автореферат диссертации по документальной информации, 05.25.05, диссертация на тему:Методика обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем

КОРСУН Андрей Владимирович

МЕТОДИКА ОБОСНОВАНИЯ ВАРИАНТОВ РАЗВИТИЯ ПРИКЛАДНЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ

СИСТЕМ

05.25.05 - Информационные системы и процессы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 МАЙ 2011

МОСКВА-2011

4845697

Работа выполнена в отделе сопровождения и развития информационных технологий и программных средств Федерального государственного унитарного предприятия «Российский научно-технический центр информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия» (ФГУП «СТАН-ДАРТИНФОРМ»)

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

доктор технических наук Бурый Алексей Сергеевич

доктор технических наук Лысенко Игорь Валентинович

кандидат технических наук, доцент Божков Игорь Викторович

Ведущая организация: Научно-исследовательский центр информатики

при Министерстве иностранных дел Российской Федерации

Защита состоится « 2011 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 « » /Уау!_2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат экономических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Активное использование информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) является в настоящее время одним из основных факторов, определяющих экономический рост как современных развитых государств, так и ряда развивающихся стран и стран с переходной экономикой.

В настоящее время развитию российского сектора ИКТ уделяется повышенное внимание как со стороны законодательных и исполнительных органов государства, так и частных организаций. Целями государственной политики развития информационно - коммуникационных технологий, согласно «Концепции долгосрочного социально-экономического развития....», 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.

С учетом основных долгосрочных тенденций развития мировой экономики, связываемых с процессами перехода к постиндустриальному информационному обществу, развитие ИКТ способно стать одним из наиболее предпочтительных направлений модернизации экономики страны.

Тем не менее, Россия пока не является крупным участником глобального рынка ИКТ и не входит в число 15-20 крупнейших его субъектов. В России на долю рынка ИКТ приходится 4,9 процента от ВВП, страна опережает только одну страну - Мексику. В 1999 году доля сектора составляла лишь 2,0 процента от ВВП (13 млрд. долларов), в 2006 году. - 3,5 процента от ВВП,

Факторами (и условиями), обеспечивающими успешное развитие сектора в среднесрочной перспективе, должен стать рост спроса со стороны промышленных потребителей на услуги по передаче информации как за счет роста в самих отраслях-потребителях, так и повышения значимости данного сектора в технологиях управления компаниями и роста объема передаваемой информации.

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 современной информационной системы управления.

. Общая классификация ИС

Под информационной системой управления понимается совокупность информации. экономико-математических методов и моделей, технических, программных, других технологических средств и специалистов, предназначенная для обработки информации и принятия управленческих решений.

Общая классификация информационных систем и их рынка приведена на рисунках 1 и 2.

При распределенном характере производственного процесса информационные системы управления приобретают качество прикладных распределенных ин-

ПРИС являются сложными техническими системами со всеми присущими сложным системам свойствами: целостностью, эмерджентностью, иерархичностью построения, сложностью, динамичностью, функционированием в условиях существенной неопределенности.

Так как любая система, включая ПРИС, рано или поздно устаревает морально и физически, периодически встает вопрос об их доработке или модернизации, а говоря обобщенно - развитии. Потребность в развитии ПРИС возникает в случаях, когда эксплуатация системы показала, что планируемые цели не достигнуты, либо изменились потребности в информационном обеспечении управления объектами.

Развитием ПРИС будем называть целенаправленный переход системы из одного качественного состояния в другое в рамках жизненного цикла.

В настоящее время существует два подхода к проектированию и развитию ПРИС: каскадный и спиральный, представленные на рис. 3 и 4 и два способа разработки, представленные на рис. 5: уникальная разработка под конкретный заказ и унифицированная разработка, адаптируемая под конкретные условия.

формационных систем (ПРИС).

Ьиды Представители

систем групп

Локальные сис- 1С;

темы БЭСТ;

"Инотек"

ИНФИН;

"Инфософт";

"Супер-Менеджер";

"Турбо-Бухгалтер";

"Инфо-Бухгалтер";

+ более 100 систем.

Малые интегри- Concorde XAL;

рованные сис- Exact NS-2000;

течы Platinum PRO/MIS;

Scala SunSystems;

БОСС-Корпорация;

Галактика/Парус

ресурс;

эталон;

Средние интег- JD Edwards (Robertson

■ ■ & Blums);

системы MFG-Pro (QAD/BMS);

SyteLine (CO-

КАП/SYMIX).

Крупные интег- SAP/R3 (SAP AG)

рированные Saan (Baan);

системы BPCS (ITS/SSA);

Oracle

Applications

(Oracle)

Рис.2 Классификация рынка ИС

Рис. 3. Каскадная модель Рис.4. Спиральная модель

жизненного цикла ИС жизненного цикла ИС

В|1Л111КН(ЖКНК1

ШЦНМЛ Г М01И фиклнп^й сц«-II мы

]. Нн.11«ьикрп

ИМИ Л 1К»| I {ЪПН-

мыьнни |М]рп

«ОГКЛ)

мни «лини.

>К Н]Н';>Ы'

I I 1 'И-. > >'„ ; I*. и

го и особенно нмгищ а к ни «С

1нВИ(11М'К1Ь 01

фирМЫ р« ф!|-

г1'п ц-рлк.1 "i №1

Н»Ш И'ННГ 1|(-[1> НИ. (. 1ЧР1 ч г I с р[Н> СНЙГКНМ II ЧГ>К.1>

.1»1|>1.1Ч.

11 I а |Ш1н (\ни фкциром.....ая)

разрябичка

Каскадная модель предусматривает последовательную организацию работ. Недостатками каскадной модели являются: существенная задержка в получении результатов; сложность параллельного ведения работ по проекту; чрезмерная информационная перенасыщенность каждого из этапов; сложность управления проектом; высокий уровень риска и ненадежность инвестиций.

Спиральная модель, в отличие от каскадной, предполагает итерационный процесс разработки и развития информационной системы. Каждая итерация представляет собой законченный цикл разработки, приводящий к выпуску внутренней или внешней версии изделия, которое совершенствуется от итерации к итерации, чтобы стать законченной системой. Итерационная разработка существенно упрощает внесение изменений в проект при изменении требований заказчика, при этом уменьшается уровень рисков, так как риски обнаруживаются именно во время проведения итераций. По мере продвижения разработки ожидаемый уровень рисков снижается. При использовании спиральной модели снижение уровня рисков происходит с наибольшей скоростью (см. рис. 6).

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 интересах которых они были внедрены в процесс управления.

Вид Аргументы Аргументы

разработки "за" "против"

Рис. 5. Анализ способов разработки ИС Рис. 6. Зависимость рисков от

времени разработки ИС

Большинство ПРИС крупных промышленных предприятий и организаций, особенно в военно-промышленном комплексе, создавались по каскадной схеме и в уникальном исполнении. Вследствие изменившихся требований в настоящее время возникла потребность в их модернизации. Очевидно, что модернизация должна проводиться по итерационной спиральной схеме.

Возникает вопрос: «Существует ли научно-методическое обеспечение реализации развития уникальных ПРИС по спиральной итерационной схеме?».

В современной научно-технической литературе рассматриваются различные аспекты изучения проблемы 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.П. Ковалева, А.Д. Цвиркуна, И.В. Чистова и др.

Однако в целом проведенный анализ показал, что, несмотря на большое количество работ в области исследования различных аспектов создания и развития систем информационного обеспечения процессов управления, отсутствуют работы, в которых в полной мере рассматривался бы вопрос обоснования рациональных по затратам вариантов развития ПРИС по итерационной спиральной схеме, позволяющих обеспечить своевременное, полное и непрерывное снабжение органов управления достоверной информацией для оперативного принятия решений по управлению объектом (группой объектов).

В связи с этим можно утверждать, что тема и цель данной диссертации, посвященной решению научно-технической задачи разработки методики обоснования вариантов построения прикладных распределенных информационных систем, являются актуальными и важными для практики.

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

Предметом исследования выступают процессы управления развитием прикладных распределенных информационных систем

Целью диссертационного исследования является разработка научно-методического обеспечения обоснования рациональных по затратам вариантов развития прикладных распределенных информационных систем, позволяющего своевременно адаптировать возможности ПРИС к изменяющимся требованиям по составу и качеству решения функциональных задач.

Для достижения указанной цели в работе были решены следующие задачи исследованиях

1. Разработка методики обоснования вариантов развития ПРИС, включающей:

- способ итерационного обоснования рационального варианта построения ПРИС;

- математическую модель и алгоритм определения параметров оптимальной структуры ПРИС;

- математические модели оценивания значений показателей качества функционирования ПРИС.

2. Проведение исследований по экспериментальной апробации методики обоснования вариантов развития ПРИС на примере решения задачи совершенствования системы информационного обеспечения управления эксплуатацией средств космодрома.

Методы исследований. При решении задач использовались методы системного анализа, теории множеств и отношений, теории принятия решений, теории вероятностей и математической статистики, теории надёжности, теории передачи информации.

Научная повита исследовании состоит в том. что:

1. Разработан новым способ итерационного обоснования рационального варианта построения ПРИС. Особенностью способа и элементом его новизны является реализация итерационной спиральной схемы управления развитием, что сохраняет частичную преемственность между существующей и новой структурой информационной подсистемы при условии выполнения информационного обеспечения всего обновленного комплекса задач по управлению объектами с требуемым качеством.

2. В математической модели определения параметров оптимальной структуры ПРИС учтены требования к качеству информационного обеспечения, включая достоверность, своевременность и оперативность информационного обеспечения. Предложенный алгоритм решения данной задачи учитывает реальную размерность множества вариантов размещений задач по элементам технической структуры ПРИС.

3. Математические модели оценивания значений показателей качества функционирования ПРИС, в отличие от статистических моделей, позволяют учесть конкретную топологическую структуру варианта построения ПРИС. Кроме того, в качестве показателя достоверности информации в ПРИС выбрана вероятность неискажения выходной информации при решении вершинных задач, включая процедуры контроля, обработки и передачи информации в ПРИС; модель оценивания значений стоимостных показателей учитывает как затраты на построение, так и на эксплуатацию ПРИС; модель оценивания значений временных показателей позволяет рассчитать как среднее время решения вершинных задач, так и его верхнюю оценку.

На защиту выносятся следующие результаты:

1. Способ итерационного обоснования рационального варианта построения ПРИС.

2. Математическая модель и алгоритм определения параметров оптимальной структуры ПРИС.

3. Математические модели оценивания значений показателей качества функционирования ПРИС.

Практическая значимость исследования заключается в том, что полученные результаты разработаны с учетом фактических условий разработки и применения существующих образцов ПРИС; доведены до уровня инженерных методик, алгоритмов и программ, позволяющих использовать их при совершенствовании конкретных ПРИС, апробированы при проведении экспериментальных исследований по обоснованию рационального варианта модернизации системы сбора и обработки информации о техническом состоянии средств наземной космической инфраструктуры (СНКИ) космодрома «Байконур».

Реализация результатов исследований. Основные результаты исследований реализованы в организации ФГУП «ЦЭНКИ» (Центре эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры) на космодроме «Байконур» - при проведении НИОКР по обоснованию путей совершенствования информационного обеспечения системы управления эксплуатацией средств наземной космической инфраструктуры.

Апробация результатов исследований. Основные теоретические положения.и •выводы диссертации изложены в шести публикациях общим объёмом 3,5

пл.. из них четыре статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных результатов диссертационных исследований на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук, а также представлены в докладах и сообщениях на научных конференциях и семинарах по проблематике развития прикладных информационных систем в ряде вузов и научных организаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографического списка и двух приложений. Диссертация включает основную часть на 191 листе и приложения общим объемом 40 листов, проиллюстрирована 38 рисунками и 4 таблицами. Библиографический список содержит 71 наименование 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 направлений совершенствования и повышения эффективности функционирования прикладных распределенных информационных систем. При этом проанализированы современные тенденции развития технологий информационного обеспечения управления системами и процессами. Дана обобщенная характеристика информационных технологий и систем как объектов управления развитием. Выполнен обзор существующих методов управления развитием информационных технологий и систем. Сформированы пути решения задачи обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем.

В разделе показано, что, несмотря на большое количество работ по исследованию рассматриваемой предметной области, в настоящее время практически отсутствуют работы, в которых в полной мере рассматривался бы вопрос разработки научно-методического обеспечения обоснования рациональных по затратам вариантов модернизации прикладной распределенной информационной системы, позволяющей своевременно снабжать органы управления достоверной информацией для оперативного принятия решений по управлению объектом (группой объектов). При этом рассматриваемая ПРИС является в некотором смысле наследуемой, т.е. сохраняется преемственность части функций старой информационной системы. В то же время появляются новые функции, которые в рамках наследуемой технической структуры не могут быть выполнены.

В этих условиях существующее научно-методическое обеспечение анализа и синтеза информационных систем поддержки принятия решений по управлению объектами нуждается в совершенствовании в направлении наиболее полного учета особенностей объекта и предмета исследования.

Задаче синтеза новой функциональной и технической структуры ПРИС должен предшествовать этап анализа качества функционирования существующей ПРИС на предмет удовлетворения требованиям полноты и достаточности информационного обеспечения всего спектра существующих и перспективных задач управления объектами, а также достоверности, оперативности и ресурсоемкости их решения.

Обоснование варианта модернизации ПРИС должно удовлетворять принципу максимальной преемственности, т.е. должно учитывать сложившиеся особенности технической структуры наследуемой ПРИС с необходимыми доработками для обеспечения решения новых функциональных задач.

Выбираемый вариант построения ПРИС должен удовлетворять принципу рациональности, т. е. соответствовать требованиям по полноте, достоверности, оперативности информационного обеспечения при экономии затрат на построение и последующую эксплуатацию ПРИС.

При обосновании рационального варианта построения ПРИС необходимо учитывать большую размерность задачи, связанную со значительным числом сравниваемых вариантов, а также так называемую критериальную неопределенность, когда необходимо выбирать наилучший вариант одновременно по нескольким критериям (достоверности, оперативности и ресурсоемкости информационного обеспечения).

Исходя из отмеченных обстоятельств, под рациональным вариантом модернизации ПРИС понимается совокупность территориально распределенных средств сбора и обработки информации, каналов сбора и передачи данных с зафиксированными на них функциональными задачами, при которой достоверность решения задач максимальна, задачи решаются своевременно и с максимальной экономией затрат на сбор, обработку и передачу необходимой информации.

В разделе приведены содержательная и формализованная постановка решаемой задачи.

Содержательная постановка задачи. При заданных исходных данных:

о составе задач, решаемых в системе управления объектами; о требованиях к количеству и качеству исходных данных для решения задач управления объектами; о требованиях к достоверности и оперативности решения задач управления объектами; о составе и качественных параметрах элементов существующей технической структуры наследуемой ПРИС разработать: методику обоснования рациональных по затратам вариантов развития прикладных распределенных информационных систем, позволяющую своевременно адаптировать возможности ПРИС к изменяющимся требованиям по составу и качеству решения функциональных задач.

Формализованная постановка задачи выглядит следующим образом.

Дано: исходные данные для решения задачи составляют кортеж:

<г = {=Х; тгу, ^(г); яг(5Л)>,

где 2 = {г^. - множество задач, решаемых в системе управления объектами;

ИД{2) - исходные данные по информационной взаимосвязи задач 2; РТГ{2) -требования к количеству и качеству исходных данных для решения задач 2\ 81г(8Тх) - сведения о составе и качественных параметрах элементов существующей технической структуры наследуемой ПРИС.

Найти: такой (рациональный) вариант Уагг''\„мс построения ПРИС, однозначно описываемый совокупностью рациональных значений параметров технической Я,"1' и П[']' - соответственно, функциональной структуры, в виде некоторого способа (правила) 31, задающего отображение элементов функциональной структуры на множество элементов технической структуры таким

К)

образом, что для всех задач, входящих в подмножество вершинных (конечных) задач Zn. выполняются следующие требования: показатель /^Z,,-.//,"1 ;//;" ) достоверности решения вершинных задач Z„ стремится к максимуму; показатель S{Zu-,n\n ;/7i") финансовых затрат на решение вершинных задач 1„ стремится к минимуму; временные затраты T(Ztt\n\n ;Л!" )на решение вершинных задач z„ не превышают предельно допустимых значений Т:юп.

Или то же самое в формульно-символьном виде:

„,. = ЭТ: 5^(57;v)|^{A/!(zQ; /7^*; /71"Г)е О-;,, (1)

где Wm = {p(zo;Я,"> ;//<" )S(Z0;/7<'> ;/7<" ),T(Z0; Я,"> ; Я<'> )}, (2)

/>(•), 5(»)и '/'(*) - соответственно векторные показатели достоверности, финансовых и временных затрат на решение вершинных (конечных) задач Z0 в ПРИС с параметрами технической и функциональной структуры соответственно Л^и П^р, причем:

P(Z0-,n{-,n{)-> шах

я("х/7('>

^ьЯ^Я^)-» min

1 2 п1'Щ'> T(Z0-,n^ ;/7<'> )<Тдоп

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

- разработка способа итерационного обоснования рационального варианта построения ПРИС;

- разработка математической модели и алгоритма определения параметров оптимальной структуры ПРИС;

- разработка математических моделей оценивания значений показателей качества функционирования ПРИС;

- проведение исследований по экспериментальной апробации методики обоснования вариантов развития ПРИС на примере решения задачи совершенствования системы информационного обеспечения управления эксплуатацией средств космодрома.

В обобщенном виде результаты совершенствования научно-методического обеспечения обоснования рациональных по затратам вариантов развития прикладных распределенных информационных систем структурно представлены на рис. 7.

Методика обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем

Способ итерационного обоснования рационального варианта построения ПРИС

Математическая модель и алгоритм определения параметров оптимальной структуры ПРИС

Математические модели оценивания значений показателей качества функционирования ПРИС

Результаты экспериментальной апробации разработанного научно-методического обеспечения

Комплекс

прикладных

программ

Обоснование вариантов развития ПРИС на примере совершенствования системы ин-_формаиионного обеспечения управления эксплуатацией средств наземной космической инфраструктуры космодрома «Байконур»

Разработка предложений по совершенствованию системы информационного обеспечения управления эксплуатацией средств наземной космической инфраструктуры космодрома «Байконур»

Рис. 7. Структура основных научных результатов работы

Во втором разделе исследованы системно-кибернетические аспекты формирования облика прикладных распределенных информационных систем. Показано, что качество функционирования системы управления во многом определяется способом построения ПРИС. При формировании облика ПРИС необходимо учитывать состав задач, решаемых при управлении объектом и требования к информации, предоставляемой пользователю: своевременность, непрерывность, достоверность и полноту.

Проведена декомпозиция ПРИС на функциональные подсистемы, очерчены контуры ПРИС, показано (см. рис. 8), что в общем случае в ее состав входят: подсистема сбора информации, информационная система, подсистема обработки информации, подсистема реализации решений по управлению ПРИС,

Основная роль ПРИС состоит в своевременном получении и доведении до лица, принимающего решение (ЛПР), достоверной информации для выбора наиболее предпочтительных вариантов решений по управлению эксплуатацией.

Учитывая, что ПРИС по своему иерархическому положению в системе управления эксплуатацией является подчиненной подсистемой относительно системы управления (которая для ПРИС является системой макро уровня), формирование облика ПРИС, как показано на рис. 9, заключается в поиске наиболее рационального способа информационного обеспечения решения задач управления эксплуатацией с использованием достигнутого на сегодняшний день уровня развития основ построения технической и функциональной структур ПРИС.

Проанализированы пути построения информационной системы применительно к особенностям системы управления состоянием объектов.

Исследованы системно- кибернетические аспекты формирования облика ПРИС. Информационная подсистема состоит двух функционально взаимосвязанных подсистем: информационно измерительной, пред-

Рис. 8 Место ПРИС в системе управления объектом назначенной для

сбора исходных данных о состоянии объектов и о результатах функционирования системы управления, и информационно управляющей - для обоснования решений по управлению объектами. Технические и программные средства, распределенные по элементам различных иерархических уровней и связанные сетью передачи данных, образуют техническую структуру ПРИС, а совокупность функциональных задач, распределенная на элементах технической структуры, образует функциональную структуру.

С учетом исследования системно-кибернетических аспектов формирования облика прикладных распределенных информационных систем разработан способ итерационного обоснования рационального варианта построения ПРИС и реализующий его алгоритм.

При этом в систематизированном виде изложены методологические принципы построения и развития прикладных распределенных информационных систем, включая принципы: реализации непрерывной информационной поддержки жизненного цикла объекта управления; одновременной совместной разработки объекта управления и ПРИС, выполняющей функции информационной поддержки решений по управлению состоянием объекта управления; ориентации на прогрессивные стратегии, методы и технологии информационного обеспечения управления; преемственности; открытости для развития; ресурсосбережения; соответствия международным нормативным документам по способам реализации построения и развития ПРИС; использования системного подхода.

Последовательность обоснования рационального варианта построения ПРИС кратко можно пояснить следующим образом (см. рис. 10).

1. На основе анализа требований к качеству управления в вышестоящей системе формируется множество задач, подлежащих решению в ходе управления объектами. Данное множество подвергается анализу с определением информационной взаимосвязи задач, очередности решения и потребных ресурсов.

2. Существующая техническая структура действующей ПРИС обследуется с определением состава элементов, наличия на них первичной информации и ре-

Рис. 9.

сурсов для решения множества выделенных задач, а также конкретной конфигурации и характеристик каналов сети передачи данных между элементами.

Рис. 10. Схема способа и алгоритма итерационного обоснования рационального варианта построения ПРИС

3. Далее решается задача поиска варианта распределения задач по элементам технической структуры по критериям достоверности, финансовых и временных затрат. Если такое решение существует и по показателям качества удовлетворяет пользователя, то процедура обоснования рационального варианта построения ПРИС считается завершенной.

4. В противном случае проводится поиск «слабых мест» технической структуры, разрабатываются конкретные предложения по ее модернизации, и задача поиска рациональной функциональной структуры ПРИС решается итерационно

на новой технической структуре до тех пор, пока не будет достигнут приемлемый для пользователя результат.

На базе алгоритма итерационного обоснования разработана структура методики обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем.

Из всех основных операций методики наименее исследованными в научном плане являются операции поиска оптимального варианта функциональной структуры ПРИС и расчета значений показателей качества функционирования ПРИС.

В связи с этим в третьем разделе разработаны математическая модель и алгоритм определения параметров оптимальной структуры ПРИС. Построение данной модели происходит в несколько этапов:

1. Сначала выполняется формализованное описание структуры задач, решаемых в ПРИС. Оно включает: описание состава множества задач по сбору и обработки информации в ПРИС {:к}к = {-1, .......-а:}; описание информационных взаимосвязей между задачами к(2) =||и(2)||'С > с выделением множества вер-

II кг II к

шинных, т.е. конечных задач Z = 2пр и ; описание очередности решения информационно связанных задач С = где

[\, если очередность к- й задачи равна, gjk={ , а / есть число классов задач, которые мо-

' [0, в противном случае,

гут решаться одновременно; описание потребности в ресурсах для всей совокупности решаемых задач д = Ця^| , где Лк - потребность в ресурсах ]-го вида для

решения к-й задачи, Яр. = (я^р, Я^ - общие потребности в ресур-

сах на решение задачи :к, У- число видов ресурсов.

2. На следующем этапе выполняется формализованное описание технической структуры ПРИС. Оно включает: описание состава множества элементов технической структуры ПРИС на различных уровнях иерархии В = {Ь„}К ={Ь\, Ь2, ..., Ьн}\ описание наличия на элементах ПРИС первичной информации

И1) =|![/(|'| , необходимых для решения задач ресурсов

II Кп IIN

= описание структуры сети связи между эле-

II 11"

ментами технической структуры ПРИС различных уровней = .

Построение функциональной структуры ПРИС можно представить в виде задачи многокритериального выбора варианта распределения задач по элементам технической структуры ПРИС с двухкомпонентной векторной целевой функцией, включающей максимизацию показателя достоверности и минимизацию показателя затрат на решение вершинных задач

/,(*) = шт_ Р (:.)=> шах (4)

/, (Х)=тах => тт (5)

г,6 о

где Р ( 2 ]) - показатель достоверности решения вершинной задачи Zj; S(zJ) - показатель затрат на решение вершинной задачи Ъ^

при ограниченных

к- г,

где Г, - есть множество номеров задач из класса 7!'

шахл'^" у = 1,7,/1 = 1,Л'.

(7)

'ч

к=1К

ЕЛ хк„Л</) < , АеГ,, / =р, п = йУ. (8)

= = (9)

"" (Ю)

=1 /и

N К N N

5Х1£*,,АУ2, = 2><?,*=1,к, (И)

П = 1 Г=1 1 = 1 Г=1

Ё I | X + X £ ] * ^доп. где А, = 1 (12)

Ы /1=1 Ч'=1 /-=1 '=1

тахГ(.-у)<Гда;, (13)

Сущность ограничений:

• (6) - каждую задачу из класса можно выполнять на любом одном элементе;

• (7) - промежуточные задачи одного класса не могут решаться одновременно, т.е. на любом элементе системы не должно выполняться более одной задачи :к

• (8) - необходимость обеспечения соответствия потребных ресурсов на решение задачи гк с ресурсами элемента Ь„;

• (9) - совместимость задач с элементами системы при заданной матрице

НИХ.;

• (10), (11) и (12) - ограничения по возможностям сети связи;

• (13) - ограничение на время решения вершинных задач. Сформулированная задача относится к классу задач целочисленного комбинаторного программирования, решение которых методом полного перебора вариантов затруднено в силу ограниченности вычислительных ресурсов порогом Бре-мермана-Эшби. Поэтому в диссертации предложен алгоритм ее решения, приведенный на рис. 11 и заключающийся в сужении множества вариантов распределения задач по элементам технической структуры ПРИС методом целенаправленного перебора альтернатив на множестве информационно несвязанных задач.

Для количественного оценивания отдельных вариантов построения функциональной структуры ПРИС в диссертации разработаны математические модели оценивания значений показателей качества функционирования ПРИС, включая оценивание показателей достоверности:

Вероятность неискажения выходной информации при решении вершинной задачи

/><" = Р{у/) = , (14)

где 1'(Ч/П1, -вероятности неискаження информации в процессе

контроля, передачи и обработки информации;

Рис. 11. Алгоритм решения задачи целочисленного комбинаторного программирования

= ППк(«/,,)Г" к(^5))Г* Пк^')]". (15)

к-1 п=1 ¿-1

где Рь,(¥{1))>достоверности преобразования информации при реализации к-й процедуры на п-м элементе соответственно для процедур сбора и обработки информации, Р|„(^(3)) - достоверность преобразования при передаче информации по каналу связи между 1-м и п-м элементами,

к

Уы = = ^п{хк, + ^хп,ул);

стоимостных показателей:

1. Суммарные приведённые затраты на построение ПРИС

^ = £,¿5», (16)

/=1

где: Ен - нормативный коэффициент сравнительной эффективности капитальных вложений, Е„,0,15\ - капитальные затраты на элементы ПРИС /-го вида, включая: капитальные вложения на аппаратуру контроля, обнаружения, диагностирования отказов, сбора, хранения, обработки и передачи информации.

2. Суммарные приведенные эксплуатационные затраты

=£¿4**++V-1 • (17)

где Ь'ь, - затраты на решение А-й задачи на н-м элементе; с/„ - затраты на передачу единицы объёма информации между элементами п и / временных показателей:

1. Среднее время решения вершинной задачи

^ = (18) 2. Верхняя оценка времени решения вершинной задачи

/ I

Г«'" + + (19)

„I *е" "=1-Л 1.Л' "=1.»

Четвертый раздел посвящен изложению основных результатов экспериментальной апробации разработанного научно-методического обеспечения на примере подготовки предложений по модернизации подготовки предложений по модернизации ПРИС системы эксплуатации средств наземной космической инфраструктуры (СНКИ) ракетно-космического комплекса «Союз-2» космодрома «Байконур». В ходе апробации проанализированы задачи, решаемые органом подготовки и принятия решений системы управления эксплуатацией космодрома. При этом для удобства компактного представления результатов апробации исходные задачи объединены в 16 типовых групп, показанных на рис. 12. Формализованное описание структуры задач позволило построить матрицы информационной взаимосвязи задач, очередности их решения и потребностей в ресурсах, что дало возможность выделить из всей совокупности задач подмножество вершинных задач №№ 11-16.

После обследования существующей технической структуры ПРИС в результате решения задачи размещения функциональных задач по элементам технической структуры установлено:

- существующая техническая структура ПРИС не позволяет разместить на ней полное множество задач по управлению эксплуатацией, т.е. задача построе-

имя функциональной структуры системы информационного обеспечения управления эксплуатацией СНКИ на существующих технических и программных средствах в полном объеме не реализуется в принципе;

- реализованная часть задач выполняется с показателями качества не удовлетворяющими требованиям пользователя по достоверности, своевременности и затратам, так как решаются в основном на верхних уровнях ПРИС (рис. 13).

Проведенный анализ позволил выделить ряд «слабых мест» существующей структуры ПРИС:

- носителями первичной информации в ПРИС являются только бумажные учетные документы;

- существующая ПРИС не имеет средств достоверного, оперативного и своевременного индивидуального контроля параметров технического состояния (ТС) СНКИ;

- существующие вычислительные ресурсы сосредоточены в основном на верхних иерархических уровнях ПРИС и ориентированы на поддержку групповых стратегий эксплуатации СНКИ;

- средства углубленного анализа причин отказов в технической структуре ПРИС космодрома не предусмотрены, что снижает достоверность, оперативность и экономичность анализа.

Исходя из предложенного в диссертации алгоритма были разработаны предложения по модернизации существующей организационной и технической структуры ПРИС:

- ввести в IV уровень организационной структуры ПРИС группу-лабораторию мониторинга ТС СНКИ, оснастив ее мобильными приборно-программными комплексами неразрушающего диагностического контроля основных дефектов типовых объектов СНКИ;

- дополнить II уровень организационной структуры ПРИС Центром технологий неразрушающего контроля, оснастив его стационарными приборно-программными комплексами углубленного контроля причин возникновения отказов и неисправностей на стадиях производства и эксплуатации СНКИ;

- оснастить IV, V и VI уровни ПРИС современными техническими средствами хранения и обработки информации (АРМ, СПО и БД) для решения всего спектра задач обеспечения надежной и безопасной эксплуатации СНКИ, как по групповым, так и по индивидуальным стратегиям эксплуатации.

Проведенные расчеты показателей качества функционирования ПРИС с обоснованной по результатам исследований функциональной структурой показали, что при этом достигаются приемлемые для пользователя значения показателей достоверности, оперативности и затрат (см. рис. 14-16).

Нахождение рационального варианта построения технической и функциональной структур ПРИС позволяет обеспечить требования к необходимой достоверности решения задач в ПРИС при снижении 3,5 - 4 раза финансовых и в 7,5 - 9

1 (Упр. экспл.)

II (4 ЦНИИ) cx¿>

III (Предпр.)

IV (ГИК) СХЖП

V (Центр) CHXDZ

VI (ОИИЧ)

VII (подр.)

Рис, 13. Распределение задач : по уровням системы управления

раз временных затрат на сбор, обработку исходной информации и решение задач обеспечения надежной и безопасной эксплуатации.

Показатель достоверности

Показатель временных затрат (в часах)

Показатель стоимостных затрат (тыс. руб.)

11 12 13 14 15 16 Номера вершинных задач

14 15 16 №мера вершинных задач

11 12 13 14 15 16 Измерз вершинных задач

Рис. 14 Рис. 15 Рис. 16

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

В приложениях приведены сведения о руководящих документах в области совершенствования ИКТ и описано разработанное программное обеспечение.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате работы над диссертацией решена актуальная научно-техническая задача разработки методики обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем. При ее решении получены следующие основные результаты.

В области теоретических исследований. Предложен способ решения задачи, разработаны математические модели и алгоритмы обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем, позволяющие реализовать спиральную итерационную схему развития ПРИС на стадии модернизации информационной системы. При этом сохраняется частичная преемственность между существующей и новой структурой информационной системы при условии выполнения информационного обеспечения всего обновленного комплекса задач по управлению объектами с требуемым качеством; учитываются требования к качеству информационного обеспечения, конкретная топологическая структура варианта построения ПРИС и реальная размерность множества вариантов размещений задач по элементам технической структуры ПРИС.

В области прикладных исследований. Разработана инженерная методика и программные средства для обоснования вариантов развития конкретных образцов ПРИС, созданных по специальным проектам, учитывающим особенности управления крупными предприятиями и организациями с явно выраженной уникальной спецификой построения систем управления. Реализованный при этом подход позволяет гибко учитывать динамику требований к составу и качеству решения функциональных задач системы управления объектами. Проведена апробация разработанного методического и программного обеспечения при обосновании вариантов развития конкретного образца ПРИС, результаты которой свидетельствуют об адекватности разработанной методики реальным условиям развития объекта.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОГО ИССЛЕДОВАНИЯ

Статьи в научных изданиях, рекомендованных ВАК

1. Кореун A.B. Модель модернизации оборудования информационных сетей // Научный вестник МГТУ ГА, 2011. -№ 165.-0,5 пл.

2. Корсун A.B. Развитие системы информационного обеспечения эксплуатации космических средств // Технологии техносферной безопасности: Интернет-журнал, 2011. - № 2(36). - 0,5 п.л. - http:/ipb.mos.ru/ttb/2011-2/19-02-ll.ttb.pdf

3. Корсун A.B., Новиков А.Н., Пивоваров О.Г., Шестопалова O.J1. Методические основы развития системы информационного обеспечения эксплуатации спецтехники // Труды академии BKA им. А.Ф. Можайского № 630. -СПб.: BKA им. А.Ф. Можайского, 2011. -0,8 п.л. (лично - 0,2 п.л.).

4. Корсун A.B., Буряк К.В. Оценка живучести вычислительных сетей на этапе проектирования // Транспортное дело России, 2010. - № 12. - 0,6 п.л. (лично - 0,3 п.л.).

Ряд вопросов диссертационного исследования нашел отражение в следующих публикациях:

5. Корсун A.B., Рудой Е.М. Методологические основы развития системы информационного обеспечения эксплуатации космических средств // Вестник СПбО АИН, 2011. - Вып. 11. - 0,8 п.л. (лично - 0,4 п.л.).

6. Корсун A.B., Рудой Е.М., Григорьев В.М. Математическая модель обоснования вариантов модернизации оборудования информационных сетей // Вестник СПбО АИН, 2011. - Вып. 11. - 0,9 п.л. (лично - 0,3 п.л.).

КОРСУН Андрей Владимирович

Методика обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 14.03.11. Формат 60x84 1/16 Бум. офсетная Печ.л. 1,1. Тираж 100 экз. Заказ 76

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

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

Раздел 1. АНАЛИЗ НАПРАВЛЕНИЙ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ПРИКЛАДНЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

1.1. Анализ современных тенденций развития технологий информационного обеспечения управления системами и процессами.

1.2. Обобщенная характеристика информационных технологий и систем как объектов управления развитием.

1.2.1. Определение и классификация информационных технологий.

1.2.2. Определение и классификация информационных систем управления.

1.2.3. Модели жизненного цикла информационной системы.

1.3. Обзор существующих методов управления развитием информационных технологий и систем.

1.4. Формирование путей решения задачи обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем. Постановка задачи исследования.

Выводы по первому разделу.

Раздел 2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ МЕТОДИКИ ОБОСНОВАНИЯ ВАРИАНТОВ РАЗВИТИЯ ПРИКЛАДНЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ.

2.1. Исследование системно-кибернетических аспектов формирования облика прикладных распределенных информационных систем.

2.2. Разработка способа обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем.

2.2.1. Методологические принципы построения и развития прикладных распределенных информационных систем1.

2.2.2. Разработка итерационного алгоритма и структуры методики обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем.

Выводы по второму разделу.

Раздел 3. РАЗРАБОТКА КОМПОНЕНТОВ СПЕЦИАЛЬНОГО

МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ ДЛЯ ОБОСНО

ВАНИЯ ВАРИАНТОВ РАЗВИТИЯ ПРИКЛАДНЫХ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ.

3.1. Разработка математической модели определения параметров структуры прикладных распределенных информационных систем.

3.2. Исследование алгоритмов обоснования вариантов построения структуры прикладных распределенных информационных систем.

3.2.1. Алгоритм распределения функциональных задач по элементам технической структуры прикладных распределенных информационных систем.

3.2.2. Алгоритмы определения рациональных значений параметров структуры прикладных распределенных информационных систем.

3.3. Разработка математических моделей оценивания значений показателей качества функционирования прикладных распределенных информационных систем. 140 Выводы по третьему разделу.

Раздел 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АПРОБАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ НА ПРИМЕРЕ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ СИСТЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ УПРАВЛЕНИЯ ЭКСПЛУАТАЦИЕЙ СРЕДСТВ КОСМОДРОМА.

4.1. Обоснование вариантов развития прикладных распределенных информационных систем на примере совершенствования системы информационного обеспечения управления эксплуатацией средств наземной космической инфраструктуры космодрома «Байконур».

4.2. Разработка предложений по совершенствованию системы информационного обеспечения управления эксплуатацией средств наземной космической инфраструктуры космодрома «Байконур».

Выводы по четвертому разделу

Во второй половине XX в. произошел качественный скачок в развитии технологий, революционным образом изменивший возможности работы с информацией. Существенным изменениям подверглись способы создания, хранения, обмена информацией. Совершенствование средств связи привело к началу формирования единого информационного пространства. Объединив всю планету в единую сеть, информационные технологии образовали инфраструктуру, включающую в себя практически всю информацию, созданную человечеством. Основой формирования информационного пространства является развивающаяся глобальная информационная сеть, посредством которой происходит взаимодействие в информационном обществе.

Информационные потоки выходят за рамки национального суверенитета и интегрируются в мировое информационное пространство, чему в значительной степени способствует совершенствование в ходе информационной революции коммуникационных систем и способов использования космического пространства для передачи информации. Совершенствование компьютерных сетей и спутниковой связи позволяет достичь более высокого уровня взаимодействия и оперативности, а значит, и конкурентоспособности.

Интенсивное развитие новых информационных и телекоммуникационных технологий придает принципиально новое качество информационному обмену и становится движущей силой экономических, политических, социальных изменений в мире. Оно уже оказывает значительное влияние на отношения как между странами на мировом уровне, так и между другими членами информационного общества. Благодаря информационной революции, развернувшейся на фоне процессов глобализации, можно говорить о том, что мир вступает в новую стадию своего развития.

Активное использование информационно-коммуникационных технологий (ИКТ) является в настоящее время одним из основных факторов, определяющих экономический рост как современных развитых государств, так и ряда развивающихся стран и стран с переходной экономикой.

В настоящее время развитию российского сектора ИКТ уделяется повышенное внимание как со стороны законодательных и исполнительных органов государства, так и частных организаций. Целями государственной политики развития информационно-коммуникационных технологий, согласно «Концепции долгосрочного социально-экономического развития.», 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.

В настоящее время складывается ряд благоприятных предпосылок, формирующих потенциал ускоренного роста российского сектора PIKT, связанного как с увеличением величины спроса на его продукцию на внутреннем и внешнем рынках, так и достаточно эффективными конкурентными преимуществами отечественного бизнеса в этой сфере. Потенциал роста платежеспособности внутреннего спроса на продукцию ИКТ в условиях экономического роста обеспечивается как со стороны частного сектора экономики, так и со стороны государственного сектора.

С учетом основных долгосрочных тенденций развития мировой экономики, связываемых с процессами перехода к постиндустриальному информационному обществу, развитие ИКТ способно стать одним из наиболее предпочтительных направлений модернизации экономики страны.

Тем не менее, Россия пока не является крупным участником глобального рынка ИКТ и не входит в число 15-20 крупнейших его субъектов. В России на долю рынка ИКТ приходится 4,9% от ВВП, страна опережает только одну страну - Мексику. В 1999 году доля сектора составляла лишь 2,0% от ВВП (13 млрд. долларов), в 2006 году. - 3,5% от ВВП.

Развитие сектора информационных технологий проходит на фоне недостаточного распространения информационно-коммуникационных технологий в социально-экономической сфере и государственном управлении.

Факторами (и условиями), обеспечивающими успешное развитие сектора в среднесрочной перспективе, должен стать рост спроса со стороны промышленных потребителей на услуги по передаче информации как за счет роста в самих отраслях-потребителях, так и повышения значимости данного сектора в технологиях управления компаниями и роста объема передаваемой информации.

Современные предприятия и фирмы представляют собой сложные организационные системы, отдельные составляющие которых (основные и оборотные фонды, трудовые и материальные ресурсы и другие) постоянно изменяются и находятся в сложном взаимодействии друг с другом. Функционирование предприятий и организаций различного типа в условиях рыночной экономики поставило новые задачи по совершенствованию управленческой деятельности на основе комплексной автоматизации управления всеми производственными и технологическими процессами, а также трудовыми ресурсами.

Рыночная экономика приводит к постоянному 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 современной информационной системы управления. Под информационной системой управления понимается совокупность информации, экономико-математических методов и моделей, технических, программных, других технологических средств и специалистов, предназначенная для обработки информации и принятия управленческих решений. При распределенном характере производственного процесса информационные системы управления являются прикладными распределенными информационными системами (ПРИС). 9

ПРИС являются сложными техническими системами со всеми присущими сложным системам свойствами: целостностью, эмерджентностью, иерархичностью построения, сложностью, динамичностью, функционированием в условиях существенной неопределенности.

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 интересах которых они были внедрены в процесс управления. Так как любая система, включая ПРИС, рано или поздно устаревает морально и физически, периодически встает вопрос об их доработке или модернизации, а говоря обобщенно - развитии. Потребность в развитии ПРИС возникает в случаях, когда эксплуатация системы показала, что планируемые цели не достигнуты, либо изменились потребности в информационном обеспечении управления объектами.

Развитием ПРИС будем называть целенаправленный переход системы из одного качественного состояния в другое в рамках жизненного цикла. Целенаправленная деятельность руководителей различных уровней по организации и осуществлению мероприятий по развитию есть, собственно, управление развитием.

В современной научно-технической литературе рассматриваются различные аспекты изучения проблемы 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. Гаврилова, И.П. Норенкова, А.И. Постникова и других. Методология выбора вариантов создания и развития информационных систем исследовалась в трудах Ю.П. Зайченко, Б.А. Резникова, О.В. Ронжина, Ю.Г. Ростовцева, Б.В. Соколова, О.Л. Шестопаловой и др. Вопросам построения систем сбора и обработки информации в интересах управления эксплуатацией территориально распределенных комплексов посвящены исследования В.А. Зеленцова, А.П. Ковалева, А.Д. Цвиркуна, И.В. Чистова и др.

Однако в целом проведенный анализ показал, что несмотря на большое количество работ в области исследования различных аспектов создания и развития систем информационного обеспечения процессов управления, в настоящее время отсутствуют исследования, в которых в полной мере рассматривался бы вопрос разработки научно-методического обеспечения обоснования рациональных по затратам вариантов развития ПРИС, позволяющей своевременно, полно и непрерывно снабжать органы управления достоверной информацией для оперативного принятия решений по управлению объектом (группой объектов). При этом рассматриваемая ПРИС является в некотором смысле наследуемой, т.е. сохраняется преемственность части функций старой информационной системы. В то же время появляются новые функции, которые в рамках наследуемой технической структуры не могут быть выполнены.

В этих условиях существующее научно-методическое обеспечение анализа и синтеза информационных систем поддержки принятия решений по управлению объектами нуждается в совершенствовании в направлении наиболее полного учета следующих особенностей объекта и предмета исследования.

Задаче синтеза новой функциональной и технической структуры ПРИС должен предшествовать этап анализа качества функционирования существующей ПРИС на предмет удовлетворения требованиям полноты и достаточности информационного обеспечения всего спектра существующих и перспективных задач управления объектами, а также достоверности, оперативности и ресурсоемкости их решения.

Обоснование варианта модернизации ПРИС должно удовлетворять принципу преемственности', т.е. должно' учитывать сложившиеся особенности технической структуры наследуемой ПРИС с необходимыми доработками для обеспечения решения новых функциональных задач.

Выбираемый вариант построения ПРИС должен удовлетворять принципу рациональности, т.е. соответствовать требованиям по полноте, достоверности, оперативности информационного обеспечения при экономии затрат на построение и последующую эксплуатацию ПРИС.

Исходя из отмеченных обстоятельств, под рациональным вариантом модернизации ПРИС будем понимать совокупность территориально распределенных средств сбора и обработки информации, каналов сбора и передачи данных с зафиксированными на них функциональными задачами, при которой достоверность решения задач максимальна, задачи решаются своевременно и с максимальной экономией затрат на сбор, обработку и передачу необходимой информации.

При обосновании рационального варианта построения ПРИС необходимо учитывать большую размерность задачи, связанную со значительным числом сравниваемых вариантов, а также так называемую критериальную неопределенность, когда необходимо выбирать наилучший вариант одновременно по нескольким критериям (достоверности, оперативности и ресурсоемкое™ информационного обеспечения).

На основании изложенного можно сделать вывод об актуальности решения научно-технической задачи разработки методики обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем.

Решению сформулированной задачи посвящена данная диссертация.

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 обоснования рациональных по затратам вариантов развития прикладных распределенных информационных систем, позволяющего своевременно адаптировать возможности ПРИС к изменяющимся требованиям по составу и качеству решения функциональных задач.

Общая задача исследований, таким образом, заключается в разработке методики обоснования рациональных по затратам вариантов развития прикладных распределенных информационных систем, позволяющей своевременно адаптировать возможности ПРИС к изменяющимся требованиям по составу и качеству решения функциональных задач.

При этом предполагаются известными следующие сведения:

- о составе и информационной взаимосвязи задач, решаемых в системе управления объектом;

- о требованиях к количеству и качеству исходных данных для решения задач управления эксплуатацией ВКВ, достоверности и оперативности их решения;

- о составе и качественных параметрах элементов существующей техг нической структуры информационной подсистемы.

Общая задача исследований является достаточно сложной для непо-' средственного решения и поэтому в работе она декомпозирована на ряд следующих частных задач:

- разработка способа итерационного обоснования рационального варианта построения ПРИС;

- разработка математической модели и алгоритма определения параметров оптимальной структуры ПРИС;

- разработка математических моделей оценивания значений показателей качества функционирования ПРИС;

- проведение исследований по экспериментальной апробации методики обоснования вариантов развития ПРИС на примере решения задачи совершенствования системы информационного обеспечения управления эксплуатацией средств космодрома.

Научная новизна исследований состоит в том, что:

1. Разработан новый способ итерационного обоснования рационального варианта построения ПРИС. Особенностью способа и элементом его новизны является реализация итерационной спиральной схемы управления развитием, что сохраняет частичную преемственность между существующей и новой структурой информационной подсистемы при условии выполнения информационного обеспечения всего обновленного комплекса задач по управлению объектами с требуемым качеством.

2. В математической модели определения параметров оптимальной структуры ПРИС учтены требования к качеству информационного обеспечения, включая достоверность, своевременность и оперативность информационного обеспечения. Предложенный алгоритм решения данной задачи учитывает реальную размерность множества вариантов размещений задач по элементам технической структуры ПРИС.

3. Математические модели оценивания значений показателей качества функционирования ПРИС, в отличие от статистических моделей, позволяют учесть конкретную топологическую структуру варианта построения ПРИС. Кроме того, в качестве показателя достоверности информации в ПРИС выбрана вероятность неискажения выходной информации при решении вершинных задач, включая процедуры контроля, обработки и передачи информации в ПРИС; модель оценивания значений стоимостных показателей учитывает как затраты на построение, так и на эксплуатацию ПРИС; модель оценивания значений временных показателей позволяет рассчитать как среднее время решения вершинных задач, так и его верхнюю оценку.

На защиту выносятся следующие результаты:

1. Способ итерационного обоснования рационального варианта построения ПРИС.

2. Математическая модель и алгоритм определения параметров оптимальной структуры ПРИС.

3. Математические модели оценивания значений показателей качества функционирования ПРИС.

Практическая значимость исследования заключается в том, что полученные результаты разработаны с учетом фактических условий разработки и применения существующих образцов ПРИС; доведены до уровня инженерных методик, алгоритмов и программ, позволяющих использовать их при совершенствовании конкретных ПРИС, апробированы при проведении экспериментальных исследований по обоснованию рационального варианта модернизации системы сбора и обработки информации о техническом состоянии средств наземной космической инфраструктуры (СНКИ) космодрома «Байконур».

Реализация результатов исследований. Основные результаты исследований реализованы в организации ФГУП «ЦЭНКИ» (Центре эксплуатации объектов наземной космической инфраструктуры) на космодроме «Байконур» - при проведении НИОКР по обоснованию путей совершенствования информационного обеспечения системы управления эксплуатацией средств наземной космической инфраструктуры.

Апробация результатов исследований. Основные теоретические положения и выводы диссертации изложены в шести публикациях общим объёмом 2,2 п.л., из них четыре статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ для опубликования основных результатов диссертационных исследований на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук, а также представлены в докладах и сообщениях на научных конференциях и семинарах по проблематике развития прикладных информационных систем в ряде вузов и научных организаций.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, заключения, библиографического списка и двух приложений. Диссертация включает основную часть на 191 листе и приложения общим объемом 40 листов, проиллюстрирована 38 рисунками и 4 таблицами. Библиографический список содержит 71 наименование использованной литературы.

Выводы по четвертому разделу

В данном разделе диссертации изложены основные результаты экспериментальной апробации методики обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем на примере подготовки предложений по модернизации ПРИС системы эксплуатации РКК «Союз-2» космодрома «Байконур».

При этом проанализированы задачи, решаемые органом подготовки и принятия решений системы управления эксплуатацией по обеспечению надежной и безопасной эксплуатации, выделены «слабые места» существующей структуры ПРИС (носителями первичной информации в унаследуемой ПРИС являются только бумажные учетные документы; существующая ПРИС не имеет средств достоверного, оперативного и своевременного индивидуального контроля параметров ТС СНКИ; существующие вычислительные ресурсы сосредоточены в основном на верхних иерархических уровнях ПРИС и ориентированы на поддержку групповых стратегий эксплуатации СНКИ; средства углубленного анализа причин отказов в технической структуре ПРИС космодрома не предусмотрены, что снижает достоверность, оперативность и экономичность анализа).

Исходя из предложенной в диссертации методики, были разработаны предложения по модернизации существующей организационной и технической структуры ПРИС и проведены расчеты показателей качества функционирования ПРИС с оптимизированной на основании разработанной в диссертации модели и алгоритма ее функциональной структурой.

Анализ результатов расчетов показал, что в целом применение разработанного в диссертации научно-методического обеспечения позволяет обеспечить решение всего спектра задач по внедрению современной стратегии эксплуатации СНКИ, основанной на комплексном сочетании принципов группового и индивидуального оценивания состояния СНКИ при выполнении требований к их надежности и безопасности.

Нахождение рационального варианта построения технической и функциональной структур ПРИС позволяет обеспечить требования к необходимой достоверности решения задач в ПРИС при снижении 3,5-4 раза финансовых и в 7,5-9 раз временных затрат на сбор, обработку исходной информации и решение задач обеспечения надежной и безопасной эксплуатации СНКИ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, в процессе выполнения диссертационных исследований получены следующие основные результаты.

Проведен анализ направлений совершенствования и повышения эффективности функционирования прикладных распределенных информационных систем. При этом проанализированы современные тенденции развития технологий информационного обеспечения управления системами и процессами. Дана обобщенная характеристика информационных технологий и систем как объектов управления развитием. Выполнен обзор существующих методов управления развитием информационных технологий и систем. Сформированы пути решения задачи обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем. Осуществлена вербальная и формализованная постановки задачи исследований.

Исследованы системно-кибернетические аспекты формирования облика прикладных распределенных информационных систем. Показано, что качество функционирования системы управления во многом определяется способом построения ПРИС. При формировании облика ПРИС необходимо учитывать состав задач, решаемых при управлении объектом и требования к информации, предоставляемой пользователю: своевременность, непрерывность, достоверность и полноту.

Сформирован перечень общих функциональных и обеспечивающих задач, решаемых в ПРИС. Проведена декомпозиция ПРИС на функциональные подсистемы, очерчены'контуры ПРИС, показано, что в общем случае в ее состав входят: подсистема сбора информации, информационная система, подсистема обработки информации, подсистема реализации решений по управлению ПРИС и программирующие пользователи.

Выделены основные типы каналов сбора информации в ПСИ: непосредственного сбора и косвенного сбора. Проанализированы пути построения информационной системы применительно к особенностям системы управления состоянием объектов.

Разработан способ обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем. При этом в систематизированном виде изложены методологические принципы построения и развития прикладных распределенных информационных систем, включая принципы: реализации непрерывной информационной поддержки жизненного цикла объекта управления; одновременной совместной разработки объекта управления и ПРИС, выполняющей функции информационной поддержки решений по управлению состоянием объекта управления; ориентации на прогрессивные стратегии, методы и технологии информационного обеспечения управления; преемственности; открытости для развития; ресурсосбережения; соответствия международным нормативным документам по способам реализации построения и развития ПРИС; использования системного подхода.

Разработан итерационный алгоритм и структура методики обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем.

Особенностью алгоритма и элементом его новизны является соблюдение максимальной преемственности между существующей и новой структурой ПРИС с минимизацией затрат на развитие при условии выполнения оперативного информационного обеспечения всего комплекса задач по управлению объектом с требуемым качеством.

Структура методики обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем включает семь последовательно выполняемых процедур - этапов, сущность которых сводится к следующему:

- на основе анализа требований к качеству управления в вышестоящей системе формируется множество задач, подлежащих решению в ходе управления объектом. Данное множество подвергается анализу с определением информационной взаимосвязи задач, очередности решения и потребных ресурсов;

- существующая техническая структура действующей ПРИС обследуется с определением состава элементов, наличия на них первичной информации и ресурсов для решения множества выделенных задач, а также конкретной конфигурации и характеристик каналов сети передачи данных между элементами; '

- далее решается задача поиска варианта распределения задач по элементам технической структуры унаследуемой ПРИС по критериям достоверности, финансовых и временных затрат. Если такое решение существует и по показателям качества удовлетворяет пользователя, то процедура обоснования рационального варианта построения ПРИС считается завершенной;

- в противном случае проводится поиск «слабых мест» технической структуры, разрабатываются конкретные предложения по ее модернизации и задача поиска рациональной функциональной структуры ПРИС решается итерационно на новой технической структуре до тех пор, пока не будет достигнут приемлемый для пользователя результат.

Разработана математическая модель определения параметров структуры ПРИС, исследованы алгоритмы обоснования вариантов построения структуры ПРИС.

Математическая модель определения параметров структуры ПРИС позволяет отразить реальные процедуры сбора и обработки информации о состоянии ОУ, распределение задач по уровням и элементам ПРИС, а также используемых при этом вычислительных, связных, временных и других ресурсов.

Алгоритмы обоснования вариантов построения структуры ПРИС основаны на комбинировании процедур последовательного анализа и отсеивания вариантов, комбинационных алгоритмов, методов стохастической оптимизации и позволяют получать решение задач реальной размерности при проектировании и эксплуатации ПРИС.

Разработаны математические модели оценивания значений показателей качества функционирования ПРИС.

В ходе исследований обоснованы и определены состав вектора показателей качества функционирования ПРИС. Обосновано, что в качестве основных целевых показателей качества функционирования ПРИС целесообразно, использовать:

- достоверность информации о состоянии объектов управления;

- затраты на построение и функционирование ПРИС;

- времена на реализацию процедур сбора и обработки информации о состоянии элементов ОУ.

С использованием разработанных математических моделей оценивания значений показателей качества функционирования ПРИС может произвоi } диться расчет значений всех выбранных показателей качества ПРИС для различных вариантов построения и функционирования ПРИС.

Изложены основные результаты экспериментальной апробации мето-' дики обоснования вариантов развития прикладных распределенных информационных систем на примере подготовки предложений по модернизации ПРИС системы эксплуатации РКК «Союз-2» космодрома «Байконур».

При этом проанализированы задачи, решаемые органом подготовки и принятия решений системы управления эксплуатацией по обеспечению надежной и безопасной эксплуатации, выделены «слабые места» существующей структуры ПРИС (носителями первичной информации в унаследуемой ПРИС являются только бумажные учетные документы; существующая ПРИС не имеет средств достоверного, оперативного и своевременного индивидуального контроля параметров ТС СНКИ; существующие вычислительные ресурсы сосредоточены в основном на верхних иерархических уровнях ПРИС и ориентированы на поддержку групповых стратегий эксплуатации СНКИ; средства углубленного анализа причин отказов в технической структуре ПРИС космодрома не предусмотрены, что снижает достоверность, оперативность и экономичность анализа).

Исходя из предложенной в диссертации методики, были разработаны предложения по модернизации существующей организационной и технической структуры ПРИС и проведены расчеты показателей качества функционирования ПРИС с оптимизированной на основании разработанной в диссертации модели и алгоритма ее функциональной структурой.

Анализ результатов расчетов показал, что в целом применение разработанного в диссертации научно-методического обеспечения позволяет обеспечить решение всего спектра задач по внедрению современной стратегии эксплуатации СНКИ, основанной на комплексном сочетании принципов группового и индивидуального оценивания состояния СНКИ при выполнении требований к их надежности и безопасности.

Нахождение рационального варианта построения технической и функциональной структур ПРИС позволяет обеспечить требования к необходимой достоверности решения задач в ПРИС при снижении 3,5-4 раза финансовых и в 7,5-9 раз временных затрат на сбор, обработку исходной информации и решение задач обеспечения надежной и безопасной эксплуатации СНКИ.

1. Антропов О.В. Обоснование направлений совершенствования структуры измерительного комплекса космодрома «Байконур» и перехода на новые образцы техники на период до 2010 года/ Отчет о НИР по теме: «Феникс». 2002. - 56 с.

2. Афанасьев В.Г., Зеленцов В.А., Миронов А.Н. Методы анализа надёжности и критичности отказов сложных систем. МО РФ, 1992. - 99 с.

3. Барзилович Е.Ю., Воскобоев В.Ф. Эксплуатация авиационных систем, по состоянию. М.: Транспорт, 1981. - 198 с.

4. Бармин И.В., Прохорович В.Е., Миронов А.Н. Стратегия эксплуатации стартовых комплексов космического назначения за пределами назначенного ресурса // Полет, 2000. № 4. - С. 22-27.

5. Беллман Р., Дрейфус С. Прикладные задачи динамического программирования. Пер. с англ. под ред. A.A. Первозванского. М.: Изд-во «Наука», 1965.

6. Беллман Р., Заде Л. Принятие решений в расплывчатых условиях // Вопросы анализа и процедуры принятия решений: Пер. с англ. М.: Мир, 1976.-С. 172-215.

7. Борисов А.Н., Крумберг O.A., Федоров И.П. Принятие решений на основе нечетких моделей: Примеры использования. Рига: Зинатне, 1990. - 184 с.

8. Бочков А.П., Гасюк Д.П., Филюстин А.Е. Модели и методы управления развитием технических систем. — СПб.: Изд-во «Союз», 2003.

9. Военная системотехника и системный анализ. Учебник / Под ред. Б.В. Соколова. СПб.: ВИКУ им. А.Ф.Можайского, 1999.

10. Райфа Г.Анализ решений. М.: Наука, 1974.

11. Гончар А.Г., Ковалев А.П., Поляков А.П. Основные термины и их определения в области эксплуатации космических средств. ВИКА, 1996. -186 с.

12. ГОСТ 27.002-89. Надежность в технике. Основные понятия. Термины и определения. М. Издательство стандартов, 1990. - 37 с.

13. ГОСТ РВ 51217-98. Системы и комплексы космические. Система информации о техническом состоянии и надежности космических комплексов и входящих в их состав изделий.

14. Гранкин Б.К., Козлов В.В. Проблемы и пути обоснования требований к универсальным стартовым комплексам и их составным частям / Сб. тезисов докладов. М., 1995.

15. Гранкин Б.К., Голиков И.О. Структурные методы проектирования arpe17.18,1922,23.2627,28,29.