объем взаимосвязанных данных, жизненный цикл которых еще не завершился. Из-за разнородности моделей данных и способов их физического представления возникает необходимость переноса накопленных в предметной области знаний и данных в новую программную среду. Также необходимо перенести накопленный опыт функционирования самой информационной системы на новую платформу. Даже автоматизированное транспортирование больших объемов информации приводит на практике к появлению ошибок и потере данных из-за изменения модели данных и формы их представления.

Анализ проведенных исследований по разработке, внедрению и развитию СППР показал необходимость автоматизированного проектирования профиля ее операционной среды на основе оценки многокритериальных альтернатив реализации для обеспечения высокого качества технологических процессов жизненного цикла системы.

Проектирование профиля операционной среды СППР связано с построением спецификации взаимосвязанных модулей функциональности, определением средств их программной реализации, обеспечивающих необходимый набор сервисов по заданным критериям и учетом производственных условий. Производился параметризация и согласование средств реализации сервисов с использованием стандартов и экспертных оценок по степени конформности и эффективности применения программных реализаций. По результатам анализа базовых стандартов эталонной модели систем и функциональных особенностей производственных АИС с разными платформами, взаимодействие которых обеспечивается через информационные потоки с СППР, построена структура операционной среды СППР реального времени.

Постановка задачи на создание интеллектуальной информационной технологии, которая функционально представляет операционную среду СППР, формулируется следующим образом. На множестве программных и аппаратных средств необходимо создать интеллектуальную информационную технологию для организационного управления производственным процессом, которая обеспечивает необходимое количество информации для принятия решений, быстродействие ее обработки в заданном интервале времени, минимальные непроизводительные затраты при выполнении технологических операций в условиях ограничений на функциональные свойства аппаратных и программных компонентов.

Определены методы и средства информационных технологий для организационного управления производственным процессом:

С = (CB,CU,CR,CS,CAX) - множество программных средств для создания и функционирования интеллектуальной информационной технологии, где Св - базовое программное обеспечение (операционные системы, системы управления базами данных - более 100 типов); Си - средства моделирования (SADT, DFD, ERD, STD - более 30 типов); С „ - средства реализации АИС (языки программирования, средства визуального проектирования, средства реализации интернет - приложений, встроенные средства СУБД,

встроенные средства корпоративных АИС); Cs - специализированные программные приложения для хранения, передачи, обработки и отображения информации (более пяти тысяч типов); САР - системы искусственного интеллекта программные средства интеллектуального анализа данных для информационной и интеллектуальной поддержки принятия управленческих решений (проблемно-ориентированные экспертные системы и автоматизированные системы с принятием решений); Т - множество специализированных технологий обработки данных (SOAP, CORBA, DOOM, DCOP); L -множество алгоритмов поддержки принятия управленческих решений в режиме реального времени; А - множество аппаратных средств обработки, хранения, передачи и отображения данных.

Ограничение на функциональные свойства и стоимостную оценку интеллектуальной информационной технологии: время получения и обработки информации tai, необходимой для принятия управленческих решений, не

превышает заданное время tz, по каждому производственному i - му циклу вычислительных операций, то есть tm < tzi; стоимостная оценка программных и аппаратных компонентов не превышает заданного объема, который определяется исходя из требований к функциональной полноте решаемых задач.

Критерии эффективности интеллектуальной информационной технологии, представляющей операционную среду СППР:

- максимальное число автоматически выполняемых процедур получения и обработки информации, формирования и реализации управленческих решений за допустимое время,

- максимальное количество получаемой информации, необходимое для формирования адекватных управленческих решений за допустимое время,

- быстродействие обработки информации в процедурах принятия решений в пределах допустимого времени,

- минимальные непроизводственные затраты при выполнении технологических операций.

Концептуальная модель автоматизированного проектирования профиля операционной среды СППР для организационного управления производственным процессом определяет последовательные этапы формирования и ба-

зовые множества средств реализации сервисов. В формализованном виде концептуальная модель рассматривается следующим образом:

I(C,A^,T)^0S{SP,SA):mct,A,T)-+T0S),Cu\-*00B-, (CR,CS) Fcs;

\P0B,Fa , Ccnnf (I. :(L0,Ljr,Ir))] -> Icnnp',(CAR, /сппр) -> Fos} ,

где I - интеллектуальная информационная технология, представляющая операционную среду OS, как функционально взаимосвязанные компоненты программных Sf и аппаратных SA средств; Tos - базовая информационная технология для сбора, хранения и обработки информации о состоянии объекта управления (ОУ); Оов - формализованное представление ОУ; Fcs - формализованное представление управляющей структуры СППР; 1Г — алгоритмы формирования решений в автоматическом, автоматизированном, интерактивном режимах функционирования СППР; /сппр - интеллектуальная информационная технология в форме СППР как взаимодействия ОУ и управляющей структуры; Fos - формализованное представление операционной среды СППР как интегрированное информационно-функциональное пространство.

Формализация и алгоритмизация знаний для автоматизированного проектирования профиля операционной среды СППР включают методологии проектирования системы, языковые парадигмы, стандартизованные языки программирования и языки представления информации, стандартизованные спецификации для определения средств реализации сервисов.

ВО ВТОРОЙ ГЛАВЕ строится базовая модель профиля операционной среды СППР реального времени, матричная модель аналитической оценки многокритериальных альтернатив реализации профиля, определяется критериальное пространство автоматизированного проектирования профиля. Базовая модель профиля операционной среды СППР реального времени отражает методику и принципы построения классификационной схемы профиля и приведена на рис. 1. Базовая модель определяет структуру сервисов операционной среды СППР и спецификацию базовых стандартов для их реализации в соответствии с эталонной моделью открытых систем. Определяется соответствие модулей функциональности операционной среды СППР множеству сервисов по уровням декомпозиции базовых стандартов, которые обеспечивают общую концепцию для применения унифицированного подхода к созданию системы и ее окружения. Подход автоматизированного проектирования профиля операционной среды СППР с применением базовых стандартов основан на первоначальной разработке решений концептуального уровня с последующей систематической детализацией и конкретизацией сервисов до уровня стандартизованных функций.

Базовая модель профиля представляет требования конформности, сформулированные в виде структурированных списков требований для модулей функциональности, предоставляющих определенные виды сервисов,

т- ■ - +

Унмфмцмромшы! |

фумцаоамыювти СП№

■1

к V '■V"- ■ —....... 1

- РР | эи> 41 | эк ои> яп сом« АУ СИд СОИс ЭМс П» Рм Цаю м

Мипит*гор«мьмьм «•рамы

ЧО

УПрашамм ^ятии» иймерее

Рис. 1. Базовая модель профиля операционной среды СППР

что составляет отдельный источник знаний БЗ для проектирования профиля по критериям открытых систем. Декомпозиция сервисов производится с применением методологии структурного анализа и САвЕ-средств.

Модель аналитической оценки многокритериальных альтернатив реализации профиля операционной среды системы строится на основе вербального анализа решений и матричного аппарата. Элементы матричной модели отражают структуру дерева оценочных критериев, определяют правило построения результирующей функции полезности альтернатив.

Построение матрицы оценок многокритериальных альтернатив средств реализации сервисов операционной среды СППР осуществляется на основе результатов систематического обследования нормативной документации по тестированию разных типов программных продуктов, технических отчетов по эксплуатации программных средств, обобщенного опыта специалистов по разработке, внедрению и сопровождению производственных АИС.

По результатам классификации сервисов выделяются пять базовых множеств средств их реализации, которые определяют границы критериального пространства для проектирования профиля, и включают: множество А средств моделирования процесса принятия управленческих решений в условиях ограничения времени; множество В средств программной реализации унифицированных модулей автоматизированной системы; множество С средств реализации сервисов платформы базы данных; множество й средств реализации сервисов платформы операционной системы; множество Е специализированных программных продуктов для сбора и обработки данных.

Профиль операционной среды СППР определяется на основе декартова произведения множеств АхВхСхОхЕ средств реализации сервисов на базе решающего правила, которые в функциональной взаимосвязи обеспечивают необходимый набор сервисов 5 для множества М модулей функциональности операционной среды, соответственно, требуемый уровень автоматизации организационного управления производственным процессом.

По результатам проведенных исследований и обработки экспертных знаний определены взаимосвязи элементов матричной оценочной модели, построено дерево критериев, которое показано на рис. 2. В качестве обобщенных критериев для проектирования профиля принимаются стоимость С и эффективность Э интеллектуальной информационной технологии, функционально представляющей операционную среду СППР.

Задача определения значимости рангов частных критериев решается на основе их попарного сравнения с помощью шкалы лингвистических оценок. На основе всех определенных попарных оценок ау строится матрица парных сравнений А={ау}. Совокупность коэффициентов предпочтительности п критериев № = (а,,а2,...,ая) отвечает собственному вектору матрицы А. Вектор Ж находится как решение уравнения А Ш =х IV, где Л - собственное значение матрицы А. С учетом условия нормализации и собственного вектора матрицы, где и", - значения экспертных оценок, определяются численные значения ау функции полезности критериев.

и

Рис. 2. Дерево оценочных критериев для проектирования профиля операционной среды СППР

База знаний, построенная в соответствии с двумя моделями представления знаний - в форме продукционных правил и в виде совокупности прецедентов, включает учитываемые критерии для выбора рабочего варианта профиля в соответствии с системными требованиями СППР.

ТРЕТЬЯ ГЛАВА посвящена разработке метода селекции элементов профиля операционной среды СППР на основе построения обратно-симметричной и согласованной матрицы сравнений весов и оценки индекса согласованности, построения обобщенных критериев по составным критериям иерархических уровней дерева оценочных критериев, а также построению общей функции полезности альтернатив и вычислительной рекурсивной функции.

Обратно-симметричная и согласованная матрица сравнений весов по одному критерию для элементов матрицы А и, исходя из условия согласованности, максимальное собственное ее значение представляются в виде

А =

и-,

и>,

Л'т» — '

Индекс согласованности оценок Ь={ Х^ - п)!(п-1), где п - число сравниваемых элементов, принимается при I £ 0,1.

Аналогично анализируется согласованность весов всех критериев (альтернатив) для множеств А,В,С,0,Е.

Способ формирования составного критерия на основе сформулированных требований к оптимальности выбирается для случая неравнозначимых частных критериев. Для этого используется свертка, которая наиболее полно отражает качественный характер задания предпочтений и сохраняет их нормирование. Свертка для обобщения частных критериев по горизонтальным и вертикальным уровням дерева критериев представляется в общем виде

Р0(х) = тт(Р°>(х),Р?(х)),

где - коэффициенты предпочтительности (функции полезности) кри-

териев, найденные с использованием матрицы парных сравнений, (а, + а2) /2 = 1; Х- множество частных критериев, описываемых с помощью весовой функции Р,°' (х), Р2°2 (х), х е X. Весовая функция - общая функция полезности по /-му критерию имеет аддитивный вид

я я

Свертки для обобщения п неравнозначимых критериев множеств А,В,С,И,Е

Р0л(х) = р?(х)лр?(х)л...лр«(х\а1,а2,...,а„ >0, =1,

п ы

Ро (*) = Р? (*) А (х) Л.. Л р* (х), > 0, = 1 ,

и /=1

Ро « = р? (х) Л р? {X) А ... Л р* (х), с, ,с2,..„ с„ > 0, -¿с, =1,

п „1

Р? (х) = ^(х)лр? >0. =1.

Ро М = Р,'' (х) А р'г1 (X) л... л Рс; (х), е, ,е2,..., е„ > 0, = 1,

п .«1

где л - операция нахождения минимума; а1,1 = \,кА; 6,,/ = \,кв ; с,, / = 1,Лгс ; г = 1,; е1,1 = 1,к£ ; кА,кв,кс,кв,кЕ - соответственно число частных критериев множеств А, В, С, й,Е.

Составной критерий верхнего уровня /, который включает частные критерии множеств А, В, С,П,Е, формируется в соответствии с правилом

\ Г \ ( \ ( > /

Д'я(х) = ппп

тш

тк'«Н тшк'«}- пцд{?,*(*>}. ттк'«}. тт^'«)

Свойства свертки обеспечивают в точке оптимума максимум пересечения частных критериев. Если функция (х) интерпретируется как функция принадлежности множеству Л = АглВглСглОг\Е, образованному пересечением множеств, то оптимум рассматривается как точка, обладающая наибольшей степенью принадлежности области пересечения частных критериев.

Метод селекции обеспечивает согласование элементов профиля, относящихся к интерфейсам разных классов, а также исключение противоречивых опций, функциональных групп, стандартизованных проектных решений.

Для эффективного выполнения вычислительного процесса определения функции полезности по составным критериям горизонтальных и вертикальных уровней дерева критериев и обобщенным критериям стоимости и эффективности формируемых альтернатив строится класс частично рекурсивных функций и оператор суперпозиции частично рекурсивных функций.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ строится решающее правило для выбора рабочего варианта профиля операционной среды СППР на основе оценки многокритериальных альтернатив, приводится инженерная методика для автоматизированного проектирования профиля, исследуется эффективность разработанных алгоритмов.

Структура решающего правила включает следующие операции:

- построение спецификации 5„е{ {Л/}, {£/},{ С/}, {А}, {£,}}, теМ элементов профиля, реализующих сервисы модулей функциональности М, и определение общей функции полезности по составным критериям Р0т (*);

- построение спецификации п вариантов профиля Р, }, г = 1, п ;

- выбор вариантов профиля, которые удовлетворяют критериям - требованиям и заданным критериям стоимости V и эффективности и, определяющих множество Парето О условиями

• 0 < м < 1, V + а и <• 1,

где а — коэффициент, отражающий зависимость обобщенных критериев;

- выбор рабочего варианта профиля ^ на множестве £>, который соответствует максимальной функции полезности по обобщенному критерию эффективности Ра" и минимальной функции полезности по обобщенному

критерию стоимости Р0" (или для решения задачи принимается Р0"' = - Ра").

Задача выбора лучшей альтернативы заключается в следующем.

На множестве £> найти точку (у0 , и0), в которой

Р0У ->тах, Р/ -> тах,

Компромиссное решение находится с использованием метода идеальной точки при заданных ограничениях. При этом в качестве координат целевой точки выбирается сочетание наилучших значений всех критериев.

Структура формализованной методики автоматизированного проектирования профиля операционной среды СППР представлена в табличной форме.

База данных альтернатив для реализации сервисов модулей функциональности База продукционных правил I", база прецедентов X для формирования элементов профиля операционной среды СППР Критерии оценки альтернатив,весовые функции Решающие правила формирования и оценки вариантов профиля операционной среды СППР

К К,

< < Варианты профиля Оценки вариантов

Оценки альтернатив К Л" Рг

А-{а,} {^{аМЫХу,«*}))} Р*' рЬл *л {*} {о-} Кф

В={Ь,) {М->{А.<*,(М), у, «*,}))} Рк» м К' я1 {4.} {Ь,} (Р)'} {<*)

С-{с,} Р* р? "с {0} >

о = № ({*,», у, «*}))} Р*и г\ р* О »0 № № 1 }

Е- {*,} Ы-Ч^ЫЫ), у, ({*,}))} Рк£ «I М

Выбор рабочего варианта профиля при заданных ограничениях у,и Ра' -» шах, Р," та*,

Исследование эффективности разработанных алгоритмов, составляющих формализованную методику автоматизированного проектирования профиля операционной среды СППР, производилось на основе разработанного инструментального средства и выполнения проекта по реализации СППР реального времени для экспертизы условий и безопасности труда на рабочем месте предприятия. Трудоемкость программной реализации СППР снижается более, чем в 2 раза за счет повышения степени унификации модулей функциональности, повышения степени соответствия интерфейсов взаимодействия модулей стандартизованным решениям. Снижаются непроизводственные затраты на создание и сопровождение СППР более, чем в 3 раза за счет принятия обоснованных решений по выбору рабочего варианта профиля операционной среды в условиях промышленной эксплуатации системы.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Предложена концептуальная модель автоматизированного проектирования профиля операционной среды СППР для организационного управления производственным процессом, определяющая структуру и последовательные этапы построения интегрированного информационно-функци-онального пространства системы.

2. Построена функциональная модель СППР реального времени на основе принципа унификации модулей функциональности, что позволяет использовать стандартизованные спецификации и проектные решения.

3. Разработана базовая модель профиля операционной среды СППР, сопряженная с функциональной моделью системы, представляющая требования конформности, сформулированные в общих терминах, и принципы построения классификационной схемы профиля.

4. Построена матрица оценок многокритериальных альтернатив реализации профиля, которая определяет структуру критериального пространства профиля операционной среды СППР реального времени.

5. Разработан метод селекции элементов профиля, который позволяет реализовать механизм согласования используемых спецификаций и включения в профиль элементов по заданным критериям.

6. Предложено решающее правило анализа и оценки многокритериальных альтернатив реализации профиля, обеспечивающее выбор рабочего варианта профиля с максимальной функцией полезности по обобщенным критериям и учетом принятых ограничений.

7. Проведена экспериментальная проверка эффективности формализованной методики автоматизированного проектирования профиля операционной среды СППР, которая показала, что трудоемкость программной реализации СППР реального времени снижается более, чем в 2 раза, непроизводственные затраты на создание и сопровождение СППР уменьшаются более, чем в 3 раза. Оценка достоверности результатов эксперимента производилась статистическими методами.

1. Колесников A.A., Голубов A.A. Марданов A.A., Шигабутдинов P.M. Сравнительный анализ языков программирования для создания интернет-приложений // Управление в сложных системах: Научи, изд. Уфа: УГАТУ, 2002. С. 215-218.

2. Парфенова М.Я., Колесников A.A., Голубов A.A. Технология взаимодействия производственных информационных систем // Управление в сложных системах- Научи, изд. Уфа: УГАТУ, 2002. С. 211-214.

3. Голубов A.A. Информационное моделирование автоматизированных систем с принятием решений // Тр. пятой междунар. конф. CSIT'2003. Уфа: УГАТУ, 2003. С. 54-55. (Статья на англ.яз.)

4. Иванов В.И., Парфенова М.Я., Колесников A.A., Голубов АЛ Формирование управляющих воздействий в режиме реального времени в организационно-технических системах И Наука производству. 2004. № 10. С. 10-15.

5. Голубов A.A. Операционная среда автоматизированной системы с принятием решений в режиме реального временя // Вопросы управления и проектирования в информационных я кибернетических системах: Межвуз. науч. сб. Уфа: УГАТУ, 2005

6. Парфенова М.Я., Голубов A.A. Системное моделирование операционной среды автоматизированной системы с принятием решений в режиме реального времени И Машиностроитель. 2005. Jfe 5. С. 15-20.

7. Парфенова М.Я., Голубов A.A. Унификация модулей автоматизированной системы с принятием решений квазиреального времени // Машиностроитель. 2005. №. 11

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

С 111-113.

С. 12-14.

Диссертант

Голубов A.A.

ГОЛУБОВ Александр Анатольевич

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПРОФИЛЯ ОПЕРАЦИОННОЙ СРЕДЫ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ НА ОСНОВЕ ОЦЕНКИ МНОГОКРИТЕРИАЛЬНЫХ АЛЬТЕРНАТИВ

Специальность 05.13.12 Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 11.01.2006. Формат 60x84 1/16. Бумага офсетная. Печать плоская. Гарнитура Times New Roman Cyr. Усл. пен. л. 1,0. Усл. кр. отг. 1,0. Уч.-изд. л. 0,9. Тираж 100 экз. Заказ № 5

ГОУВПО Уфимский государственный авиационный технический университет Центр оперативной полиграфии 450000, Уфа-центр, ул. К.Маркса, 12.

aOQCft £-OS-i

**0Sf

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ОПЕРАЦИОННОЙ СРЕДЫ СППР РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИОННОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРОИЗВОДСТВЕННЫМ ПРОЦЕССОМ

1.1. Механизмы реального времени в организационном управлении производственным процессом

1.2. Формализованное представление информационно - функционального пространства СППР реального времени на основе информационных объектов

1.3. Постановка задачи на создание интеллектуальной информационной технологии, функционально представляющей операционную среду СППР реального времени

1.4. Функциональная модель СППР реального времени 30 Выводы по первой главе

ГЛАВА II. АППАРАТ ПРОФИЛИРОВАНИЯ ОПЕРАЦИОННОЙ

СРЕДЫ СППР РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

2.1. Задача построения профиля операционной среды СППР реального времени

2.2. Постановка задачи на профилирование операционной среды

СППР реального времени

2.3. Унификация модулей СППР реального времени

2.4. Базовая модель профиля операционной среды СППР реального времени

2.5. Определение критериев профилирования операционной среды СППР реального времени

Выводы по второй главе

ГЛАВА III. МЕТОД СЕЛЕКЦИИ ДЛЯ ПРОФИЛИРОВАНИЯ ОПЕРАЦИОННОЙ СРЕДЫ СППР РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ

3.1. Спецификация сервисов операционной среды СПГГР реального времени

3.2. Построение матрицы оценок многокритериальных альтерна тив профиля операционной среды СППР реального времени

3.3. Определение весов оценочных критериев профилирования операционной среды СППР реального времени

3.4. Формирование спецификации вариантов профиля операционной среды СППР реального времени с оценкой многокритериальных альтернатив

Выводы по третьей главе

ГЛАВА IV. РЕШАЮЩЕЕ ПРАВИЛО ВЫБОРА РАБОЧЕГО ВАРИАНТА ПРОФИЛЯ

4.1. Построение матрицы соответствия средств реализации сервисов операционной среды СППР реального времени

4.2. Построение спецификации элементов и вариантов профиля 112 ^ 4.3. Объективные проблемы определения степени конформности компонентов информационных технологий

Выводы по четвертой главе

Актуальность темы исследования. Развитие современных информационных технологий объективно привело к необходимости стандартизации проектных решений по созданию автоматизированных информационных систем (АИС). Концепция открытых автоматизированных систем относится к важнейшим глобальным концепциям развития отдельной области информационных технологий в настоящее время. На ее основе начался новый этап в процессе стандартизации информационных технологий, характеризующийся системным подходом к разработке стандартов и их применению.

Основными свойствами открытых автоматизированных систем являются: переносимость и переиспользуемость прикладного программного обеспечения, данных и опыта людей при переходе на более современные информационные технологии; интероперабельность - возможность взаимодействия компонентов распределенной автоматизированной системы посредством обмена информацией и ее совместного использования, взаимодействия с другими АИС; масштабируемость как свойство системы, позволяющее ей работать в широком диапазоне параметров, определяющих технические и ресурсные характеристики системы и поддерживающей среды (технические характеристики аппаратных средств, максимальное число автоматизируемых рабочих мест, количество обрабатываемых транзакций, максимальный объем файлохранилища и т.д.).

В области программной инженерии занимаются многие научные школы. Следует отметить исследования, проводимые в Институте системного программирования РАН, Институте проблем управления, СЦ НИТ МГТУ "Станкин" (г. Москва). В области технологии и качества программных средств и информационных систем занимаются такие известные ученые как В.В. Липаев, П.П. Сыпчук, Э. Крайер, А.В. Гличев, М.Г. Круглов, Г.М. Шишков. Необходимо выделить вклад в решении вопросов создания и повышения эффективности применения автоматизированных систем с принятием решений таких ученых, как А.Г. Мамиконов, В.М. Глушков, И.Ю. Юсупов, Э.В. Попов, Д.А. Поспелов, В.А. Виттих. Также необходимо отметить вклад в решение проблем автоматизации проектирования программного обеспечения ученых УГАТУ Н.И. Юсупову, Б.Г. Ильясова, В.Н. Васильева, Г.Г. Куликова, В.П. Житникова, Г.Н. Зверева, В.В. Миронова.

Существующие международные стандарты на эталонную модель окружения (среды) открытых систем (ISO/ШС DTR 14252 ISO/IEC TR 10000-3) и эталонную модель взаимосвязи открытых систем (ISO 7498: 1996) определяют общую методологию проектирования, концепцию функциональности, общие требования к архитектуре систем. Основное содержание стандартов и нормативных документов составляют методы, процессы и технологии обеспечения необходимой функциональности открытых систем. Декомпозиция базовых стандартов включает несколько тысяч рекомендуемых ссылок на структуры вложенных спецификаций и стандартизованных решений, которые содержат описание до нескольких сот (тысяч) страниц машинописного английского технического текста. Таким образом, существующие стандарты на создание открытой системы и ее окружения позволяют построить спецификацию стандартизованных проектных решений от интерфейсов до команд языков программирования для типовых модулей функциональности. При этом полностью отсутствует взаимосвязь между спецификациями стандартизованных проектных решений и программными средствами, которые обеспечивают выполнение этих требований.

На предприятиях (в организациях) особую сложность представляет создание и внедрение системы поддержки принятия решений (СППР), в которой используется разнородная по форме представления и содержанию управленческая информация, поступающая из различных производственных АИС. СППР, обеспечивающая режим реального времени, имеет отличительные особенности от традиционных информационных систем, что связано с детерминированным временем на формирование решений по уровням организационной структуры управления, необходимостью выполнять процедуры согласования решений в границах формализованного информационно-функционального пространства специалистов предметной области, координировать процесс принятия решений через информационные потоки по горизонтальным и вертикальным уровням управления. Создание и внедрение СППР является длительным и трудоемким процессом, что также связано со сложностью обучения как системы так и специалистов, архитектурой, процедур формирования решений. В связи с этим определяются высокие требования к качеству программного обеспечения СППР и ее операционной среды по критериям открытых систем. Операционная среда СППР представляется как единое информационно-функциональное пространство модулей системы, внутренней и внешней базовых платформ, специализированных программных приложений и технологий для реализации сервисов, во взаимосвязи обеспечивающих полноту решаемых задач автоматизации, эффективность функционирования и развития системы.

Большое число и функциональная сложность существующих стандартов, а также многообразие возможных вариантов реализации СППР и ее окружения вызывают необходимость решения многомерной комбинаторной задачи при построении профиля операционной среды, выбора наилучшего варианта из множества альтернатив по заданным критериям в условиях неопределенности и неоднозначности оценки параметров средств реализации сервисов.

Производственные условия эксплуатации и развития СППР и ее окружения накладывают дополнительные требования и ограничения (финансовые, технологические, временные), которые необходимо также учитывать при проектировании профиля операционной среды системы. Для анализа и оценки параметров средств реализации модулей функциональности операционной среды используются экспертные знания специалистов разных направлений в области информационных технологий, которые на практике часто содержат множество трудно выявляемых противоречий. Это вызывает особую трудоемкость в выявлении и формализации экспертных знаний, используемых для построения профиля операционной среды СППР.

Таким образом, актуальной задачей является автоматизация проектирования профиля операционной среды СППР реального времени и оценки многокритериальных альтернатив его реализации с применением стандартизованных решений и формализованных экспертных знаний.

Решается научная задача создания методов и алгоритмов для анализа и синтеза проектных решений в построении профиля операционной среды СППР для организационного управления производственным процессом и выбора рабочего варианта профиля в условиях промышленной эксплуатации системы.

Тема диссертационной работы связана с выполнением хоздоговорных НИР № ИФ-АС-14 -01-ХГ, ИФ-АС-07-02-ХГ, проводимых в Уфимском государственном авиационном техническом университете.

Цель работы заключается в создании аппарата профилирования и формализованной методики проектирования операционной среды СППР реального времени, алгоритмов и программ анализа и оценки многокритериальных альтернатив реализации и выбора рабочего варианта профиля. Поставленной целью работы определяются следующие задачи исследования:

- выполнить постановку задачи на автоматизированное проектирование профиля операционной среды СППР реального времени в организационном управлении производственным процессом; построить функциональную модель СППР на основе принципа унификации модулей и структурную модель профиля операционной среды; построить матрицы оценок многокритериальных альтернатив реализации профиля операционной среды СППР с применением стандартов на эталонную модель открытой системы и экспертных знаний; разработать метод селекции элементов профиля операционной среды СППР на основе стандартизованных решений и формализованных экспертных знаний; построить решающее правило и реализовать алгоритм для оценки многокритериальных альтернатив формирования и выбора рабочего варианта профиля на заданном множестве критериев и принятых ограничений; оценить эффективность формализованной методики проектирования профиля операционной среды СППР реального времени.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования являются программные средства, обеспечивающие реализацию сервисов операционной среды и качество технологических процессов жизненного цикла системы. Предмет исследования - методы и средства автоматизированного проектирования профиля операционной среды СППР реального времени.

Методы исследования. В работе использовались методы имитационного моделирования, структурного анализа и проектирования, теории принятия решений, статистические методы, матричный аппарат математики, методы математического программирования.

Достоверность и обоснованность полученных в работе результатов и выводов основывается на том, что предложенные модели и алгоритмы базируются на фундаментальных положениях структурного анализа, математического программирования и теории принятия решений. Достоверность результатов также подтверждается их практическим применением в области охраны труда и промышленной безопасности на предприятиях.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практических семинарах в Уфимском государственном авиационном техническом университете (20022005гг.), Управлении охраны труда Министерства труда, занятости и социальной защиты населения РБ (2004 г.), Московской Академии рынка труда и информационных технологий (2005 г.).

На защиту выносятся:

1. Концептуальная модель автоматизированного проектирования профиля операционной среды СППР для организационного управления производственным процессом, определяющая базовые множества средств реализации сервисов.

Концептуальная модель автоматизированного проектирования профиля операционной среды СППР для организационного управления производственным процессом определяет структуру и последовательные этапы построения интегрированного информационно-функционального пространства системы.

2. Базовая модель профиля операционной среды СППР, сопряженная с функциональной моделью системы, представляющая обобщенную методику проектирования и принцип построения классификационной схемы профиля.

Базовая модель профиля операционной среды СППР, сопряженная с функциональной моделью системы, представляет требования конформности, сформулированные в общих терминах, и принципы построения классификационной схемы профиля. Функциональная модель СППР реального времени на основе принципа унификации модулей функциональности, что позволяет использовать стандартизованные спецификации и проектные решения.

3. Матричная модель аналитической оценки многокритериальных альтернатив реализации профиля, элементы которой отражают структуру дерева оценочных критериев и правило построения результирующей функции полезности альтернатив.

Матрица оценок многокритериальных альтернатив реализации профиля определяет структуру критериального пространства профиля операционной среды СППР реального времени. Метод селекции элементов профиля позволяет реализовать механизм согласования используемых спецификаций и включения в профиль элементов по заданным критериям.

4. Алгоритм выбора рабочего варианта профиля по заданному множеству критериев, сочетающий функциональные свойства классических методов математического программирования и метода селекции элементов профиля.

Алгоритм выбора рабочего варианта профиля реализует решающее правило анализа и оценки многокритериальных альтернатив реализации профиля, обеспечивающее выбор рабочего варианта профиля с максимальной функцией полезности по обобщенным критериям и учетом принятых ограничений.

Научная новизна. Полученные в работе модели и методы составляют методологический базис автоматизированного проектирования операционной среды СППР реального времени.

Впервые предложен подход к проектированию профиля операционной среды системы на основе единого критериального пространства и оценки многокритериальных альтернатив. Методологический базис автоматизированного проектирования профиля обеспечивает достижение заданных критериев на множестве программных средств реализации сервисов и выбор рабочего варианта профиля для промышленной эксплуатации системы.

Разработана базовая модель профиля операционной среды СППР реального времени, которая отражает особенности предметно-ориентированной системы и одновременно включает стандартизованные решения для проектирования по критериям открытых систем.

Матричная модель аналитической оценки многокритериальных альтернатив реализации профиля аккумулирует экспертные знания в области информационных технологий и представляет способ их формализации для построения альтернатив.

Разработан алгоритм оценки и выбора рабочего варианта профиля на основе методов математического программирования и селекции элементов профиля, отличающийся от существующих тем, что обеспечивается адаптивный процесс настройки аппарата профилирования.

Практическая значимость работы. Формализованная методика проектирования профиля операционной среды СППР реального времени, построенная с использованием базовых стандартов и стандартизованных решений, позволяет исключить избыточность средств реализации сервисов при одновременном повышении степени интеграции модулей функциональности и качество технологических процессов жизненного цикла системы.

Разработанный аппарат профилирования позволяет в значительной мере достигать критерии эталонной открытой системы для используемых и создаваемых на предприятиях (в организациях) информационных технологий управления, что снижает непроизводственные затраты на достижение преемственности и повторного использования накопленного программно-информационного задела при переходе на более совершенные информационные технологии, интеграцию производственных АИС, эффективное использование вычислительных и информационных ресурсов.

Автоматизированное проектирование профиля операционной среды СППР реального времени повышает эффективность разработки и внедрения сложной системы за счет применения стандартизованных спецификаций и решений, отражающих передовой научно-технический уровень.

Практическая значимость полученных результатов подтверждается актами внедрения разработанных алгоритмов и формализованной методики в Управлении охраны труда Министерства труда, занятости и социальной защиты населения Республики Башкортостан, а также в учебный процесс Уфимского государственного авиационного технического университета при чтении лекций и проведении лабораторных работ по языкам программирования высокого уровня и информационным технологиям.

Выводы по четвертой главе

Сформулированные правила для заполнения матрицы соответствия средств реализации сервисов определяют условия соответствия средств реализации сервисов операционной среды СППР реального времени по уровням декомпозиции сервисов и функциональных элементов, предоставляющих эти сервисы. Они позволяют выявить и исключить противоречивость используемых опций и стандартизованных решений для взаимодействия модулей функциональности операционной среды СППР реального времени, обеспечить необходимые условия их бесшовной интеграции.

Спецификация вариантов профиля формируется на базе решающих правил, которые ставят в соответствие альтернативы реализации сервисов, модули функциональности операционной среды СППР реального времени, обеспечивающие сервисы, и оценки альтернатив в соответствии с выбранными критериями профилирования и принятыми ограничениями, с учетом критериев - требований и учитываемых критериев.

Решение практической задачи по определению степени конформности программных продуктов связано с решением многомерной задачи, поскольку производить декомпозицию реализованных ими интерфейсов (сервисов) можно на многих уровнях, и каждому уровню соответствует свой набор стандартизованных спецификаций. Кроме этого, необходимо определить признаки, по которым достигается тот или иной критерий профилирования и установить соответствие по свойствам программных компонентов, учесть динамику развития информационных технологий.

Степень конформности программных продуктов, включенных в анализ компонентов операционной среды СППР реального времени, производится по принципу идентификационного тестирования и оценивается на основе экспертных знаний специалистов-разработчиков, имеющих опыт создания разных типов автоматизированных систем и информационных технологий. Оценка производится на основе статистики использования стандартизованных и нестандартизованных опций в анализируемых программных продуктах.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Решена научная проблема создания аппарата профилирования операционной среды системы поддержки принятия решений по критериям бес-шовности информационной технологии, исключения избыточности средств реализации сервисов при одновременном повышении степени интеграции функциональных элементов и функционирования системы при минимальных затратах на ее эксплуатацию и развитие. Разработаны методологические основы аппарата профилирования и алгоритмический базис профилирования по заданным критериям операционной среды СППР реального времени.

1. Проведено системное моделирование операционной среды СППР реального времени на базе аппарата профилирования с использованием структурного принципа, определяющего алгоритмические контуры получения начальной, дополнительной и новой информации в соответствии с текущим состоянием объекта управления.

Структурный принцип создания операционной среды СППР реального времени определяет границы информационно-функционального пространстт ва на последовательных этапах принятия управленческих решений, способы получения и обработки информации в ППР и составляет алгоритмическую основу для ее системного моделирования.

Постановка задачи на создание интеллектуальной информационной технологии, функционально представляющей операционную среду СППР реального времени, формализует технологический процесс получения и обработки управленческой информации на базе интеграции аппаратных и программных компонентов и повышения уровня формализации управляющей деятельности специалистов предметной области.

2. Применен метод вербального анализа решений, который используется для оценки многокритериальных альтернатив средств реализации сервисов операционной среды СППР реального времени. Профиль операционной среды СППР реального времени формируется объединением множеств средств реализации сервисов на базе решающего правила, которые в функциональной взаимосвязи обеспечивают необходимый набор сервисов для множества модулей функциональности системы и ее операционной среды и, соответственно, требуемый уровень автоматизации организационного управления производственным процессом в режиме реального времени.

Построение вариантов профиля операционной среды СППР реального времени базируется на применении подхода аналитической иерархии в оценке многокритериальных альтернатив, выбор рабочего варианта профиля осуществляется в соответствии с разработанной структурой решающего правила. Полученное решающее правило отображает максимальную результирующую функцию полезности альтернатив по критериям стоимости и эффективности на множествах средств реализации сервисов. Рабочий вариант профиля операционной среды СППР реального времени определяет условия бесшовной интеграции компонентов информационной технологии, увеличения жизненного цикла и снижения затрат на развитие автоматизированной системы.

3. Получена базовая модель профиля операционной среды СППР реального времени, которая включает функциональную модель автоматизированной системы на основе принципа унификации модулей и отражает методику и принципы построения классификационной схемы профиля.

Базовая модель определяет структуру сервисов операционной среды автоматизированной системы, взаимодействие модулей функциональности операционной среды, предоставляющих сервисы в соответствии с категориями базовых стандартов. Базовые стандарты также обеспечивают общую концепцию для применения унифицированного подхода к созданию СППР реального времени и ее окружения. Базовая модель профиля представляет требования конформности, сформулированные в общих терминах или в виде структурированных списков требований, что составляет большую часть определения профиля и представляет наибольшую практическую ценность.

4. Построена модель аналитической оценки многокритериальных альтернатив для построения профиля операционной среды СППР на основе вербального анализа решений.

Структуризация базовых спецификаций профиля операционной среды СППР реального времени выполнена посредством определения модулей функциональности, соответствующих им сервисов и средств их реализации с указанием нормативных документов, которые представляются в табличной форме, отражающей системность подхода.

Оценочные критерии для множеств средств реализации сервисов операционной среды СППР реального времени определены по результатам систематического обследования нормативной документации по тестированию разных типов программных продуктов, технических отчетов по эксплуатации программных средств, обобщенного опыта специалистов по проектированию, реализации и сопровождению АИС. С учетом системного подхода к профилированию операционной среды СППР реального времени оценочные критерии и их весовые значения заданы в целом для профиля, произведена декомпозиция составных критериев на простые критерии и определены взвешенные оценки для простых критериев.

Построено дерево критериев, начиная от базовых критериев, обладающих свойством общности, до уровня средств реализации сервисов. Выявленные критерии структурированы в соответствии с иерархическими уровнями дерева критериев и методом попарного сравнения определены их веса по шкале относительной важности. Для каждого из множеств средств реализации сервисов определены свои критерии, которые являются простыми критериями для составных критериев верхнего уровня "стоимость" и "эффективность". Разработанное дерево критериев с определением их весов по уровням декомпозиции и с учетом вложенности простых критериев в составные критерии составляет алгоритмический базис аппарата профилирования операционной среды автоматизированной системы.

Сформулированы правила для заполнения матрицы соответствия средств реализации сервисов определяют условия соответствия средств реализации сервисов операционной среды СППР реального времени по уровням декомпозиции сервисов и функциональных элементов, предоставляющих эти сервисы. Они позволяют выявить и исключить противоречивость используемых опций и стандартизованных решений для взаимодействия модулей функциональности операционной среды СППР реального времени, обеспечить необходимые условия их бесшовной интеграции.

5. Получен метод селекции для профилирования операционной среды СППР реального времени, которым реализуется механизм согласования используемых спецификаций, относящихся к интерфейсам разных классов, включения в профиль опций и функциональных групп по критериям бесшовной интеграции и эффективности функционирования автоматизированной системы при минимальных затратах на ее эксплуатацию и развитие. На основе системного анализа показателей эффективности средств реализации сервисов операционной среды СППР реального времени и оценки реализации сервисов метод селекции позволяет достигать заданных критериев профилирования.

В диссертационной работе достигнута поставленная цель по созданию информационных, структурных и алгоритмических основ системного моделирования операционной среды СППР реального времени на базе аппарата профилирования. Научные и практические результаты получены на фундаментальном научном направлении "Информационные технологии и электроника", которое определено Российской Академией наук. Исследования проводились в соответствии с планом научно-исследовательских и хоздоговорных НИР УГАТУ 2002-2005 гг., имеют практическое применение и опубликованы в центральных научных изданиях и межвузовских научных сборниках.

131

1. Аверкин А.Н. и др. Нечеткие множества в моделях управления и искусственного интеллекта / Под ред. Д.А.Поспелова.-М.:Наука, 1986.-312с.

2. Артемьев В.И. Проблемы принятия стандартов в проектировании больших систем. // http://www.osp.ru/cio/2001/06/039.htm. М.: Открытые системы, 2001.

3. Андрейчиков А.В., Андрейчикова О.Н. Компьютерная поддержка изобретательства (методы, системы, примеры применения). М.: Машиностроение, 1988. -476 с.

4. Бондарев П.А., Колганов С.К. Основы искусственного интеллекта. -М.: Радио и связь, 1998. 128 с.

5. Вагин В.Н. Дедукция и обобщение в системах принятия решений. -М.: Наука, 1988.-384 с.

6. Васильев С.Н. и др. Интеллектуальное управление динамическими системами. М.: Физматлит, 2000. - 352 с.

7. Винер Н. Кибернетика или управление и связь в животном и машине. М.: Советское радио, 1968,- 325 с.

8. Виноградов И.М. Основы теории чисел.-М.: Наука, 1981.-176с.

9. Вентцель Е.С., Овчаров JI.A. Теория случайных процессов и инженерные приложения. -.: Наука, 1991.- 384 с.

10. Галушкин А.И. Современные направления развития нейрокомпью-терных технологий в России // http://neurnews.iu4.bmstu.ru/primer/galosh.htm, М.: НЦН, 2000 г.

11. Джексон, Питер. Введение в экспертные системы. /Пер. с англ.: Уч. пос. М.: Издат.дом "Вильяме", 2001. - 624 с.

12. Емельянов С.В., Ларичев О.И. Многокритериальные методы принятия решений,- М.: Знание, 1985.-32с. (Новое в жизнь, науке, технике. Сер. «Математика, кибернетика»; №10).

13. Заде JI.A. Основы нового подхода к анализу сложных систем и процессов принятия решений // Математика сегодня: Сб. статей/ Пер. с англ. -М.: Знание, 1994.-С.5-49.

14. Иванов В.И., Парфенова М.Я., Колесников А.А., Голубов А.А. Формирование управляющих воздействий в режиме реального времени в организационно-технических системах // Наука производству.- 2004.- №10. -С. 10-15.

15. Интеллектуальные системы автоматического управления / Под ред. И.М. Макарова, В.М. Лохина. М.: Физматлит, 2001.- 576 с.

16. Искусственный интеллект: Кн. 1.Системы общения и экспертные системы: Справочник / Под ред. Э.В.Попова.-М.: Радио и связь, 1990.

17. Искусственный интеллект: Кн.2.Модели и методы: Справочник /Под ред. Д.А.Поспелова.-М.: Радио и связь, 1990.

18. Иордан Э., Аргика К. Структурные модели в объектно-ориентированном анализе и проектировании. М.: Лори, 1999. - 264 с.

19. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач. -М.: Радио и связь, 1990. 343 с.

20. Корнеев В.В. и др. Базы данных. Интеллектуальная обработка ин-формации.-М.: «Нолидж», 2000.-352 с.

21. Королюк B.C. и др. Справочник по теории вероятностей и математической статистике. М.: Наука, 1985.

22. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров.- М.: Наука, 1977.-832 с.

23. Кузнецов О.П., Марковский А.В. Шипилина Л.Б. Методы распределенной обработки образной информации / Труды Международного конгресса «Искусственный интеллект в XXI веке».- М.: Физматлит, 2001.- Т. 1.-С. 120133.

24. Куликов Г.Г. и др. Автоматизированное проектирование информационно-управляющих систем. Системное моделирование предметной области: Учебное пособие. -Уфа: УГАТУ, 1998. -104 с.

25. Куликов Г.Г. и др. Автоматизированное проектирование информационно-управляющих систем. Проектирование экспертных систем на основе системного моделирования. -Уфа: УГАТУ, 1999. -223 с.

26. Курейчик В.М. Генетические алгоритмы. Состояние. Проблемы, Перспективы // Известия Академии наук. Теория и системы управления. М.: наука, МАИК «Наука/Интерпериодика», №1, 1999.-С.144-160.

27. Ларичев О.И. Объективные модели и субъективные решения.-М.: Мир, 1987.

28. Ларичев О.И., Мошкович Е.М. Качественные методы принятия решений.-М.: Физматлит, 1996.

29. Ларичев О.И. Новое направление в теории принятия решений: вербальный анализ решений // Новости искусственного интеллекта.- 2001.-№1.-С.26-31.

30. Ларичев О.И. Теория и методы принятия решений. -М.: Логос, 2003.392 с.

31. Макаров И.М. и др. Теория выбора и принятия решений. -М.: Наука, 1982.-327 с.

32. Мамиконов А.Г. Принятие решений и информация.-М.: Наука, 1983.183 с.

33. Мамиконов А.Г., Кульба В.В. Синтез оптимальных модульных систем обработки данных.-М.: Наука, 1986.-276 с.

34. Мамиконов А.Г. Проектирование АСУ: Учебное пособие для вузов по спец. «Автоматизир. Системы упр-я».-М.: Высш. шк., 1987.- 302 с.

35. Мамиконов А.Г., Кульба В.В., Косяченко С.А. Типизация разработки модульных систем обработки данных.-М.: Наука, 1989.-163 с.

36. Марко Д., Мак Гоен К. Методология структурного анализа и проектирования. М.: Метатехнология, 1992. - 239 с.

37. Месарович М., Я.Токахара. Общая теория систем: Математические основы.- М.: Мир, 1978.-312 с.

38. Осипов Г.С. Приобретение знаний интеллектуальными системами. -М.: Наука, 1997-112 с.

39. Осипов Г.С. Искусственный интеллект: состояние исследований и несколько слов о будущем // Новости искусственного интеллекта.- 2001.-№1.-C.3-13.

40. Основы теории систем управления высокоточных ракетных комплексов Сухопутных войск / Б.Г.Гурский, М.А.Лощанов, Э.П.Спирин; Под ред В.Л.Сулунина. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2001.-328 с.

41. Парфенова М.Я. Вопросы создания интегрированной информационной системы дистанционных бизнес-процессов// Информационные технологии. -2002. -№9.- С. 17-20.

42. Парфенова М.Я., Голубов А.А. Системное моделирование операционной среды автоматизированной системы с принятием решений в режиме реального времени //Машиностроитель.- 2005.- №5. С. 15-20.

43. Парфенова М.Я., Голубов А.А. Унификация модулей автоматизированной системы с принятием решений квазиреального времени // Машиностроитель.- 2005.- №. 11.

44. Патент 1314305 (Россия). Устройство для управления производственным процессом ремонта машин / Авт. изобрет. И.Ю.Юсупов и др.

45. Патент 1367741 (Россия). Устройство для моделирования производства и потребления / Авт. изобрет. И.Ю.Юсупов и др.

46. Поспелов Г.С. Системный анализ и искусственный интеллект.-М.: Изд.-во АН СССР, 1980.

47. Поспелов Г.С. Искусственный интеллект-основа новой информационной технологии. -М.: Наука, 1988.

48. Поспелов Г.С., Поспелов Д.А. Искусственный интеллект-прикладные системы.- М.: Знание, 1985.

49. Прангишвили И.В., Виленкин С.Я., Медведев И.Л. Параллельные вычислительные системы с общим управлением.-М.: Энергоатомиздат,1983,-311 с.

50. Прангишвили И.В. Микропроцессоры и локальные сети микро-ЭВМ в распределенных системах управления.-М.: Энергоатомиздат, 1985.-272 с.

51. Прангишвили И.В. Системный подход и общесистемные закономерности.- М.: СИНТЕГ, 2000. 528 с.

52. Саати Т., Керне К. Аналитическое планирование. Организация систем. -М.: Радио и связь, 1991. 224 с.

53. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий / Пер. с англ.-М.: Радио и связь, 1993.-320 с.

54. Самарский А.А., Михайлов А.П. Компьютеры и жизнь: (Математическое моделирование). -М.: Педагогика, 1987.-127 с.

55. Советов Б.Я. Информационная технология.- М.: Высшая школа, 1994.-200 с.

56. Сухомлин В.А. Введение в анализ информационных технологий. -М.: Горячая линия Телеком, 2003.

57. Теория управления. Терминология. Вып. 107.- М.: Наука, 1988. 56 с.

58. Трахтенгерц Э.А. Компьютерная поддержка принятия решений. М.: СИНТЕГ, 1998.-376 с.

59. Турчин В.Ф. Феномен науки. Кибернетический подход к эволюции. -М.: ЭТС, 2000.- 368 с.

60. Хинчин А.Я. Цепные дроби.- М.: Наука, 1978.- 112 с.

61. Юсупов И.Ю. Автоматизированные системы принятия решений.-М.: Наука, 1983.-87 с.

62. Юсупова Н.И., Ильясов Б.Г., Миронов В.В. Модели предупреждения критических режимов управляемых объектов в условиях неопределенности. Уфа: УНЦ РАН, 1994. - 152 с.

63. Трубачев А.П., Долинин М.Ю., Кобзарь М.Т. и др. Оценка безопасности информационных технологий. Общие критерии. Под ред. В.А. Гала-тенко. М.: СИП РИА, 2001.

64. Устинов Г.Н. Основы информационной безопасности систем и сетей передачи данных. М.: СИНТЕГ. 2000.

65. Липаев В.В. Методы обеспечение качества крупномасштабных программных средств. М.: СИНТЕГ. 2003.

66. Оценка и аттестация зрелости процессов создания и сопровождения программных средств и информационных систем (ISO/IEC TR 15504 -СММ). М.: Книга и бизнес. 2001.

67. Липаев В.В. Функциональная безопасность программных средств. М.: СИНТЕГ. 2004.

68. Крайер Э. Успешная сертификация на соответствие нормам ИСО серии 9000: Пер. с нем. М.: ИздАТ, 1999.

69. Сборник действующих международных стандартов ИСО серии 9000. Т. 1-3. М.: ВНИИКИ, 1998.

70. Глудкин О.П. и др. Всеобщее управление качеством: Учебник для вузов. М.: Радио и связь, 1999.

71. Гличев А.В. Основы управления качеством продукции. М.: МАИ, 1998.

72. Круглов М.Г., Шишков Г.М. Управление качеством TQM. М.: МГТУ "Станкин", 1999.

73. Липаев В.В. Сертификация систем качества предприятий, разрабатывающих программные средства для информационных систем, на соответствие стандартам серии ИСО 9000 // Информационные технологии. 1999. -№ 12.

74. Aamodt, A& Plaza, E.(1994).Case-Based Reasoning // Foundational Jssues, Methodological Variations, and System Approaches. All Communications, 7(i).- P.39-59.

75. A computer operator's expert system. Karnaugh M., Ennis R., Griesmer J.,Hong S., Klein D., Milliken K., Schor M., Van Woercom H. Proc 7 th Jnt.Conf. Comput Commun.: New Worid Jnf. Soc. Sydney, C)ct.30-Nov.2.1984.

76. Boehm B.W. A Spiral Model of Software Development and Enchancement // Computer, May 1988.-P.31-35.

77. Davis A.M., Bersoff E.H., Comer E.R.Strategy for Comparing Alternative Software Development Life Cycle Models // IEEE Transactions on Software Engineering, V.14, No. 10, October 1988.-P.34-40.

78. Design /IDEF. Version 3.0 User's manual. Meta Software Corp. 1994.-P.600.

79. Design /IDEF. Version 3.0. Interface languages manual. Meta Software Corp. 1994.-P.200.

80. Downs E., Clare P., Сое I. Structure Systems Analysis and Design Method // Application and Context, 2 nd Ed. London: McGraw Hill, 1992.-P.407.

81. Eva M. SSADM Version 4: User's Guide. London: McGraw Hill, 1992.-P.407.

82. Generic tasks in knowledge -based reasoning: high level building blocks for expert system design. Chandrasekaran B. "IEEE Expert". 1986.l.№3. P.23-30.

83. Golberg David E., Genetic Algorithms in Search, Optimisation and Machine Learning. Addison-Wesley Publishing Company, Inc. 1989.

84. Hall C. The devil's in the details: techniques, tools, and applications for database mining and Knowledge discovery // Intelligent Software Strategies.-P.I.V.XI.-№9-1995. September.

85. Hall C. The devil's in the details: techniques, tools, and applications for database mining and Knowledge discovery // Intelligent Software Strategies.-P.II.V.XI.-№9-1995. October.

86. Honessy D. and Hinkle D. Applying Cased-Based Reasoning to Autoclave Loading // IEEE Computer Society, Los Alamitos, California, October 1992.-P.132-141.

87. Intelligence artificielle et traduction automatique au menn. Brunner B."Bur. et syst." 1987. 9 №2. -P.30-32.

88. Inmonn W.H. Building the Data Warehouse.- NY: John Wiley&Sons, Inc.,1992.-298p.

89. ISO/IEC DTR 14252, Portable Operaring System Interface for Computer Environments POSIX. (IEEE, PI003.0 Draft 18, Draft Guide to the POSIX Open System Environment, February 1995).

90. Kopplang von Datenbank-und Expert-system. Reuter A. "Information-stechnik it'M987.29. №3.-P. 164-175.

91. Larichev O.I. Cognitive Validity in Design of Decision-Aiding Techniques // Journal of multicriteria decision analysis. №3 (1).1992.-P.127-138.

92. Larichev O.I., Olson D.L., Moshkovich H.M., Mechitov A.I. Numerical vs. Cardinal Measurements in Multiatribute Decision Making: How Exact is Exact Enough // Organizational behavior and human decision processes. №64 (1),1995.-P.9-21.

93. Mc Clur C. The CASE Experience // BYTE, 1989, April.-P.56-60.

94. Parfenova M.J. Information Business in Organizational Control // Proceedings of the 2 nd International Workshop on Computer Science and Information Technologies (CSIT' 2000), volume 2: USATU, Ufa State Aviation Teclmical University, 2000.- P. 189-190.

95. SSADM Manual. Version 4. -Blackwell: National Computing Center, 1990.-P.140.

96. User Guide Icreator v.3.0. Stirling Technologies Co.1995.-P.250.

97. User Guide HTMLEd 32. Internet Software Technologies. 1994,1995.-P.250.

98. Verlag C.E., K.Kurbel, H.Strunz. Handbush wirtschafts informatik. Poeshel. 1990.-P.978.

99. Xu J., Parnas D. L. On Satisfying Timing Constraints in Hard RealTime Systems. IEEE T ransactions on Software Engineering, 19(1): January 1993, 70X26184.

100. Encyclopedia of Software Engineering. Vol.1 A-N; Vol. 2 O-Z. Editor -In Chief John J. Marciniak. Jolm Wiley & Sons.Inc. 1995.

101. Smith D, Simpson K. Functional Safety (A Straightforward Guide IEC 61508 and Related Standards) Oxford: Planta Tree, 2001.