автореферат диссертации по документальной информации, 05.25.05, диссертация на тему:Методика обоснования вариантов модернизации составных частей наследуемых прикладных распределенных информационных систем

11а праиа.х р> копией

КОНОНЫХИН Сергей Александрович

МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ ВАРИАНТОВ МОДЕРНИЗАЦИИ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ НАСЛЕДУЕМЫХ ПРИКЛАДНЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

05.25.05 - Информационные системы и процессы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 МД? 2012

МОСКВА-2012

005013197

Работа выполнена н отделе сопровождения п ра5пнтпя информационных технологии и про1 раммных средств Федерального государственного унитарного предприятия «Российский научно-технический центр информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия» (ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ»)

Научный руководитель: Научный консультант

кандидат технических наук, доцент Шестопалова Ольга Львовна

доктор технических наук Бурый Алексей Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Лебедев Георгий Станиславович

Ведущая организация:

кандидат технических наук, старший научный сотрудник Романюк Валентин Алексеевич

Всероссийский научно-исследовательский институт проблем вычислительной техники и информатизации

Защита состоится « / » _2012 г. в ^ часов мин. на

заседании диссертационного совета по техническим наукам Д 222.020.02 при Российском научно-техническом центре информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия по адресу: 123995, г. Москва, К-1, ГСП-5, Гранатный пер., Д. 4.

С диссертацией можно ознакомиться в читальном зале Российского научно-технического центра информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия по адресу: г. Москва, Нахимовский проспект, д. 31, корп. 2, с авторефератом диссертации дополнительно - на официальном сайте Российского научно-технического центра информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия www.gostinfo.ru

Автореферат разослан « </?»

2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат экономических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. В настоящее время уделяется особое внимание развитию национального сектора информационно-коммуникационных технологий (ИКТ). Так, целями государственной политики развития ИКТ, обозначенными в «Концепции долгосрочного социально-экономического развития....Российской Федерации», являются: «создание и развитие информационного общества, повышение качества жизни граждан, развитие экономической, социально-политической, культурной и духовной сфер жизни общества, совершенствование системы государственного управления на основе использования информационных и телекоммуникационных технологий, обеспечение конкурентоспособности продукции и услуг отрасли информационных и телекоммуникационных технологий».

Высокая динамика развития рыночной экономики объективно детерминирует возрастание объема и усложнение задач, решаемых в области организации производства, процессов планирования и анализа, финансовой работы, связей с поставщиками и потребителями продукции, оперативное управление которыми невозможно без организации современных информационных систем управления (ИСУ). Тем не менее, Россия в настоящее время не является крупным участником глобального рынка ИКТ и не входит в число 15-20 крупнейших его субъектов. В России в 2011 году на долю рынка ИКТ приходится лишь 6,7 процента от ВВП. В 1999 году доля сектора составляла лишь 2,0 процента от ВВП (13 млрд. долларов), в 2006 году. - 3,5 процента от ВВП.

При распределенном характере производственного процесса информационные системы управления приобретают качество прикладных распределенных информационных систем (ПРИС). Доля ПРИС в общем числе информационных систем управления в среднем составляет примерно 45-55 процентов. Для различных субъектов промышленности и экономики она различна и колеблется от единиц процентов до 90 процентов (см. табл.1).

Таблица 1

Тип отрасли Транспорт Топливо-энергетический комплекс Связь Машиностроение Военно-промышленный комплекс Сельское хозяйство Медицина

Доля ПРИС от числа ИСУ 56 76 80 21 92 8 37

ПРИС являются сложными техническими системами со всеми присущими сложным системам свойствами: целостностью, эмерджентностью, иерархичностью построения, сложностью, динамичностью, функционированием в условиях существенной неопределенности. ПРИС, как и любая техническая система, рано или поздно устаревает, так как неизбежно отстает от постоянно изменяющихся информационных потребностей объекта управления. При этом меняется как состав задач, возложенных на ПРИС, так и требования к качеству их выполнения.

Специфическим свойством большинства ПРИС является их масштабность и жесткая встроенность в процесс управления, вследствие чего такие информационные системы невозможно изъять из эксплуатации, не остановив функциониро-

ванне объектов (в отдельных случаях отраслей), в интересах которых они были внедрены в процесс управления.

Это обусловливает неизбежность постепенной эволюционной адаптации ПРИС к изменяющимся требованиям и порождает целый класс научных и практических задач, связанных с изучением вопросов развития так называемых наследуемых ПРИС. Развитие наследуемых ПРИС требует системного исследования процессов возникновения и динамического изменения несоответствия их характеристик изменяющимся требованиям и способов устранения таких несоответствий.

В современной научно-технической литературе рассматриваются различные аспекты изучения проблем развития сложных систем: от обсуждения общих вопросов и постановок задач по управлению развитием до исследования конкретных математических моделей и алгоритмов. Так, вопросам исследования способов построения информационных систем обеспечения управления процессами производства посвящены работы В.Н. Афанасьева, И.В. Балахоновой, Д.А. Гаври-лова, И.П. Норенкова, А.И. Постникова и других. Методология выбора вариантов создания и развития информационных систем исследовалась в трудах Ю.П. Зай-ченко, Б.А. Резникова, О.В. Ронжина, Ю.Г. Ростовцева, Б.В. Соколова, О.Л. Шес-топаловой и др. Вопросам построения систем сбора и обработки информации в интересах управления объектами территориально распределенных комплексов посвящены исследования В.А. Зеленцова, А.Д. Цвиркуна, И.В. Чистова и др.

В последнее время наблюдается всплеск научного интереса к методам и технологиям так называемого «реинжиниринга» информационных систем, под которым в одних случаях понимается «глубокая революционная модернизация», в других «систематическая трансформация существующей системы». Вместе с тем следует иметь в виду, что, не смотря на наличие большого количества работ, охватывающих данную проблематику с различных точек зрения, следует признать, что понятие реинжиниринга информационных систем различными исследователями до сих пор трактуется по разному; существует множество близких понятий, наличие которых приводит к появлению внешне отличающихся, но по сути схожих подходов, методов и технологий; существующие методы и технологии не интегрированы на системном уровне; наблюдается разрыв между решениями концептуального характера и решениями, направленными на решение конкретных прикладных задач. Ввиду этого в работе будем пользоваться более устоявшимся термином «модернизация» информационных систем.

Под модернизацией ПРИС будем понимать один из путей улучшения функциональных свойств наследуемых составных частей (НСЧ) ПРИС, повышения их эксплуатационной надежности, состоящий как в изменении отдельных элементов ПРИС, совершенствовании их эксплуатации, так и в применении принципиально новых элементов.

В целом проведенный анализ показал, что, не смотря на большое количество работ в области исследования различных аспектов создания и развития систем информационного обеспечения процессов управления, в настоящее время отсутствуют работы, в которых в полной мере рассматривался бы вопрос обоснования предпочтительных вариантов модернизации наследуемых составных частей ПРИС на основе исследования структуры процесса их устаревания, в том числе с учетом аспектов физического и морального старения.

Учет физического старения технической компоненты ИРИС необходим для понимания степени влияния ухудшения технического состояния, надежности элементов НСЧ ПРИС на предельные сроки эксплуатации. Учет морального старения позволяет спрогнозировать наступление такого момента, когда ПРИС будет несоответствовать изменившимся требованиям по составу выполняемых функций и качеству их выполнения, т.е. морально устареет, даже оставаясь формально работоспособной. Таким образом, налицо противоречие между необходимостью обосновывать предпочтительные варианты модернизации наследуемых ПРИС и отсутствием соответствующего научно-методического обеспечения.

В связи с этим можно утверждать, что тема данной диссертации, посвященной решению научной задачи разработки научно-методического обеспечения обоснования вариантов модернизации наследуемых прикладных распределенных информагрюнных систем с учетом их физического и морального старения, является актуальной и важной для практики.

Объектом исследования в данной диссертации являются системы и средства сбора и обработки информации для обеспечения управления объектами и процессами.

Предметом исследования выступают процессы управления развитие^ прикладных распределенных информационных систем.

Целью диссертационного исследования является разработка научно-методического обеспечения для обоснования предпочтительных вариантов модернизации наследуемых ПРИС с учетом физического и морального старения их составных частей.

Для достижения указанной цели в работе были решены следующие задачи исследования:

1. Разработка научно-методического обеспечения обоснования вариантов модернизации составных частей наследуемых ПРИС с учетом их физического и морального старения, включающего:

- математическую модель прогнозирования остаточного физического ресурса НСЧ ПРИС;

- математическую модель прогнозирования остаточного морального ресурса НСЧ ПРИС;

- частную методику формирования состава модернизируемых НСЧ ПРИС;

- способ обоснования предпочтительного варианта модернизации НСЧ ПРИС.

2. Проведение исследований по практической апробации научно-методического обеспечения обоснования вариантов модернизации НСЧ ПРИС.

Методы исследований. При решении задач использовались методы теории принятия решений, теории множеств и отношений, теории вероятностей и математической статистики, теории надёжности, теории нечетких множеств.

Научная новизна диссертационного исследования состоит в том, что:

- разработана математическая модель прогнозирования остаточного физического ресурса НСЧ ПРИС, основанная на оценивании динамических соотношений вкладов различных групп элементов ПРИС и элементов подсистемы восстановления технического ресурса (ПВТР) в изменение вероятности недостижения предельного состояния (ВНПС) системы в целом. Новизна модели заключается в учете фактических возможностей восстановления технического ресурса ПРИС,

которая может снижаться в процессе эксплуатации из-за деградации элементов ПВТР;

- обоснована математическая модель прогнозирования остаточного морального ресурса НСЧ ПРИС, отличающаяся тем, что при оценивании параметров регрессионной модели используются нечеткие экспертные оценки как временных интервалов, так и степени отставания характеристик НСЧ ПРИС от требуемого уровня;

- предложена частная методика формирования состава модернизируемых НСЧ ПРИС, отличающаяся тем, что в структуру обобщенного показателя потребности НСЧ ПРИС в модернизации введены составляющие, отражающие как степень физического старения оборудования, так и степень морального старения (отставание реализуемых возможностей НСЧ ПРИС от требований потребителя по составу целевых задач и уровню технических характеристик);

- разработан способ обоснования предпочтительного варианта модернизации НСЧ ПРИС, который отличается, во-первых, увязкой возможных направлений модернизации с фактическим состоянием объекта модернизации и подсистемы восстановления его ресурса, во-вторых, тем, что значения частных показателей предпочтительности вариантов модернизации и их критических значений могут оцениваться приближенно, что позволяет привлечь для решения задачи дополнительную экспертную информацию.

На защиту выносятся следующие результаты:

1) математическая модель прогнозирования остаточного физического ресурса НСЧ ПРИС;

2) математическая модель прогнозирования остаточного морального ресурса НСЧ ПРИС;

3) частная методика формирования состава модернизируемых НСЧ ПРИС;

4) способ обоснования предпочтительного варианта модернизации НСЧ ПРИС.

Практическая значимость исследования заключается в том, что полученные результаты разработаны с учетом фактических условий эксплуатации и целевого применения существующих ПРИС; доведены до уровня инженерных методик, алгоритмов и программ, позволяющих использовать их при совершенствовании процесса обоснования вариантов модернизации НСЧ ПРИС; апробированы при проведении практических работ по обоснованию рационального варианта модернизации НСЧ ПРИС сбора и обработки космической информации.

Реализаиия результатов исследований. Основные результаты исследований реализованы в деятельности ФГУП «ЦЭНКИ» ((Центре эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры) в ходе проведения исследований по обоснованию основных направлений и технических решений по модернизации сегмента информационной системы - «Комплекса средств контроля и управления техническим состоянием объектов космодромов», в учебном процессе ряда высших учебных заведений.

Апробация результатов исследований. Основные теоретические положения и выводы диссертации изложены в шести публикациях общим объёмом 3,8 п.л. (из них две - в соавторстве), из них две статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных результатов диссертационных исследований на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук, а также представле-

ны в докладах и сообщениях на научных конференциях и семинарах по проблематике развития прикладных информационных систем в ряде вузов и научных организаций.

Структурч и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографического списка и трех приложений. Диссертация включает основную часть на 160 листах и приложения общим объемом 48 листов. Библиографический список содержит 102 наименования использованной литературы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, определены объект, предмет и цель исследований, дана общая характеристика работы и кратко изложено её содержание по разделам, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первом разделе проведен анализ проблемы модернизации ПРИС в современных условиях с учетом фактического технического состояния, условий и интенсивности их целевого применения. Обоснован вывод о том, что характерной чертой современного состояния ПРИС и системы их эксплуатации является: во-первых, наличие физического и морального старения составных частей ПРИС; во-вторых, то, что работы по модернизации должны быть организованы так, чтобы не мешать процессу функционирования объекта управления, интенсивность которого весьма высока и требует реализации концепции эволюционного развития наследуемых ПРИС.

При этом выделены факторы, формирующие потребность в модернизации НСЧ ПРИС на примере информационной системы сбора и обработки космической информации:

- расширение спектра целей и задач НСЧ ПРИС, выходящее за рамки существующих возможностей;

- повышение требований к качеству функционирования НСЧ ПРИС, в частности по объемам обрабатываемой информации, скорости обработки, трудозатратам, экономичности и т.п., выходящее за рамки существующих возможностей;

- снижение возможностей по восстановлению работоспособности части НСЧ ПРИС из-за исчерпания ЗИП и снятия комплектующих с производства, т.е. из-за деградации системы восстановления технического ресурса;

- существенное возрастание эксплуатационных затрат из-за физического старения части восстанавливаемых элементов НСЧ ПРИС.

Обзор существующего научно-методического обеспечения управления развитием и модернизацией сложных территориально-распределенных комплексов показал следующее:

- большинство работ в рассматриваемой отрасли знаний касается в основном различных аспектов оптимизации принимаемых решений по управлению техническим состоянием средств посредством проведения операций технического обслуживания и ремонта, при этом в них недостаточно подробно освещены особенности управления развитием сложных систем, в частности, модернизацией;

- в ряде работ вопросы обоснования вариантов конкретных решений по модернизации рассматриваются лишь на качественном уровне;

- модели и алгоритмы оценивания остаточного ресурса НСЧ ПРИС по критерию морального старения в современной научной литературе исследованы недостаточно.

В целом проведенный анализ свидетельствует о том, что в настоящее время практически отсутствуют работы, в которых в полной мере рассматривался бы вопрос обоснования предпочтительных вариантов модернизации наследуемых составных частей ПРИС на основе исследования структуры процесса их устаревания, в том числе с учетом аспектов физического и морального старения. Выходом из создавшейся ситуации является решение научной задачи разработки научно-методического обеспечения обоснования вариантов модернизации наследуемых прикладных распределенных информационных систем с учетом их физического и морального старения. В разделе приведены содержательная и формализованная постановка решаемой задачи.

Содержательная постановка задачи.

При заданных исходных данных: о структуре технической компоненты ПРИС; текущих и прогнозируемых оценках безотказности элементов НСЧ ПРИС; текущих и прогнозируемых оценках вероятности нормального функционирования элементов НСЧ восстановления технического ресурса НСЧ ПРИС; о динамике отставания НСЧ ПРИС от требуемых уровней по техническим характеристикам и целевым задачам (множестве пар оценок «нечеткий интервал времени - нечеткое значение степени отставания НСЧ ПРИС от требуемого уровня по целевым задачам и техническим характеристикам для всего множества НСЧ ПРИС»); текущих и прогнозируемых оценках средних удельных эксплуатационных затрат; предельно допустимом уровне средних удельных эксплуатационных затрат; о затратах на реализацию вариантов модернизации НСЧ ПРИС; о величине горизонта планирования развития НСЧ ПРИС

разработать: научно-методическое обеспечение, позволяющее решить задачи: прогнозирования остаточного физического ресурса НСЧ ПРИС; прогнозирования остаточного морального ресурса НСЧ ПРИС; обоснования потребности НСЧ ПРИС в модернизации; формирования направлений модернизации НСЧ ПРИС; выбора предпочтительного варианта модернизации НСЧ ПРИС.

Формализованная постановка задачи выглядит следующим образом.

Дано: = i^;}; er-, sT'l

Разработать: такое научно-методическое обеспечение (НМО) М.={М1;М2;М3;М/,М5}, которое позволяет решить задачи:

; рГ' ; J™' ;0; (C.J с:; =M,(s:""'; SJV"'); vr^M^strZ'.; ¿Г'; п""'- ; т„у,

причем а'ИСЧ =argmax[ min А ], A /t = R''J„ -L „,

' о,«!;"'41 .....*"""") ~ ' " ' ~

где М, - НМО прогнозирования остаточного физического ресурса НСЧ ПРИС; М2 - НМО прогнозирования остаточного морального ресурса НСЧ ПРИС; М, - НМО обоснования потребности НСЧ ПРИС в модернизации; А/„ - НМО

Сопровождение ПРИС --

ресурса НСЧ ПРИС -

тс

}ЧНОГО

НСЧ ПРИС

формирования направлений модернизации НСЧ ПРИС; Л/, НМО выбора предпочтительного варианта модернизации НСЧ ПРИС. Декомпозиция общей задачи исследования показана на рис. 1.

Второй раздел посвящен разработке научно-методического обеспечения обоснования потребностей в модернизации наследуемых составных частей ПРИС, включая: математическую модель прогнозирования остаточного физического ресурса НСЧ ПРИС; математическую модель прогнозирования остаточного морального ресурса НСЧ ПРИС; частную методику обоснования потребности' НСЧ Рис. 1 ПРИС в модернизации.

ы

Обос

нечпяяс»

Формирование направлении модернизация НСЧ ПРИС Ф Формирование вариантов модернизации НСЧ ПРИС

ф| едпоч хите иного одернизации НСЧ

НСЧ ПРИС

Математическая модель прогнозирования остаточного физического ресурса НСЧ ПРИС есть логико-вероятностная модель причинно-следственных связей между переходом ПРИС в предельное состояние (ПС) неустранимого отказа и совокупностью начальных и промежуточных событий, отражающих изменение состояния как самих элементов ПРИС, так и элементов НСЧ восстановления технического ресурса, относящихся к данной ПРИС. Модель имеет трёхуровневую иерархическую структуру, показанную на рис. 2, и отображается в виде дерева предельного состояния ПРИС (ДПС).

прис) Модель достижения предельного состояния ПРИС

Модели предельного Sm X состояния составных частей i\ ПРИС

V

Модели отказов элементов к- й НСЧ ПРИС

Модели изменения состояния элементов ПВТР к-й НСЧ ПРИС

Рис. 2. Структура математической модели прогнозирования остаточного физического ресурса НСЧ ПРИС

При построении модели осуществляется последовательный переход от вербального описания условий достижения ПС ПРИС к логико-графическому (дереву предельного состояния) и, далее, к формально-аналитическому. При этом ком-

плексно учитываются различные типы причинно-следственных связей, приводящих к ПС системы, а именно, различия в типах элементов ПРИС и критериях их перехода в предельное состояние.

Условия недостижения предельного состояния ПРИС могут быть записаны в виде булевой логической функции недостижения предельного состояния (ЛФНПС), которая, в свою очередь, может быть выражена через минимальные пути, либо минимальные сечения ДПС. Затем, с использованием методов логико-алгебраических преобразований, осуществляется переход от ЛФНПС к ВНПС ПРИС:

Рсс(0 = Р.,и-, Р*к,-, Рш, 0, (1)

где = уЛр<:1,,>г<у,»0 - ВНПС к-й НСЧ ПРИС; р^ =< р1к,р2к,...,р1к,...,р1лк > - вектор вероятностей безотказной работы элементов к-й НСЧ; г<У1>=<ги,ггк,...,г]к,...,гщк> - вектор вероятностей успешного функционирования элементов ПВТР; ш - число НСЧ ПРИС; 1к - число элементов в к-й подсистеме ПРИС; Ук - число элементов ПВТР, задействованных на к-ю подсистему ПРИС.

В работе использованы понятия: ресурсной значимости к-й функциональной НСЧ ПРИС = Ррл(Рл,Р,2,-,Р,ь,ресурсного вклада к-й НСЧ в изменение ВНПС ПРИС К°™= р'^(Рл,Р^,...,Рл,...,Рт)аРл \ ресурсной значимости /-го элемента к-й НСЧ К^ = ,(/'./->«>>1); ресурсного вклада /'-го элемента в изменение ВНПС к-й НСЧК*™=К™к с!'р,к; ресурсной значимости у-го элемента ПВТР к-й НСЧ ЛГ™ =у/'кг1(р<11>к,г<ч>1) и ресурсного вкладау'-го элемента ПВТР в изменение ВНПС к-й НСЧ А'"" = К]'\ с1г,к . При этом показано, что для к-й НСЧ

<1Р^ = = ' тх- изменение ее ВНПС равно сумме

ресурсных вкладов элементов ПРИС и ПВТР. Аналогично для ПРИС в целом

Л1 ш т I, т I,

<гас+<Г, т.е. изменение

1 А-1 А--1 (-1 *=1 /-1

ВНПС ПРИС интегрально определяется изменением технического состояния элементов оборудования ПРИС и элементов подсистемы восстановления технического ресурса.

Если в составе оборудования ПРИС выделить базовые элементы (т.е. такие элементы, модернизация которых невозможна, либо не предусмотрена в процессе эксплуатации), то

<™с =1ч ^к;:; +£к- 2Х: =<//£ (2)

где £1/,- - подмножество индексов базовых, а 0.т - соответственно, небазовых элементов прис. Тогда арсс = + ар^ + ¿р™1'.

Если обозначить относительный дифференциальный вклад базовых элементов в с1Рсс как ЬБ-

Т, а относительный дифференциальный вклад эле-

ментов ПВТР как S,.nr =,11',"''"'/Ш'-, , то. с учетом того,

Гр(/\ J\ ) "L К - = p),t {I'Si, l\2,..., PSm ) =-^-— = П ''s, , "Меем:

* = 1 / = 1

= —1---^^-' (3)

zifi'- (-/.:• -vivh*-vi-'K-

timMr-r'«)*,

1=1 j=1 ¿=1

1 irk ki' -vcK+kf -^'К

»=i ;=i j- i i=i

(4)

где

YkP = Vk (Pu >P2k>-> P(i-\)k Д> />(/+i)* >•••» ¿V > r<n >*)'

VkO =4/k(Plk>P2k>-'P(i-\)k>°>P(i+\)k>-'Plkk>r<vk>k)'> f

vif) = Vk (p<lk >k>rlk>r2k>-> r(j-\)k A rO+l)* >-'rvkk)'>

vm' = vi (/></t >i . . r2k '(y-l)js- .0. '"o+ijirVkk )■ Используя результаты регулярного контроля технического состояния элементов оборудования ПРИС в процессе эксплуатации, а также результаты оценивания состояния элементов ПВТР, можно отслеживать и прогнозировать динамику изменения значений относительных дифференциальных вкладов 6¡,{t) и 6Питр(')-Анализ динамики ресурсных вкладов различных групп элементов ПРИС и ПВТР в изменение ВНПС системы в целом положен в основу прогнозирования показателей долговечности ПРИС. Основой прогнозирования является оценивание интегрального вклада необратимой (невосстанавливаемой) компоненты изменения ВНПС на интервале (/,; (,):

([¡-I j)lN

АРсс О,;',) = I [PccQi +(ö-1)At)-Pcc(fi

При этом изменение ВНПС описывается условной ресурсной кривой (рис. 3):

\рх (0 = Рсс (0; t е [0; t[ ], tl=t\ Рх (t) = r,h = X

h-i ... (5)

Рх (t) +1 - г - I АР™ Cj-i'tj)' 'е l'h-1 ■> h ]; h =' I ph (0 = r; А > 2. v=1

Рис. 3. График изменения ВНПС ПРИС при периодическом восстановлении ресурса небазовых элементов

(6)

7=1

Отсюда получена точечная оценка у-процентного ресурса ПРИС:

//' , Л-1

= С/-','-■)> 'о=° ПРИ Н = птах И

у-1

Если в (7) положить г'<п>к = =< 0и ,02к > или

г<ук>к =1<ук>к =<1мД2*>—Дц* >> т0 получим соответствующие граничные оценки у-процентного ресурса ПРИС 1'Р<1ГР< 1Р.

Получение нечетких оценок остаточного ресурса по целевым задачам и техническим характеристикам составляет предмет отдельного исследования в настоящей работе. Для этого разработаны математическая модель прогнозирования остаточного морального ресурса НСЧПРИС на основе математического аппарата нечеткого регрессионного анализа. Целью построения модели является описание изменения во времени параметра, определяющего степень отставания характеристик НСЧ ПРИС от требуемого уровня, и нахождение момента времени, когда наступает предельное состояние по критерию морального старения. Такое состояние имеет место в случае достижения параметром заданной границы Г0 - предельно допустимого для пользователя отставания характеристик НСЧ ПРИС от требуемого уровня. В качестве моделирующего уравнения принята линейная регрессионная зависимость у =а0 + а, х+ е . Особенностью данной модели является

то, что коэффициенты а0 и а1 регрессионного уравнения оцениваются на основе исходных данных, выраженных в нечеткой форме как по времени х <х>=<хихг,...,х„...,х>, >, так и по прогнозируемому параметру морального старения/ у^у,,...,)>!,...,у.,. >■ Экстраполируя нечеткий временной ряд М <А>=< МХ,М1,...,М1,...,МХ >линейной функцией, получаем нечеткую оценку параметров я0и линейного уравнения регрессии ^ <2>= {<(л0,от,),(я0,«,)>}. Зная

данную оценку, которая может быть представлена в виде функции принадлежности, заданной в трехмерном пространстве (рис. 4), можно рассчитать (см. рис. 5)

функцию принадлежности момента достижения предельного состояния по критерию морального старения лч = {- л.//, (л) >}, где ^ (л) = шах ц («„.« ).

Рис. 4

Рис. 5

Тогда оценка остаточного морального ресурса по целевым задачам и техническим характеристикам может быть получена в виде нечеткого временного интервала с функцией принадлежности: Аг(0=1-1 /л {г)Л, т.е. ('))}'>

о)}-

Структура разработанной частной методики обоснования потребности НСЧПРИС в модернизации представлена на рис. 6.

Рис. 6

Согласно данного рис. 6, начальной процедурой определения состава модернизируемых НСЧ ПРИС является анализ факторов, формирующих потребность в модернизации. Для НСЧ ПРИС можно выделить четыре таких фактора: расширение спектра целей и задач ПРИС, выходящее за рамки возможностей существующих средств; повышение требований к техническим характеристикам НСЧ ПРИС; деградация системы восстановления ресурса, вызывающая неустранимые отказы и возрастание эксплуатационных затрат из-за прогрессирующего старения элементной базы и увеличения интенсивности отказов. Совместное действие всех перечисленных факторов вызывает потребность в модернизации НСЧ ПРИС.

Для количественного описания потребности в модернизации обобщенное свойство «Потребность в модернизации средства ПРИС» декомпозировано на ча-

стные свойства: неприспособленность к выполнению всего спектра целевых задач; неприспособленность к выполнению требований к техническим характеристикам НСЧ ПРИС; ограниченность возможностей по восстановлению работоспособности небазовых элементов; неэкономичность эксплуатации (возросшие выше нормы эксплуатационные затраты).

Далее для каждого из перечисленных свойств введены соответствующие количественные показатели, значение которых вычисляется как израсходованная доля первоначального запаса наработки средства ПРИС по рассматриваемому свойству: Я"д - показатель потребности в модернизации по целевым задачам; Л" - показатель потребности в модернизации по техническим характеристикам; р!"' - показатель потребности в модернизации по неустранимым отказам; К'! -показатель потребности в модернизации по эксплуатационным затратам.

При известном количественном значении г фактической наработки значения показателей потребности в модернизации может быть вычислено как частное от деления значения текущей наработки т на ее сумму с оценкой остаточного ресурса по рассматриваемому фактору. Например, для показателя потребности в модернизации по целевым задачам имеем:

г>/(.3. пЦ1- _

г,//.». _ ~Кост.___Т

" /е

Аналогичным образом получены выражения для показателей потребности в модернизации по техническим характеристикам, по неустранимым отказам и по эксплуатационным затратам. Анализ фактической неопределенности исходных данных для расчета значений частных показателей по целевым задачам, по техническим характеристикам и по эксплуатационным затратам показал, что наиболее адекватной формой ее описания является нечеткая форма, в то время как оценки остаточного ресурса по критерию неустранимого отказа формируются в виде четких чисел.

Введя в рассмотрение нечеткие оценки остаточного ресурса по целевым задачам, техническим характеристикам и эксплуатационным затратам, задаваемые в виде нечетких множеств с функциями принадлежности соответственно <"«'"( )(г" )> ^ „С") и /V ' (г)^3 3)' получим нечеткие оценки частных показателей потребности в модернизации: ' , ЯГЛ и /?" .

Обобщенный показатель потребности в модернизации средства ПРИС формируется как взвешенная сумма значений частных показателей потребности в модернизации в виде нечеткого числа, заданного на единичном интервале:

= (8)

Для задания граничного значения обобщенного показателя потребности в модернизации на значения остаточного ресурса накладываются ограничения по каждому из составляющих потребность в модернизации частных показателей в виде неравенств:

к- ,1'Г

.— -

ХШ В! / : / ! шш Л ......... штш /(. „>г,

Л г с н

1 '' 1 : .,(0 К'М,

ок: =■

г+С

««г—

,Н'1 +ал1<г +«,./<;

:(9)

Рис. 7

Смысл ограничений заключается в том, что запас остаточного ресурса не должен быть меньше продолжительности модернизации по рассматриваемому показателю. Итоговое значение ограничения для обобщенного показателя формируется в виде взвешенной суммы ограничений на частные показатели (правая часть выражения (9)).

Принятие решения о модернизации НСЧ ПРИС осуществляется на основе критерия (10), согласно которому НСЧ ПРИС с номером / подлежит модернизации, если значение обобщенного показателя потребности в модернизации выходит за граничное значение, как показано на рис. 7:

т, > т"м- = ПИП г гФ.7-,;

мод

(10)

где т"Л1' - момент начала модернизации / - го НСЧ ПРИС.

Третий раздел посвящен вопросам разработки способа обоснования предпочтительного варианта модернизации НСЧ ПРИС.

Обоснование предпочтительного варианта модернизации предложенным в работе способом осуществляется в три этапа.

На первом этапе осуществляется формирование направлений модернизации НСЧ ПРИС, за счет увязки возможных направлений модернизации с фактическим состоянием объекта модернизации и НСЧ подсистемы восстановления его ресурса. Соответствующий алгоритм приведен на рис. 8.

На втором этапе формируется перечень частных показателей предпочти-

тельности отдельных вариантов модернизации

%} = {/Г„АГ2,...,АГя} = {К№ и Кк и Кси Км}, включая соответственно технические характеристики вариантов; уровень физической

долговечности; затраты на модернизацию и последующую эксплуатацию; уровень

моральной долговечности.

Так как для пользователя

Анали вкладов

базовых Эл и Эл

ПВТР

1

Частичная 1

или полная Частич- + Сбор до-

м одер н ща- ная мо- полнитель-

^ ^^ лрмышают ных данных

тем ы вос- цня тех- но функ-

становления нических ционирова-

техническо- средств I Ил нию. на-

го ресурса ПРИС дежности и

ПРИС затратам

Формирование множества возможных вариантов модернизации НСЧ ПРИС

Рис.8

ценность описываемых данными показателями свойств неравнозначна, в раооте введена система весовых коэффициентов, характеризующих степень значимости того или иного показателя.

На третьем этапе осуществляется собственно построение математической модели и алгоритма выбора предпочтительного варианта модернизации НСЧ ПРИС. При этом применен подход к поиску наиболее предпочтительной альтернативы с использованием максиминного принципа (или принципа гарантированного результата, принципа «осторожности»). При этом для каждого показателя задано свое критическое значение, приближаться к которому при выборе альтернатив крайне нежелательно. В отличие от традиционных моделей принятия решений предусмотрено, что и значения частных показателей, и их критические значения могут выражаться в нечеткой форме. Преобразовав частные показатели и их критические значения к однородным шкалам, можно записать правило выбора рационального варианта в виде

a* = argmax[ min Д ,,,]. (11)

а,€.4 V6C.....'I ~

где А ,,= «;(£.' „.-U ,)={< ¿„,/<(<U>} ~ взвешенное удаление оценки i-й альтернативы по v-му частному показателю от критического значения, оцененного по однородной шкале;

5„ = аМ, ~ К) = «,(*» /*, - К, (12)

либо S,v=av(LJxv-xJxv)^ (13)

//($,.) = та xmin [мЮ,М(К)]> (14)

либо М<5,„)= шах min (15)

xv - максимально возможное значение v - го показателя, Д. - его критическое значение.

Четвертый раздел посвящен изложению основных результатов практической апробации разработанного научно-методического обеспечения на примере обоснования рационального варианта модернизации НСЧ ПРИС сбора и обработки космической информации. В ходе апробации сформирован состав модернизируемых НСЧ ПРИС, включающий средства и линии связи и средства обработки информации. Выделены причины, формирующие потребность в модернизации, включая физическое и моральное старение. При этом показано, что причинами этого являются: для средств и линий связи (рис. 9) - возрастание эксплуатационных затрат, обусловленное физическим старением оборудования и незащищенностью линий связи от хищений кабелей; для средств обработки информации (рис. 10) - физическое и моральное старение оборудования.

цз+тх

Рис. 9 Рис. 10

Представлены результаты решения задачи выбора предпочтительных вариантов модернизации НСЧ ПРИС, подробно рассмотренные применительно к выбору типа магистральной линии связи между измерительными пунктами и вычислительным центром ПРИС сбора и обработки космической информации. При этом с использованием семи частных показателей проанализированы и проран-жированы 15 альтернативных вариантов модернизации.

Результаты ранжирования (см. рис. 11) выявили, что наиболее предпочтительным вариантом построения магистральных линий связи являются радиорелейные линии (альтернатива а3).

а1 а2 аЗ а4 а5 аб а7 а8 а9 а10 а11 а12 а13 а14 а15

Рис. 11

Применение разработанного в диссертации научно-методического обеспечения позволило сформировать конкретные технические предложения по модернизации НСЧ ПРИС.

В целом апробация результатов исследований показала, что:

- внедрение результатов диссертации позволяет повысить обоснованность принимаемых решений на модернизацию НСЧ ПРИС, в результате чего сокращается время модернизации НСЧ ПРИС в 3,2 раза при экономии в 1,7 раза суммарных затрат на модернизацию и эксплуатацию;

- сроки обоснования объема и планирования работ сокращаются в 2-3 раза;

- модернизация НСЧ ПРИС осуществляется без снижения уровня готовности ПРИС к выполнению целевых задач.

В заключении приведены основные результаты исследований, сформулированы рекомендации по их использованию в практических целях и определены направления дальнейших исследований.

В приложениях приведены сведения о НСЧ ПРИС сбора и обработки космической информации и разработанном программном обеспечении.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате работы над диссертацией решена научная задача разработки научно-методического обеспечения обоснования вариантов модернизации наследуемых прикладных распределенных информационных систем с учетом их физического и морального старения. При ее решении получены следующие основные результаты.

В области теоретических исследований получены новые результаты, позволяющие проводить поиск наиболее предпочтительных вариантов развития ПРИС с учетом показателей физического и морального старения, что дает возможность системного представления о потребности ПРИС в модернизации.

В области прикладных исследований разработан комплекс инженерных методик и программных средств для обоснования программ развития ПРИС. Разработанное методическое и программное обеспечение позволяет решать задачи по обоснованию программ развития широкого класса НСЧ ПРИС. Реализованный при этом подход позволяет гибко учитывать реальный объём исходных данных как об изменении параметров технического состояния НСЧ ПРИС, так и о динамике требований к их тактико-технико-экономическим характеристикам.

Проведена апробация разработанного методического и программного обеспечения при обосновании программ развития конкретных НСЧ ПРИС, результаты которой свидетельствуют, во-первых, о высокой адекватности разработанных моделей реальным условиям развития ПРИС, во-вторых, о достаточной общности полученных результатов и возможности их использования не только применительно к ПРИС сбора и обработки космической информации, но и к более широкому классу информационных систем другого назначения.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ:

1. Кононыхин С.А. Обоснование вариантов модернизации при управлении развитием технического обеспечения автоматизированных информационных систем // Транспортное дело России, 2011. - № 4. - 0,6 п.л.

2. Кононыхин С.А. Моделирование границ областей работоспособности повторно используемого оборудования при модернизации автоматизированных информационных систем//Перспективы науки, 2011.-№ 12.-0,7 п.л.

Некоторые вопросы диссертационного исследования нашли отражение в

других публикациях:

3. Кононыхин С.А., Шестопалова О.Л. Особенности оценивания остаточного ресурса прикладных распределенных информационных систем с учетом факторов морального старения// Информационно-экономические аспекты стандартизации и технического регулирования: Интернет-журнал, 2011. - № 2. -0,8/0,4 пл. - http://iea.gostinfo.ru/magazine_2011_02%282%29.html.

4. Кононыхин С.А., Шестопалова О.Л. Прогнозирование долговечности оборудования прикладных распределенных информационных систем с учетом ог-

раничений на восстановление ресурса// Информационно-экономические аспекты стандартизации и технического регулирования: Интернет-журнал. 201 1. ~ № 3. -0,8/0,4 пл. - http://iea.gosiinib.ru/magazine_2011_03%283%29.1ит1.

5. Кононыхин С.Л. Оценка долговечности оборудования прикладных распределенных информационных систем. - М.: Издательство «Московский печатник», 2010.-0,9 п.л.

6. Кононыхин С.А. Учет факторов морального старения при оценке остаточного ресурса прикладных распределенных информационных систем. - М.: Издательство «Московский печатник», 2010. - 0,8 п.л.

КОНОНЫХИН Сергей Александрович

Методика обоснования вариантов модернизации составных частей наследуемых прикладных распределенных информационных систем

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 26.01.12. Формат 60x84 1/16 Бум. офсетная Печ. л. 1,3. Тираж 100 экз. Заказ 025

Издательство «Московский печатник» 123995, Москва, Гранатный пер., д. 4, ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ»

61 12-5/2563

РОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ИНФОРМАЦИИ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И ОЦЕНКЕ СООТВЕТСТВИЯ

МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ ВАРИАНТОВ МОДЕРНИЗАЦИИ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ НАСЛЕДУЕМЫХ ПРИКЛАДНЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

05.25.05

Информационные системы и процессы

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Шестопалова О.Л.

Москва - 2012

1.2.

1.3.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ........................................ 4

ВВЕДЕНИЕ........................................................... 6

Раздел 1. АНАЛИЗ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОЦЕССА МОДЕРНИЗАЦИИ ПРИКЛАДНЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ...................................... 16

1.1. Анализ характеристик прикладных распределенных информационных систем как объектов модернизации и особенностей реализации процессов управления их

развитием в современных условиях.............................. 16

Обзор существующего научно-методического обеспечения модернизации прикладных распределенных

информационных систем.......................................... 30

Формирование путей решения задачи обоснования вариантов модернизации прикладных распределенных информационных систем. Постановка задачи

исследования......................................................... 46

Раздел 2. РАЗРАБОТКА НАУЧНО-МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ОБОСНОВАНИЯ ПОТРЕБНОСТЕЙ В МОДЕРНИЗАЦИИ НАСЛЕДУЕМЫХ СОСТАВНЫХ ЧАСТЕЙ ПРИКЛАДНЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ............................... 52

2.1. Построение математической модели прогнозирования остаточного физического ресурса наследуемых составных частей прикладных распределенных информационных систем.................................................................. 52

2.2. Построение математической модели прогнозирования остаточного морального ресурса наследуемых составных частей прикладных распределенных информационных систем.................................................................. 66

2.3. Формирование частной методики обоснования потребности наследуемых составных частей прикладных распределенных информационных систем в

модернизации......................................................... 77

Выводы по второму разделу...................................... 87

Раздел 3. РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОБОСНОВАНИЯ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНОГО ВАРИАНТА МОДЕРНИЗАЦИИ НАСЛЕДУЕМОЙ ПРИКЛАДНОЙ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ............................................................ 89

3.1. Обоснование предпочтительных направлений модернизации наследуемых составных частей прикладных распределенных информационных систем..... 89

3.2. Формирование множества частных показателей предпочтительности вариантов модернизации наследуемых составных частей прикладных распределенных информационных систем..................... 106

3.3. Разработка математической модели и алгоритма выбора предпочтительного варианта модернизации наследуемых составных частей прикладных распределенных

информационных систем.......................................... 113

Выводы по третьему разделу..................................... 124

Раздел 4. ПРАКТИЧЕСКАЯ АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЙ НА ПРИМЕРЕ ОБОСНОВАНИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО ВАРИАНТА МОДЕРНИЗАЦИИ ПРИКЛАДНОЙ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ СБОРА И ОБРАБОТКИ КОСМИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ........... 125

4.1. Формирование множества нуждающихся в модернизации наследуемых составных частей системы сбора и обработки космической информации........................... 125

4.2. Обоснование предпочтительных вариантов модернизации наследуемых составных частей прикладной распределенной информационной системы сбора и

обработки космической информации........................... 128

Выводы по четвертому разделу.................................. 148

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................... 150

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК........................... 154

ПРИЛОЖЕНИЯ...................................................... 161

П1. Перечень типов средств прикладной распределенной информационной системы сбора и обработки космической информации.......................................... 161

П2. Характеристика технического состояния средств прикладной распределенной информационной системы сбора и обработки космической информации................. 164

ПЗ. Описание программного продукта ПОВМС («Программа

Обоснования Варианта Модернизации Системы»)........... 178

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АПК - аппаратно-программный комплекс;

БД - база данных;

ВВП - валовой внутренний продукт;

ВНПС - вероятность недостижения предельного состояния;

BOJIC - волоконно-оптическая линия связи;

ВТИ - внешне-траекторная информация;

ВЦ - вычислительный центр;

ДПС - дерево предельного состояния;

ЗИП - запасные инструменты и принадлежности;

ИВЦ - информационно-вычислительный центр;

ИКК - измерительный комплекс космодрома;

ИКТ - информационно-коммуникационные технологии;

ИП - измерительный пункт;

ИС - информационная система;

ИТ - информационные технологии;

ИСУ - информационная система управления;

КА - космический аппарат;

KMJ1C - кабельно-металлические линии связи;

ЛВС - локально-вычислительная сеть;

ЛПР - лицо, принимающее решение;

ЛТХ - летно-технические характеристики;

МОД - магнитно-оптический диск;

НМ - нечеткое множество;

НМО - научно-методическое обеспечение;

НПО ИТ - научно-производственное объединение измерительной техники;

НС - наземная станция;

НСЧ - наследуемая составная часть;

ОР - остаточный ресурс;

ПВТР - подсистема восстановления технического ресурса;

ПОВМС - программа обоснования варианта модернизации системы;

ПРИС - прикладная распределенная информационная система;

ПС - предельное состояние;

РБ - разгонный блок;

РН - ракета - носитель;

РКН - ракета космического назначения;

РМВ - реальный масштаб времени;

РМО - рабочее место оператора;

РРЛС - радиорелейная линия связи;

СОВТИ - система обработки внешне-траекторной информации;

СОКИ - сбор и обработка космической информации;

СПЛС - спутниковые линии связи;

ТЛГ - телеграфный; телеграфия;

ТЛФ - телефонный; телефония;

ТМИ - телеметрическая информация;

ТТХ - тактико-технические характеристики;

УРТК - унифицированный радиотехнический комплекс;

УСД - устройство сбора и декоммутации;

ФП - функция принадлежности

ШКС - широкополосные каналы связи;

ЭВМ - электронно-вычислительная машина.

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертационного исследования. В настоящее уделяется особое внимание развитию национального сектора информационно-коммуникационных технологий (ИКТ). Так, целями государственной политики развития ИКТ, обозначенными в «Концепции долгосрочного социально-экономического развития....Российской Федерации», являются: «создание и развитие информационного общества, повышение качества жизни граждан, развитие экономической, социально-политической, культурной и духовной сфер жизни общества, совершенствование системы государственного управления на основе использования информационных и телекоммуникационных технологий, обеспечение конкурентоспособности продукции и услуг отрасли информационных и телекоммуникационных технологий».

Рыночная экономика приводит к возрастанию объема и усложнению задач, решаемых в области организации производства, процессов планирования и анализа, финансовой работы, связей с поставщиками и потребителями продукции, оперативное управление которыми невозможно без организации современных информационных систем управления (ИСУ). Однако Россия в настоящее время не является крупным участником глобального рынка ИКТ и не входит в число 15-20 крупнейших его субъектов. В России в 2011 году на долю рынка ИКТ приходится лишь 6,7 процента от ВВП. В 1999 году доля сектора составляла лишь 2,0 процента от ВВП (13 млрд. долларов), в 2006 году. - 3,5 процента от ВВП.

При распределенном характере производственного процесса информационные системы управления приобретают качество прикладных распределенных информационных систем (ПРИС). Доля ПРИС в общем числе информационных систем управления в среднем составляет примерно 45-55 процентов. Для различных субъектов промышленности и экономики она различна и колеблется от единиц процентов до 90 процентов.

ПРИС, как и любая техническая система, рано или поздно устаревает, так как неизбежно отстает от постоянно изменяющихся информационных потребностей объекта управления. При этом меняется как состав задач, возложенных на ПРИС, так и требования к качеству их выполнения. Специфическим свойством большинства ПРИС является их масштабность и жесткая встроенность в процесс управления, вследствие чего такие информационные системы невозможно изъять из эксплуатации, не остановив функционирование объектов (в отдельных случаях отраслей), в интересах которых они были внедрены в процесс управления.

Это обусловливает неизбежность постепенной эволюционной адаптации ПРИС к изменяющимся требованиям и порождает целый класс научных и практических задач, связанных с изучением вопросов развития так называемых наследуемых ПРИС. Развитие наследуемых ПРИС требует системного исследования процессов возникновения и динамического изменения несоответствия их характеристик изменяющимся требованиям и способов устранения таких несоответствий.

ТЧ о

В современной научно-техническои литературе рассматриваются различные аспекты изучения проблем развития сложных систем: от обсуждения общих вопросов и постановок задач по управлению развитием до исследования конкретных математических моделей и алгоритмов. В последний период наблюдается всплеск научного интереса к методам и технологиям так называемого «реинжиниринга» информационных систем, под которым в одних случаях понимается «глубокая революционная модернизация», в других «систематическая трансформация существующей системы». Однако, не смотря на наличие большого количества работ, охватывающих данную проблематику с различных точек зрения, следует признать, что понятие реинжиниринга информационных систем различными исследователями до сих пор трактуется по разному; существует множество близких понятий, наличие которых приводит к появлению внешне отличающихся, но по сути схожих подходов, методов и технологий; существующие методы и технологии не интегрирова-

ны на системном уровне; наблюдается разрыв между концептуальными и прикладными решениями. Ввиду этого в работе будем пользоваться более устоявшимся термином «модернизация» информационных систем.

Под модернизацией ПРИС будем понимать один из путей улучшения функциональных свойств наследуемых составных частей (НСЧ) ПРИС, повышения их эксплуатационной надежности, состоящий как в изменении отдельных элементов ПРИС, совершенствовании их эксплуатации, так и в применении принципиально новых элементов.

В целом проведенный анализ показал, что, не смотря на большое количество работ в области исследования различных аспектов создания и развития систем информационного обеспечения процессов управления, в настоящее время отсутствуют работы, в которых в полной мере рассматривался бы вопрос обоснования предпочтительных вариантов модернизации наследуемых составных частей ПРИС на основе исследования структуры процесса их устаревания, в том числе с учетом аспектов физического и морального старения.

Учет физического старения технической компоненты ПРИС необходим для понимания степени влияния ухудшения технического состояния, надежности элементов НСЧ ПРИС на предельные сроки эксплуатации. Учет морального старения позволяет спрогнозировать наступление такого момента, когда ПРИС будет несоответствовать изменившимся требованиям по составу выполняемых функций и качеству их выполнения, т.е. морально устареет, даже оставаясь формально работоспособной.

Таким образом, налицо противоречие между необходимостью обосновывать предпочтительные варианты модернизации наследуемых ПРИС и отсутствием соответствующего научно-методического обеспечения.

В связи с этим можно утверждать, что тема данной диссертации, посвященной решению научной задачи разработки научно-методического обеспечения обоснования вариантов модернизации наследуемых прикладных распределенных информационных систем с учетом их физического и морального старения, является актуальной и важной для практики.

Объектом исследования в данной диссертации являются системы и средства сбора и обработки информации для обеспечения управления объектами и процессами.

Предметом исследования в данной работе выступают процессы управления развитием прикладных распределенных информационных систем.

Целью диссертации является разработка научно-методического обеспечения для обоснования предпочтительных вариантов модернизации наследуемых ПРИС с учетом физического и морального старения их составных частей.

Общая задача исследований, таким образом, заключается в разработке методики обоснования вариантов модернизации наследуемых составных частей прикладных распределенных информационных систем, позволяющей реализовать комплексный подход к оцениванию потребности НСЧ ПРИС в модернизации и выбору предпочтительных вариантов их модернизации с учетом факторов физического и морального старения. При этом предполагаются известными сведения: о технической структуре компоненты ПРИС; о текущих и прогнозируемых оценках безотказности элементов НСЧ ПРИС; о текущих и прогнозируемых оценках вероятности нормального функционирования элементов подсистемы восстановления технического ресурса НСЧ ПРИС; о затратах на реализацию вариантов модернизации НСЧ ПРИС; о величине горизонта планирования развития НСЧ ПРИС.

Общая задача исследований является достаточно сложной для непосредственного решения и поэтому в работе она декомпозирована на ряд следующих частных задач диссертационного исследования:

1. Разработка научно-методического обеспечения обоснования вариантов модернизации составных частей наследуемых ПРИС с учетом их физического и морального старения, включающего:

- математическую модель прогнозирования остаточного физического ресурса НСЧ ПРИС;

- математическую модель прогнозирования остаточного морального ресурса НСЧ ПРИС;

- частную методику формирования состава модернизируемых НСЧ ПРИС;

- способ обоснования предпочтительного варианта модернизации НСЧ ПРИС.

2. Проведение исследований по практической апробации научно-методического обеспечения обоснования вариантов модернизации НСЧ ПРИС.

Методы исследований. При решении задач использовались методы теории принятия решений, теории множеств и отношений, теории вероятностей и математической статистики, теории надёжности, теории нечетких множеств.

Научная новизна диссертационного исследования состоит в том, что:

- разработана математическая модель прогнозирования остаточного физического ресурса НСЧ ПРИС, основанная на оценивании динамических соотношений вкладов различных групп элементов ПРИС и элементов подсистемы восстановления технического ресурса (ПВТР) в изменение вероятности недостижения предельного состояния (ВНПС) системы в целом. Новизна модели заключается в учете фактических возможностей восстановления технического ресурса ПРИС, которая может снижаться в процессе эксплуатации из-за деградации элементов ПВТР;

- обоснована математическая модель прогнозирования остаточного морального ресурса НСЧ ПРИС, отличающаяся тем, что при оценивании параметров регрессионной модели используются нечеткие экспертные оценки как временных интервалов, так и степени отставания характеристик НСЧ ПРИС от требуемого уровня;

- предложена частная методика формирования состава модернизируемых НСЧ ПРИС, отличающаяся тем, что в структуру обобщенного показателя потребности НСЧ ПРИС в модернизации введены составляющие, отражаю-

щие как степень физического старения оборудования, так и степень морального старения (отставание реализуемых возможностей НСЧ ПРИС от требований потребителя по составу целевых задач и уровню технических характеристик);

- разработан способ обоснования предпочтительного варианта модернизации НСЧ ПРИС, который отличается, во-первых, увязкой возможных направлений модернизации с фактическим состоянием объекта модернизации и подсистемы восстановления его ресурса, во-вторых, тем, что значения частных показателей предпочтительности вариантов модернизации и их критических значений могут оцениваться приближенно, что позволяет привлечь для решения задачи дополнительную экспертную информацию.

На защиту выносятся следующие результаты:

1) математическая модель прогнозирования остаточного физического ресурса НСЧ ПРИС;

2) математическая модель прогнозирования остаточного морального ресурса НСЧ ПРИС;

3) частная методика формирования состава модернизируемых НСЧ ПРИС;

4) способ обоснования предпочтительного варианта модернизации НСЧ ПРИС.

Практическая значимость исследования заключается в том, что полученные результаты разработаны с учетом фактических условий эксплуатации и целевого п�