автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.06, диссертация на тему:Автоматизация процесса доступа пользователей к информационным ресурсам промышленного предприятия с использованием активного словаря-справочника данных

На правах рукописи

НИКОЛАЕВ Александр Владимирович

АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ДОСТУПА ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ К ИНФОРМАЦИОННЫМ РЕСУРСАМ ПРОМЫШЛЕННОГО ПРЕДПРИЯТИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АКТИВНОГО СЛОВАРЯ-СПРАВОЧНИКА ДАННЫХ

Специальность 05 13 06-Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

□□34434Í;J

МОСКВА-2008

003449423

Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные системы управления» в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете)

Научный руководитель Кандидат технических наук, доцент

Будихин Анатолий Владимирович, доцент МАДИ (ГТУ)

Официальные оппоненты Доктор технических наук, доцент

Строганов Виктор Юрьевич профессор МГТУ им Н Э Баумана

Кандидат технических наук Лукащук Петр Иванович, генеральный директор ООО «Спецстройбетон-200»

Ведущая организация Российский научно-исследовательский институт информационных технологий и систем автоматизированного проектирования (Рос НИИ ИТ и АП), г Москва

Защита состоится 20 октября 2008 г в 10 часов на заседании диссертационного совета Д212 12605 при Московском автомобильно-дорожном институте (государственном техническом университете) по адресу

125319, ГСП А-47, Москва, Ленинградский проспект, д 64

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МАДИ (ГТУ) Текст автореферата размещен на сайте Московского автомобильно-дорожного института (государственного технического университета) www madi ru

Автореферат разослан 19 сентября 2008г

Отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направлять в адрес совета института

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Л

Михайлова Н В

1. Общая характеристика работы

1 1 Актуальность проблемы

Развитие потребностей бизнеса, интеграция информационных технотогий в большинство сфер деятельности человека, рост технических возможностей организаций, переход предприятий на использование хранилищ данных и баз данных привели к созданию больших программных комплексов и информационных систем На сегодняшний день автоматизация деятельности даже сравнительно малых предприятий предполагает включение в контур АСУ нескольких подсистем, среди которых значительная роль отводится подсистемам документооборота, склада, бухгалтерии, управтения

На этапах проектирования и внедрения каждой из этих подсистем необходимо выполнить исследовательскую работу, описать информационные потребности пользователей, разработать методологию безопасности проекта, разработать, на основе вышеперечисленного концептуальную модель При этом значительная часть времени тратится на описание элементов данных будущей подсистемы Следует также учитывать, что создание и внедрение АСУ предприятием занимает огромный временной диапазон, а подсистемы АСУ, как правило, разрабатываются разными колтективами специалистов в разное время При этом возрастает неопределенность всего комплекса программных средств

Особенности структуры и информационных потоков промышленных предприятий предполагают наличие многих подразделений, работающих с разными информационными системами В таких условиях задача поддержания актуальных сведений о данных силами администраторов усложняется и делается трудно разрешимой, а осведомленность пользователей о возможностях системы и информационных ресурсах

предприятия снижается, что приводит к возрастанию роли автоматизированной обработки метаданных на всех этапах жизненного цикла системы

Поэтому большое значение приобретает проблема организации метаданных в системах активного словаря-справочника данных (ССД) В связи с этим, исследование проблем автоматизации доступа пользователей к информационным ресурсам промышленного предприятия представляется актуальной научной задачей

1 2 Цель и основные задачи исследования

Целью данной работы является разработка научных методов и средств, обеспечивающих построение системы активного словаря-справочника данных для автоматизации процесса доступа пользователей к информационным ресурсам промышленного предприятия

В сочетании с поставленной целью решаются следующие задачи исследования

— анализ структуры и информационных ресурсов промышленного предприятия,

— анализ архитектуры современных информационных систем и способов интеграции в них систем активного словаря-справочника данных,

— разработка методики и моделей концептуального проектирования базы данных ССД,

— формализация задачи доступа пользователя к данным в системе активного ССД,

— исследование и построение алгоритмов актуализации сведений о данных в ССД,

— разработка моделей обмена метаданными и исследование их основных характеристик,

— разработка структуры системы активного словаря-справочника данных, методов и алгоритмов основных модулей программного обеспечения

1 3 Объект и методы исследования

Объектом исследования является типовое промышленное предприятие с развитыми многофункциональными информационными системами и потоками данных между ними

Исследования выполнены с использованием методов имитационного моделирования, комплексного использования теории множеств, теории принятия решений, теории вычислительных сетей и систем, теории баз данных

1 4 Научная новизна

Научная новизна состоит в том, что автором предложена новая структура системы активного словаря-справочника данных в части выделения основного объекта ССД, разработаны методы и средства обмена метаданными между системами и пользователями, разработаны и исследованы методы доступа пользователей к информационным ресурсам предприятия

На защиту выносятся

— алгоритм доступа пользователей к информационным ресурсам промышленного предприятия,

— методика концептуального проектирования базы данных ССД в части выбора основного объекта ССД,

— схема актуализации сведений о данных в активном ССД,

— алгоритм организации администрирования метаданных,

— архитектура системы с интегрированным активным словарем-справочником данных,

— реляционная модель схемы базы данных активного ССД в части описания интерфейсов доступа пользователей

1 5 Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов

Достоверность научных положений, рекомендаций и выводов определяется согласованностью результатов функциональных и имитационных моделей процессов работы системы, подтверждена результатами проведенных исследований, положительными результатами внедрения на предприятиях

1 6 Практическая ценность и реализация результатов работы

Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до создания программных модулей, реализованных в виде пакетов процедур и функций, использующихся на реальных АСУП Применение на практике системы активного словаря-справочника данных позволило обеспечить доступ пользователей к актуальной и непротиворечивой информации

1 7 Апробация работы

Содержание диссертации было доложено и получило одобрение на заседаниях кафедры АСУ и на научно-методических конференциях МАДИ (ГТУ) в 2005-2008 годах Совокупность научных положений, идей и практических результатов исследований при построении ПО системы активного словаря-справочника данных представляет собой новое решение в обласш практической реализации информационных систем промышленных предприятий

Основные результаты диссертации внедрены в следующих организациях ЗАО «ФИРМА ПРОМСТРОЙМОНТАЖ», ЗАО «НПВФ СВАРКА» Применение результатов работы позволило сократить сроки разработки информационного обеспечения систем и повысить эффективность работы пользователей с метаданными информационных ресурсов

Результаты диссертации использованы также в учебном процессе кафедры АСУ МАДИ (ГТУ) при проведении лабораторных работ по курсу «Базы и банки данных»

1 8 Публикации

Отдельные положения диссертации опубликованы в двенадцати печатных трудах, из них две публикации в рецензируемых журналах из списка ВАК РФ

1 9 Структура диссертации

Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав основного материала, заключения, списка литературы, включающего 53 наименования и приложений

2. Содержание работы

Структура работы соответствует списку перечисленных задач,

содержит описание разработанных методов, алгоритмов, структур и результатов исследований

Во введении обосновывается актуальность работы, сформулированы цель и основные задачи исследования, научная новизна, практическая ценность и положения, выносимые на защиту Излагается краткое содержание глав диссертации

В первой главе проводится системный анализ предметной области Детально описываются информационные ресурсы типового промышленного предприятия Проводится анализ функциональной автоматизации предприятия (рис 1), при которой информационные системы различных подразделений, как правило, являются отдельными программными продуктами разных производителей, направленными на автоматизацию конкретных задач подразделения При этом данные, которыми оперирует одна система, отделены от других информационных систем и существуют независимо друг от друга

Одной из проблем такого подхода являются частые изменения правил обработки и представления данных, диктуемые изменением законодательства (например, в налоговой сфере), технологических процессов и другие В этом случае уже существующие системы дорабатываются под новые реалии Очень часто это происходит за счет потери качества таких систем

Енешнце дтные информационные спстемы

Рис 1 Организация функциональной автоматизации предприятия

С течением времени количество элементов информационной системы растет, что приводит к ее усложнению и трудностям в сопровождении и доработке

Выделяется общая задача автоматизации, включающая в себя построение системы, оперирующей всей необходимой информацией о данных Определяется потребность в использовании активных словарей-справочников данных, вытекающая из необходимости управляющего воздействия Это воздействие может выражаться в управляющем импульсе со стороны человека, когда оператором вносятся правила описания и использования информации, например, сообщается всем подразделениям, что для обозначения пола с определенного часа вместо букв «Г» и «т» будет использоваться числовой код «1» и «О» При этом все предыдущие значения конвертируются под новые правила С этого

времени любой человек, работающий с базами данных, обязан следовать данным правилам

Очевидно, что при такой пассивной орханизации метаданных увеличивается вероятность возникновения ошибок и неточности данных Активный словарь-справочник либо не даст пользователю никакой другой возможности ввода информации, кроме как допустимой, либо конвертирует введенные пользователем значения в необходимые для системы

Далее в главе проводится анализ способов интеграции метаданных в единое информационное пространство промышленного предприятия

В общем случае, информационная система любого предприятия состоит из набора баз данных, набора пользовательских интерфейсов доступа к данным и ряда дополнительных служебных программ Как правило, большая часть пользователей, к которым не относятся специалисты информационных технологий, работают с интерфейсами доступа к данным и их представления о системе на этом ограничиваются Исходя из этих фактов, сформировались три основных подхода к интеграции сведений об информации из разрозненных источников и приведения их к ожидаемому пользователем виду Это федеративные базы данных, хранилища данных и медиаторы Во всех трех случаях ССД, так или иначе, присутствует в системе и его роль весьма активна

Медиаторы - это программные средства, которые способны оценивать возвращаемый результат и, посылая запрос в одну из оболочек, на основе ответа, принимать решение о передаче запроса дальше по цепочке Данная организация является наиболее приближенной к информационным потребностям промышленного предприятия На рис 2 изображена схема системы медиатора

Рис 2 Использование медиатора на примере двух источников данных

Далее проводится анализ возможностей современных СУБД, архитектуры информационных систем и методов использования активного словаря-справочника данных

Рассматриваются возможности построения систем доступа пользователей к информационным ресурсам предприятия с помощью систем активного ССД Учитывая, что основная часть пользовательских интерфейсов реализована БПР-системами, динамические интерфейсы ССД могли бы формироваться для вывода справочной информации, подготовки отчетов и решения других прикладных задач Основная идея этого решения заключается в том, что используя метаданные, теоретически, можно построить экранную форму, способную выводить или принимать информацию Причем, она не требует отдельной разработки и доработки Достаточно лишь описать ее и реализовать алгоритм построения

На основе проведенного анализа и оценки ряда исследований делается вывод о выборе целевой СУБД для построения системы

активного ССД, а так же вывод о том, что включение динамических интерфейсов в трехзвенную архитектуру должно упростить взаимодействие пользователя с системой и исключить подобные ошибки Реализация данного решения возможно с применением активного словаря-справочника данных

Во второй главе предлагается методика концептуального проектирования базы данных ССД, основанная на структурной модели и модели информационных потоков

Под структурной понимается некоторая модель БМ, представляющая собой множество объектов словаря данных предметной области (Р) и отношений связей между ними (Ь)

БМ = <Р, Ь>,

где Р = {р, 11 > 0 }, Ь РхР,

р, — 1-й объект словаря данных предметной области,

РхР — все возможные варианты связей между множеством

объектов

Под множеством объектов Р (групповые экземпляры классов) понимаются агрегированные объекты р, Словарь данных предметной области обозначает тот объем информации, сведения о котором (рис 3) будут доступны в разрабатываемой системе

{ базы данных } -4 | приложения }

файлы }

)«ронства ввода-вывода

}

языки профамынрованпл }

Рис 3 Объекты ССД

В свою очередь множество Р может быть представлено в виде двух подмножеств РА и РВ

Р = РА Д РВ,

где РА — свойства, унаследованные от объектов Р = {р, | 0 < 1 }, РВ — свойства, унаследованные от объектов Р = {р, 11 }

Свойство — атомарное описание объекта в соответствии с характерными для него информационными представлениями пользователей В предельном случае один объект характеризуется только одним свойством

Свойства объекта ССД связаны с представлением и хранением метаданных и делятся на словарные и справочные Свойства первого типа описывают назначение данных, определяют их семантические особенности и логическое назначение в рамках системы Такие свойства объектов ССД применяются, как правило, для визуального представления информации на дисплеях, в отчетах и передачи их в другие источники Свойства второго типа отражают правила доступа и оперирования информацией Они являются неотъемлемой частью описания объектов активного словаря-справочника данных, так как передают в запрашивающую систему правила обработки информации

Модель информационных потоков представляет собой граф в виде ориентированного 1\т-арного дерева

С = (У,Е),

где V {г, V,} — вершины графа, Е — дуги графа, г — корень дерева, V, — 1-я вершина дерева, 1 > 1

Корень дерева представляет собой основной объект ССД, который является логическим ядром система активного словаря-справочника данных и связан со всеми остальными объектами — вершинами дерева

Дуги графа показывают информационные потоки связей между объектами Таким образом, объект высшего уровня — основной объект ССД связан с набором подчиненных объектов, каждый из которых образован посредством агрегирования объектов более низкого уровня

Предлагается формализация задачи доступа пользователей к данным Пусть имеется некоторый субъект РБ, {1 > 0} Пусть имеется некоторый набор отношений

1Ш 1Шь 1Ш2, , Ли,, такой, что 1Ш, есть представление РБ, о некотором объекте предметной обтасти Ч7

Пусть существует некоторый набор отношений

II II,, Я2, , Ят

такой, что Яр есть представление знаний о некотором объекте в некоторой базе данных

Т полностью и независимо друг от друга описывается набором отношений 1Ш и Я

Утверждается, что существует функция ср 1Ш —» {Я} = VII То есть для каждого набора множества отношений существует однозначное отображение в множество представлений Решение

Пусть некоторая комбинация атомарных атрибутов

{АьА2, ,Ак}

составляет обобщенное отношение Л части предметной области

Тогда

ЛбСАЬ А2, , АО

является s-м отношением о предметной области в терминах базы данных

Аналогично,

RUq(U„U2, ,UV) является q-м отношением о предметной области в терминах пользователя, а некоторая комбинация атомарных Ui, U2, , Uv составляет обобщенное отношение RU части предметной области Чу Тогда для любого набора

RU {UV|V>1}

существует единственная комбинация элементов {А}с, такая, что ее можно объединить в виртуальное отношение VR, однозначно соответствующее некоторой комбинации {U}c То есть

{R}c = VR(AbA2, ,Av)-RU(UbU2, ,UV), А, —>U,

Введем словарь представлений RS предметной области XF, который исчерпывающе описывает знания о Y пользователя и базы данных и определяет их однозначное соответствие Тогда экземпляр RS¡; имеет вид

RSc(RUq,Q(VR,)), (1)

где RUq - обобщенное представление пользователя об объекте предметной области, формирующееся некоторой комбинацией {U}c,

VRq - соответствующее RUq виртуальное представление базы данных об объекте предметной области, сформированное некоторой комбинацией {А}с,

О - правило, по которому происходит построение VRq из {R}c Предлагается постановка задачи оптимизации пользовательских представлений, делаются выводы о необходимости проведения исследований полученных моделей

В третьей главе рассматриваются имитационные модели и алгоритмы Для задач актуализации метаданных исследуются две модели Система, в которой ССД обращается к рабочим станциям, обозначена как а система, в которой рабочие станции обращаются к ССД-*%

Считаем, что имеется п рабочих станций IV в системе Б] Некоторая рабочая станция IV, доступна и активна в момент времени t|í Тогда ССД (р, отправив запрос и убедившись в доступности станции, пошлет блок информации с метаданными Ql и получит подтверждение 2[ о фиксации изменений Выполнение описанных действий означает актуализацию сведений ССД на рабочей станции IV, Фактически же, кроме блока с метаданными должно быть отправлено и управляющее воздействие — информация о том, что с этими метаданными делать Учитывая ее незначительный объем, этой информацией можно пренебречь и считать, что она не увеличивает объем метаданных О. Таким образом, фактически, (Э включает в себя не только метаданные, но и метаданные о метаданных

В случае актуализации рабочих станций в системе 52 рассуждения те же, за исключением того, что недоступной может быть сама система ССД Результаты исследований для систем Б1 и Б2 приведены на рис 4

♦ Б2 —■ -51 |

Рис 4 Результаты исследования характеристик систем 81 и Б2

Далее рассматриваются диалоговые подсистемы и языковые средства управления ССД Предлагается алгоритм организации администрирования метаданных, обобщенная схема которого представлена на рис 5

Рис 5 Схема администрирования метаданных ССД Проводится критериальная оценка вариантов языкового манипулирования активным ССД и проводятся исследования основных вариантов обработки данных В результате исследований предлагается модифицированный формат обмена данными между системами, который в полном объеме может поддерживаться системой активного словаря-справочника данных

Существует три команды манипулирования данными Это команды вставки, обновления и удаления данных Их реализация в модифицированном скобочном формате выглядит следующим образом Первые три байта являются признаком начала записи и записываются в

виде открывающейся скобки «(» Затем следует описание действия, которое необходимо совершить над данными Определено три допустимых действия «<ВСТАВКА>», «<РЕДЛК ГИРОВАНИЕ»), «<УДАЛЕНИЕ>» После описания действия стедует признак разделителя поля — вертикальная черта «|» Затем аналогичным образом описывается название объекта, над которым необходимо выполнить заданную операцию После следующего разделителя задается условие отбора записей «О.», если оно есть Данное условие задается в виде части запроса Поле не является обязательным для заполнения и в случае отсутствия сразу за вторым разделителем ставится третий Все последующие поля представляются в виде <название поля>=<значение поля> Количество полей не ограничивается Значения поля должно быть записано в том виде, в котором оно допустимо в базе данных То есть текстовые значения должны быть ограничены кавычками, а числовые — нет Значения даты могут быть указаны как текстовые значения, в случае совпадения формата указанной даты с форматом представления даты в БД ССД Если же форматы не совпадают, то в поле значения следует указывать команду преобразования текстового выражения даты в тип данных «дата» В случае отсутствия полей ставится разделитель после условия отбора, а затем еще один разделитель, логически формирующий отсутствующий блок данных с описанием полей После этою ставится признак завершения записи в виде трех закрывающихся скобок «)»

Его формальное описание выглядит следующим образом (((<РЕДАКТИРОВАНИЕ>|<ОБЪЕКТ>|0|<поле>=<значение>|<поле> =<значение>| |)))

(((<ВСТАВКА>|<ОБЪЕКТ>||<поле>=<значение>|<поле>=<значение

>! I)))

(((<УДАЛЕНИЕ>|<ОБЪЕКТ>|П| |)))

На основе полученных результатов можно построить функционирующую систему активного словаря-справочника данных, обладающую исследованными свойствами и возможностями

В четвертой главе проведен анализ информационных потребностей пользователей, рассмотрена действующая структура информационных систем предприятия Составлен словарь предметной области системы активного словаря-справочника данных

Формализация предметной области представляет собой разделение требований на систему приложений Под приложением предметной области понимается часть предметной области, в которой хранится взаимосвязанный процесс Вторым признаком является наличие квалифицированного эксперта (см Табл 1)

Следующим шагом является выделение процессов из каждого приложения и представление их в виде иерархии функций Любая такая функция или подфункция описывает конкретный процесс обработки данных Процесс деления функций на подфункции завершается тогда, когда выделяется оконечная элементарная функция (задача), которая описывает элементарные действия по обработке данных

Задачи разделяют на два класса регламентные (детерминированные) и оперативные

К регламентным задачам относятся задачи, имеющие своей сутью детерминированный алгоритм обработки данных Спецификацией такой задачи является описание алгоритма или отчета

К оперативным задачам относятся такие задачи, которые реализуют множество оперативных запросов конечных пользователей Оперативные задачи решаются за время, приемлемое для решения данного запроса Перечислим основные функции первого уровня 1 «Планирование системы»

- определение административно-управленческих функций (документирование административно-управленческих

функций, входных и выходных данных),

Таблица 1

Состав приложений предметной области «Словарь-справочник данных»

№ Название приложения Сокраще нное название Примечание Эксперт

1 «Планирование системы» Plan Определение реализуемости, технико-экономической эффективности системы на основе оценки текущего состояния и анализа сегодняшних и возможных потребностей Эксперт ПО

2 «Определение и анализ требований» Analysis Выработка описаний событий, происходящих в реальном мире Определение детализированной модели управленческих и административных функций Эксперт ПО

3 «Документирование и унификация» DocPr Документирование прикладных систем, программ, данных Унификация АБД, разрабо!- ! чики 1

4 «Справочник пользователя» End Описание доступной информации, ее смысла и ограничений на использование АБД |

- определение кластеров данных (документирование кластеров данных и выявление избыточности),

- определение способов использования (документирование применений системы и анализ),

- разработка концептуальной модели данных (документирование структур данных и их анализ)

2 «Определение и анализ требований»

- выявление потребностей (документирование требований по мере их определения),

- анализ потребностей (выдача информации для анализа накопленных сведений)

3 «Документирование и унификация»

- документирование прикладных систем (спецификация системных метаобъектов с требуемой степенью детализации),

- документирование программ (идентификация программы и описание выполняемых функций, входных и выходных данных),

- документирование данных (документирование элементов данных, записей, файлов, баз данных),

- унификация (обеспечение контроля совместного использования ресурсов)

4 «Справочник пользователя»

- определенные запросы,

- пользовательские запросы,

- служебные запросы (запросы АБД и специалистов по обслуживанию)

В каждом конкретном случае эти функции содержат свой набор подфункций и задач

Выделяются базовые объекты предметной области (Рис 6) Разработана концептуальная схема системы, представленная в виде ЕЯ-диаграммы

С учетом общей архитектуры локальной вычислительной сети предприятия и выводов первой главы в качестве целевой СУБД для

реализации ИС используется СУБД Oracle

Рабочая группа

Пользователь

Система (ИС) Приложение

База данных | Модуль

Поле Файл

Документ полномочий

Программа

Таблица

Физическое устройство

Язык программирования

Рис 6 Базовые объекты предметной области

На основе выбранной СУБД разработана архитектура словаря-справочника данных, реализованы требуемые отношения, построены индексы и введены и обоснованы ограничения целостности данных

В качестве языкового средства манипулирования данными в ССД в соответствии с выводами, полученными в результате исследований, результаты которых описаны в третьей главе, используется процедурное расширение языка запросов Oracle — PL/SQL Для расширения его функциональных возможностей разработаны программные модули, построены системы подготовки отчетов, обеспечивающие автоматизацию доступа пользователей к информационным ресурсам промышленного предприятия

В заключении представлены основные результаты работы

Приложения содержат акты внедрения и листинги программ 3. Основные выводы п результаты работы

Диссертационная работа посвящена актуальной проблеме автоматизации доступа пользователей к информационным ресурсам промышленного предприятия Обобщая результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований, можно сформулировать основные выводы и результаты работы

— проведен комплексный анализ архитектуры современных информационных систем и информационных ресурсов промышленного предприятия, что позволило сформулировать основные задачи исследований диссертационной работы,

— разработана формализованная методика, позволяющая выделить основные классы ССД и определить основной объект ССД для информационной системы предприятия,

— предложено формализованное описание доступа пользователей к информационным ресурсам за счет создания системы интегрированных представлений данных,

— проведены исследования основных эксплуатационных характеристик системы активного ССД, построена модель актуализации метаданных и алгоритмы обмена информацией между системами,

— на основе результатов полученных исследований и проведенного анализа сформулированы выводы о целесообразности использования моделей и алгоритмов,

— разработан словарь данных активного ССД, концептуальная и реляционная модель, которая реализована на базе СУБД Oracle 1 lg,

— предложены программные модули, расширяющие функционал языковых средств общения человека с активным ССД и обеспечивающие автоматизированную подготовку отчетов

4. Основные публикации по теме диссертации

1 Николаев А В Особенности интеграции репозитария данных в информационную систему // Моделирование технологических процессов в промышленности и образовании сб науч тр / МАДИ(ГТУ) М, 2004 с 56-60

2 Николаев А В Актуализация данных информационной системы средствами активного словаря-справочника /А В Будихин, А М Круглов, А В Николаев // Теория и практика информационных технологий сб науч тр /Минвуз 2006, М , с 9-17

3 Николаев А В Применение словаря-справочника данных дтя реализации средств обработки информации // Инновационные технологии в промыштенности, строительстве и образовании сб науч тр /МАДИ (ГТУ) М , 2007 с 46-52

4 Николаев А В Реализация динамических интерфейсов с использованием словарей-справочников данных / А В Будихин, Ляп Лян, А В Никопаев //Инновационные технологии в промышленности, строительстве и образовании сб науч тр /МАДИ (ГТУ) М , 2007, с 59-67

5 Николаев А В Актуализация сведений о данных информационной системы средствами активного словаря-справочника данных /А В Будихин, Д А Буров, А В Николаев, А В Остроух //Научный вестник МГТУ ГА№ 119, сер Аэромеханика и прочность М , 2007 с 172-178

6 Николаев А В Архитектура экспертной системы для проектирования баз данных / А В Николаев, А М Круглов, Шень Янь, Лян Лян // Методы прикладной информатики в автомобильно-дорожном комплексе сб науч тр /МАДИ(ГТУ) М , 2007 с 35-40

7 Николаев А В Программная реализация экспертной системы для проектирования баз данных / А В Николаев, Д А Домбровский, Шень Янь, Лян Лян // Методы прикладной информатики в автомобильно-дорожном комплексе сб науч тр / МАДИ(ГТУ), М , 2007 с 146-154

8 Николаев А В Использование словаря-справочника данных для реализации пользовательских средств обработки информации / А П Баринов, А В Остроух, А В Николаев, С А Будихин //Приборы и системы. Упр, контроль, диагностика М, 2007 -№ 10 с 13-15

9 Николаев А В Адаптивный алгоритм формирования тестовых заданий / А В Николаев, JIФ Макаренко, П С Рожин, Р П Лукащук // Вопросы теории и практики автоматизации в промышленности сб науч тр /МАДИ(ГТУ) М, 2008 с 17-20

10 Николаев А В Методы и технические приемы адаптивной гипермедиа / А В Николаев, И А Кузнецов, ИЭ Саакян, Ла Суан Тханг // Вопросы теории и практики автоматизации в промышленности сб науч тр /МАДИ(ГТУ) М , 2008 с 49-55

11 Николаев А В Анализ методов формирования адаптивного контента /Р П Лукащук, Л Ф Макренко, П С Рожин // Инновационные методы автоматизации технологических процессов и производств сб науч тр / МАДИ(ГТУ) М , 2008 с 40-46

12 Николаев А В Параметры и технологии адаптации в системах гипермедиа /Р П Лукащук, Л Ф Макаренко, П С, Рожин // Инновационные методы автоматизации технологических процессов и производств сб науч тр / МАДИ(ГТУ) М, 2008 с 47-54

Подписано в печать /<?, 09 2008 г Формат 60x84/16 Уел Печ л 1 0 Уч-изд л

Тираж {00 экз Заказ // "Техполиграфцентр" Россия, 125319, г Москва, ул Усиевича, д 8а

Тел /факс (495) 152-17-71 т 8-916-191-08-51

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. Современное состояние организации метаданных для автоматизации процесса доступа пользователей к информационным ресурсам промышленного предприятия

1.1. Информационные ресурсы современного промышленного ^ предприятия.

1.2. Анализ способов интеграции метаданных информационных систем в единое информационное пространство промышленного предприятия.

1.3. Анализ архитектуры современных информационных систем и ^ j методы использования активного словаря-справочника данных.

1.4. Выводы.

ГЛАВА 2. Методы исследования характеристик основных компонентов активного словаря-справочника данных промышленного предприятия

2.1. Проблемы проектирования баз данных ССД информационных ^ систем.

2.2. Методика концептуального проектирования базы данных ССД.

2.3. Описание концептуальной модели данных.

2.4. Формализованное описание задачи пользовательского доступа к ^ данным.

2.5. Задача оптимизации пользовательских представлений.

2.6. Выводы.

ГЛАВА 3. Исследование эксплуатационных характеристик систем активного словаря-справочника данных

3.1. Обновления метаданных и актуализация ССД.

3.2. Диалоговые подсистемы и языковые средства ССД.

3.3. Исследование основных вариантов обработки и доступа к ^ данным.

3.4. Выводы.

ГЛАВА 4. Реализация основных модулей системы активного словаря-справочника данных.

4.1. Разработка словаря данных ССД и формализация предметной 1 по r lUo области.

4.2. Архитектура системы и реляционная модель активного ССД.

4.3. Реализация основных программных модулей

4.3.1. Реализация модуля загрузки и обновления метаданных.

4.3.2 Реализация модуля отчетов.

4.4. Выводы.

Промышленное предприятие представляет собой сложную систему, слаженная работа которой достигается за счет эффективного использования всех имеющихся ресурсов. В условиях рыночной экономики и интенсивного развития технологий требуется учитывать множество аспектов деятельности как внутри самого предприятия, так и среди конкурентов, а также других участников хозяйственных отношений. Ввиду сложности переоборудования и модернизации, как за счет количества ресурсов, так и за счет их стоимости, промышленное предприятие является организмом, медленно реагирующим на внешние воздействия. Однако последние десятилетия бурное развитие информационных технологий подтягивает за собой и другие отрасли. Усложняются процессы и требования к временным затратам для решения различного рода задач. Происходит тесная интеграция различных субъектов хозяйственной деятельности как внутри страны, так и за ее пределами. При этом информация, как ресурс, имеет свойство со временем накапливаться, что приводит к увеличению ее объемов и сложности обработки. Поэтому с течением времени методы и средства обработки накопленной информации утрачивают свою эффективность и требуют пересмотра.

Большое значение при этом приобретает создание и ведение некоторого центрального реестра сведений о данных, которым располагает предприятие. Данные, содержащиеся в нем, описывают информацию, то есть являются метаданными. Обращаясь к содержимому этого реестра, любое заинтересованное лицо получает актуальную и достоверную информацию о наличии и роли тех или иных данных предприятия, правил их обработки.

Современный уровень развития информационных технологий позволяет создавать и поддерживать системы таких реестров, работающих в активном режиме, когда информация, содержащаяся в данном реестре, не только хранится и передается пользователю, но и обрабатывается самой системой. Реестры с таким функционалом называются активными словарями-справочниками данных (ССД). Однако в настоящее время возможности активных ССД по автоматизации различных процессов деятельности внутри предприятия, а не в рамках самой системы ССД, практически не используются. Существующие системы автоматизации предприятий, в частности ERP-системы, поддерживают возможности таких словарей только для описания данных. В системах подобного класса даже не допускается изменение данных напрямую, минуя специальный пользовательский интерфейс.

Поэтому большое значение приобретает проблема организации и использования метаданных в системах активного словаря-справочника данных. В связи с этим, исследование проблем автоматизации доступа пользователей к информационным ресурсам промышленного предприятия с их помощью представляется актуальной научной задачей.

Целью данной работы является разработка научных методов и средств, обеспечивающих построение системы активного словаря-справочника данных для автоматизации процесса доступа пользователей к информационным ресурсам промышленного предприятия.

В сочетании с поставленной целью решаются следующие задачи исследования:

- анализ структуры и информационных ресурсов промышленного предприятия;

- анализ архитектуры современных информационных систем и способов интеграции в них систем активного словаря-справочника данных;

- разработка методики и моделей концептуального проектирования базы данных ССД;

- формализация задачи доступа пользователя к данным в системе активного ССД;

- исследование и построение алгоритмов актуализации сведений о данных в ССД;

- разработка моделей обмена метаданными и исследование их основных характеристик;

- разработка структуры системы активного словаря-справочника данных, методов и алгоритмов основных модулей программного обеспечения.

Научная новизна состоит в том, что автором предложена новая структура системы активного словаря-справочника данных в части выделения основного объекта ССД, разработаны методы и средства обмена метаданными между системами и пользователями, разработаны и исследованы методы доступа пользователей к информационным ресурсам предприятия.

На защиту выносятся:

- алгоритм доступа пользователей к информационным ресурсам промышленного предприятия;

- методика концептуального проектирования базы данных ССД в части выбора основного объекта ССД;

- схема актуализации сведений о данных в активном ССД;

- алгоритм организации администрирования метаданных;

- архитектура системы с интегрированным активным словарем-справочником данных;

- реляционная модель схемы базы данных активного ССД в части описания интерфейсов доступа пользователей.

Научные результаты, полученные в диссертации, доведены до создания программных модулей, реализованных в виде пакетов процедур и функций, использующихся на реальных АСУП. Применение на практике системы активного словаря-справочника данных позволило обеспечить доступ пользователей к актуальной и непротиворечивой информации.

В первой главе диссертации проводится анализ информационных ресурсов типового промышленного предприятия, организации принципов его автоматизации. Подробно рассматриваются проблемы интеграции метаданных информационных систем в единое информационное пространство предприятия. Производится анализ архитектуры современных информационных систем и методов использования ими активных словарей-справочников данных.

Во второй главе рассматриваются проблемы проектирования баз данных, предлагаются методы исследования характеристик основных компонентов активного ССД: вводится методика концептуального проектирования базы данных ССД, рассматриваются средства описания концептуальной модели и обосновывается их выбор, предлагается формализованное описание задачи доступа пользователей к данным средствами ССД, а также задача оптимизации пользовательских представлений.

В третьей главе приводятся и обсуждаются результаты исследований основных эксплуатационных характеристик систем активного словаря-справочника данных, а именно задачи обновления метаданных и актуализации ССД. Производится изучение языковых средств общения с системой ССД, обосновывается их выбор и способы применения. Приводятся результаты исследований основных вариантов обработки и доступа к данным.

Четвертая глава содержит описания результатов практической реализации системы. Производится формализация предметной области и разработка словаря данных ССД, архитектура системы после до и после внедрения системы ССД, ее реляционная модель, описание основных модулей и выводы.

4.4. Выводы

В данной главе были рассмотрены ключевые возможности основных модулей системы, а также приведена физическая модель системы активного словаря-справочника данных.

Полученная реализация является масштабируемой и может быть дополнена любым необходимым функционалом.

В качестве средств доступа к системе ССД может применяться как специально спроектированный в языках высокого уровня пользовательский интерфейс, так и web-интерфейс, реализованный средствами самого ССД. Учитывая целевую аудиторию администраторов данных, администраторов баз данных и разработчиков, можно рекомендовать для использования и стандартные средства доступа к данным Oracle — sqlplus и его реализация в web.

Другими словами, работоспособность полученной системы ССД не зависит от способа доступа к данным и является гибкой по отношению к применяемым средствам разработки.

В качестве аппаратной платформы для рассмотренных примеров и физической реализации были использованы: со стороны базы данных сервер под управлением операционной системы Sun Solaris. Со стороны приложений применялись как сервера под управлением unix-систем, так и сервер под управление операционной системы Microsoft Windows.

Комбинация различных средств использовалась как для реализации максимума требуемого функционала, так и для моделирования работы целевого предприятия, в рамках которого предполагается использовать систему ССД с активным словарем-справочником данных.

В рассмотренных выше примерах активная составляющая словаря-справочника данных информационной системы была раскрыта в достаточном объеме, чтобы оценить возможности системы в целом.

В результате внедрения системы с активным словарем-справочником данных на предприятии удалось автоматизировать доступ пользователей к информационным ресурсам. Данный результат был получен благодаря реализации разработанных методик и моделей на основе результатов проведенных экспериментов и исследований.

Реализованные модули ССД позволили в автоматизированном режиме готовить отчеты о состоянии информационного наполнения баз данных, что также повысило эффективность работы подразделений предприятия.

Предложенные программные модули расширили функционал языковых средств общения человека с активным ССД.

На защиту выносятся архитектура системы с интегрированным активным словарем-справочником данных и реляционная модель схемы базы данных активного ССД в части описания интерфейсов доступа пользователей.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Диссертационная работа посвящена актуальной проблеме автоматизации доступа пользователей к информационным ресурсам промышленного предприятия. Обобщая результаты проведенных теоретических и экспериментальных исследований, можно сформулировать основные выводы и результаты работы:

- проведен комплексный анализ архитектуры современных информационных систем и информационных ресурсов промышленного предприятия, что позволило сформулировать основные задачи исследований диссертационной работы;

- разработана формализованная методика, позволяющая выделить основные классы ССД и определить основной объект ССД для информационной системы предприятия;

- предложено формализованное описание доступа пользователей к информационным ресурсам за счет создания системы интегрированных представлений данных;

- проведены исследования основных эксплуатационных характеристик системы активного словаря-справочника данных, построена модель актуализации метаданных и алгоритмы обмена информацией между системами;

- на основе результатов полученных исследований и проведенного анализа сформулированы выводы о целесообразности использования моделей и алгоритмов;

- разработан словарь данных активного ССД, концептуальная и реляционная модель, которая реализована на базе СУБД Oracle llg;

- предложены программные модули, расширяющие функционал языковых средств общения человека с активным ССД и обеспечивающие автоматизированную подготовку отчетов.

Использование систем словарей-справочников данных сокращает объем работ, производимых человеком на всех стадиях работы с системой. Это в значительной степени повышает эффективность работы всех подразделений. В конечном счете, повышается эффективность деятельности предприятия. Увеличивается пропускная способность системы, происходит освобождение пользователей, занятых рутинной работой по ведению данных. Информационные ресурсы предприятия становятся полностью доступными, неопределенность пользователей по отношению к данным снижается.

Использование систем словарей-справочников данных сокращает объем работ, производимых человеком на всех стадиях работы с системой. Это в значительной степени повышает эффективность работы всех подразделений. В конечном счете, повышается эффективность деятельности предприятия. Увеличивается пропускная способность системы, происходит освобождение пользователей, занятых рутинной работой по ведению данных.

Данное направление информационных технологий представляется перспективным и для дальнейших исследований.

1. Армстронг-Смит М., Армстронг-Смит Д. Oracle Discoverer. Разработка специальных запросов и анализ данных Oracle Discoverer Handbook. -М.: Лори, 2002.-484 с.

2. Архипенков С. Oracle Express Olap. М.: Диалог-МИФИ, 1999, 320 с.

3. Архипенков С., Голубев Д., Максименко О., Хранилища данных. М.: Диалог-МИФИ, 2002, 528 с.

4. Буч Г. Объектно-ориентированный анализ и проектирование с примерами приложений на С-Н-. М.: Издательство Бином, СПб.: Невский диалект, 2001. - 560 с.

5. Буч Г., Рамбо Д., Джекобсон А. Язык UML. Руководство пользователя. -СПб.: Питер, 2004. 432 с.

6. Бхамидипати К. SQL. Справочник программиста. М.: ЭКОМ, 2003. - 304 с.

7. Гарсиа-Молина Г., Ульман Д., Уидом Д. Системы баз данных. Полный курс. М.: Издательский дом «Вильяме», 2003. - 1088 с.

8. Грейвс М. Проектирование баз данных на основе XML. М.: Издательский дом «Вильяме», 2002. - 640 с.

9. Леонг-Хонг Б., Плагман Б. Системы словарей-справочников данных. -М.: Финансы и статистика, 1986. 311 с.

10. Липаев В.В. Проектирование программных средств. М.: Высшая школа, 1990.-303 с.

11. П.Райордан Р. Основы реляционных баз данных. М.: Издательско-торговый дом «Русская редакция», 2001. - 384 с.

12. Спирли Э. Корпоративные хранилища данных. Планирование, разработка, реализация. Том. 1. М.: Издательский дом «Вильяме», 2001.-400 с.

13. Урман С. Программирование на языке PL/SQL. М.: Лори, 2004. -528 с.

14. Аксенов Е.Г. Модели и хранилища // PCWEEK/RE, 2002, № 41

15. Брейман А. Д. Архитектура системы автоматизации администрирования баз данных индивидуальных информационных систем // Информационные технологии N 7,2006.

16. Брейман А. Д., Ульянов М. В., Выбор рациональных алгоритмов поиска по ключу в базах данных, размещаемых в оперативной памяти, на основе анализа их информационной чувствительности // Информационные технологии N 1, 2006.

17. Будихин А.В., Буров Д.А., Николаев А.В., Остроух А.В Актуализация сведений о данных информационной системы средствами активного словаря-справочника данных. Научный вестник МГТУ ГА № 119, сер. Аэромеханика и прочность. М.: 2007. -С. 172-178.

18. Будихин А.В., Лян Лян, Николаев А.В. Реализация динамических интерфейсов с использованием словарей-справочников данных. Инновационные технологии в промышленности, строительстве и образовании. Сб. науч. тр. МАДИ (ГТУ) 2007, с.59-67.

19. Вайнберг Д. Распределенные метаданные // Computerworld, 2003, № 5

20. Васяева Е. С., Васяева Н. С., Синельников А. С. Особенность поддержки неопределенных типов данных в интеллектуальных информационных системах // Информационные технологии N 6, 2006.

21. Гир Д. Федеративный доступ к базам данных //Открытые системы, 2003, № 6

22. Дубровин В. Л. Система автоматизации процесса разработки программных средств сбора, ввода, выборки и анализа информации // Информационные технологии 2007, №6

23. Заботнев М. С., Методы поиска и агрегации информации в разреженных гиперкубах данных. // Информационные технологии N 1, 2006.

24. Локшин М.В., Кравец О.Я. Разработка методов распараллеливания запросов в гетерогенных РСУБД // Системы управления и информационные технологии, 2005, N 4(21), с. 71-76.

25. Мериан Л. Хранение с умом // Computerworld, 2003, № 8

26. Мещеряков С.В., Иванов В.М. Построение объектно-реляционных моделей баз данных с произвольным набором атрибутов // Системы управления и информационные технологии, 2005, N 4(21), с. 82-87.

27. Никатина Г. Механизм виртуальных частных баз данных в СУБД Oracle // Открытые системы, 2002, № 7-8

28. Николаев А.В. Особенности интеграции репозитария данных в информационную систему. Моделирование технологических процессов в промышленности и образовании. Сб науч. тр. МАДЩГТУ) М.: 2004. -С . 56-60.

29. Овчинников В.В. Концептуальный язык запросов, не использующий собственные имена отношений // Системы управления и информационные технологии, 2005, N 4(21), с. 87-94.

30. Погодаев А.К., Муравейко А.Ю., Дятчина Д.В. Альтернативные соединения таблиц баз данных // Системы управления и информационные технологии, 2005, N5(22), с. 99-102.

31. Салливан Т. Консолидация в области метаданных //Computerworld, 2001, №2

32. Сидельников В. И., Олейннк П. П. Метод представления истории изменения данных // Информационные технологии N 7, 2006.

33. Стедман К. Метаданные // Computerworld, 2000, № 8

34. Стулов А. Особенности построения информационных хранилищ // Открытые системы, 2003, № 4

35. Тарасова О. Б., Построение интеллектуальной системы генерации прикладных программ с использованием моделей сбора информации // Информационные технологии N 10, 2004.

36. Чен П. Модель «Сущность-связь» шаг к единому представлению данных // СУБД, 1995, № 3

37. Черепицкий А. А. Исследование и разработка структур построения и алгоритмов управления базой данных компьютерных словарей: автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.13.06 / А.А. Черепицкий. СПб., 1999

38. Черняк Л. Мнимая и подлинная нерушимость Oracle // Открытые системы, 2002, № 7-8

39. Шовкун А. В. Управление метаданными в гетерогенных информационно-аналитических системах масштаба предприятия: автореферат диссертации на соискание ученой степени канд. техн. наук: 05.13.11 / А. В. Шовкун. М., 2005.

40. Шонинг X. Tamino СУБД, созданная для XML // Открытые системы, 2002, № 5

41. Набор элементов метаданных Dublin Core (Дублинского ядра). Справочное описание, 2002

42. Borden R. The Metadata Interchange Specification // MetaData Coalition, www.he.net/~metadata

43. Brobst S., The five stages of an active data warehouse evolution // White Paper Teradata corp., 2001, spring

44. Gorman M. An Old Saw That Just Don't Cut // Whitemarsh Information Systems, Corp., www.wiscorp.com

45. Inmon W. Metadata in the Data Warehouse: A statement of vision // White paper, 1997

46. Jennings M. Generic Meta Data Repository Design // Hewitt Associates LLC, www.hewitt.com

47. Kimball R. Meta Meta Data Data. Making a List of Data About Metadata and Exploring Information Cataloging Tools // DBMS Online, 1998, № 3

48. Marco D. Advanced Meta Data Architecture // Enterprise Warehousing Solutions, Inc., www.EWSolutions.com

49. White C. Managing Distributed Data Warehouse Meta Data // DM Rewiew Magazine, 1999, № 2

50. The CERIS Metadatabase Project, http://ceris.metropolis.net/metadatabase/

51. Common Warehouse Metamodel specification, Volume 1 // Object Management Group, 2001, www.omg.org

52. Microsoft SQL Server 2000 Meta Data Services Reference