автореферат диссертации по документальной информации, 05.25.05, диссертация на тему:Методы оценки эффективности функционирования автоматизированных систем

АКАДЕМИЯ ТРУДА И СОЦИАЛЬНЫХ ОТНОШЕНИЙ

Ершов Дмитрий Николаевич

МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

05.25.05 - Информационные системы и процессы

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор В.Н.Квасницкий

Научный консультант: ^андидат технических наук, старший научный сотрудник Л.В. Осипова

На правах рукописи

Москва-1998 г

СОДЕРЖАНИЕ

36

37

Введение 4

Общая характеристика задачи оценки показателей 10

эффективности функционирования автоматизированных информационных систем

1.1. Автоматизированные информационные системы и 10 требования к эффективности их функционирования

1.2. Общая характеристика проблемы оценивания Д9 эффективности функционирования АИС

1.3. Обзор работ по проблематике оценки эффектов-ности технических систем. Постановка задачи исследования

Выводы

2. Нижние оценки для показателей эффективности АИС при стареющей функции распределения результатов функционирования

2.1. Некоторые сведения о классе стареющих распределений и о "проблеме моментов"

2.2. Нижние оценки эффективности при известной функции распределения требований к результатам функционирования

2.3. Нижние оценки эффективности при произвольном распределении требований к результатам функционирования

2.4. Нижние оценки эффективности при стареющем распределении требований к результатам функционирования

Выводы „

63

37

48

55

60

3. Нижние оценки при стареющей функции распре- 65 деления требований к результатам функционирования

3.1. Нижние оценки эффективности при известной 65 функции распределения результатов функционирования

3.2. Нижние оценки эффективности при произвольном распределении результатов функционирования

3.3. Нижние оценки эффективности при стареющем распределении результатов функционирования Выводы

4. Практические вопросы использования методов оценки эффективности функционирования АИС

4.1. Методики оценки показателей эффективности при стареющей функции распределения результатов функционирования

4.2. Методики оценки показателей эффективности при стареющей функции распределения требований к результатам функционирования

4.3.Достоверность методов оценки показателей эффективности функционирования АИС Выводы Заключение Литература Приложения

76

80

82

84

104

121

127

128 131 140

ВВЕДЕНИЕ

Развитие автоматизированных информационных систем (АИС) характеризуется значительным увеличением их сложности и возрастанием важности решаемых функциональных задач. Важность решаемых задач АИС порождает ряд проблемы, связанных с оценкой их параметров. Круг таких параметров весьма широк: параметры назначения, надежности, защиты информации, экономические параметры и т.д. Среди этих параметров параметры или показатели эффективности в силу их общности и интегральности занимают особое место. Широкое использование АИС во всех сферах народного хозяйства и всех сферах человеческой деятельности приводит к необходимости совершенствования методов оценки эффективности их функционирования.

Актуальность разработки методов оценки функционирования АИС определяется следующими основными обстоятельствами.

Во-первых, процессы функционирования АИС определяются многими объективными и субъективными факторами. Выделяют три группы факторов определяющих эффективность функционирования технических систем: качества технических систем, условия функционирования, способы использования. Учет факторов этих групп в рамках одной модели не представляется и возможным. Это может привести к недостоверным оценкам показателей эффективности в рамках традиционных подходов, основанных на применении моделей классических методов теории вероятностей и математической статистики.

Во-вторых, так как функционирование АИС определяется, во многом, воздействием на АИС большого количества факторов внешнего и внутреннего происхождения, то процесс смены различных со-

стояний или процесс функционирования может быть в общем случае представлен некоторым случайным процессом. Вероятностные характеристики этого случайного процесса для этапа опытной эксплуатации или испытаний АИС не полностью неизвестны, что вызывает необходимость применения таких методов оценки эффективности функционирования АИС, чтобы были исключены ошибочные результаты при оценке показателей эффективности.

В-третьих, высокая цена ошибок оценки показателей эффективности функционирования АИС; отсутствие методов оценки показателей эффективности функционирования АИС в условиях неполных данных; необходимость использования в практике эксплуатации АИС методов оценки показателей эффективности функционирования АИС для принятия обоснованных решений по организации и обеспечению проектирования, разработки и эксплуатации АИС требует разработки соответствующих методов.

Степень научной разработанности проблемы оценки эффективности функционирования АИС в условиях неполных данных. Неполнота исходных данных о процессах функционирования требует использования принципа гарантированного результата при оценке эффективности АИС. Это объясняется стремлением совместить в рамках единого подхода реально существующую неопределенность (неполноту) в исходных данных с требованием исключения ошибочных выводов о значениях показателей эффективности. Получаемая оценка показателя эффективности функционирования АИС должна быть гарантированной или нижней оценкой при заданных исходных данных.

В настоящей работе под эффективностью функционирования АИС понимается степень соответствия реального результата функционирования АИС требуемому. В качестве показателя эффективности функционирования АИС рассматривается вероятностный функционал, определяемый соотношением

XV = Р(А) = Р{ у > Утр }, (1) в котором случайная величина у характеризует процесс функционирования АИС, а случайная величина у^ характеризует требования к результатам функционирования.

, Применительно к вероятностному функционалу вида (1) отдельные экстремальные оценки получены в работах Андреева В.И. [6,7], Гермейера Ю.Б. [37,38], Каштанова В.А., [59], Коваленко И.Н. [62,63 ], КрейнаМ.Г. [67], Ломакина М.Щ72-75], ПетуховаГ.Б. [88,89], БарлоуР. и Прошана Ф. [ 16,17] и др.. Однако общего решения задачи определения нижних оценок вероятностного функционала вида (1), а соответственно и общего решения задачи оценки эффективности функционирования АИС, для случаев, когда функции распределения результатов функционирования и требований к ним являются стареющими и известны до моментов распределения не получено.

Актуальность, недостаточная научная разработанность и практическая значимость задачи оценки эффективности функционирования АИС обусловили выбор темы диссертации.

Объектом исследования в диссертации являются процессы функционирования АИС, а предметом исследования явились теоретические, методические и практические вопросы гарантированного оценивания эффективности функционирования АИС.

Пелью диссертации является разработка методического обеспечения оценки эффективности функционирования АИС.

Цель диссертации определила основные задачи исследования: 1. Анализ процессов функционирования АИС, определение и учет основных особенностей при оценке эффективности функционирования.

2. Разработка методов оценки эффективности функционирования АИС при стареющей функции распределения результатов функционирования, известной до моментов.

3. Разработка методов оценки эффективности функционирования АИС при стареющей функции распределения требований к результатам функционирования, известной до моментов.

4. Разработка методик оценки показателей эффективности АИС в условиях неполных данных.

Общетеоретическую и методологическую основу диссертационного исследования составили труды отечественных и зарубежных ученых, посвященные проблеме оценивания вероятностных функционалов.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

1. Разработаны методы определения нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС при условии, что стареющие функции распределения результатов функционирования известны до моментов для случаев:

функция распределения требований к результатам функционирования известна полностью;

функция распределения требований к результатам функционирования является произвольной и известна до моментов.

2. Разработаны методы определения нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС при условии, что стареющие функций распределения требований к результатам функционирования известны до моментов для случаев:

функция распределения результатов функционирования известна полностью;

функция распределения результатов функционирования является произвольной и известна до моментов;

функции распределения результатов функционирования является стареющей и известна до моментов.

По итогам диссертационного исследования на защиту выносятся следующие положения:

1. Методы определение нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС при стареющих функциях распределения результатов функционирования, известных до моментов.

2. Методы определения нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС при стареющих функциях распределения требований к результатам функционирования, известных до моментов.

3. Методики определения нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС.

Практическая значимость исследования состоит в том, что полученные научные результаты позволяют разработать единую методическую и универсальную алгоритмическую базу для оценки эффективности функционирования АИС в условиях неполных данных.

Эти результаты позволили:

1. Разработать методическое, алгоритмическое и программное обеспечение определения нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС при стареющих функциях распределения результатов функционирования , известных до моментов.

2. Разработать методическое, алгоритмическое и программное обеспечение определения нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС при стареющих функциях распределения требований к результатам функционирования , известных до моментов.

Апробация работы. Основные теоретические положения и выводы диссертации получили свое отражение в публикациях автора общим объемом 9.1 пл.. а также предоставлены диссертантом в на-

учных сообщениях на заседаниях кафедры Информационных систем управления и вычислительной техники Академии труда и социальных отношений, а также докладывались на ряде научных конференций и семинаров.

Публикации по теме диссертации, основные результаты диссертации опубликованы в одиннадцати статьях.

Структура диссертации: Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы.

1. Общая характеристика задачи оценки показателей эффективности функционирования автоматизированных информационных систем

1.1. Автоматизированные информационные системы и требования к эффективности их функционирования

Достижения в области вычислительной техники, техники связи, программных средств уже сегодня позволяют принципиально по-новому подойти к совершенствованию управления во всех звеньях и на всех уровнях народного хозяйства. Наблюдается тенденция перехода от локальной автоматизации отдельных технологических операций, процедур, задач управления к созданию комплексных, интегрированных систем, обеспечивающих существенное повышение эффективности разнообразных сторон человеческой деятельности. Речь идет о переходе на новые технологии сбора, хранения, передачи и обработки информации во всех звеньях социально-экономической системы. Такой переход предполагает широкое внедрение наряду с локальными техническими средствами работы с информацией, автоматизированных информационных систем (АИС), осуществляющих распределенную обработку информации.

В общем случае в теории систем под АИС принято понимать такую "информационную систему, у которой приведение в действие ее основных компонентов осуществляется автоматическим устройством, действия которого поддаются математическому описанию" [15,53,70,105].

Информационную систему в самом широком смысле принято рассматривать как средство, обеспечивающее коммуникацию между

людьми в виде вопросов и ответов за счет сбора, передачи, хранения и обработки информации.

В практической реализации АИС - это человеко-машинная система, функционирование которой предполагает наличие таких ее элементов, как персонал, техническое обеспечение и программное обеспечение.

Основными целями создания АИС является автоматизация основных технологических процессов деятельности организации и всех ее структурных подразделений. Внедрение АИС в организации позволяет обеспечить повышение оперативности и качества сбора, хранения, передачи, обработки и представления разнообразной информации.

Так например, внедрение АИС Государственной налоговой инспекции (ГНИ) по г. Москве должно обеспечить решение следующих задач [106] :

повышение оперативности работы и производительности труда налоговых инспекторов;

повышение достоверности данных по учету налогоплательщиков и эффективности контроля над соблюдением налогового законодательства;

оперативное получение данных о поступлении налогов (по каждому налогоплательщику или группе налогоплательщиков, по каждому виду налогов или группе налогов) на заданную дату учета;

повышение качества и оперативности работы с налогоплательщиками;

интеграция с создаваемой автоматизированной информационной системой ГНС;

информационный обмен с автоматизированными системами Департамента финансов и Департамента экономической политики и развития Правительства г. Москвы;

взаимодействие с муниципальными органами г. Москвы; анализ динамики поступления налогов с возможностью ее прогноза;

обеспечение своевременной информированности налоговых инспекций о текущем состоянии и изменениях налогового законодательства;

своевременное информирование органов власти о поступлении налогов и соблюдении налогового законодательства;

сокращение объема бумажного документооборота; повышение оперативности и качества принимаемых решений по управлению системой налогообложения с целью повышения эффективности ее функционирования.

Создаваемые АИС должны учитывать специфические особенности областей их применения, но при этом должны они должны удовлетворять общим следующим требованиям [5255,79,84,91,98,100,102,105,106]:

комплексный подход к автоматизации задач всех уровней в организации;

функциональная полнота АИС;

сочетание преемственности способов построения, методологии и организации существующих АИС и современных принципов построения АИС;

рациональная организация распределенной обработки данных, обусловленная особенностями выполняемых АИС задач;

обеспечение выполнения требований, предъявляемых к открытым системам, с учетом принципов функциональной достаточности и безопасности данных.

Кроме общих требований АИС должна удовлетворять ряду частных, но весьма важных требований. Это требования к структуре и функционированию системы. В число этих требований входят, как правило, требования к задачам решаемым системой, требования к информационному обмену в системе, требования к режимам функционирования (включающие установку системы, ввод информации, хранение информации, обработку информации, передачу информации, работа с внешними устройствами, работа с архивами, обслуживание и сопровождение системы при эксплуатации, обеспечение документирования информации и другие), требования к показателям назначения, требования к численности и квалификации персонала ; требования к информационному обеспечению; требования к техническому обеспечению; требованию к программному обеспечению; требования к математическому обеспечению; требования к надежности; требования к эргономике и технической эстетике; требования к эксплуатации; требования по защите информации от несанкционированного доступа и другие [1,2,102,105,106].

Не рассматривая всех возможных вариантов требований укажем только некоторые требования к современным АИС. Это требования к прикладному программному обеспечению серверов баз данных и требования к техническому обеспечению.

Серверы баз данных должен поддерживать работу с мощными многопроцессорными и кластерными компьютерами и отличаться высокой степенью интеграции программных средств, ориентированные на различные области компьютерной обработки

больших объемов информации; при этом серверы баз данных должны поддерживать следующие возможност