автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Исследование и алгоритмизация процесса организации распределенного преобразования информации в системе управления таможенными органами

Введение.

Глава 1. Системный анализ организационной и информационной структур системы управления таможенными органами.

§ 1.1. Анализ функций и организационной структуры системы таможенных органов.

§ 1.2. Анализ организационной и информационной структур системы автоматизации таможенных органов.

§1.3. Анализ основных факторов внешней и внутренней среды системы управления таможенными органами.

§ 1.4. Анализ и разработка классификации информационных процессов системы управления таможенными органами.

Выводы по главе 1.

Глава 2. Системный анализ процесса распределенного преобразования информации в системе управления таможенными органами.

§2.1. Разработка структуры требований к организации информационных процессов в системах управления таможенными органами.

§ 2.2. Разработки системы оценок основных свойств информационных процессов системы управления таможенными органами.

§ 2.3. Структуризация процесса организации и анализ состояния решения задач распределенного преобразования информации в системе управления таможенными органами.

§ 2.4. Определение целей эффективной организации и комплекса задач алгоритмизации процесса распределенного преобразования информации.

Выводы по главе 2.

Глава 3. Алгоритмизация процесса синтеза структур системы распределенного преобразования информации в системе управления таможенными органами.

§3.1. Основные задачи алгоритмизации процесса распределенного преобразования информации.

§ 3.2. Разработка модели многослойной структуры системы распределенного преобразования информации.

§ 3.3. Разработка постановки задачи и метода комплексного синтеза информационной и операционной структур системы распределенного преобразования информации.

§3.4. Решение задачи учета динамики изменения нагрузки в системе в нестационарной среде.ВО

§3.5. Синтез информационной и операционной структур системы распределенного преобразования информации.

§3.6. Разработка метода согласования структур системы распределенного преобразования.

§ 3.7. Разработка методики декомпозиции структуры системы автоматизации на виртуальные сети.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Алгоритмизация процесса оценки качества решения задачи синтеза структуры системы распределенного преобразования информации.

§4.1. Оценка сложности решения задачи синтеза.

§ 4.2. Анализ подходов к решению задачи оценки эффективности функционирования систем распределенного преобразования информации.

§ 4.3. Структура и составляющие процесса оценки эффективности системы распределенного преобразования информации.

Выводы по главе 4.

Общая характеристика работы

Актуальность темы диссертационной работы

Широкое внедрение информационных таможенных технологий на основе сетевых серверных структур открыло качественно новые возможности повышения эффективности процессов управления органами Государственного таможенного комитета РФ (ГТК).

В настоящее время в рамках Единой Автоматизированной информационной системы (ЕАИС) ГТК разработаны и создаются десятки программных комплексов и подсистем, формирующих информационные ресурсы, содержащие необходимую информацию о внешнеэкономической деятельности Государства.

Информационно-вычислительная сеть ЕАИС объединяет около 15 тысяч серверов и рабочих станций и обеспечивает эксплуатацию более 30 информационных таможенных технологий. Накопленный массив данных насчитывает порядка двух миллионов документов и более 90 гигабайт данных, темпы прироста объема БД порядка 600 тысяч записей в квартал. При этом информация необходимая для эффективного функционирования и управления ГТК распределена по территориальным управлениям, таможням и по функциональным управлениям центрального аппарата. Следовательно, повышение качества и эффективности процессов управления необходимо рассматривать в неразрывном единстве с увеличением размерности и сложности объектов управления.

Возрастание сложности объектов неминуемо сочетается с усложнением систем управления. Доказательством объективности этого процесса является теорема У. Эшби [1]: "Объединенная система элементов обладает более богатым выбором способов поведения, чем система, представляющая собой совокупность изолированных частей". Увеличение размерности системы приводит к ее качественно новым свойствам. При этом из принципа необходимой и достаточной сложности вытекает следующее важное соотношение: сложность системы управления должна быть не меньше сложности управляемой системы [1,2].

ГТК относится к классу сложных распределенных организационно-технических систем, который характеризуется наличием большого числа взаимосвязанных подсистем (элементов) со сложными структурными и функциональными отношениями; отсутствием самостоятельного характера функционирования отдельных подсистем, определяемого их местом в системе, целом; многоуровневостью и многокритериальностью оценки состояния в виду многообразия целей отдельных подсистем и слабой формализуемостью как глобальной цели, так и системы управления.

Рассмотренные особенности являются характерными чертами широкого класса организационно-технических, организационно-технологических систем (ОПС). Разнообразие типов сложных систем породило создание различных подходов к их определению, методам алгоритмизации, методам формализации анализа и синтеза, автоматизации синтеза систем управления. [3, 4, 5]

Попытки систематизации методов формализации анализа систем, включая разработку вопросов: выявление и формулировка общих и частных целей развития системы; анализ организационной структуры, включая функции контроля за эффективностью и качеством функционирования системы управления; анализ эффективности различных вариантов декомпозиции системы с целью использования типовых решений; анализ системы обработки данных и методов принятия решений нашли свое отражение в многочисленных работах [6-12]. Практический опыт решения задач разработки автоматизированных систем управления предприятиями и объединениями был обобщен и регламентирован Общеотраслевыми методическими материалами (СОРММ) [13]. Однако, не смотря на методическую ценность, большинство полученных результатов не обладают адекватной эффективностью по отношению к современному уровню размерности и сложности распределенных организационно-технических систем их целям и задачам, а также достигнутому уровню развития средств телекоммуникаций и ВТ. По данным, характеризующим средства разработки крупных систем управления, в 80 годы они составляли 5-7 лет, что уже тогда соответствовало срокам морального старения существующей технической базы и основных научных решений [18].

Аналогичные оценки для системы принятия решений, затрагивающей все уровни управления современной сложной ОПС составляют 5-10 лет [19]. При этом сроки морального старения технической инфраструктуры и основных научных решений резко сократились.

Ретроспективный анализ этих оценок приводит к выводу о характерной особенности развития современных автоматизированных систем управления в условиях гетерогенной инфраструктуры, что является препятствием на пути создания единой управляемой, масштабируемой информационной среды, в том числе и ГТК.

Таким образом, указанные черты, особенности, факторы и оценки свидетельствуют об объективных трудностях в разработке универсальных подходов к решению задач анализа и синтезе современных сложных систем.

В этих условиях правомерным является подход основанный на синтезе структуры системы. Так в [3] под синтезом структуры системы понимается:

1. синтез структуры управляемой системы, т.е. определение оптимального состава и взаимосвязей элементов системы; эта задача является неоднозначной и трудноформализуемой в алгоритмическом плане, для ее решения в реальных ситуациях используются экспертные подходы;

2. синтез структуры управляющей системы: выбор числа уровней и подсистем, т.е. построение иерархии системы, установление принципов организации управления с учетом координации целей подсистем различных уровней с глобальной целью системы; распределение функций между уровнями и элементами на уровнях.

3. синтез структуры систем передачи и обработки информации и информационно-управляющего комплекса, т.е. определение связей между объектами и передаваемых массивов информации, а также размещение центров (узлов) обработки информации.

В зависимости от исходных данных синтез структуры сложной системы включает три класса задач: синтез структуры системы при заданных алгоритмах функционирования; - синтез функции, алгоритмов функционирования системы при известной структуре; синтез структуры и алгоритмов функционирования, распределение ее функции по узлам системы и выбора их состава.

В настоящей работе рассматриваются вопросы, относящиеся к первому и частично третьему классу задач синтеза структуры распределенных систем передачи и обработки информации, т.е. определения связей между объектами и передаваемых массивов управляющей информации, а также размещение узлов обработки информации.

Относительно классов задач следует заметить, что второй класс является наиболее разработанным в теоретическом отношении, тогда как первый и третий в настоящий момент исследованы крайне недостаточно, а для третьего класса не разработано общих принципов и методов решения [1, 4, 5].

Накопившиеся объективные трудности решения задач анализа и синтеза современных сложных распределенных организационно-технических систем привели к сильному отставанию от потребностей практики их исследования и разработки, что привело к сильному влиянию субъективных факторов, снижению их эффективности.

В связи с этим тема диссертационной работы, посвященная решению актуальной научной задачи исследования и алгоритмизации процесса организации распределенного преобразования информации в системе управления таможенными органами, является актуальной.

Цель диссертационной работы

Как уже отмечалось выше, отсутствие универсальных подходов к решению задач анализа и синтеза сложных систем на основе сетевых структур определяет правомочность структурного подхода к синтезу структуры системы при заданных алгоритмах функционирования.

Известные подходы к решению этой задачи основаны на широком использовании методов алгоритмизации [3, 4, 10, 52, 53, 54]. Перечень основных этапов алгоритмизации разработки автоматизированных систем управления разработан в [52]. Детализация этапов алгоритмизации с использованием классификаций задач и методов их решения рассмотрены в [3, 4, 53, 54]. В [4] дан анализ методов алгоритмизации задач синтеза структуры автоматизированной системы управления.

Однако, в силу многообразия объектов алгоритмизации, конкретное содержание этапов и задач, методов их решения зависят от особенностей, уровней размерности и сложности, целей исследуемых объектов. При этом проблемы синтеза систем распределенного преобразования информации, реализации их функционирования в соответствии с предъявляемыми требованиями управляемости, масштабируемости, однородности, практически не исследованы, в том числе и в общеметодологическом плане.

Таким образом целью диссертационной работы является решение научной задачи разработки на основе системного анализа единого научно-методологического комплекса принципов, моделей, алгоритмов, методов алгоритмизации процесса построения системы распределенного преобразования в СУТО.

Задачи исследования

Для достижения цели работы в диссертации были исследованы и решены следующие основные задачи:

1. Системный анализ основных этапов алгоритмизации процесса синтеза структуры системы распределенного преобразования в СУТО.

2. Разработка методики анализа и синтеза структур систем распределенного преобразования информации на основе сетевых структур СУТО.

3. Разработка методики оценки качества синтеза искомой структуры системы распределенного преобразования информации.

Научные результаты

К основным научным результатам, полученным лично автором, включенным в диссертацию и представляемым к защите, относятся:

1. Методологические принципы алгоритмизации процесса организации распределенного преобразования информации в классе сложных организационно-технических систем на основе сетевых структур.

2. Разработка классификации информационных процессов и системы оценок основных свойств информационных процессов в СУТО.

3. Разработка на основе композиционного подхода модели многослойной структуры системы распределенного преобразования информации.

4. Разработка методов комплексного синтеза и согласования информационной и операционной структур системы распределенного преобразования информации.

5. Разработка методики оценки качества решения задачи синтеза структуры системы распределенного преобразования информации в СУТО.

Практическая ценность

Итогом диссертационной работы является разработанный на основе методологии системного анализа единый научно-методологический комплекс принципов, методов, моделей и алгоритмов построения систем распределенного преобразования информации в СУТО.

В связи с этим практическая ценность результатов работы заключается в открывающейся возможности широкого внедрения новых информационных таможенных технологий, основанных на принципах РПИ. К числу которых относятся: DSS - системы (decision support systems) поддержки и принятия решений, в стратегическом и оперативных звеньях руководства. Внедрение новых информационных технологий позволит организовать, во-первых, управление системами автоматизации при анализе текущей ситуации и ее обработке, во-вторых, в определенной мере решить проблемы несовместимости (неоднородности) программно-аппаратных комплексов, в-третьих, обеспечить эволюционность их развития, повысить степень адаптации СУТО к воздействию внешних и внутренних дестабилизирующих факторов, в целом повысить эффективность работы должностных лиц (ДЛ) и, следовательно, качество управления таможенными органами.

Методы исследования

В работе использованы методы системного анализа, методология системного подхода, методы алгоритмизации процесса анализа и синтеза сложных систем, методы исследования операций, методы математического программирования, методы теории вероятностей и математической статистики.

Апробация работы

Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на пяти отраслевых Всероссийских научных конференциях в период с 1995 по 2002 г. (Санкт-Петербурге), а также на научно-практических конференциях: "Автоматизация таможенных органов - 8 лет деятельности ГНИВЦ ГТК РФ", (Москва - 1998 г.), "X лет автоматизации деятельности таможенной службы России" (Москва-2000 г.).

Реализация результатов и предложения об использовании.

Результаты диссертационной работы внедрены и нашли свое практическое применение в деятельности ГТК РФ. Область применения полученных результатов -крупные корпоративные организационно-технические системы, обладающие развитой инфраструктурой транспортного уровня (собственные, арендованные, государственные сети), к числу которых можно отнести МПС, органы управления Налогового комитета, ЦНИИ "Центр" и т.д.

Публикации

Научные и практические результаты диссертационной работы опубликованы в научных работах.

Структура диссертации

Логическая структура диссертации определена последовательностью этапов алгоритмизации процесса разработки автоматизированных систем управления и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы.

Выводы:

1. Оценка эффективности - это один из важнейших подпроцессов управления. Для систем без управления оценка эффективности возможна только на этапе создания, в дальнейшем для таких систем она бессмысленна.

2. В методологическом аспекте процессы оценки эффективности систем, процессов (функционирующих систем) и решений осуществляются одинаково. Различие заключается лишь во времени и способе их реализации.

3. Показатель эффективности не тождественней параметру исхода операции (ПИО), хотя иногда и есть возможность проводить оценку эффективности непосредственно по ПИО.

4. Оценка эффективности функционирования системы не самоцель, а лишь средство для выявления несоответствий в исследуемой системе и (или) для анализа эффективности принятых решений.

5. В рамках процесса оценки эффективности нельзя оценивать адекватность. Адекватность для исследуемой системы оценивается суперсистемой на этапах выработки для первой целей и оценки степени их достижения.

6. С течением времени одна и та же система в связи с динамизмом целей может перейти из режима эффективного функционирования к неэффективному и наоборот (последнее менее характерно).

7. Результатом оценки эффективности обычно является булева переменная, значение которой "истинно", если система находится в области ситуаций, описывающей цель или ее окрестность, и "ложно", если этого не происходит.

8. Оценка качества системы РПИ САТО по совокупности показателей:

- gn[r] - степени сокращения потоков информации,

- Won - оперативности ПП в системе РПИ,

- С° - соотношения стоимостей операций по преобразованию информации,

Заключение и основные результаты диссертации

Для решения актуальной научной задачи синтеза структуры РПИ в СУТО автором были последовательно реализованы на основе системного анализа определяющие этапы алгоритмизации процесса разработки автоматизированных систем управления сложными распределенными организационно-техническими системами.

При этом были получены следующие основные научные результаты:

1. На основании анализа, диагноза, прогноза развития СУТО сформулирован композиционный подход к решению задачи синтеза многослойной структуры системы РПИ.

2. Разработана модель многослойной структуры системы РПИ, а также метод комплексного синтеза информационной и операционной структур.

3. Разработаны алгоритмы синтеза информационной и операционной структур, а также синтеза операционной структуры с заданными параметрами живучести.

4. Разработаны методы согласования структур многослойной структуры системы РПИ, а также декомпозиции на виртуальные сети.

5. Разработана методика оценки эффективности решения задачи синтеза структуры системы РПИ, включающая эффективный полиномиальный алгоритм оптимизационной задачи синтеза структур процессного слоя.

Практическая ценность результатов работы заключается в создании единого научно-методического комплекса принципов, методов, моделей и алгоритмов решения актуальной научной задачи алгоритмизации процесса распределенного преобразования информации в СУТО.

Таким образом, полученные результаты являются законченным решением задачи диссертационного исследования.

1. Дмитриев А. К., Мальцев П. А. Основы теории построения сложных систем. Л.; Энергоатомиздат, 1988.

2. Яблонский А. И. Процесс усложнения систем. Системные исследования. Методологические проблемы. М.; Наука, 1984.

3. Цвиркун А. Д. Основы синтеза структуры сложных систем. М.; Наука, 1982.

4. Мамиконов А. Г., Цвиркун А. Д., Кульба В. В. Автоматизация проектирования АСУ. М.; Энергоатомиздат, 1981.

5. Черкасов А. М., Гринштейн В. А. Автоматизация проектирования АСУ с использованием ППП. М.; Энергоатомиздат, 1987.

6. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. М.; Наука, 1978.

7. Бусленко В. Н. Автоматизация имитационного моделирования сложных систем. М.; Наука, 1977.

8. Мамиконов А. Г., Кульба В. В., Цвиркун А. Д. Проектирование подсистем и звеньев АСУ. М.; Высшая школа, 1975.

9. Отраслевые автоматизированные системы управления. Под редакцией Федоренко Н. П. М.; Наука, 1973.

10. Алгоритмизация в АСУ. Ивашитский Б. Б., Игнатенко И. П., Шкурба В.В. Управляющие системы и машины, 1973, №6, с 1-7.

11. Садовников Д. И., Энштейн В. Л. Методы изучения и описания потоков информации. М.; ИПУ, 1970.

12. Модин А. А., Зингер И. С., Коротяев М. Ф. Исследование и анализ потоков информации на промышленных предприятиях. М.; Наука, 1973.

13. Общеотраслевые руководящие методические. по созданию автоматизированных систем управления предприятиями и производственными объединениями. М.; Статистика, 1977.

14. Кульба В. В., Цвиркун А. Д. О распределении множества решаемых задач между различными узлами АСУ. В кн.: Информация о модели структур управления. - М.; Наука, 1972.

15. Янбых Г. Ф. Эвристический алгоритм описания сети вычислительных центров. Известия АН СССР. Техническая кибернетика, 1970, №6, с 6-11.

16. Янбых Г. Ф., Эттингер Б. Я. Методы анализа и синтеза сетей ЭВМ Л.; Энергия, . отделение, 1980.

17. Евдокимов В. В., Рейнер В. Л. Машинный синтез АСУП М.; Статистика, 1980.

18. Гусаков А. А. Автоматизация проектирования как . проблема совершенствования проектного дела в строительстве. М.; ЦНИИПИАСС, 1978.

19. Опыт внедрения SAP BW II Enterprise Partner №24, 2001, №2, 2002.

20. Гусев С. Л. Сборник "Заполнение и контроль граф электронной копии грузовой таможенной .". М.; ГНИВЦ ГТК РФ, 1996 (редакция 1:3, 178с.).

21. Гусев С. Л. Сборник " Заполнение и контроль электронной копии грузовой таможенной декларации" (вторая редакция) Санкт-Петербургской РО ГНИВЦ, 1996, 42с.

22. Кулешов А. В., Гусев С. Л. Применение средств автоматизации в производстве таможенного контроля и оформления грузов. В кн.23,24