автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.17, диссертация на тему:Конвергенция неоднородных информационных сред на основе кроссплатформенных программных компонент

На правах рукописи

<А>-

Смирнов Олег Сергеевич

КОНВЕРГЕНЦИЯ НЕОДНОРОДНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СРЕД НА ОСНОВЕ КРОССПЛАТФОРМЕННЫХ ПРОГРАММНЫХ КОМПОНЕНТ

05.13.17 - Теоретические основы информатики

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

11 АПР 2013

Москва-2013

005051712

005051712

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Московский государственный университет «СТАНКИН» на кафедре «Управление и информатика в технических системах»

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Ковшов Евгений Евгеньевич, доктор технических наук, профессор

Варламов Олег Олегович, доктор технических наук, профессор кафедры «Прикладная математика» МАДИ

Саксонов Евгений Александрович, доктор технических наук, профессор кафедры «Вычислительные системы и сети» МИЭМ НИУ ВШЭ

ФГБУН Институт конструкторско-технологической информатики Российской академии наук

Защита состоится «04» апреля 2013 г. в 14— часов на заседании диссертационного совета Д 212.147.03 при Московском государственном университете печати имени Ивана Федорова (127550, г. Москва, ул. Прянишникова, 2А).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет печати имени Ивана Федорова».

Автореферат разослан «27» февраля 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.147.03 д.т.н., профессор 0 н Дгеев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время развитие информационных систем и программных комплексов происходит в сторону усложнения их функциональности. Это связано с тем, что за последнее десятилетие рост производительности персональных компьютеров, рабочих станций и современных мобильных устройств, пропускной способности сетевых концентраторов и каналов связи качественно изменили ситуацию в вычислительной технике и сферах ее применения.

Известно, что основные исследования и разработки на протяжении первых трех десятилетий компьютерной эры были направлены на развитие аппаратных компьютерных средств. Это привело к резкому увеличению производительности компьютеров при значительном снижении их стоимости. Однако основной задачей конца минувшего века и начала XXI века стало совершенствование методов повышения эффективности, надежности и качества разрабатываемых информационных систем и комплексов, возможности которых целиком определяются создаваемьм программным обеспечением.

Потребители продукции информационной индустрии желают иметь программное обеспечение, еще лучше приспособленное для их нужд, а это, в свою очередь, приводит к усложнению программных продуктов. Часто, желание получить более мощные и сложные программные решения не сочетается с тем, каким образом они разрабатываются. Современные комплексные информационные системы отличаются большой разветвленностью технологических подсистем, большим числом и разнотипностью оборудования, программно-аппаратных платформ, сложностью алгоритмов управления.

В связи модернизацией военно-промышленного комплекса (ВПК), а также необходимостью сохранения преемственности существующих конструкторско-технологических разработок и информационных систем, обеспечивающих их работоспособность, особое внимание следует уделить решению комплекса вопросов, связанных с сохранением ранее реализованных программных компонент (модулей) и оболочек при эволюционном развитии информационной инфраструктуры предприятия в целом.

Исходя из изложенного, важность разработки эффективных методов конвергенции как существующих неоднородных информационных сред и систем, так и вновь разрабатываемых приобретает особую актуальность.

Степень разработанности проблемы. К настоящему времени выработано множество подходов к разработке информационных систем различного уровня и методов их конвергенции. Такие работы велись и активно ведутся отечественными учеными — О.О. Варламовым, Е.А. Саксоновым, A.B. Матасовым, М.А. Сиротиной, A.M. Седовым, А.И. Логвиным, C.B. Павловым, Р.З. Хамитовым, Д.П. Денисовым, JI.3. Цветановой-Чуруковой, A.M. Гудовым и другими. Так О.О. Варламовым1 выполняется анализ технологий создания современных систем обработки информации и показано, что на уровне программных средств миварный подход значительно расширяет возможности сервисно-ориентированной архитектуры в части интеграции приложений, интеллектуальной обработки данных и адаптивного развития информационных систем в целом. В работе Е.А. Саксонова2 рассматривается обеспечение качества интегрированных информационных систем как основная задача, решаемая в ходе объединения локальных информационных ресурсов в рамках крупномасштабных интегрированных информационных систем.

Разработанные и применяемые методы других вышеуказанных авторов нашли свое воплощение лишь в отдельно взятых информационных системах и задачах и не являются универсальными. Так, в одной из научных работ A.M. Седова3 решается задача интеграции АСУ ТП «СТИМУЛ» с АСУ ТП «СЕЛЕКС», которые отличаются методами и стандартами построения, применяемыми решениями и поддерживающими их аппаратными и программными средствами. Интеграция осуществляется на уровне баз данных за счет возможности обмена данными с единой БД Firebird. В работе А.И. Логвина4 решается задача интеграции аэронавигационной системы России в глобальную систему ОРВД, а в работе Д.П. Денисова5 предлагается модель интеграции электронной библиотеки в единую информационную

1 Варламов О.О. Миварный подход к разработке интеллектуальных систем и проект создания мультипредметной активной миварной интернет-энциклопедии: Известия кабардино-балкарского научного центра РАН - №1 - Кабардино-Балкарский научный центр РАН, 2011. С. 55-64.

2 Забелин O.A., Саксонов Е.А. Подсистема оценки и обеспечения качества данных интегрированной информационной системы: Качество. Инновации. Образование - №8 - Европейский центр по качеству, 2008. С. 56-59.

3 Седов A.M. Интеграция АСУ ТП «Стимул» (НПП «Фемакс», ГНУ ВИЭСХ) с системой компьютерного ведения племучета «Селекс» (РЦ «ПЛИНОР»): Труды международной научно-технической конференции «Энергообеспечение и энергосбережение в сельском хозяйстве - Том 3. - М., 2012. С. 25-30.

4 Логвин А.И. Интеграция аэронавигационной системы России в глобальную систему ОРВД: Научный вестник Московского Государственного Технического Университета гражданской авиации - №139 -М„ 2009. С. 134-135

5 Денисов Д.П. Интеграция электронной библиотеки в единую информационную систему вуза: Открытое и дистанционное образование - №3(27). - М., 2007. С. 23-28.

систему ВУЗа. В качестве основополагающего звена интеграции ИС предлагается использование электронного документа, интерпретация и обработка которого привязана к ОС семейства Windows. Кроме того, предлагаемые методы конвергенции информационных систем не учитывают разнородность программно-аппаратных платформ, основаны на единой шине взаимодействия, а также XML-ориентированного взаимодействия (работы К.В. Антипина, A.B. Фомичева, Сапунова Н.О., Мутина Д.И.), и не имеют унифицированных интерфейсов.

Давая, безусловно, положительную оценку результатам работы всех вышеперечисленных исследователей, отметим наличие ещё нерешённых проблем, среди которых - выбор эффективной модели взаимодействия информационных систем; разработка унифицированного метода конвергенции неоднородных информационных систем, отличающегося от существующих инвариантностью программно-аппаратных платформ и типов данных.

Из изложенного можно заключить, что актуальной задачей является разработка унифицированного метода конвергенции неоднородных информационных сред, сочетающий в себе преимущества различных подходов и повышающий надежность и эффективность разработки новых информационных систем, а также снижающий накладные расходы при эксплуатации.

Объектом исследования диссертационной работы являются информационные системы и комплексы как совокупность прикладных программных приложений.

Предметом исследования диссертационной работы являются алгоритмы, методы и программные средства конвергенции разнородных информационных систем.

Область исследования. Диссертационная работа выполнена в соответствии с п. 12 «Разработка математических, логических, семиотических и лингвистических моделей и методов взаимодействия информационных процессов, в том числе на базе специализированных вычислительных систем», п. 14 «Разработка теоретических основ создания программных систем для новых информационных технологий» и п. 16 «Общие принципы организации телекоммуникационных систем и оценки их эффективности...» Паспорта специальностей ВАК РФ по специальности 05.13.17 - «Теоретические основы информатики» (технические науки).

Целью работы является разработка моделей и инструментальных средств комбинированного метода конвергенции разнородных информационных систем и его применение для повышения эффективности реализации проблемно-ориентированных систем и прикладного программного обеспечения.

В работе поставлены и решены следующие научные задачи диссертационного исследования:

1. Выявить методы и исследовать подходы к конвергенции неоднородных информационных сред.

2. Разработать метод, позволяющий унифицировать интерфейсы взаимодействия информационных систем при применении кроссплатформенных программных компонент.

3. Разработать унифицированный метод конвергенции неоднородных информационных систем на базе применения кроссплатформенных программных компонент.

4. Разработать методику оценки эффективности конвергенции и разработки информационных систем.

5. Выполнить практическую интеграцию разнородных информационных потоков в среде прикладной информационной системы на основе разработанного метода конвергенции с целю подтверждения теоретических положений, выдвинутых в работе.

Методы исследования. При решении задач, поставленных в работе, были использованы основные положения теории множеств, теории вероятностей, методы системного анализа, математической статистики, статистической обработки данных; при разработке программной реализации - методы объектно-ориентированного моделирования и программирования.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующих положениях:

1. Разработана информационная модель, позволяющая унифицировать программные интерфейсы взаимодействия информационных систем при применении кроссплатформенных программных компонент.

2. Разработан унифицированный метод конвергенции неоднородных информационных систем на базе применения кроссплатформенных программных компонент, отличающийся инвариантностью программно-аппаратных платформ и типов данных.

3. Разработан комплексный метод оценки эффективности конвергенции информационных систем на основе количественного метода оценки,

позволяющий учитывать временную составляющую процесса разработки, когда критериями эффективности являются совокупная стоимость владения программным обеспечением и время реализации информационной системы.

Практическая значимость. Предложенная методика конвергенции информационных сред может быть использована на самых ранних этапах проектирования информационных систем при реализации программных продуктов и комплексов, за счет чего достигается существенное сокращение финансовых и временных затрат на ее разработку, а также повышение надежности комплексного программно-аппаратного решения. Кроме того, предложенная методика используется в качестве инструментального средства для проведения различного рода теоретических исследований взаимодействия разнородных информационных систем.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Информационная модель, позволяющая унифицировать интерфейсы взаимодействия информационных систем при применении кроссплатформенных программных компонент.

2. Унифицированный метод конвергенции неоднородных информационных систем на базе применения кроссплатформенных программных компонент.

3. Комплексный метод оценки эффективности конвергенции информационных систем.

Достоверность и обоснованность научных положений и выводов обеспечивается корректным использованием базовых методов исследования и математического аппарата. Достоверность результатов работы подтверждается сериями натурных экспериментов и сравнением данных, полученных в ходе экспериментов, с данными, полученными ранее по рассматриваемой тематике.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы нашли свое непосредственное применение в процессе разработки корпоративной информационной системы ОАО «НПО «ЛЭМЗ» (г. Москва).

Теоретические положения внедрены в учебный процесс ФГБОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН» и в настоящее время используются при подготовке магистрантов по магистерским программам: 220200.68-20 «Человеко-машинные системы управления» и 230100.68-01 «Теоретическая информатика». Материалы диссертационной работы использованы в качестве методологической основы при разработке общеуниверситетских

курсов лекций и практических занятий по дисциплинам «Информатика», «Программирование и основы алгоритмизации» и специальной дисциплине «Распределенные компьютерные информационно-управляющие системы».

Кроме того, определена целесообразность применения разработанной методики при создании прикладного программного обеспечения информационных систем в научно-практических разработках малого инновационного предприятия ООО «Компьютерные системы и технологии» (г. Москва).

Результаты работы подтверждены актами внедрения, имеющимися в приложении к диссертации.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты работы докладывались на следующих конференциях и семинарах: Научно-практической конференции «Автоматизация и Информационные Технологии» (г. Москва, ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2010); III научно-образовательной конференции «Машиностроение - традиции и инновации» (г. Москва, ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2010); IV всероссийской научно-технической конференции «Прикладная информатика и математическое моделирование» (г. Москва, ГОУ ВПО МГУП, 2010); Школе-семинаре «задачи системного анализа, управления и обработки информации» (г. Москва, ГОУ ВПО МГУП, 2010); V всероссийской научно-технической конференции «Прикладная информатика и математическое моделирование» (г. Москва, ГОУ ВПО МГУП, 2011); XIV научной конференции «Математическое моделирование и информатика» (г. Москва, ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2011); Всероссийской молодежной конференции «Инновационные технологии в машиностроении (ИТМ-2011)» (г. Москва, ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2011); Научно-технической международной молодежной конференции «Системы, методы, техника и технологии обработки медиаконтента» (г. Москва, ГОУ ВПО МГУП, 2011); XVII Международной научно-технической конференции «Информационно-вычислительные технологии и их приложения» (г. Пенза, ПГСХА, 2012); IV Международной научно-практической конференции «Повышение управленческого, экономического и инновационно-технического потенциала предприятий, отраслей и народнохозяйственных комплексов» (г. Пенза, ПГСХА, 2012); Международной научно-практической конференции «Организационно-экономические и технологические проблемы модернизации экономики России» (г. Пенза, ПГСХА, 2012); I Международной научно-практической конференции «Управление

инновациями: теория, методология, практика» (г. Новосибирск, 2012); VIII Международной научно-практической конференции «Перспективы развития информационных технологий» (г. Новосибирск, 2012); Межвузовской научной конференции молодых ученых и студентов «ИННОВАЦИИ В ЭКОНОМИКЕ - 2012» (г. Москва, ГОУ ВПО МГТУ «СТАНКИН», 2012); 1-ой научно-практической конференции «MedSoñ-HayKa-2012» (г. Москва, Бизнес-центр отеля «Измайлово», 2012).

Публикации по теме работы. По теме диссертации опубликовано 11 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 139 страницах машинописного текста и состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и семи приложений. Список литературы включает 110 источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследования, проведенного в рамках диссертационной работы, указана степень разработанности проблемы, сформулирована научно-техническая задача исследования, приведены цель работы, объект и предмет исследования, перечислены основные задачи исследования. Обоснована научная новизна, приведена практическая ценность работы, сведения о реализации ее результатов.

В первой главе рассмотрено текущее состояние исследований в области разработки и конвергенции информационных сред, отмечены особенности существующей разнородности информационных сред, их архитектуры, а также гетерогенности коллекций информационных ресурсов. Вводится описание состава информационной среды, необходимого для процесса информационного обеспечения. Представлена классификация современных информационных систем.

Проведен анализ основных способов разработки информационных систем, методологий и моделей повышения и оценки надежности. Рассматриваются вопросы, связанные с надежностью аппаратного обеспечения и предлагается применение накопленного объема знаний для решения проблем обеспечения надежности программных решений. Рассматривается основная модель программной компоненты информационной среды, демонстрирующая отображение элементов пространства входов в соответствующие элементы пространства выходов.

Делается вывод о том, что возникновение ошибок является случайным процессом, в силу того, что для элементов пространства входов программных компонент (модулей информационных систем) характерна неопределенность. В связи с этим практически невозможно проверить выходы программных компонент при любых ожидаемых значениях входов.

Надёжностное моделирование является перспективным методом обеспечения надежности информационных систем и имеет возможность прогнозировать число ошибок, остающихся в системе, на основе использования статистической информации. В работе затрагиваются другие аспекты обеспечения надежности программных систем и сред — надёжностное проектирование и испытания, направленные на обеспечение надежности. В диссертационной работе предложена графовая модель, определяющая структуру совокупностей подсистем:

G =< V,E,D> (1)

где V = {vt\i = \,n} - множество вершин (программных компонент системы), E={gy} - множество дуг (связей информационных компонент системы), D = {d„} - множество весов дуг графа, определяемых в ходе моделирования информационного взаимодействия программных компонент системы.

Для минимизации затрат движения информационных ресурсов предлагается оптимизация графовой модели методом Дейкстры. В работе рассматривается один из вариантов перехода к графовой модульной модели информационной среды путем минимизации зависимостей программных компонент и инкапсуляции возможных ошибок в подсистемах низших уровней.

Проанализированы стандарты и объектные технологии разработки информационных систем (CORBA, DCOM, модель JavaBeans и CASE технологии), а также методы конвергенции, основанные на технологии серверных приложений (JBoss AS и SOA). Отмечены их недостатки, среди которых выделены:

• высокие затраты на внедрение и сопровождение;

• недоступность всех программных решений при выходе из строя сервера приложений;

• высокая сложность создания программных приложений;

• высокие требования к производительности аппаратной составляющей и скорости каналов связи.

Рассмотрен вопрос обеспечения переносимости программных решений. В частности рассматриваются наиболее популярные методы, такие как использование бинарных файлов, использование исходного кода, использование интерпретируемого кода, использование эмуляторов ABI и виртуализация (Г. Попек, Р. Голдберг).

Освещаются современные средства и методы разработки платформонезависимых приложений с графическим пользовательским интерфейсом (GUI). Основной акцент при этом делается на методы переносимости программного обеспечения, что позволяет решить проблему поддержки программного продукта в долгосрочной перспективе, а также -зависимости от единственного поставщика.

В завершении главы выполнена формулировка цели постановка и задач исследования.

Во второй главе описывается применение стратегии унификации программных интерфейсов с целью повышения эффективности модульного подхода за счет использования кроссплатформенной технологии реализации информационных систем. Рассмотрен классический модульный подход в программировании и выявлены его недостатки. Из основных недостатков были выделены такие как аппарат подпрограмм (функций), представление исходного кода на разных языках программирования, отсутствие унифицированных механизмов сопряжения программных продуктов и разнородность архитектуры и программно-аппаратных платформ. Для разработки сложных информационных систем таких подходов недостаточно. Решением вышеописанных проблем конвергенции информационных сред является применение модифицированного модульного подхода, где в качестве программной компоненты (модуля) выступает бинарное программное решение, выступающее в роли независимо функционирующей компоненты системы. При таком подходе в качестве модуля используется бинарное программного решение, которое выступает в роли независимо функционирующей компоненты системы.

Для повышения эффективности конвергенции неоднородных информационных систем в работе предложено использовать конвейерную архитектуру (если одновременная обработка данных при нахождении их в одном состоянии невозможна), а также - распределенную архитектуру. В случае распределенной архитектуры совокупность действующих программных компонент системы предлагается организовать в систему с контейнерами сообщений и хранилищем данных (рис. 1).

ПКЗ

ПК4

ПКп

Рис. 1. Распределенная архитектура информационной системы с контейнерами

Применение распределенной архитектуры для решения задачи конвергенции и разработки информационных систем как жесткой, так и гибкой конфигурации позволяет добиться повышения скорости конвергенции, а также снизить накладные расходы и совокупную стоимость владения информационным продуктом. Рассматриваются вопросы определения надежности как конвейерной, так и распределенной архитектуры. Так в случае конвейерной архитектуры надежность системы для зависимых событий определяется следующим образом:

Р(Л) = ПР(4),

(2)

где событие А имеет место тогда и только тогда, когда имеют место все события А,, Р - надежность.

При применении параллельного соединения компонент системы, при котором система исправна, если исправен хотя бы один ее элемент, вероятность безотказной работы системы будет равна:

г{±А=1-т-рм\ (з)

V. /=1 у ;=1

где A¡, А2,..., Ап - случайные события, P(A¡), Р(А2),..., Р(Ап) - вероятность безотказной работы, п - количество компонент системы.

Рассмотрена проблема влияния человека как звена, обеспечивающего реализацию задуманного функционала на показатель надежности всей системы. Показатель надежности всей системы определяется как:

РсЮ = Я, И ■ (4)

где Рс - показатель надежности всей системы, Рч - показатель надежности

человека, Рм - показатель надежности профаммной компоненты (модуля). Ошибка человека была определена как невыполнение поставленной задачи (или выполнение запрещенного действия), которое может явиться причиной повреждения оборудования либо нарушения нормального хода запланированной работы аппаратно-программной компоненты системы.

В диссертационной работе определена задача разработки информационной системы, как задача реализации искомой системы А на основе совокупностей унифицированных модулей £1,...,£5,5е[1,т]. Технология разработки программных систем на основе модульного подхода позволяет вести такое разбиение от задачи А к совокупности программных компонент Описана основная модель конвергенции

информационных сред (рис. 2) и описаны её свойства.

Рис. 2. Модель конвергенции модульной структуры информационных сред

В модели модульной структуры (рис. 2) в роли программных компонент системы выступают программные модули Е,,...,ЕХ с унифицированными

интерфейсами взаимодействия. При невозможности сопоставления данных на выходе модуля с входом определенного контейнера необходимо реализовать архитектурную функцию системы. Под архитектурной функцией понимается такая функция, поддерживающая взаимодействие программных компонент с контейнерами, выделенными в архитектуре информационной системы, и реализуемая определенной программной компонентой системы.

Применение такой модели позволяет повысить эффективность конвергенции информационных систем, а также снизить накладные расходы при эксплуатации и время реализации системы. Рассмотрено представление модульной структуры информационной системы как совокупность элементарных узлов, соединенных параллельно-последовательным способом и описано условие работоспособности такой системы. После составления функции работоспособности системы в виде функции алгебры логики:

Fx =ах va2 va, w ак v...vo,a2 va,ö3 vaxak v ...v axa2a3...ak_xak, (5)

где ak - событие, состоящее в том, что модуль Es находится в работоспособном состоянии, s е [1 ,/и], к— номер события, к £ N. Далее описан переход к вероятностной функции, с помощью которой определяются характеристики надежности, такие как время бесперебойной работы системы, состоящей из N параллельно соединенных элементов. Сам процесс перехода к вероятностной функции осуществляется путем преобразования выражения (5) к бесповторной форме функции алгебры логики (БФАЛ), так как одна и та же переменная может входить в состав нескольких конъюнкций. Для этой цели имеется ряд алгоритмов: C.B. Маркова, Ю.Б. Мерекина, И.А. Рябинина, A.C. Смирнова и др. Функции работоспособности не являются минимальными. Для минимизации функции работоспособности используются тождества и законы математической логики, такие как закон коммутативности, ассоциативности, дистрибутивности и др.

В диссертационной работе описана основная модель определения времени реализации информационной системы исходя из способа организации разработки (последовательный способ, параллельный и последовательно-параллельный). Исходными данными модели являются: m — количество модулей системы; п — количество разработчиков или групп разработчиков.

Общее время реализации информационной системы при последовательном способе разработки (от = 1), параллельном (т>п) или последовательно-параллельном (п>т> 1) равно:

T(n,m)

Y4krt„m = 1

i=l

п-1

Y,krti-YJtk,,n>m> 1

(6)

;=i

max

п

i=1

'=i

, т>п

где - время разработки модуля и-ым разработчиком; - количественная мера сложности реализации; - наименьшая норма времени между каждой парой смежных операций.

Предложена модель и рассмотрена задача определения эффективности реализации многокомпонентной информационной системы «Дельта-План». В основе методики лежит метод «Гистограммы», позволяющий провести анализ точности и стабильности процесса, а также увидеть закономерности, трудно различимые в простой таблице с набором цифр, оценить проблемы и найти пути их решения. Общее время реализации информационной системы можно определить, исходя из суммы времени реализации каждым разработчиком определенного набора программных компонент:

гр РЕАЛИЗАЦИИ _ V^ гр ОБЩЕЕ ~ / ,1

;=1

РАЗРАБОТЧИКА ОБЩЕЕ '

(7)

где п - количество разработчиков, пей.

Общее время разработки набора программных компонент соответствующим разработчиком:

р РАЗРАБОТЧИКА 1 ОБЩЕЕ

Ш

(В)

i=1

где — время разработки и-ым разработчиком, т — количество модулей ИС, теМ.

-1- —1—г

+ 9б!|бшшм

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Модули ИС

Рис. 3. Гистограмма хода разработки системы

В диссертационной работе задачу оценки количества модулей информационной системы предложено решить методом анализа иерархий (МАИ). Этот математический инструмент системного подхода к сложным проблемам принятия решений позволяет в интерактивном режиме найти такой вариант (альтернативу), который наилучшим образом согласуется с пониманием сути проблемы и требованиями к ее реализации.

В соответствии с МАИ экспертами формируется матрица парных сравнений (матрица относительных весов) IV:

1

Щ

•и>,

»V,

м>,

V,/ "ж

1

(9)

V / 'Ч / ,У2 у

где ^2'"-? ^ - положительные значения критерия веса на множестве объектов ъ — номер набора программных модулей, г ё М.

Искомый весовой вектор находится как собственный

вектор этой матрицы, отвечающий максимальному собственному значению. Положительные значения критерия веса определяются экспертами путем сравнения первого веса набора с весами последующих наборов, тем самым формируя первую строку матрицы парных сравнений. Остальные элементы матрицы находятся исходя из соотношения:

aii = ai\aii = —> i = 2,...,и; j = 1,2,...,n (10)

«1,

В третьей главе определена и поставлена задача разработки информационной системы «Организация закупочной деятельности» и ее последующая интеграция в существующую корпоративную информационную систему «Дельта-План», а также - задача конвергенции существующей информационной системы «Учет материальных нормативов» в ИС «Дельта-План». Рассмотрена программная реализация предложенных в диссертационной работе моделей и разработанных алгоритмов. На практическом примере описана и реализована модель перехода информационной архитектуры предприятия к модульной архитектуре программных решений.

Конвергенция ИС «Учет материальных нормативов», выполненной в виде независимого программного приложения архитектуры х86 для семейства ОС Windows, достигается за счет применения кроссплатформенного адаптера, который реализован на языке С++ с использованием кроссплатформенной библиотеки Qt. Контейнером, обеспечивающим конвергенцию, служит база данных Microsoft SQL, синхронизируемая посредством асинхронной репликации.

Реализация ИС «Организация закупочной деятельности» выполнена на языке С#, что позволило провести конвергенцию без применения адаптеров.

Выбор архитектур и платформ реализации основан на информационной структуре предприятия, где доминирующей операционной системой (ОС) являются ОС семейства Microsoft Windows.

Описана структура модуля кроссплатформенной системы-адаптера и приведен пример ее практического применения.

Унификация разработанных ранее программных решений была достигнута за счет применения адаптеров, а новых модулей - за счет применения унифицированного программных компонент при реализации функционала. Повышение надежности и отказоустойчивости информационной системы было достигнуто путем обеспечения синхронизации баз данных методом асинхронной репликации.

В четвертой главе выполнена оценка эффективности реализации информационной системы предприятия в рамках единой информационной среды на основе проведения вычислительного эксперимента. Критериями эффективности были определены: сокращение совокупной стоимости

владения программным обеспечением и сокращение времени реализации информационной системы. Методом оценки эффективности является гибридная модель ТСО и СОСОМО II, а также - модель оценки времени реализации информационной системы.

В работе определена и описана гибридная модель оценки эффективности ТСО и СОСОМО II. Отмечается, что применение гибридной модели позволяет учитывать большее количество факторов, влияющих на оценку времени реализации и эффективности в целом. За счет применения такого подхода повышается точность моделирования оценки эффективности внедрения ИТ-проекта.

Стоимость владения ТСО оценивается в общем случае по формуле:

ТСО = K + N3 - С, (11)

где К - капитальные (единовременные) затраты на ИС, С

эксплуатационные затраты на ИС, N3 - количество лет эксплуатации ИС.

Применение модели СОСОМО II в составе модели ТСО позволяет более точно определить затраты на проектирование ИС - одну из составляющих капитальных затрат.

В ходе реализации ИС на основе вычислительных экспериментов, были получены следующие данные о времени разработки информационной системы в месяцах и сведены в диаграмму Ганта (рис. 4).

; { : { ! i! ! ■

1 1 1 1

- 1 i -n|V. 1 1 : ШШШ

О 2,5 S 7,5 10 12,5 15 17,5 20 22,5 25 27,5 30 32,5 35 37,5 40 42,5 45 47,5 50 52,5 55 57,5 60 62,5 Время разработки (мес.)

Рис. 4. Диаграмма времени разработки ИС

В ходе проведения экспериментов было определено, что фактическое время реализации ИС с применением модифицированного модульного подхода составило 62.5 месяца, а результат оценки гибридной моделью составил 66.3 месяца, из чего следует, что предварительная оценка по

гибридной модели TCO и СОСОМО II немного завышена. Из этого следует, что гибридная модель ТСО и СОСОМО II подразумевает хороший запас при оценке времени реализации ИТ-проектов. Для планируемого срока эксплуатации информационной системы в течение 8 лет экономия средств составила 28.35% на 8 лет или 3.543% годовых.

Оценка времени реализации ИС с применением классического монолитного подхода гибридной моделью составила 81.5 месяц, что на 18.6% дольше, чем реализация ИС с применением модифицированного модульного подхода.

По имеющимся исходным данным была построена гистограмма хода разработки ИС (рис. 5) и определено результирующее значение трудоемкости решения - 199.9 мес.

!

!

s Е

j

i

a. t

» 4 "Ж о- Ш Ii 1 ! ! I II ! II l 1 I 1,

1 2 "1 1 M n t ü I 1 1 II I I S il 1 1 l! 4

1 з 5 7 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 3! 3- 39 41 43 45 47 49 51 53 55

Модули ИС

Рис. 5. Диаграмма хода разработки ИС

Для решения такой задачи было найдено общее время реализации каждого разработчика:

тРАЗРАБОТЧИКАХ _ci 7 р 1 ОБЩЕЕ — J 1. / мес.,

грРАЗРАЮТЧИКА2 ¿п. с 1 ОБЩЕЕ = Ь2.Ьмес.,

40.9 мес.,

j, РАЗРАБОТЧИКА* _ 44 _g мес

и определено результирующее общее время реализации информационной системы:

=199.9 мес.

Сравнивая количественно результирующее общее время реализации информационной системы, полученное в ходе проведения эксперимента со временем разработки ранее реализованных информационных систем, можно

сделать вывод об адекватности выбора инструментального метода и средств разработки ИС.

Оценка стоимости владения ИС при использовании классического монолитного подхода составила:

TCOl = 3471 ООО + 8 ■ 5125500 = 44475 тыс. руб.

Оценка стоимости владения ИС при использовании модифицированного модульного подхода составила:

ТС02 = 2683000 + 8 • 2733600 = 24551 тыс. руб.

Исходя из вышеизложенного, экономия средств при продолжительности эксплуатации ИС 8 лет и применении модифицированного модульного подхода будет составлять:

ТСО, - ТС02 = 19924 тыс. руб.

В данном случае целесообразно построение графика зависимости ТСО

от к и N3, то есть TCO = f(K,N3).

Из графика (рис. 6) видно, что вариант ТС02 с единовременными затратами К2 является предпочтительнее варианта ТСО! при планируемом сроке эксплуатации информационной системы более 1.6 лет. Для планируемого срока эксплуатации ИС в течение 8 лет экономия средств составит 28.35% на 8 лет или 3.543% годовых.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В результате проведенных исследований и экспериментов получены следующие научные и практические результаты:

1. Решена актуальная научная задача, заключающаяся в разработке унифицированного метода конвергенции неоднородных информационных сред и имеющая существенное значение для

повышения эффективности конвергенции информационных систем и сред и снижения стоимости их владения.

2. Разработан комплексный подход к конвергенции информационных систем и сред, основанный на совместном применении кроссплатформенных программных компонент и стратегии унификации интерфейсов взаимодействия.

3. Разработана гибридная модель оценки эффективности от внедрения ИТ-проекта на основе количественного метода оценки, что значительно увеличивает точность оценки эффективности реализации информационной системы, при этом модель позволяет учитывать временную составляющую процесса разработки, тем самым обеспечивается оценка накладных расходов на создание и эксплуатацию и оценка времени реализации системы.

4. Исследованы различные вариации алгоритмов и структур данных, применяемых для оценки эффективности внедрения ИТ-проекта, что позволило выявить недостатки существующих алгоритмических решений и повысить их эффективность на основе применения гибридной модели оценки.

5. Разработана программная реализация части информационной среды предприятия, основанная на использовании кроссплатформенных программных компонент.

6. Получены практические результаты, подтверждающие эффективность разработанных методов; показана целесообразность их применения в конвергенции корпоративных информационных систем.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Батова М.М., Ковшов Е.Е., Смирнов О.С. Разработка информационных систем инновационного промышленного предприятия на основе унифицированного модульного подхода // Инновации, № 05(151), 2011. - С. 102-106.

2. Ковшов Е.Е., Смирнов О.С. Методы оценки и повышения надежности информационных сред промышленного предприятия // Динамика сложных систем — XXI век, №02,2012.-С. 112-116.

3. Смирнов О.С. Конвергенция систем поддержки образовательного контента на основе унифицированного модульного принципа

построения // Современные проблемы науки и образования. — 2012. — №6. [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.science-education.ru/106-7977 (дата обращения: 27.12.2012).

4. Смирнов О.С., Фан Тхань Тунг, Донг Суан Тханг, Чан Суан Тханг. Модели и алгоритмическое обеспечение конвергенции неоднородных интероперабельных информационных сред // Системы управления и информационные технологии, №4.1(50), 2012. - С. 176-179.

В других изданиях:

5. Смирнов О.С. Реализация принципов интероперабельности построения программных систем за счет использования модульного принципа конструирования // Прикладная информатика и математическое моделирование. Межвузовский сборник научных трудов. - М.: МГУП им. Ивана Федорова, 2011. - С. 87-94.

6. Смирнов О.С. Модульный подход к разработке автоматизированных мультимедийных информационных обучающих систем в машиностроении // Инновационные технологии в машиностроении (ИТМ-2011). Материалы всероссийской молодежной конференции. Сборник докладов. - М.: МГТУ «Станкин», 2011. - С. 292-296.

7. Смирнов О.С. Повышение качества программных систем на основе применения унифицированных программных модулей // Информационно-вычислительные технологии и их приложения. Сборник статей XVII Международной научно-технической конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2012. - С. 68-73.

8. Смирнов О.С. Повышение инновационного потенциала предприятий на основе унифицированного модульного конструирования прикладных информационных систем // Повышение управленческого, экономического и инновационно-технического потенциала предприятий, отраслей и народнохозяйственных комплексов. Сборник статей IV Международной научно-практической конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2012. - С. 149154.

9. Смирнов О.С. Обеспечение интероперабельности экономических информационных сред // Организационно-экономические и технологические проблемы модернизации экономики России. Сборник статей Международной научно-практической конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2012. - С. 155-158.

10. Смирнов О.С. Метод обеспечения надежности промышленных информационных систем // Управление инновациями: теория, методология, практика. Сборник материалов I Международной научно-практической конференции. - Новосибирск: ООО «агентство «СИБПРИНТ», 2012.-С. 121-125.

П.Смирнов О.С. Взгляд на автоматизацию конструирования инфокоммуникационных систем для машиностроения // Перспективы развития информационных технологий. Сборник материалов VIII Международной научно-практической конференции. - Новосибирск: ООО «агентство «СИБПРИНТ», 2012. - С. 120-125.

Подписано в печать 26.02.2013 Заказ № 10423 Тираж 100 экз. Объем 1 п.л. Отпечатано: ООО «РВК.ру» г. Москва, ул. Бутырский Вал, д. 48 Телефон (499) 250-8561 www.rvk.ru