автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Метод поддержки принятия решений при разработке информационных систем на основе мультиагентного подхода

УДК 004.896

На правах рукописи

СПИЦИНА Ирина Александровна

МЕТОД ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ МУЛЬТИАГЕНТНОГО ПОДХОДА

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка

информации

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук 2 6 ПАР 2015

005561213

Новосибирск - 2015

005561213

Работа выполнена на кафедре информационных технологий ФГАОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина» (УрФУ).

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент,

Аксенов Константин Александрович

Официальные оппоненты: Губарев Василий Васильевич,

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры вычислительной техники ФГОБУ ВПО "Новосибирский государственный технический университет" Чиркунов Кирилл Сергеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры математического моделирования бизнес-процессов ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»

Ведущая организация : ФГБУН «Институт машиноведения Уральского отделения Российской академии наук»

Защита состоится 15 мая 2015 г. в 15 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д 219.005.03 при ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики» по адресу 630102, г. Новосибирск, ул. Кирова, 86, ауд. 625.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики», а также на сайте http://www.sibsutis.ru/science/postgraduate/dis_sovets/.

Автореферат разослан «/У» марта 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 219.005.03

К.Т.Н. ^ Полетайкин Алексей Николаевич

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Работа посвящена решению проблемы разработки метода поддержки принятия решений (ППР) в области создания информационных систем (ИС) на основе мультиагентного подхода. Объектом автоматизации выступает организационно-техническая система (ОТС), которая представляет собой совокупность организационной структуры и находящихся в её распоряжении технических средств, т.е. совместно рассматривается человек и информационная система. Разработка ИС является мероприятием с высокой степенью риска. Согласно исследованиям, только 22% проектов, длящихся более двух лет, завершаются в установленный срок. Одной из причин такого явления - это искажение и потеря информации о разрабатываемой ИС и особенностях процессах в цепочке ее передачи пользователь - аналитик - разработчик. Техническое задание (ТЗ) - должно являться связующим звеном, однако оно недостаточно полно отражает как предметную область ОТС (в части процессов согласования и принятия решений), так и не решает вопрос увязывания ожиданий пользователя с требованиями к ИС (из всего ТЗ пользователю понятен раздел "Функции системы", с ИС пользователь отождествляет визуальный, пользовательский интерфейс (ПИ).

Успешность разработки ИС во многом определяется проработанностью методологического подхода, используемого в процессе проектирования. При этом следует отметить следующие моменты. Во-первых, существующие методики и инструментальные средства не дают единой модели информационной системы, как с точки зрения разработчика, так и пользователя - предметного специалиста. Во-вторых, для ОТС характерны процессы принятия решений, которые предполагают работу со знаниями, формализуются сценариями и в ряде случаев предполагают согласование решений. Существующие методики не позволяют в комплексе решить вопросы формализации и информатизации процессов принятия решений. В-третьих, для анализа, совершенствования и реинжиниринга бизнес-процессов (БП) в ОТС используются средства имитационного и мультиагентого моделирования. Однако применение данных средств на этапах автоматизации и информатизации до сих пор ограниченно в силу двух причин: во-первых, затраты на разработку имитационной модели, во-вторых, отсутствие возможностей использовать полученные результаты и знания на этапах автоматизации. Эффект от информатизации будет намного выше, если решать задачу автоматизации совместно с задачей совершенствования БП.

Большой вклад в рассматриваемую тему внесли работы следующих исследователей: Александрова Д.В., БоэмаБ., Буча Г, Вендрова A.M., ГейнаК., Городецкого В.И., Калянова Г.Н., Карсаева О.В., Клебанова Б.И., Минского М., Ойхмана Е.Г., Попова Э.В., Рамбо Дж., Ройса У., Сарсона Т., Скобелева П.О., Филипповича А.Ю., Хаммера М., Дж. Чампи, Швецова А.Н., Jennings, N.R., Wooldridge M.J., Аксенова К.А..

В настоящее время существуют различные подходы к разработке. Структурный подход (IDEFO, DFD) позволяет описать разрабатываемую систему в виде иерархии взаимосвязанных функций. Такое представление понятно аналитику и пользователю. Для анализа узких мест и динамических характеристик используется имитационное моделирование. При описании модели разрабатываемой системы с точки зрения разработчика применяют объектно-ориентированный подход (язык UML). Экспертные системы закрывают вопросы, связанные с описанием знаний и сценариев принятия решений. Мультиагентные системы (MAC) позволяют автоматизировать процессы согласования решений и взаимодействие лиц, принимающих решения (ЛПР). Функции ЛПР выполняют программные агенты. Каждый из них в отдельности, не закрывает всех вопросов, возникающих при автоматизации процессов ОТС. В связи с этим, актуальным является анализ существующих динамических моделей процессов ОТС и моделей архитектуры информационных систем, и на их основе, создание метода ППР, совмещающего в себе эти подходы, а также программного обеспечения для его реализации - системы поддержки принятия решений (СППР).

Работа выполнена при поддержке хоздоговорной НИР № ♦01200601073, НИР № 01.2.007 08048 - Фонда содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере и договора № 02.G25.31.0055 (проект 2012-218-03-167).

Объект исследования

Процессы разработки информационных систем и автоматизации организационно-технических систем.

Предмет исследования

Системы и методы поддержки принятия решений в области разработки информационных систем предметной области ОТС.

Цели и задачи исследования

Основной целью диссертационной работы является разработка метода поддержки принятия решений для задачи автоматизации процессов ОТС. Для реализации основной цели исследования в работе необходимо решить следующие задачи:

1) определить особенности, характерные для организационно-технических систем;

2) провести анализ существующих методов и средств создания информационных систем с целью оценки уровня развития данного направления;

3) провести анализ существующих моделей формализации процессов ОТС, учитывающих динамику процессов и человеческий фактор, с целью выбора адекватной модели для дальнейшего использования ее при разработке метода;

4) разработать концептуальную модель ОТС: выделить и описать основные объекты и взаимосвязи между ними, с целью формализации предметной области;

5) разработать концептуальную модель ИС: выделить и описать основные объекты и взаимосвязи между ними, с целью построения алгоритмов разработки информационной системы;

6) разработать информационно-алгоритмическое обеспечение, реализующее предложенный метод;

7) провести исследование новой программной среды при проведении анализа процессов и разработке информационной системы.

Методы исследования

Для достижения поставленной цели используются: методы принятия решений, системный анализ, теория проектирования информационных систем, имитационное и экспертное моделирование, методологии структурного и объектно-ориентированного анализа и проектирования, мультиагентный подход.

Основные научные результаты и положения, выносимые на защиту:

1. Метод поддержки принятия решений при разработке информационных систем, который отличается от существующих:

- применением на этапе обследования предметной области мультиагентного имитационного моделирования для анализа процессов ОТС (бизнес-процессов, процессов согласования и принятия решений);

- рассмотрением распределенной ИС в виде человеко-машинной мультиагентной системы, содержащей как реактивных программных агентов, так и интеллектуальных агентов (лиц, принимающих решения, взаимодействующих с ИС и участвующих в процессах ОТС);

- применением фреймово-семантической модели представления знаний на основе фрейм-концептов и концептуальных графов, с целью формализации знаний о предметных областей разработки ИС и ОТС;

- интеграцией структурного и объектно-ориентированного подхода (ООП), мультиагентного подхода для решения задачи поддержки принятия решений при автоматизации процессов ОТС;

- преобразованием мультиагентной имитационной модели ОТС в основу модели архитектуры ИС и ее элементов, представление архитектуры в виде структурных диаграмм и диаграмм объектно-ориентированного подхода для обеспечения эффективного взаимодействия между специалистами-предметниками и ИТ-специалистами;

- анализом эффективного распределения базы данных при наличии риска продолжительных отказов в обслуживании распределенной ИС.

2. Компьютерная технология поддержки принятия решений в области разработки информационных систем, базирующаяся на:

- интеграции со средством визуального динамического моделирования иерархических мультиагентных процессов преобразования ресурсов (МППР, для моделирования ОТС);

- графических средствах описания архитектуры ИС, поддерживающих следующие нотации: МППР, ГОЕРО, ОББ, ЦМЬ;

- фреймово-семантической оболочке экспертной системы для реализации метода разработки ИС;

- моделировании визуальных элементов пользовательского интерфейса информационной системой.

Достоверность полученных положений и выводов подтверждается экспериментальным обоснованием предлагаемых подходов к разработке информационных систем: компьютерная технология поддержки принятия решений в области разработки информационных систем применялась на предприятиях при разработке конкретных программных модулей.

Научная новизна исследований состоит в следующем:

- на основе анализа особенностей процессов ОТС выявлена необходимость интеграции структурного, агентного и объектно-ориентированного подходов, имитационного моделирования для задачи разработки ИС;

- предложен новый метод поддержки принятия решений для задачи разработки ИС на основе интеграции структурного, агентного и объектно-ориентированного подходов, имитационного моделирования;

- разработаны новые концептуальные модели предметной области (КМПО) ОТС (которая позволяет описать как имитационную модель процессов ОТС, так и модели лиц, принимающих решения) и предметной области ИС (которая ориентирована на поддержку и структурного и объектно-ориентированного подхода);

- разработан новый алгоритм перехода от объектов КМПО ОТС в объекты КМПО ИС, который решает задачу установления соответствия концептов предметной области автоматизируемых процессов ОТС концептам предметной области ИС, и который лег в основу разработки и создания проблемно-ориентированной СППР, что позволяет в отличие от существующих методик формировать согласованные между собой диаграммы структурного и объектно-ориентированного подхода, описывающие архитектуру ИС.

Научная значимость исследований заключается в развитии теории и методов построения СППР, компьютерного моделирования МППР и ИС.

Практическая значимость работы состоит в том, что результаты исследований легли в основу реальных алгоритмов, метода и системы поддержки принятия решений в области создания информационных систем, при этом, в частности:

- разработан инструментарий трансляции модели ОТС в модель информационной системы как совокупности диаграмм функционального и объектно-ориентированного подхода;

- разработан инструментарий моделирования пользовательского интерфейса информационной системы.

Предложенный метод и СППР в области создания ИС дают возможность анализа вариантов реализации процессов в организационно-технических системах за счет имитационного моделирования, а также

сокращения сроков реализации информационных систем за счет автоматизации процессов перехода между этапами разработки. Пакет BPsim.SD внедрен в ЗАО «Ведение реестров компаний» и использовался для разработки систем ведения реестров (СВР) акционеров «Вереком» и «Вереком-2». Также он применялся в ФГАОУ ВПО "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина" (УрФУ) при разработке технического задание на единую информационную систему вуза. Пакет BPsim.SD внедрен в учебном процессе УрФУ.

Личный вклад автора состоит:

- в исследовании предметной области ОТС (МППР) и описании основных объектов концептуальной модели предметной области МППР;

- в исследовании предметной области ИС и построении концептуальной модели предметной области ИС;

- в создании метода 111 LP при разработке ИС;

- в разработке требований к программному пакету СППР, его информационного, алгоритмического, методического и лингвистического обеспечения.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-практической конференции (НПК) "Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании" (Екатеринбург, 2008); отчетных конференциях молодых ученых (Екатеринбург, 2006-2007); VI-ой НПК «Научное программное обеспечение в образовании и научных исследованиях» (Санкт-Петербург, 2008); международных НПК «СВЯЗЬ-ПРОМ» (Екатеринбург, 2008); Результаты работы были представлены на международной конференции SMC (Systems, Man, and Cybernetics) 2008 (Сингапур, 2008).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 14 научных работ (из них 4 статьи в рецензируемых журналах ВАК, 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ).

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Объем основной части работы составляет 166 страницы машинописного текста. Диссертация содержит 107 рисунков и 18 таблиц. Список литературы включает 96 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность решаемой проблемы, сформулирована цель работы, выделена научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

В первой главе рассмотрены этапы системного анализа при разработке информационных систем. Проведен обзор и сравнительный анализ наиболее распространенных CASE-средств, определены требования к созданию интеллектуальной СППР в области разработки информационных систем.

В главе выделены следующие особенности организационно-технических систем: многопараметричность, иерархичность, вероятностное поведение, сложность структуры и алгоритмов поведения.

Автоматизированные И С оказывают существенную поддержку при управлении предприятием на основе данных, поступающих из внешней среды и от производственных процессов. В свою очередь, деятельность предприятия может быть описана в терминах МППР. Входные ресурсы при выполнении бизнес функций предприятия преобразуются в выходные ресурсы. Агенты управляют элементами ОТС. На рисунке 1 показаны особенности автоматизации ОТС. Следует отметить, что не все алгоритмы и сценарии поведения поддаются полной формализации. В некоторых случаях требуется непосредственное участие лиц, принимющих решения.

Принятие Машина логического Экспертные системы , решений вывода\ модель интеллектуальные

поведения агенты

~ г : \ ,

I : I п^г |

Процессы 0 __Мульти-

согласовання

агентные системы

Агент2

База | " Ваза

знаний Г--У I.__) знаний 2

Бизнес- \VorkFlow системы процессы

Операция!

Операция п

Рисунок 1 - Особенности автоматизации ОТС

Далее рассматриваются методологические и теоретические основы разработки ИС. Рассмотрены вопросы моделирования архитектуры ИС, структурный и объектно-ориентированные методы анализа и проектирования программного обеспечения, мультиагентный подход при разработке ИС.

Приводится обзор существующих программных продуктов, относящихся к СППР в области разработки ИС (CASE-средств) ARIS ToolSet, Power Designer, Borland Together Designer, продукты IBM Rational, CA ERwin Modeling Suite, Biz Agi и Elma и их сравнительный анализ на соответствие следующим требованиям: 1) нотации, используемые при описании бизнес-процессов и архитектуры ИС (IDEFO, DFD, UML, BPMN); 2) использование имитационного моделирования для анализа, совершенствования и оптимизации БП; 3) наличие возможности использовать информацию из модели ОТС при разработке ИС; 4) наличие возможности описания и моделирования сложных процессов принятия решений (сценариев ОТС), для которых наиболее адекватным аппаратов являются экспертные системы (ЭС); 3) интеллектуальность процесса

проектирования — наличие возможности автоматического перехода к проектированию одних диаграмм на основе других; 6)проектирование прототипа ПИ. Анализ показал, что ни одна из систем не обладает всеми функциями, необходимыми для разработки ИС в области ОТС.

Дальнейшего исследования и разработки требуют такие вопросы как: выбор модели представления БП и процессов принятия решений; выбор модели представления знаний; построение модели информационной системы; разработка метода ППР при проектировании ИС на основе модели ОТС; разработка Cl И IP, реализующей данный метод.

Во второй главе определены следующие требования к методу ППР в области разработки информационных систем для ОТС:

1) учет наличия лиц, принимающих решение, которые могут быть представлены в виде интеллектуальных агентов (ИА), управляющих процессом преобразования на основе базы знаний (БЗ);

2) использование имитационного моделирования ОТС для проверки модели «как будет» на этапе реинжиниринга БП, оценки производительности информационной системы для применения в контуре управления предприятием (организационно-технической системы);

3) использование интеллектуального проектирования информационной системы, включающего функциональный и объектно-ориентированный анализ, моделирование прототипа пользовательского интерфейса, формирование исполняемого кода информационной системы.

Далее в главе проанализированы существующие модели представления динамических моделей процессов (сети Петри, расширенные сети Петри, схемы массового обслуживания (СМО), мультиагентных процессов преобразования ресурсов). К недостаткам типовых математических моделей динамических процессов относятся: отсутствие возможности учета различных типов ресурсов, возможности моделировать конфликты на общих средствах (кроме СМО), возможности построения модели ЛПР. В качестве динамической модели ОТС выбрана динамическая модель Ml 11 IP, которая состоит из: процессов (PR), операций (Ор), ресурсов (RES), команд управления (U), средств (МЕСН), источников (Sender) и приемников ресурсов (Receiver), перекрестков (Junction), параметров (Р), агентов (Agent). Описание причинно-следственных связей между элементами преобразования и ресурсами задается объектом «связь» (Relation). Динамическая модель Ml 11 IP построена на принципах интеграции имитационного моделирования, аппарата ЭС, ситуационного управления и мультиагентных систем.

Далее в главе проведен анализ существующих моделей представления знаний и выбрана фреймово-семантическая модель Швецова А.Н., поскольку она эффективно реализует иерархическое представление данных, хорошо сочетается с ООП.

Основываясь на выбранной модели БП, была построена фреймово-семантическая модель Ml И IP и определены свойства и методы фрейм-

концептов (ФК) предметной области МППР. На рисунке 2 приведена семантика мультиагентных процессов преобразования ресурсов.

Далее определена фреймово-семантическая модель ИС. Концептуальная модель информационной системы содержит следующие основные фрейм-концепты (ФК): программный модуль, база данных (БД), форма пользовательского интерфейса, таблица БД, хранимая процедура БД. Поскольку при проектировании информационной системы используют функциональный и объектно-ориентированный подходы, то в состав модели включены также ФК элементов моделирования архитектуры программного обеспечения, включая ФК следующих диаграмм: функциональных (ГОЕРО), потоков данных (БРЭ) (рисунок 3) и диаграмм языка ЦМЬ (прецедентов, последовательностей, деятельности и классов).

! Лгйгтинв ' Изменяют состояние ресурсов и средств,

! ,1г((тов «Наследование-- Действия -иелей я параметров, структуру МППР,

маршруты заявок

Г.

Модель 1 поведения 1

—Анализируют— состояние ^_

------г из—*

Инициируют Вышмет

I Состоит из —!__ Правила [ 1—| анализа

' рвпптш

Цели агентов

^—Часть-цслс

Коррект»

Инициируют {_| . , , !

поиск решения Управляет

1— I

Ииионируют _1_ Г

' п.

-Часть-целое

Часть-целое

пояскрешеяня , фреймовая

1 Продукцнон-] '-1--

! мая И I ;

I--I--1 I I

I Часть-целое ! 1,1Л_ Часть-целое |

Преобразователи

-Использует—

Часть-целое

Ресурсы

-целое |

П

Операции | ^ Процессы |

Наследование Часть-целое

Параметры

Р" |

Сообтення\ | команды |

Наследование

Средства

Рисунок 2 - Семантическая сеть мультиагентных процессов преобразования

ресурсов

Часть-цел ос-

-Частъ-целое

Часть-целое

Функция

Часть-целое

1

Вы п оливгт— Внешняя Хранилище

сущность данных

«действует-!

I •

'Г

1-Преобразует-

Рисунок 3 - Семантика БРО-диаграммы Разработан метод преобразования модели мультиагентых процессов преобразования ресурсов в элементы архитектуры информационной системы (функциональные диаграммы, диаграммы потоков данных, ЦМЬ-диаграммы, элементы пользовательского интерфейса, элементы программного кода и

базы данных). Для описания семантики переходов от модели мультиагентых процессов преобразования ресурсов к модели информационной системы используется диаграмма состояния объекта стандарта ГОЕР5 (язык описания онтологии). На рисунке 4 приведена семантика перехода агента в объекты диаграмм.

Преобразовать в

ОГО

Внешняя '

1 сущность 1

Преобразовать в иМЬдваграмму прсдсдсвтов

Преобразовать в

ИМЬ диаграмму

классов

/ Класс \

А Агсат у

Прецедент

Рисунок 4 - Семантика перехода агента в объекты диаграмм С помощью диаграммы последовательности проектируется сценарий поиска решений интеллектуального агента. Также поведение агента может быть описано с помощью продукционных правил.

Далее приводится метод поддержки принятия решений при разработке информационной системы предметной области мультиагентых процессов преобразования ресурсов, состоящий из следующих этапов:

1. Обследование предметной области и построение имитационной модели мультиагентых процессов преобразования ресурсов «как есть».

2. Проведение имитационных экспериментов с моделью «как есть» с целью выявления «узких мест» в процессах. По результатам моделирования строится модель мультиагентых процессов преобразования ресурсов «как будет».

3. Построение модели информационной системы на основании данных из модели мультиагентых процессов преобразования ресурсов.

3.1. Каждая операция из модели мультиагентых процессов преобразования ресурсов, которую необходимо автоматизировать в информационной системе, преобразуется в функцию ОБО-диаграммы

УОр' Ор' -» /"сго На диаграмме классов создается базовый класс операций, для каждой операции — экземпляр базового класса.

3.2. Все ресурсы, используемые в автоматизируемых операциях,

преобразуются в потоки данных БРО-диаграммы, причем входные ресурсы 1-

ой операции становятся входными потоками ¡-ой функции ОРБ-диаграммы

VЯез': Яе.у' е /л„ , Яе.$' ЯР гл™'(Ор')

_ ^ а выходные ресурсы - выходными

1-ой функции ОРБ-диаграммы

Яс.?' -> ОЕ_ошпт'(Ор')

Ор'

потоками

VR.es' ¡Явя' с Ом , ...... , ^ —пт ^ , тт

. На диаграмме классов создается

базовый класс ресурса. Для каждого типа ресурса (информационный,

материальный, трудовой, финансовый, энергетический) создается

соответствующий дочерний класс на ЦМЬ-диаграмме классов. Для каждого

ресурса — экземпляр соответствующего класса.

3.3. Для всех ресурсов модели создается хранилища данных

Create(DSom ) на DFD-диаграмме. На UML-диаграмме классов создается базовый класс для хранилища данных.

3.4. Все агенты из модели мультиагентых процессов преобразования ресурсов, которые буду реализованы программно, преобразуются во внешние

сущности DFD-диаграммы ^ASent Agent -> Ех0[,0 _ для каждого агента создается соответствующий класс на UML-диаграмме классов

VAgent' Agent' -> Class иш g g модели мультиагентых процессов преобразования ресурсов описание интеллектуального агента содержит описание правил их поведения. Эту информацию необходимо использовать при программной реализации агента. Реактивный агент сразу описан в виде диаграммы деятельности, интеллектуальный агент - в виде диаграммы последовательности.

3.4.1. Преобразование агента

Рассмотрим на примере агента с одним правилом («если» а>Ь, «то» а=а-Ь). Элементы памяти, необходимые для хранения переменных, преобразуются в хранилища данных DFD-диаграммы. Правила «если» и «то» - в операции. В результате, получаем DFD-диаграмму, представленную на рисунке 5.

Рисунок 5 - Пример ОРБ-диаграммы для агента с одним правилом

3.4.2. Описание правил агента используется для построения диаграммы прецедентов, т.е. каждое правило переходит в прецедент.

3.4.3. Формулы, содержащиеся в условиях «если» и «то» правил агента переходят в описание метода соответствующего класса. На рисунке 6 представлена диаграмма поиска решения интеллектуального агента проектирования информационной системы при конвертации агента на продукциях. Следует отметить, что:

- ресурсы, средства и заявки представляют собой рабочую память;

- на шаге 2 если ни одна ситуация не диагностирована, то переход на шаг 11 (см. рис. 6).

X

1 Правило"] j НеJIH [ | Xu ¡ j IIPflUlb'lil ДЛЯ MlrlllWUÍÜUilÜ I

\ . Ресурсы j | С pe л с nía |

»1 си часть если

Фиксация ситуации и текущей) и

Запрос информации о ресурсах

Результат запроса

Запрос информации о средствах

Результат зопросо

Запрос информации о заявках

Результат запроса :

3 Фирми|Ювания правила л

» Сктуиция диагностирована

5.Разрешение конфликтов

ксания конфл

правил и протокола разрешения конфликтов, а также текущего шага поиска

7.Применение правил

8. Выполнение части "то" и фиксация изменений в рабочей памяти

Изменение ииформаци

, Подтверждение изменений

Изменение информации о средствах

Подтверждение изменений

информации о заявках

Подтверждение изменений

Фиксация результатов вы

я правил и изменений в рабочей

J.Правило выполнилось

> 11 Завершение работы

Рисунок - 6. Диаграмма поиска решения ИА проектирования информационной системы при конвертации агента на продукциях База знаний ИА проектирования информационной системы представляет собой описание объектов МППР и информационной системы.

3.5. На основании данных из ОРЭ-диаграммы создаются диаграммы прецедентов. Каждая внешняя сущность преобразуется в актера

соответствующей диаграммы прецедентов связанные с ней функции

Ех,

■ Actor,,

а

прецеденты

^DFD \EXDFD) FDFD

CaseUML'(ActorUML')

3.6. Атрибуты классов, соответствующих внешним сущностям, позволяют определить структуру таблиц ЕЯ-диаграммы.

4. Доработка системы разработчиками, построение диаграмм последовательности и моделирование пользовательского интерфейса.

5. Нахождение эффективного распределения базы знаний агентов с учетом ограничения на максимальное время выполнения бизнес-процессов.

Постановка этой задачи представлена ниже.

Необходимо мининизировать сумму затрат г при ограничениях

2"=1а1, *и>=1> г'=1,...,т х17=(0,1), т=\,...,т;]=\,..., п где п— количество агентов,

(1)

(2) (3)

т- количество экземпляров концептов предметной области, Су - коэффициент, показывающий величину затрат на размещениег'-го экземпляра концепта у у-го агента,

!1,если I — ый экземпляр концепта расположен у/ — го агента

О, иначе

Яу - коэффициент, определяющий потребность у'-го агента в г'-м концепте,

!1,если {— ыйэкземплярконцепта нужен у — муагенту

О, иначе

При проверке учитывается ограничение на максимальное время выполнения БП (Тттах), т.е. время выполнения БП (Гш), которое в общем случае будет иметь вид: ГБП <= Ттта*. Полученное решение анализируется с учетом риска отказов в обслуживании элементов распределенной ИС.

В главе проведено сравнение методов разработки ИС так или иначе затрагивающие анализ процессов ОТС: Скобелева П.О., Карсаева О.В. и Городецкого В.И., Швецова А.Н., Александрова Д.В. Существующие методы не полностью решают задачу разработки ИС, затрагивающую анализ процессов ОТС. Они не учитывают динамику БП, недостаточно уделяют внимание анализу «узких» мест, не используют информацию из модели процессов ОТС в части динамических бизнес-процессов для разработки ИС.

В таблице 1 приведены соответствия элементов МППР элементам ИС. Таблица 1 - Соответствие элементов МППР элементам информационной системы

Элементы МППР Элементы БРИ Элементы иМЬ (диаграммы) Элементы ИС

прецедентов классов последовательности ПИ Код Уровень БД

Ресурс Поток данных, хранилище данных нет Класс Класс, параметр метода Поле ввода, таблица Переменная, файловая переменная, таблица Таблица

Преобразо ватель Функция Прецедент Метод класса Метод Строка ввода, таблица Функция ХП

Агент Внешняя сущность Актер Класс Актер, класс Интерфейс программного модуля Код программного модуля Таблицы, ХП

В третьей главе на основе вышеизложенного метода представлены принципы разработки и технические решения разработанной СППР BPsim.SD, входящей в состав продуктов семейства BPsim. BPsim.SD разработан на базе средств Borland Delphi7 и СУБД MS SQL Server. СППР BPsim.SD (рисунок 7) обеспечивает выполнение следующих функций:

- конвертация имитационной модели Ml 11 IP в модель ИС;

- описание функций информационной системы с помощью диаграмм IDEFO, DFD и прецедентов. Допускается построение диаграмм прецедентов с «нуля», т.е. создание новой диаграммы, или с помощью автоматизированного конвертирования из DFD-диаграмм;

- построение диаграмм последовательности;

- создание диаграммы классов и сопоставление объектов диаграммы последовательности (кроме границ) с классами этой диаграммы;

- проектирование визуальных форм разрабатываемой ИС;

- генерация кода и структуры базы данных.

£ й | Мом* | | кгессы I I Отит I

>0 CipjKTjpeM

ТТЛ

-- © Фумо*и 3«м. дета — © Распределение © СФоолфо»

©Сфоо»« ^Роглрс» ^^ Согяасо

© Сохрап Ф Каррвит © К*»ыроиу*<л © Лоис* тфорыа г- © Форкиро»®«« © Г^оаеритъ © Создать hoi © Г^юсьютр с © ГЬооыотр ) © Сохранение © Печать экэ. >

£

учебной работ

Рисунок 7 - Пример формы BP.sim.SD с диаграммой прецедентов Решение задачи интеграции имитационного, экспертного, ситуационного и мультиагентного моделирования, а также функционального и объектно-ориентированного подхода, позволило реализовать СА8Е-средство ВРбнп^О.

В четвертой главе представлены примеры использования разработанного программного продукта в реальных проектах.

Проект по анализу бизнес-процессов и разработке технического задания (ТЗ) на единую информационную систему (ЕИС) вуза УрФУ (УГТУ-УПИ) проводился с помощью САБЕ-средства ВРзт.БО. В результате обследования учебного процесса было построено 60 ГОЕРО-диаграмм. Обследование БП выявило неоптимальность выполнения некоторых процессов, по каждому из процессов были разработаны модели «как есть» и «как будет» («Ход сессии» и «Движение контингента»). По результатам обследования было написано ТЗ на разработку ЕИС ВУЗа. Оно включает в себя требования к ЕИС и диаграммы, описывающие архитектуру системы. ТЗ

содержит 25 ОГ-'О-диаграмм, 14 диаграмм прецедентов, 18 диаграмм последовательности и 1 диаграмму классов.

Была проведена оценка эффективности внедрения модуля «Движение контингента» ЕИС с помощью разработанной имитационной модели. Автоматизация процесса «Движение контингента» увеличила производительность сотрудников деканата на 25%, а производительность сотрудников личного стола студентов (ЛСС) - на 229% (т.е. более чем в 3 раза). Экономический эффект от внедрения предложенных моделей «как будет» и автоматизации процесса «Движение контингента» составляет 1 027 тыс. руб. в год.

Для предприятия ЗАО «Ведение реестров компаний» с помощью ВРя1т.80 были разработаны модули для систем ведения реестров (СВР) акционеров «Вереком» и «Вереком 2». Модуль «Трансфер агентский обмен», предназначенный обеспечить взаимодействие Регистратора и трансфер-агента. Данный модуль позволяет автоматизировать защищенную передачу электронных распоряжений на проведение операций в электронном реестре акционеров, а следовательно, создать распределенную трансфер-агентскую сеть, например, между филиалами регистратора, между регистратором и эмитентом или другими регистраторами.

Для улучшения качества работы регистратора на фондовом рынке необходимо внедрение электронного документооборота (ЭДО) между регистратором и депозитарием. Для реализации ЭДО был разработан модуль «Электронный документооборот» и программный агент «Авто-ХМЬ», занимающийся формированием электронных документов по определенному сценарию. Сценарий поведения агента был представлен в виде диаграммы последовательности (рисунок 8).

*

Класс_Расписание

|" Запуск агента

Класс_Список эмитентов

Класс_Регистраци-онгьй журнал

Выбор эмитентов, ijo которым разрешено |рормцзованитъ 3 Д

Т

Класс_вылиска

] Фор»«мроеание списка

,4-р

Выбор эмитента I ^Цуредеасние дат^ Выписки и сравнение ei с текущей датой Е ели даты совпадай, то Формируем вьли^кц из реестра_[

И йготовка к. от правке 3 Д

flf оверка налччия

I

Фор}*

ибыл^.

среращ.

й дець

то Формирован* спру км об операциях за текущую дату

вспрр

«готовка ЗД |

дготоека к отправке ЗД

J

Bi йор эмитента. е<|ли конец списка, то у|>ота агента завершает^

I

Класс.ЭД

Форм^эование сгАг

2

Рисунок 8 - Сценарий поведения агента «Авто-ХМЬ» Приложение 1 содержит копии документов, подтверждающих внедрение программной системы BPsim.SD (Software Developer).

Заключение

1. Определен перечень характеристик и проведен сравнительный анализ наиболее распространенных CASE-средств: ARIS ToolSet, Power Designer, Borland Together Designer, продукты IBM Rational, CA ERwin Modeling Suite, Biz Agi и Elma. Обследованные системы имеют ряд недостатков: отсутствие интеллектуальности процесса проектирования

- не решена задача автоматического перехода к проектированию одних диаграмм на основе других; не позволяют на основе динамической модели процессов ОТС (мультиагентых процессов преобразования ресурсов) построить модель информационной системы.

2. Разработаны требования к моделям и методу поддержки принятия решений: динамическое моделирование ОТС, содержащих модели ИА (ЛПР); имитационное моделирование для проверки модели «как будет» на этапе реинжиниринга БП; интеллектуальное проектирование информационной системы, включающее функциональный и объектно-ориентированный анализ, проектирование пользовательского интерфейса, формирование исполняемого кода ИС и структуры БД.

3. Решена задача системного анализа предметной области ОТС: выявлены три характерных класса процессов: бизнес-процессы, процессы согласования и принятия решений. Определены разрывы в модели знаний, возникающие между пользователем, аналитиком и разработчиком, приводящие к ошибкам при автоматизации ОТС.

4. В результате проведения анализа существующих моделей динамических бизнес-процессов и процессов преобразования ресурсов (сети Петри; расширенные сети Петри; системы массового обслуживания; МППР) и знаний (продукционная модель, семантической сети, фреймовая модель, фреймово-семантическая модель) были выбраны следующие модели. Для решения поставленной задачи в качестве модели ОТС предложено использовать динамическую модель мультиагентых процессов преобразования ресурсов Аксенова К.А., поскольку она наиболее полно отвечает следующим требованиям: учет временных характеристик, возможность учета различных типов ресурсов, моделирование конфликтов на общих средствах, наличие модели интеллектуального агента (ЛПР). Выбранная фреймово-семантическая модель представления знаний Швецова А.Н. имеет следующие преимущества: эффективно реализует иерархическое представление данных, хорошо сочетается с ООП.

5. Разработан метод поддержки принятия решений при разработке информационных систем предметной области ОТС, который отличается от существующих:

- применением на этапе обследования предметной области мультиагентного имитационного моделирования для анализа процессов организационно-технических систем;

- рассмотрением распределенной информационной системы в виде мультиагентной системы;

- применением фреймово-семантической модели представления знаний на основе фрейм-концептов и концептуальных графов, с целью формализации знаний о предметных областях разработки ИС и ОТС;

- интеграцией структурного и объектно-ориентированного подходов, мультиагентного подхода для решения задачи поддержки принятия решений при автоматизации процессов организационно-технических систем;

- преобразованием мультиагентной имитационной модели организационно-технической системы в основу модели архитектуры информационной системы и ее элементов, представление архитектуры в виде структурных диаграмм и диаграмм объектно-ориентированного подхода для обеспечения эффективного взаимодействия между специалистами-предметниками и ИТ-специалистами;

- анализом эффективного распределения базы данных при наличии риска продолжительных отказов в обслуживании распределенной ИС.

6. На основе моделей и метода поддержки принятия решений в области информационных систем разработаны:

- интерфейсы СППР, ориентированные на конечного пользователя;

- программное, информационное, алгоритмическое и методическое обеспечение проблемно-ориентированного пакета ВРзнп.БО;

- технология работы с БРэга^О.

7. Разработанная СППР ВРз!т.80 отличается от существующих:

- интеграцией структурного и объектно-ориентированного подходов с имитационным моделированием мультиагентых процессов преобразования ресурсов;

- возможностью конвертировать структурные диаграммы в диаграммы объектно-ориентированного подхода;

- возможностью создания модели поведения программного агента;

- возможностью создания прототипа форм пользовательского интерфейса непрограммирующим пользователем;

8. Созданный пакет ВРзт.БО внедрен в ЗАО «Ведение реестров компаний», в УрФУ (ГОУ ВПО «УГТУ-УПИ»), С его помощью было подготовлено техническое задание на ЕИС вуза, разработаны модули СВР «Вереком» и «Вереком 2». Экономический эффект от внедрения предложенных моделей «как будет» и автоматизации процесса «Движение контингента» составляет 1 027 тыс. руб. в год.

9. Проведен анализ эффективности предложенного метода и реализующего его пакета ВРзт.БО. Он показал, что происходит сокращение времени перехода между этапами разработки информационных систем. Средний эффект составил 56% в части разработки модели информационной системы.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

Статья в журнале, входящем в список, рекомендованный ВАК:

1. Аксенов К.А., Антонова A.C., Спицина И.А., Сысолетин Е.Г., Аксенова О.П. Разработка автоматизированной системы анализа, моделирования и принятия решений для металлургического предприятия на основе мультиагентного подхода // Автоматизация в промышленности. - 2014. - № 7. С. 49-53.

2. Аксенов К.А., Спицина И.А., Сысолетин Е.Г., Македонский A.M., Аксенова О.П. Метод разработки имитационных моделей реального времени и интеграции с корпоративной системой предприятия // Современные проблемы науки и образования. - 2013. - № 6; URL: www.science-education.ru/113-11415 (дата обращения: 12.01.2014)

3. Аксенов К.А., Антонова A.C., Спицина И.А. Анализ и синтез процессов преобразования ресурсов на основе имитационного моделирования и интеллектуальных агентов // Научно-технические ведомости СПбГПУ № 1 (115) 2011. Информатика. Телекоммуникации. Управление. г.С,-Петербург С. 13-20.

4. Аксёнов К.А., Спицина И.А. Метод проектирования информационных систем предприятия на основе семантических моделей мультиагентного процесса преобразования ресурсов и программного обеспечения. Журнал «Автоматизация и современные технологии» №09 Москва. 2009. С. 22-30.

Статьи, доклады и тезисы:

1. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2009611992 «Система автоматизированного проектирования программного обеспечения BPsim.Software Developer (CASE BPsim.SD)». Аксенов K.A., Смолий Е.Ф., Спицина И.А. 2009.

2. К. A. Aksyonov, I. A. Spitsina, Е. A. Bykov, Е. F. Smoliy, Computer aided enterprise information systems engineering with BPsim studio // 2008 IEEE International Conference on System, Man and Cybernetics, Singapore, October 12-15, 2008. Proceedings of the IEEE SMC 2008 International Conference, October 2008, Pages 3497-3501.

3. Фурсенко O.B., Баронихина A.A., Аксенов К.А., Спицина И.А. Представление учебного процесса в виде мультиагентной системы // X отчетная конференция молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. -Екатеринбург, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. - С.260-262.

4. К.А.Аксёнов, А.А.Баронихина, О.В.Фурсенко, О.П.Аксёнова, А.М.Сысков, И.А.Спицина, А.В.Бурындина, Н.В.Сафронова Использование CASE-средств при проектировании программного обеспечения единой информационной системы учебного процесса // X отчетная конференция молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. -Екатеринбург, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. - С.282-284.

5. Аксенов К.А., Боярчук Е.К., Чарина Е.А., Спицина И.А. Разработка CASE-средства на основе интеграции функционального и объектно-ориентированного моделирования // X отчетная конференция молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. - Екатеринбург, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. - С.285-288.

6. Аксенов К.А., Спицина И.А. CASE-средство Software Developer // XII отчетная конференция молодых ученых ГОУ ВПО УГТУ-УПИ. -Екатеринбург, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2007. - С.252-257.

7. Аксенов К.А., Спицина И.А. Проектирование АСУ предприятия на основе семантических моделей мультиагентного процесса преобразования ресурсов и программного обеспечения \\ Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании: сборники тезисов Второй Международной научной конференции. - Екатеринбург, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2007. - С.70-72.

8. Аксенов К.А., Спицина И.А. Оценка эффективности метода поддержки принятия решений разработки информационных систем предметной области мультиагентных процессов преобразования ресурсов \\ Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании: Тезисы докладов 3-й Международной научной конференции. - Екатеринбург, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2008. - С.158-159.

9. Аксенов К.А., Спицина И.А. Использование интеллектуального CASE-средства при автоматизации учебного процесса \\ VI-я научно-техническая конференция «Научное программное обеспечение в образовании и научных исследованиях» в составе международной конференции МГУ «Современные информационные технологии и ИТ-образование» Санкт-Петербург 2008. - С.236-239.

10. Спицина И.А., Аксенов К.А. Семантическая модель информационной системы и автоматизация учебного процесса \\ Научные труды международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2008» в рамках 5го Евро-Азиатского форума «СВЯЗЬ-ПРОМЭКСПО 2008». Екатеринбург: ЗАО «Компания Реал-Медиа», 2008. с.293.

Подписано в печать 02. .03.2015 г. Формат 60x84 1/16 Бумага типографская. Тираж 150 экз. Заказ № 20

РИЗОГРАФИЯ НИЧ УрФУ 620002 г.Екатеринбург, Мира-19