автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.11, диссертация на тему:Построение системы поддержки регламентов на базе языка запросов GSQL

На правах рукописи

ПОТАПОВ Кирилл Борисович

ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ РЕГЛАМЕНТОВ НА БАЗЕ ЯЗЫКА ЗАПРОСОВ СБС^Ь

Специальность: 05.13.11 - «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей»

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

3 ОКТ 2013

Москва 2013

005534433

Работа выполнены в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте проблем информатики Российской академии наук (ИПИ РАН).

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт системного анализа Российской академии наук (ИСА РАН)

Защита диссертации состоится «23» октября 2013 года в 16 часов 00 минут на заседании диссертационного совета Д002.073.01 при ИПИ РАН по адресу: 119333, Москва, ул.Вавилова, 44, корп. 2.

Научный руководитель -

доктор физико-математический наук, заведующий отделом ИПИ РАН Синицин Владимир Игоревич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор

ГОУ В ПО «Юго-западный государственный университет» (г. Курск) Егоров Сергей Иванович

кандидат технических наук, старший научный сотрудник, заведующий сектором ИПИ РАН

Белоусов Василий Владимирович

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИПИ РАН. Автореферат разослан «20» сентября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д002.073.01 доктор технических наук, профессор

С.Н. Гринченко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Любая деятельность человека в современном мире сопряжена с участием во множестве информационных процессов. Соответственно, их автоматизация играет всё большую и большую роль, распространяясь на ранее незатронутые области и связывая уже существующие системы в единое целое. В частном бизнесе и государственных учреждениях уже давно внедряются системы планирования ресурсов, автоматизирующие, в том числе, информационные процессы, связанные с производственной деятельностью учреждения.

В последнее время, однако, потребности в автоматизации возросли, требуя внедрения развитых, высококачественных и всеобъемлющих систем поддержки принятия управленческих решений, иначе говоря - систем поддержки управления бизнес-процессами (регламентами). С данной задачей сталкивается любое достаточно крупное учреждение; в случае государственных организаций внимание к данной задаче также обусловлено постановлением правительства РФ № 679 от 11 ноября 2005 г. «О порядке разработки и утверждения административных регламентов исполнения государственных функций (предоставления государственных услуг)».

Построение и оптимизация бизнес-процессов стали основным методом качественного улучшения деятельности организации, а также предварительным этапом внедрения систем планирования ресурсов. Средства бизнес-моделирования внедряются и в крупных коммерческих компаниях, и в государственных учреждениях (лидером в данной области является Федеральная налоговая служба Российской Федерации). Однако существующие системы не удовлетворяют всем накопившимся требованиям к средствам поддержки принятия решений.

В настоящее время программные средства позволяют произвести расчет по определенным методикам. Однако глобальной задачей является полноценное управление регламентами на предприятии. Требования к системе,

3

осуществляющей поддержку управления регламентами («системе поддержки регламентов»), существенно шире, нежели обеспечивают системы бизнес-моделирования. В частности, можно отметить сложности с организацией обратной связи, документированием изменений и прочими задачами, выходящих за рамки непосредственной работы с моделями.

Между тем, управление регламентами - непрерывный, а не разовый, процесс. Особенно это становится заметно при современной изменчивости условий, когда несвоевременное изменение бизнес-процессов в связи, например, с выходом нового закона, способно стоить коммерческой организации огромных финансовых потерь, а от руководителей государственной структуры тем более требует немедленной реакции.

Потому развитие среды бизнес-моделирования до системы поддержки регламентов предполагает интеграцию с внешними системами (например, системой планирования ресурсов), применение единого подхода при генерации выходных документов, разработку дополнительных средств управления бизнес-моделями и их наполнением с учетом уникальных потребностей организации, а также ряд иных изменений, зачастую требующих стандартизации интерфейса

доступа к данным бизнес-моделей.

Исходя из вышеизложенного, актуальной научно-технической задачей является выработка основных принципов построения системы поддержки регламентов (в частности, определение модели данных, в соответствие с которой естественно организовать доступ к ее базе данных), практической реализации подобной системы, и разработка предлагаемого ей интерфейса доступа к данным.

Поскольку система поддержки регламентов содержит уникальные подробности о функционировании каждой организации, о ее структуре и методах работы, обязанностях сотрудников и т.п., принципы ее построения также должны гарантировать защиту обрабатываемых данных, будь то информация для служебного пользования, коммерческая либо даже государственная тайна.

В данной диссертационной работе представлено комплексное решение задачи, включающее обзор существующих средств бизнес-моделирования, формулировку и апробирование на практике принципов реализации системы поддержки регламентов, а также обоснование необходимости использования в качестве интерфейса доступа к данным специального языка запросов, разработку данного языка и практическую реализацию его интерпретатора.

Озвученная выше научно-техническая задача и методы ее решения соответствуют пп. 9, 11, 12 и 17 паспорта специальности 05.13.11 (п.9 - модели и методы разработки программных средств обработки данных и знаний в ВМ, ВК и КС, п. 11 — методы проектирования систем управления базами данных (СУБД) и базами знаний (СУБЗ), в том числе распределенными СУБД и СУБЗ, п. 12 — программные инструментальные средства разработки интеллектуальных систем, в том числе экспертных систем, систем поддержки принятия решений, обучающих систем и др., п. 17 - математическое и программное обеспечение новых информационных технологий).

Объектом исследования являются системы бизнес-моделирования, сетевая и реляционная модели представления данных, а также язык запросов для реляционных СУБД SQL.

Предметом исследования являются принципы проектирования и реализации системы поддержки регламентов на основе существующих средств бизнес-моделирования, а также формализация модели представления данных и создание языка запросов для системы поддержки регламентов (в работе обоснована необходимость применения языка запросов SQL в качестве основы для разработки собственного языка запросов).

Целью работы является разработка и практическая реализация исполнения системы поддержки регламентов, базирующейся на современных средствах бизнес-моделирования, применяющей опыт построения систем планирования ресурсов и обладающей интерфейсом доступа к данным, предполагающим стандартизацию.

Направления диссертационных исследований (задачи работы):

1) исследование существующих подходов к описанию регламентов, а также систем бизнес-моделирования, использующих данные подходы;

2) выработка общих требований к системе поддержки регламентов, ее схемы и аспектов реализации, рассмотрение необходимой доработки существующих средств бизнес-моделирования при построении системы поддержки регламентов на их основе;

3) разработка эффективного интерфейса доступа к данным системы поддержки регламентов, предполагающего стандартизацию;

4) описание практической реализации подсистемы поддержки регламентов, использующей описанный интерфейс и принципы.

Основными результатами, выносимыми на защиту, являются:

1) формулировка основных принципов системы поддержки регламентов и формализация обобщенной модели представления данных в средствах бизнес-моделирования;

2) разработка специального языка запросов GSQL, описание реализации GSQL в двух вариантах: как самостоятельного языка и как дополнения к языку SQL.

3) описание методов проектирования и реализации системы поддержки регламентов;

4) практическая реализация GSQL как самостоятельного языка запросов для средства бизнес-моделирования ARIS;

5) практическая реализация подсистемы поддержки регламентов в рамках ОКР «Целостность».

Методы исследования. При решении поставленных задач в диссертационной работе применены методы проектирования систем управления базами данных, методы составления, синтаксического анализа и реализации формальных языков, теории графов и теории множеств, технология программирования многокомпонентных распределенных программных систем.

Научная новизна и теоретическая значимость диссертационной работы заключается в том, что:

- сформулированы основные принципы системы поддержки регламентов, формализована обобщенная модель представления данных в средствах бизнес-моделирования;

- рассмотрены принципы доработки обобщенного представления о средствах бизнес-моделирования до системы поддержки регламентов;

- разработан и описан специальный язык запросов для данных, организованных подобно графу, получивший название GSQL. Учебно-методическая ценность диссертационной работы заключается в:

- разработке методов проектирования и построения системы поддержки регламентов в соответствие с технологией создания многокомпонентных систем, а также методологии описания регламентов на основе методологии ARIS;

- разработке языка запросов GSQL, позволяющего осуществить выборку и модификацию данных сетевой модели согласно принципам и синтаксису, родственным языку запросов SQL.

Практическая ценность диссертационной работы выражается том, что:

- разработана и применена на практике методология описания регламентов;

- разработана реализация языка GSQL как самостоятельного языка запросов для средства бизнес-моделирования ARIS;

- спроектирована и реализована подсистема поддержки регламентов на базе средства бизнес-моделирования ARIS в рамках ОКР «Целостность». Достоверность и обоснованность полученных результатов

подтверждается теоретической обоснованностью применяемых к исследованию научных методов, результатами исследования известных моделей представления данных; базируется на обобщении и развитии существующего опыта построения систем бизнес-моделирования и систем планирования

ресурсов, результатах практической реализации системы поддержки

регламентов и языка запросов.

Результаты работы применены при разработке автоматизированной

системы информационного обеспечения в рамках ОКР «Целостность», что

подтверждено соответствующим актом.

В частности, методика описания регламентов применялась при подготовке электронного регламента подразделений. Технологии и программное обеспечение, в т.ч. реализация языка GSQL, использовались для автоматической генерации документации, сопровождающей разработку системы, а также как основа разработанной подсистемы поддержки регламентов (описана в четвертой и пятой главах диссертационной работы).

Апробация работы. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: 1-й, 2-й и 3-й Школах молодых ученых ИПИ РАН (Москва, 2010, 2011 и 2012 гг.), 12-ой международной научной конференции «Системы компьютерной математики и их приложения» (г. Смоленск, 2011 г.), 12-ой международной научно-технической конференции «Кибернетика и высокие технологии XXI века» (г. Воронеж, 2011 г.), 4-ом межведомственном научно-практическом семинаре «Системы и средства

защиты информации» (г. Пенза, 2012 г.).

Кроме того, подсистема поддержки регламентов была апробирована в ходе внедрения в рамках ОКР «Целостность», что подтверждается

соответствующим актом.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы отражены в 8 публикациях. Из них в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ -2 публикации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (39 наименований). Работа изложена на 185 страницах, включающих 37 рисунков и 11 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность исследований, проводимых в рамках диссертационной работы, представлены положения, характеризующие научную новизну, практическую значимость, достоверность результатов. Также сформулированы цели и задачи исследования, обозначены объекты и предметы исследования, выносимые на защиту результаты диссертационной работы.

В первой главе рассматриваются базовые понятия, применяемые далее в работе, формулируются требования к системе поддержки регламентов, рассматриваются существующие подходы к описанию регламентов через моделирование бизнес-процессов, а также сравниваются наиболее популярные средства бизнес-моделирования.

Указано, что регламент определяет процессы («бизнес-процессы»), протекающие в организации, и наоборот: совокупность бизнес-процессов содержит полную информацию о регламенте организации. Иными словами, бизнес-процесс - это и есть реализации регламента, а совокупность графических иллюстраций бизнес-процессов есть графическое представление регламента организации. Далее рассматриваются современные программные средства («средства бизнес-моделирования»), предназначенные для построения схем бизнес-процессов, и методологии описания бизнес-процессов.

Бизнес-моделирование распространено и в коммерческих фирмах, и в государственных организациях, поскольку способствует оптимизации работы учреждения. Аналогичные задачи, но с функциональной точки зрения, выполняют системы планирования ресурсов. В идеале средство бизнес-моделирования и система планирования ресурсов должны быть интегрированы в единый комплекс, связывающий реализацию бизнес-процессов (т.е. фактическую деятельность организации, вотчина системы планирования ресурсов) с их оптимизацией, планированием и анализом (чему способствует

средство бизнес-моделирования). Также такой комплекс должен обеспечить автоматическую генерацию всей регламентной документации.

Исследование современных систем бизнес-моделирования (в т.ч. и с точки зрения реализации описанных выше функций), а также реализованных в них подходов к описанию регламентов, и является первой задачей, стоящей перед данной диссертационной работой.

Ни одна из существующих систем не способна к автоматизированному, каждодневному взаимодействию с системой планирования ресурсов. В системах бизнес-моделирования отсутствуют средства реализации подобного взаимодействия, но в плане описания регламентов они достаточно хороши. Поэтому следует не заменять существующие системы иными программными

компонентами, а дорабатывать их.

В конце первой главы рассматриваются несколько наиболее популярных в России средств бизнес-моделирования, и выявляется одна наиболее подходящая для доработок - ARIS, разработка немецкой компании IDS Scheer (ныне поглощена немецкой компанией Software AG). В четвертой и пятой главах описывается реализация подсистемы поддержки регламентов с использованием именно этой среды, однако результаты работы применимы и к иным средствам бизнес-моделирования.

Во второй главе формулируется обобщенное представление о среде бизнес-моделирования, рассматриваются вопросы доработки до системы поддержки регламентов как обобщенного представления, так и конкретной среды ARIS. Кроме того, рассматривается использование методологии ARIS

для описания регламентов.

В главе рассматривается наиболее естественная (и используемая на практике) модель данных средств бизнес моделирования в виде графа. В узлах данного графа находятся элементы диаграмм - объекты, соединенные между собой дугами - связями. С каждым объектом или связью соотносится набор атрибутов, значения которых полностью описывают объект (связь).

10

Набор атрибутов, что обосновывается в тексте главы, следует считать одинаковым для всех объектов и, отдельно, для всех связей. Это, однако, не значит, что наборы возможных значений одного атрибута для всех объектов (связей) одинаковы - допустимые значения каждого атрибута могут зависеть от типа объекта (связи), вплоть до ограничения лишь пустым значением (NULL).

Важной особенностью приводимой во второй главе модели является возможность представить в ее рамках не только элементы и связи на графических диаграммах, но и различные вспомогательные объекты: графические модели, каталоги, в которые они организованы и т.п. Данная особенность позволяет расширять среду бизнес-моделирования при сохранении прежней модели организации данных.

Безусловно, предлагаемая модель данных является подвидом сетевой модели, а точнее - так называемой графовой базой данных. В работе не рассматриваются вопросы физической организации данных, поскольку система поддержки регламентов может быть реализована на основе существующего средства бизнес моделирования. Описание модели производится с опорой на средства бизнес-моделирования для разработки интерфейса доступа к данным. По этой причине сетевая модель организации данных предполагается на логическом, а не физическом уровне.

Исходя из общей модели данных систем бизнес-моделирования и учитывая требования к системе поддержки регламентов, ключевым методом доработки среды бизнес-моделирования до системы поддержки регламентов является создание языка запросов для описано выше модели данных, и реализация программного компонента, поддерживающего запросы на таком языке.

Предполагается, что подобно тому, как язык запросов SQL стал стандартом для работы с реляционными базами данных, данный язык должен стандартизировать средства работы с данными, структурированными подобно графу. В системах планирования ресурсов именно SQL служит основным

11

средством как внутреннего, так и внешнего взаимодействия с данными, в частности - генераторов выходной документации. Такую же роль возьмет на себя и новый язык в системах поддержки регламентов, а если он будет реализован на основе SQL как его расширение - это позволит наименьшими усилиями взаимно интегрировать две системы (систему планирования ресурсов и систему поддержки регламентов). Кроме того, реализация нового языка как расширения SQL не просто упростит использования опыта реляционной модели данных - позволит легко модифицировать для работы со средами бизнес-моделирования программные средства систем планирования ресурсов.

Общие требования к системе поддержки регламентов, помимо требований, которым удовлетворяют все средства бизнес-моделирования, включают следующие положения:

• наличие средств для организации связи с внешними системами, причем исходя именно из системы планирования ресурсов как основной взаимосвязанной программной компоненты;

• возможность реализации среды бизнес-моделирования в качестве модуля системы планирования ресурсов;

• система поддержки регламентов должна включать возможность автоматической генерации регламентных документов на основе шаблонов;

• максимально возможное использование существующего опыта.

Далее рассматривается конкретная среда - ARIS, и вопросы доработки решаются применительно конкретно к ней. Также приводится описание использования методологии ARIS для описания регламентов, иллюстрирующее на практике возможность переложения информации на рассматриваемую прежде модель данных. Таким образом, данная глава полностью посвящена решению второй задачи, стоящей перед диссертационной работой.

В третьей главе описываются идеи языка запросов GSQL, являющегося основой системы поддержки регламентов, дается полная информация о языке, а также рассматриваются две возможности его реализации.

Разработка варианта упомянутого выше языка, получившего название GSQL, является решением третьей задачи диссертационной работы, всецело рассмотренной в данной главе. Программный компонент, обрабатывающий запросы на подобном языке, за счет преемственности по отношению к реляционной модели данных является удобным и эффективным интерфейсом доступа к данным системы поддержки регламентов.

Как описывается в тексте главы, базовой идеей, позволяющей разработать новый язык как дополнение к SQL, является создание таких конструкций обращения к данным, организованным подобно графу, что позволяют представить запрошенные данные в виде таблицы с учетом всех особенностей их организации. В число данных особенностей следует включить, во-первых, наличие связей между объектами, а во-вторых - возможность наличия заранее неизвестного количества «переходных узлов» между двумя объектами, когда путь от одного к другому проходит согласно связям через ряд промежуточных объектов. Также получаемая таблица, как и любая таблица SQL, должна обладать наперед (до начала собственно выборки данных) известным количеством столбцов вместе с полной информацией о них (как тип данных), а результат выборки должен «прирастать» к таблице строками соответственно ее столбцам.

Далее замечается, что атрибуты объектов и связей используемой модели данных удовлетворяют требованиям к столбцам таблицы: их типы наперед известны, а сам набор атрибутов един для всех объектов (как и связей). Отсюда вытекает идея табличного представления множества объектов, где атрибуты соответствуют столбцам таблицы, количество строк равно количеству объектов в множестве, а каждая строка содержит значения атрибутов одного объекта (рис. 1).

Множество

ID: 01234 Метатип:, Тир

Hay ID: 04557 Метатип: Тип;

ID: 08901 Метатип: модель Тип: ЕРС Название: Установка Продолж.: NULL Ставка: NULL

(Иные »П**буПА..1

ш Название Продолж. Ставка [Иные атрибуты]

01234 Монтаж 2 ч. NULL

04567 Рабочий NULL полная

08901 Установка NULL NULL

Рис. 1. Преобразование множества в таблицу

Таким образом в главе показывается, что основными операндами GSQL как дополнения к SQL являются множества объектов (либо связей) базы данных среды бизнес-моделирования. При этом отмечено, что, кроме обычных операций получения нового множества на основе имеющихся, требуется одна особая операция - связывания множеств, позволяющая не только формировать новое множество, но и учесть имеющиеся связи между объектами в итоговой (результирующей) таблице, созданной на основе всего блока операций GSQL. После формирования, такая таблица получает права обычной таблицы SQL и используется в рамках реляционной модели.

Действие предлагаемой операции связывания состоит в следующем: на основе двух существующих множеств А и В строится новое множество С таким образом, что в С попадают только объекты одного из них (для определенности пусть это будет множество В), имеющие связь (удовлетворяющую указанным критериям) с объектами другого множества (множество А). И при дальнейшей обработке запроса будет считаться, что «другое» множество А и «итоговое» множество С связаны.

Как говорится в тексте главы, такая связь будет иметь значение не только для получения новых множеств на основе существующих, но и для формирования результирующей таблицы. Процесс формирования данной таблицы проще описать через промежуточную таблицу - таблицу объектов,

каждый столбец которой соответствует множеству. Строки же данной таблицы формируются следующим образом: если объекты двух или более множеств связаны (заданным образом), они находятся на одной строке (каждый в ячейке, соответствующей своему столбцу-множеству). Если существует более одной комбинации связанных объектов, то один объект множества может присутствовать более чем на одной строке - таким образом, каждая строка соответствует уникальной комбинации связанных объектов. При этом считается, что каждое множество содержит и «пустой объект», на месте которого выводится пустое значение - NULL. Однако, строки с NULL-значениями удаляются из таблицы объектов в случае, если существует комбинация с теми же значимыми объектами множеств, к которым добавлены и значимые объекты на месте NULL-значений.

Следующий пример из главы поясняет вышесказанное: если два множества, X = {х,, х2,...} и Y= {у,, у2,...}, связаны, причем объектП х, связан с объектами yi и у2, а объект х2 не связан ни с одним объектом множества Y, то таблица объектов будет выглядеть следующим образом (таблица 1):

Множество X Множество Y

XI У\

XI У2

Х2 [NULL]

Таблица 1. Таблица объектов для множеств X и ¥

Такой метод позволяет вполне естественным образом учесть в таблице связи: на одной строке оказываются связанные данные. Также не теряются и те объекты, которые не имеют достаточно связей для заполнения всей строчки: недостающие ячейки заполняются пустыми значениями. Наконец, не происходит избыточного дублирования: таблица содержит минимум всех возможных комбинаций, не допускающий потери данных.

После формирования таблицы объектов ее столбцы очевидным образом «расширяются» за счет всех атрибутов этих объектов, и в итоге получается результирующая таблица, готовая к подстановке на место любой таблицы SQL-запроса. В случае, когда между множествами нет явной связи, но одно получается из другого в результате операций вроде объединения, предполагается так называемая «связь эквивалентности», когда на одной строчке оказываются одинаковые объекты, присутствующие в обоих множествах.

Формирование результирующей таблицы дополнительно поясняет рис. 2. Кроме того, из рисунка видно, что при описанном подходе сохраняются и особенности именования столбцов таблиц в SQL.

Множество С

ID: С1234 Тип: Делает Занято: 2

(Иные атрибуты |

ID: 04567 \ Метатип: эл-т диаг. \ Тип^и*"-\

/ ID: 08901 Ч / Метатип: модель Тип: ЕРС Название: Установка , Продолж.: NULL \ Ставка: NULL

\ [Иные атрибуты ] ,

ID: 01234 Метатип: эл-т диаг.

Тип: процесс Название:Монтаж Продолж.: 2 ч. Ставка: NULL

[Ины« атрибуты...]

ID: С4563 Тип: Содержит Занято NULL ¡Ичью атрибуты |

Множество В

A.ID А.Продолж. А.Ставка С. ID С.Занято B.ID В.Продолж. В.Ставка

01234 2 ч. NULL С1234 2 04567 NULL полная

01234 2 ч. NULL С4563 NULL 08901 NULL NULL

Рис. 2. Преобразование множеств связанных объектов в таблицу

Далее в третьей главе показывается, что именно операция связывания позволяет учитывать связи между объектами (первая особенность организации данных). Что же касается заранее неизвестного количества «переходных узлов» Овторая особенность), то для её учёта предлагается введение в язык циклической конструкции, позволяющей несколько раз выполнять один и тот же блок операций (например, осуществляющий однократный переход от объектов одного множества к объектам другого) с возможностью подстановки

16

результата исполнения этого блока (то есть множества) на место одного или нескольких операндов (рис. 3).

Рис. 3. Графическая иллюстрация операции цикла

Согласно приводимому в тексте главы описанию действия данной конструкции, на первой итерации цикла блок вычисляется как обычно, давая в результате некое множество Я,. Затем, на второй итерации, К, подставляется на место одного или нескольких множеств в блоке-операнде (указываются псевдонимом - т.н. «множеством цикла») и вычисления повторяются, давая в результате множество б2. На второй и последующих итерациях полученное в результате вычислений множество ¡=2,3,... уже не считается результатом

итерации, предварительно из него исключаются все объекты, входившие в

1-1

результаты предыдущих итераций: Я,=£>,Щ, 1=2-3..... Чикл

прекращается, когда на очередном шаге множество-результат итерации оказывается пустым, т.е. не содержащим ни одного элемента. Поскольку множество объектов в базе данных конечно, зацикливание исключается.

Возвращает операция цикла множество, являющееся объединением результатов нескольких итераций и, возможно, множества цикла до первой итерации (что регулируется особой опцией). Кроме того, операция позволяет задавать дополнительные условия прекращения цикла.

Далее в третьей главе приводится полное описание конструкций 08С>Ь, синтаксиса и семантики языка, развивающих изложенные выше базовые идеи. Также рассматриваются два варианта реализации СБОЬ: как самостоятельного языка (при выполнении системы поддержки регламентов как отдельного

программного продукта) и как расширения языка SQL (при объединении системы поддержки регламентов с системой планирования ресурсов в рамках единого программного продукта).

Следует заметить, что модель данных, конечно, может быть рассмотрена как неполноценная объектная, однако «неполноценность» заключается в отсутствии ключевых особенностей объектно-ориентированной базы данных. По этой причине применение объектных механизмов (OQL, CORBA, технологии на основе Java, не говоря уже об обращении к общей модели RDF и применении связанных с ней языков) представляется избыточным и ведёт к замедлению и усложнению выборки.

Обращение к XML также нерационально: помимо снижения эффективности работы за счёт избыточности формата и отсутствии общепринятой методологии моделирования, в языке отсутствует поддержка типов данных. XML возможно применять на конечном этапе работы с данными модели: например, при передаче заранее отобранных данных в генератор отчетов или внешнюю систему. Однако строить на данном языке разметки весь механизм выборки и модификации данных нельзя, кроме упомянутых недостатков, это потребовало бы хранение в XML всех данных системы.

Безусловно, возможно представить сетевые данные и в рамках реляционной модели: например, через две таблицы для объектов и связей соответственно. По сути, именно таким образом реализуется переход от сетевой модели к реляционной в GSQL, и все конструкции GSQL могут быть так или иначе представлены в рамках самого языка SQL. Однако, для перехода между узлами графа (самая простая операция в рамках сетевой модели) в таком случае придется проводить две операции реляционного соединения для таблиц, содержащих все записи базы данных. Кроме того, конструкции цикла в SQL громоздки и различаются для разных реализаций.

Преимуществом GSQL перед всеми озвученными вариантами является его ориентация на средства бизнес-моделирования и использования как

18

интерфейса доступа к данным системы поддержки регламентов, на решение конкретных задач, встающих при выборке объектов и связей сетевой базы данных. Это не только позволяет упростить запросы, но и оптимизировать соответствующим образом выполнение инструкций языка.

В то же время, организация данных подобно графу естественна не только для сред бизнес-моделирования, а также, например, для геоинформационных систем. По озвученной причине перспективы GSQL выходят за рамки применения в системе поддержки регламентов и могут стать предметом

дальнейших исследований.

За счет родственности языку SQL, разработанный язык запросов GSQL может применяться в учебном процессе как адаптация SQL, предназначенная для работы с сетевой моделью данных. Как показало исследование, проведенное в первых двух главах работы, именно такой подход актуален при расширении возможностей и взаимной интеграции систем планирования ресурсов и средств бизнес-моделирования.

В четвертой главе рассматривается архитектура системы поддержки регламентов, а также архитектура подсистемы поддержки регламентов -практической реализации предложенных в работе идей, методов и технологий. Подсистема поддержки регламентов была внедрена в рамках ОКР «Целостность» в составе автоматизированной системы информационного обеспечения. Четвертая и пятая главы вместе охватывают четвертую задачу, стоящую перед диссертационной работой.

В начале главы приводится общая модель системы поддержки регламентов. Согласно ей, система поддержки регламентов строится на основе средства бизнес-моделирования и связана с ERP-системой. Данная связь, как и интерфейс работы с иными системами и дополнительными программными средствами, реализуется на основе GSQL-сервера, обеспечивающего выполнение запросов на языке GSQL.

Логика взаимосвязи с БИР-системой реализуется только на стороне ЕЯР-системы, на сервере соответствующей базы данных. Инициатором обмена данными может выступать только ЕЯР-система, а со стороны системы поддержки регламентов возможны только простейшие сообщения (инициирующие запросы) о необходимости начать такой обмен.

Далее в главе описывается архитектура подсистемы поддержки регламентов, разработанной и внедренной в рамках ОКР «Целостность» в составе автоматизированной системы информационного обеспечения. Подсистема была реализована на основе средства бизнес-моделирования АШБ. В виду особых требований, предъявляемых к безопасности системы, а также особенностей программного интерфейса АИБ, ее архитектура отличается от общей модели и подразумевает использование сетевого диска для хранения общих файлов.

В отдельном разделе описывается архитектура и порядок работы СБС^Ь-сервера, обеспечивающего выполнение запросов на языке СБОЬ. Исходя из требований к подсистеме в рамках проекта, реализация вБС^Ь была выполнена в виде отдельного языка. Интерпретатор запросов включает модуль оптимизации и позволяет использовать некоторые специфические возможности АШБ для повышения эффективности и возможностей запросов. Также интерпретатор поддерживает ряд команд для управления сервером, в составе которого он реализован.

В пятой главе описываются различные аспекты реализации подсистемы поддержки регламентов, устройство системы стендовых испытаний, а также апробация и внедрения подсистемы. Приводятся технические характеристики подсистемы, использованные при ее разработке технологии и причины их выбора. Описываются частные особенности реализации компонентов подсистемы. Приводятся результаты ее разработки, выразившиеся во внедрении подсистемы в рамках крупного проекта и ее документировании в соответствие с требованиями ГОСТ.

Устройство системы стендовых испытаний приведено на рис. 4. Работа GSQL-сервера реализуется через API ARIS, единый и для клиентской, и для серверной версии, все компоненты подсистемы возможно установить на одно лишь клиентское место, выгружая и загружая тестовые данные штатными средствами ARIS. Корректность тестов обеспечивается единообразием интерфейсов API ARIS во всех случаях работы с базой данных.

ШшшШШтшШж.

GSQL-клиект

Рис. 4. Схема испытательного стенда

Интерпретатор GSQL был реализован в виде отдельного приложения, использующего API ARIS. Разработанные конструкции GSQL позволяют лишь манипулировать данными, причём с учётом принятых настроек системы

безопасности.

Интерпретатор реализован в форме native-кода, написанного на языке С++ с использованием стандартных библиотек классов. Связь со средой бизнес-моделирования осуществляется только через ее API-интерфейс на финальном

этапе выполнения запроса.

Для передачи запроса в интерпретатор и отправки его результатов

используется протокол прикладного уровня, в качестве транспортного

21

протокола использующий протокол TCP стека TCP/IP. В зависимости от реализации средств защиты информации в системе, трафик может шифроваться на сетевом уровне.

Также в главе намечаются следующие перспективы дальнейших исследований:

1. определение места языка GSQL в программных системах с принципами естественной организации данных, схожими с системами бизнес-моделирования (например, в геоинформационных системах);

2. разработка элементов гибридной СУБД с возможностью хранения данных как организованных согласно реляционной модели, так и организованных подобно графу (в т.ч. разработка модели данных, объединяющей реляционных подход с организацией подобно графу);

3. развитие GSQL как самостоятельного языка запросов сред бизнес-моделирования, а также в качестве процедурного языка за счет его расширения;

4. разработка технологий реализации системы поддержки регламентов и соответствующих программных решений, готовых к применению для широкого класса средств защиты информации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации содержится решение актуальной научно-технической задачи по разработке и реализации системы поддержки регламентов, имеющей существенное значение в областях проектирования СУБД и систем поддержки принятия решений.

Получены следующие основные результаты:

1. Описаны основные принципы системы поддержки регламентов как автоматизированной системы, базирующейся на средстве бизнес-моделирования. Произведено обобщение структуры и возможностей

22

средств бизнес-моделирования, что позволяет сформулировать общие методы и принципы их доработки до системы поддержки регламентов.

2. Построена обобщенная модель представления данных в средствах бизнес-моделирования, наследуемая системой поддержки регламентов, что позволяет конкретизировать требования к интерфейсу доступа к данным системы поддержки регламентов и, в конечном счете, спроектировать такой интерфейс.

3. Описаны методы проектирования и реализации системы поддержки регламентов, рассмотрена роль различных компонентов системы и ее взаимная интеграция с системой планирования ресурсов.

4. Разработан специальный язык запросов GSQL, являющийся эффективным интерфейсом доступа к данным системы поддержки регламентов. Операции и синтаксис языка, а также принципы преобразования результатов выборки данных в формат реляционного отношения позволяют интегрировать конструкции GSQL в язык SQL, а также применить результаты работы в иных предметных областях.

5. Описаны два варианта практической реализации GSQL: как самостоятельного языка с заимствований части конструкций SQL, и как дополнения к языку SQL.

6. Реализован интерпретатор, реализующий возможности GSQL в варианте самостоятельного языка запросов. На основе интерпретатора реализовано серверное приложение, осуществляющее выполнение запросов в системе поддержки регламентов на основе средства бизнес-моделирования ARIS.

7. В рамках ОКР «Целостность» практически реализована подсистема поддержки регламентов.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Потапов К.Б. Язык запросов для системы управления регламентами // Первая школа молодых ученых ИПИ РАН. Сборник докладов. - М.: ИПИ РАН, 2010.-с. 4-14

2. Потапов К.Б. Язык вБС^Ь. Концепция, синтаксис, реализация // Вторая школа молодых ученых ИПИ РАН. Сборник докладов. - М.: ИПИ РАН, 2011.-е. 103-112

3. Потапов К.Б. Управление регламентами как необходимый модуль систем управления в производственной и экономической сферах. Язык запросов // Труды 12-ой международной научно-технической конференции «Кибернетика и высокие технологии XXI века». Том 1. - Воронеж, 2011 — с. 334-341

4. Потапов К.Б. Организация данных как графа. Специальный язык запросов ОБрЬ // Системы компьютерной математики и их приложения: материалы XII международной научной конференции. Вып. 12. -Смоленск: Изд-во СмолГУ, 2011. - с. 116-118

5. Потапов К.Б. Язык запросов О80Ь: преимущества перед иными технологиями // Третья школа молодых ученых ИПИ РАН. Сборник докладов. - М.: ИПИ РАН, 2012. - с. 86-90

6. Потапов К.Б. Язык запросов вБС^Ь и его реализация для платформы ПСЗИ С>Р // Сборник докладов 4-го межведомственного научно-практического семинара «Системы и средства защиты информации». -г.Пенза, №260-дсп, 2012 г. - с. 37-39

7. Потапов К.Б. Система управления регламентами. Язык запросов // Системы высокой доступности*, 2012. т.8. №1 - М.: «Радиотехника», 2012 г.-с. 46-58

8. Потапов К.Б. Язык запросов при организации данных в виде графа. Концепция и реализация // Информационные технологии и вычислительные системы*, 2013. №1 - М.: ИСА РАН, 2013 г. - с. 43-53

* Жирным шрифтом выделены статьи в изданиях, входящих в перечень ВАК.

24

Подписано в печать: 19.09.2013 Тираж: 70 экз. Заказ № 978 Отпечатано в типографии «Реглет» г. Москва, Ленинградский проспект д.74 (495)790-47-77 www.reglet.ru

На правах рукописи

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт проблем информатики Российской академии наук

ПОТАПОВ Кирилл Борисович

04201362840

ПОСТРОЕНИЕ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ РЕГЛАМЕНТОВ НА БАЗЕ ЯЗЫКА ЗАПРОСОВ СЭС^Ь

Специальность: 05.13.11 — «Математическое и программное обеспечение вычислительных

машин, комплексов и компьютерных сетей»

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.ф.-м.н. Синицын В.И.

Москва-2013

Содержание

Введение...................................................................................................................4

Глава 1. Обзор подходов к построению регламентов........................................12

1.1. Регламент и основы его создания...................................................................................13

1.2. Использование систем планирования ресурсов для автоматизации создания регламентов.............................,...............................................................................................21

1.3. Бизнес-процессы как основа регламентов.....................................................................26

1.4. Обзор методологий и средств моделирования бизнес-процессов..............................33

1.5. Сравнение средств моделирования бизнес-процессов.................................................49

Выводы по главе 1..................................................................................................................57

Глава 2. Основные принципы и методы создания регламентов с помощью системы бизнес-моделирования...........................................................................59

2.1. Обобщенное представление о системах бизес-моделирования..................................59

2.2. Расширение обобщенного представления до системы поддержки регламентов......66

2.3. Использование методологий ARIS для описания регламентов..................................71

2.4. Доработка среды ARIS до системы поддержки регламентов......................................86

2.5. Варианты реализации механизма доступа к данным...................................................91

Выводы по главе 2..................................................................................................................96

Глава 3. Язык запросов GSQL для системы поддержки регламентов.............98

3.1. Назначение и возможности языка GSQL.......................................................................98

3.2. Основные идеи языка GSQL.........................................................................................102

3.3. Базовые конструкции GSQL.........................................................................................108

3.4. Реализация GSQL как дополнения к языку SQL........................................................130

3.5. Реализация GSQL в качестве самостоятельного языка..............................................133

Выводы по главе 3................................................................................................................138

Глава 4. Проектирование системы поддержки регламентов..........................140

4.1. Общий случай проектирования системы поддержки регламентов..........................140

4.2. Архитектура подсистемы поддержки регламентов....................................................144

4.3. Проектирование GSQL-сервера....................................................................................149

4.4. Разработка и формирование отчетов...........................................................................154

Выводы по главе 4................................................................................................................158

Глава 5. Реализация системы поддержки регламентов...........:.......................159

5.1. Описание разработанной подсистемы.........................................................................159

5.2. Выбор технологий реализации.....................................................................................165

5.3. Устройство системы стендовых испытаний...............................................................170

5.4. Результаты разработки..................................................................................................172

5.5. Апробация и внедрение.................................................................................................173

5.6. Перспективы дальнейших исследований....................................................................173

Выводы по главе 5................................................................................................................174

Заключение...........................................................................................................176

Список литературы..............................................................................................179

Обозначения и сокращения................................................................................184

Введение

В настоящей работе рассматривается система поддержки регламентов, строящаяся на основе среды бизнес-моделирования и расширяющая ее возможности. Также по ходу работы производится описание языка запросов, являющегося адаптацией SQL и призванного упростить доступ к данным со структурой, характерной (в частности) для бизнес-моделей.

Актуальность темы диссертации

Любая деятельность человека в современном мире сопряжена с участием во множестве информационных процессов. Соответственно, их автоматизация играет всё большую и большую роль, распространяясь на ранее незатронутые области и связывая уже существующие системы в единое целое. В частном бизнесе и государственных учреждениях уже давно внедряются системы планирования ресурсов, автоматизирующие, в том числе, информационные процессы, связанные с производственной деятельностью учреждения.

В последнее время, однако, потребности в автоматизации возросли, требуя внедрения развитых, высококачественных и всеобъемлющих систем поддержки принятия управленческих решений, иначе говоря - систем поддержки управления бизнес-процессами (регламентами). С данной задачей сталкивается любое достаточно крупное учреждение; в случае государственных организаций внимание к данной задаче также обусловлено постановлением правительства РФ № 679 от 11 ноября 2005 г. «О порядке разработки и утверждения административных регламентов исполнения государственных функций (предоставления государственных услуг)».

Построение и оптимизация бизнес-процессов стали основным методом качественного улучшения деятельности организации, а также предварительным этапом внедрения систем планирования ресурсов. Средства бизнес-

моделирования внедряются и в крупных коммерческих компаниях, и в государственных учреждениях (лидером в данной области является Федеральная налоговая служба Российской Федерации). Однако существующие системы не удовлетворяют всем накопившимся требованиям к средствам поддержки принятия решений.

В настоящее время программные средства позволяют произвести расчет по определенным методикам. Однако глобальной задачей является полноценное управление регламентами на предприятии. Требования к системе, осуществляющей поддержку управления регламентами («системе поддержки регламентов»), существенно шире, нежели обеспечивают системы бизнес-моделирования. В частности, можно отметить сложности с организацией обратной связи, документированием изменений и прочими задачами, выходящих за рамки непосредственной работы с моделями.

Между тем, управление регламентами - непрерывный, а не разовый, процесс. Особенно это становится заметно при современной изменчивости условий, когда несвоевременное изменение бизнес-процессов в связи, например, с выходом нового закона, способно стоить коммерческой организации огромных финансовых потерь, а от руководителей государственной структуры тем более требует немедленной реакции.

Потому развитие среды бизнес-моделирования до системы поддержки регламентов предполагает интеграцию с внешними системами (например, системой планирования ресурсов), применение единого подхода при генерации выходных документов,. разработку дополнительных средств управления бизнес-моделями и их наполнением с учетом уникальных потребностей организации, а также ряд иных изменений, зачастую требующих стандартизации интерфейса доступа к данным бизнес-моделей.

Исходя из вышеизложенного, актуальной научно-технической задачей является выработка основных принципов построения системы поддержки

регламентов (в частности, определение модели данных, в соответствие с которой естественно организовать доступ к ее базе данных), практической реализации подобной системы, и разработка предлагаемого ей интерфейса доступа к данным.

Поскольку система поддержки регламентов содержит уникальные подробности о функционировании каждой организации, о ее структуре и методах работы, обязанностях сотрудников и т.п., принципы ее построения также должны гарантировать защиту обрабатываемых данных, будь то информация для служебного пользования, коммерческая либо даже государственная тайна.

В данной диссертационной работе представлено комплексное решение задачи, включающее обзор существующих средств бизнес-моделирования, формулировку и апробирование на практике принципов реализации системы поддержки регламентов, а также обоснование необходимости использования в качестве интерфейса доступа к данным специального языка запросов, разработку данного языка и практическую реализацию его интерпретатора.

Озвученная выше научно-техническая задача и методы ее решения соответствуют пп. 9, 11, 12и 17 паспорта специальности 05.13.11 (п.9 - модели и методы разработки программных средств обработки данных и знаний в ВМ, ВК и КС, п. 11 - методы проектирования систем управления базами данных (СУБД) и базами знаний (СУБЗ), в том числе распределенными СУБД и СУБЗ, п. 12 - программные инструментальные средства разработки интеллектуальных систем, в том числе экспертных систем, систем поддержки принятия решений, обучающих систем и др., п. 17 - математическое и программное обеспечение новых информационных технологий).

Цели и задачи работы

Данная диссертационная работа преследует две взаимосвязанные цели: Во-первых, это рассмотрение вопросов создания системы поддержки регламентов как следующего шага в развитии средств бизнес-моделирования, т.е. на основе существующего опыта. Причем, как будет показано далее, предполагается использовать опыт создания и использования не только средств бизнес-моделирования, но и систем планирования ресурсов.

Во-вторых, целью работы является разработка интерфейса . доступа данным системы поддержки регламентов, предполагающего дальнейшее использование в качестве стандарта.

В рамках данных целей, настоящая работа решает следующие задачи:

• исследование существующих подходов к описанию регламентов, а также систем бизнес-моделирования, использующих данные подходы;

• выработка общих требований к системе поддержки регламентов, ее схемы и аспектов реализации, рассмотрение необходимой доработки существующих средств бизнес-моделирования при построении системы поддержки регламентов на их основе;

• разработка эффективного интерфейса доступа к данным системы поддержки регламентов, предполагающего стандартизацию;

• описание практической реализации подсистемы поддержки регламентов, использующей описанный интерфейс и принципы.

Объект и предмет исследования

Объектом исследования являются системы бизнес-моделирования, сетевая и реляционная модели представления данных, а также язык запросов для реляционных СУБД SQL.

Предметом исследования являются принципы проектирования и реализации системы поддержки регламентов на основе существующих средств

бизнес-моделирования, а также формализация модели представления данных и создание языка запросов для системы поддержки регламентов (в работе обоснована необходимость применения языка запросов SQL в качестве основы для разработки собственного языка запросов).

Методы исследования

При решении поставленных задач в диссертационной работе применены методы проектирования систем управления базами данных, методы составления, синтаксического анализа и реализации формальных языков, теории графов и теории множеств, технология программирования многокомпонентных распределенных программных систем.

Научная новизна

В диссертационной работе получены следующие новые результаты:

• сформулированы основные принципы системы поддержки регламентов, формализована обобщенная модель представления данных в средствах бизнес-моделирования;

• рассмотрены принципы доработки обобщенного представления о средствах бизнес-моделирования до системы поддержки регламентов;

• разработан и описан специальный язык запросов для данных, организованных подобно графу, получивший название GSQL.

Учебно-методическая ценность

Учебно-методическая ценность диссертационной работы заключается в:

• разработке методов проектирования и построения системы поддержки регламентов в соответствие с технологией создания многокомпонентных систем, а также методологии описания регламентов на основе методологии ARIS;

• разработке языка запросов GSQL, позволяющего осуществить выборку и модификацию данных сетевой модели согласно принципам и синтаксису, родственным языку запросов SQL.

Практическая значимость

Практическая значимость работы выражается в том, что:

• разработана и применена на практике методология описания регламентов;

• разработана реализация языка GSQL как самостоятельного языка запросов для средства бизнес-моделирования ARIS;

• спроектирована и реализована подсистема поддержки регламентов на базе средства бизнес-моделирования ARIS в рамках ОКР «Целостность».

Апробация работы

Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах: 1-й, 2-й и 3-й Школах молодых ученых ИЛИ РАН (Москва, 2010, 2011 и 2012 гг.), 12-ой международной научной конференции «Системы компьютерной математики и их приложения» (г. Смоленск, 2011 г.), 12-ой международной научно-технической конференции «Кибернетика и высокие технологии XXI века» (г. Воронеж, 2011 г.), 4-ом межведомственном научно-практическом семинаре «Системы и средства защиты информации» (г. Пенза, 2012 г.).

Кроме того, подсистема поддержки регламентов была апробирована в ходе внедрения в рамках ОКР «Целостность», что подтверждается соответствующим актом.

Публикации

Основные результаты диссертационной работы отражены в 8 публикациях. Из них в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ - 2 публикации.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы (39 наименований). Работа изложена на 185 страницах, включающих 37 рисунков, и 11 таблиц.

В первой главе рассматриваются базовые понятия, применяемые далее в работе, формулируются требования к системе поддержки регламентов, рассматриваются существующие подходы к описанию регламентов через моделирование бизнес-процессов, а также сравниваются наиболее популярные средства бизнес-моделирования.

Во второй главе формулируется обобщенное представление о среде бизнес-моделирования, рассматриваются вопросы доработки до системы поддержки регламентов как обобщенного представления, так и конкретной среды ARIS. Кроме того, рассматривается использование методологии ARIS для описания регламентов.

В третьей главе описываются идеи языка запросов GSQL, являющегося основой системы поддержки регламентов, дается полная информация о языке, а также рассматриваются две возможности его реализации.

В четвертой главе рассматривается архитектура как системы поддержки регламентов вообще, так и подсистемы поддержки регламентов, реализованной на практике в рамках ОКР «Целостность».

В пятой главе описываются различные аспекты реализации подсистемы поддержки регламентов, использованные технологии реализации, устройство системы стендовых испытаний, а также апробация и внедрения подсистемы.

В заключении сформулированы основные результаты работы, а также намечены перспективные направления дальнейших исследований.

Глава 1. Обзор подходов к построению регламентов

Не секрет, что сейчас и в частном бизнесе, и в государственных учреждениях внедряются всё более и более масштабные информационные системы (ИС). Требования времени таковы, что без такой системы, связывающей воедино все аспекты деятельности предприятия, любая достаточно крупная организация, будь то коммерческая структура или государственное учреждение, работает неэффективно. Для бизнеса это выражается утере конкурентных преимуществ; ведомства же вынуждены тратить львиную долю ресурсов на поддержание собственной работы, а не на реализацию предписанных административными регламентами функций, что выливается в недовольство населения качеством их работы и увеличение бюджетных затрат на организацию.

Исторически объединение систем касалось в первую очередь производственного сектора, кадрового отдела, бухгалтерии - в общем, было непосредственно связано автоматизацией рабочего процесса. Независимо развивались системы проектирования деятельности организации - т.е. фактически проектирования регламентов. Однако до недавнего времени предполагалось, что такие системы следует использовать лишь при кардинальной перестройки деятельности организации, дабы осуществить эту перестройку «оптимальным» образом. Сейчас же все сферы жизни и деятельности меняются столь стремительно, что «оптимальная» недавно структура вскоре может оказаться неэффективной.

В настоящей главе делается первый шаг к связыванию воедино систем, связанных с управлением ресурсами, и системы поддержки регламентов, призванной столь же непрерывно поддерживать должную эффективность работы организации. Начиняя с рассмотрения понятия регламента, д�