автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Разработка модели обеспечения выполнимости административных регламентов на основе среды радикалов

На правах рукописи

Науменко Владимир Викторович

РАЗРАБОТКА МОДЕЛИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ВЫПОЛНИМОСТИ АДМИНИСТРАТИВНЫХ РЕГЛАМЕНТОВ НА ОСНОВЕ СРЕДЫ РАДИКАЛОВ

Специальность: 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Копытов В.В.

1 3 НОЯ 2014

Ставрополь - 2014

005555088

005555088

Работа выполнена в ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный

университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Копытов Владимир Вячеславович

Официальные оппоненты: Осипян Валерий Осипович

доктор физико-математических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный университет», профессор кафедры информационных технологий факультета компьютерных технологий и прикладной математики

Наталуха Игорь Анатольевич

доктор физико-математических наук, профессор, НОУ ВПО «Кисловодский институт экономики и права», профессор кафедры математики и информационных технологий

Ведущая организация: Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный политехнический университет», г. Санкт-Петербург

Защита состоится 28 ноября 2014 г. в 16.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.245.09 при ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1, корп. 1, ауд. 416.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке и на сайте ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» по адресу: 355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2, www.ncfu.ru.

Автореферат разослан «¿¿» 2014 г.

Отзывы на автореферат просьба направлять по адресу: 355029 Ставрополь, Кулакова проспект, д. 2, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.245.09 Мезенцевой P.C.___

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.245.09 кандидат физико-математических наук, s^T/?

доцент /--- О. С. Мезенцева

ОБЩАЯЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Современные темпы развития информационного общества требуют создание технической платформы, упрощающих процедуры взаимодействия общества и государства с использованием информационных и телекоммуникационных технологий. Реализация Федеральной целевой программы (ФЦП) «Электронная Россия» (2002-2010 годы) привела к созданию в органах государственного управления и местного самоуправления специализированных информационных систем, предназначенных для предоставления государственных и муниципальных услуг в электронном виде, а также связанных с ними государственных функций.

В настоящее время на рынке представлено множество программных решений, предназначенных для построения таких информационных систем, которые в совокупности с информационной инфраструктурой организации образуют систему исполнения регламентов (СИР). Основное назначение СИР - это выполнение административных регламентов (АР) государственных и муниципальных услуг в электронном виде, то есть выполнение электронных регламентов (ЭАР).

Важно отметить, что согласно 210-ФЗ, а также ряда других нормативно-правовых актов, к СИР предъявляются жесткие требования к срокам предоставления государственных и муниципальных услуг, которые реализуются виде нормативного времени выполнения для каждой административной процедуры и АР в целом. При этом за нарушение сроков предоставления государственных и муниципальных услуг (согласно КоАП РФ от 30.12.2001 №195-ФЗ) предусмотрена ответственность, как для организации, так и для должностных лиц, при этом организация терпит издержки из-за обработки жалоб от заявителей.

На решение данных проблем направлены методики, приведенные в ряде работ, цель которых является моделирование и оптимизация АР предоставления государственных и муниципальных услуг с целью повышения эффективности управления деятельностью органами государственного управления РФ. Общей чертой данных научных работ является то, что они либо решают задачи проектирования ЭАР, либо проводят оценку уже предоставленных услуг. Применяемые в данных работах методы моделирования являются статическими и не позволяют исследовать АР одновременно в статике и в динамике с помощью одного метода моделирования. В то же время существует подход, предложенный Чечкиным А. В. и Пироговым М. В., позволяющий решать задачи сложной системы путем активации статичного описания системы для прогнозирования изменений и конфликтов, не меняя при этом исходное статичное описание. Однако данный подход не применялся для решения проблем функциональной безопасности СИР, когда в процессе исполнения даже хорошо спроектированных АР возникает ряд трудностей, связанных с обеспечением требуемых показателей выполнимости АР.

Важно также учитывать, что большинство АР разрабатываются без какой-либо ориентации на реальную информационную платформу и организационную структуру («как есть»), что создает дополнительные трудности выполнения требований стандарта предоставляемой услуги.

Таким образом, показатели выполнимости АР становятся ключевыми в оценке качества СИР, определяющими не только качество и безопасность информационной подсистемы, но и качество предоставляемых ЭАР. Следовательно, существует

актуальная научная задача повышения выполнимости АР при выполнении СИР функций по предоставлению государственных и муниципальных услуг за счет их моделирования в среде радикалов.

Решение данной научной задачи предложено осуществить на основе разработки метода моделирования совместно выполняемых АР, реализующего выявление угроз и устранение отказов, приводящих к неполучению услуги или отказу сервиса, в процессе функционирования СИР.

Целью исследования является повышение выполнимости АР при исполнении функций по предоставлению государственных и муниципальных услуг за счет их моделирования в среде радикалов.

Объектом исследования является система исполнения регламентов и административные регламенты.

Предметом исследования является параметры и свойства элементов системы исполнения регламентов, влияющие на выполнимость государственных и муниципальных услуг.

Для достижения цели исследования были поставлены следующие научные задачи:

1. Разработка модели обеспечения выполнимости АР на основе среды радикалов.

2. Разработка методики повышения выполнимости АР.

3. Разработка практических рекомендаций по повышению выполнимости АР путем разрешения информационных конфликтов.

В рамках исследования использовались методы теории множеств, теории графов, логики высказываний, сетей Петри, теорий массового обслуживания, корреляционного анализа, нечетких множеств, языка схем радикалов, эволюционных вычислений.

Научные результаты, выносимые на защиту.

1. В области математического моделирования разработан метод моделирования совместно выполняемых административных регламентов на языке схем радикалов, который, в отличие от известных методов, дает возможность описать весь процесс моделирования в единой среде радикалов, и позволяет на основе модели обеспечения выполнимости (основанной на согласовании составляющих системы: целей, требований, функций, задач, ресурсов) реализовать активирующую подсистему обеспечения выполнимости, способную решать задачи по выявлению информационных конфликтов и их устранению в процессе предоставления государственных и муниципальных услуг.

2. В области численных методов разработан и исследован на наборе тестовых задач численный метод решения задачи распределения ресурсов с помощью модифицированного генетического алгоритма, отличающегося наличием дополнительного преобразования, которое повысило вероятность нахождения глобального минимума в среднем на 10-20 %, что позволило получить наилучшие значения вектора распределения ресурсов при тех же в среднем временных затратах, которые требуются для реализации генетического алгоритма без предлагаемой модификации.

3. В области комплексов программ разработано прикладное программное обеспечение для решения задачи контроля исполнения государственных и муниципальных услуг - «Информационная система контроля исполнения государственных и муниципальных услуг» (свидетельство № 2013613608 о государственной регистрации программы для ЭВМ), основанное на разработанном методе моделирова-

ния и активирующей подсистеме обеспечения выполнимости, применение которого в органах государственного управления повысило показатель выполнимости административных регламентов (коэффициента выполнимости) на 4-6 %, установив высокое значение доли выполненных в срок услуг - 98-100 %, что подтверждает его эффективность и решает поставленные в данном исследовании задачи.

Научная новизна работы заключается в следующем.

1. Предложен метод математического моделирования совместно выполняемых административных регламентов, отличающийся тем, что позволяет описать весь процесс моделирования в единой среде радикалов путем объединения схем радикалов с формализованным описанием функций, ресурсов и требований системы исполнения регламентов.

2. Разработана методика численного рещения задачи распределения ресурсов при выполнении административных регламентов, отличающаяся использованием математического моделирования процесса исполнения административного регламента на основе методов теории массового обслуживания и генетического алгоритма поиска оптимального распределения ресурсов.

3. Предложена модификация численного метода решения задачи распределения ресурсов с помощью генетического алгоритма, отличающегося наличием дополнительного преобразования, которое заключается в замене части популяции особями, полученными в результате мутации лучшей особи в популяции, на каждом из этапов работы алгоритма, что обеспечивает ускорение сходимости и приближения к минимуму целевой функции за конечное число шагов. Эффективность разработанного метода подтверждена результатами вычислительных экспериментов.

4. Разработан алгоритм прогнозирования значений основных параметров выполняемых задач административного регламента, отличающийся тем, что включает определение корреляционной связи между параметрами и учет количественных и качественных факторов, влияющих на исходные данные, на основе нечетких множеств, что обеспечивает оперативное определение возможного нарушения сроков исполнения государственных и муниципальных услуг.

Достоверность полученных результатов подтверждается корректным использованием известного математического аппарата, строгостью проведенных математических выкладок, а также результатами апробации полученной методики в СИР структурных подразделений Администрации г. Ставрополя.

Практическая значимость исследования заключается в следующем. Предлагаемая модель обеспечения выполнимости АР, выполненная на языке схем радикалов, и реализованная на основе нее методика могут быть применены в СИР любого органа исполнительной власти вследствие универсального подхода к построению формализованного описания системы.

Реализация и внедрение результатов. Основные результаты исследования были использованы при проведении следующих научно-исследовательских работ по заказу Министерства образования и науки РФ, что подтверждено актами о внедрении:

- «Разработка технологий проектирования эволюционирующих информационных систем на основе моделирования регламентов в специальных средах» в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2010-2013 годы, ГК № 02.740.11.0832;

-Разработка программного комплекса «Информационная система контроля исполнения государственных и муниципальных услуг» в соответствии с техниче-

ским заданием на оказание услуг по разработке в системе автоматизации делопроизводства и электронного документооборота «Дело» модуля автоматизации процесса предоставления государственных и муниципальных услуг (реестровый номер торгов 570-ЭА/12, заказчик - Администрация г. Ставрополя, исполнители - ООО «Инфоком-С» и ООО «Бизнес-ИТ»).

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах:

1. Международной научно-технической конференции «Современные информационные технологии» (Пенза, 2009).

2. XI Международной научно-практической конференции «Информационная безопасность» (Таганрог, 2010).

3. VII международной научно-практической конференции «Перспективные разработки науки и техники» (Перемышль, 2011).

4. Десятой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2010).

5. Международной молодежной конференции (Белгород, 2012).

6. II Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы современной науки» (Ставрополь, 2013).

7. VI международная научно-техническая конференция (Инфоком-6) «Математическое моделирование в управлении, науке и технике» (Ставрополь, 2014).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научных статей и тезисов докладов, в том числе 4 статьи в журналах из перечня ВАК. Получены два свидетельства о регистрации программ для ЭВМ №2012615122 «Программа для преобразования BPMN формата административного регламента в систему схем среды радикалов» и № 2013613608 «Информационная система контроля исполнения государственных и муниципальных услуг».

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, четыре раздела, заключение, библиографический список, содержащий 124 наименования, и 9 приложений. Основной текст диссертации изложен на 210 страницах, включая 70 рисунков и 21 таблицу.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы и проводимых исследований, сформулированы цель и задачи работы, определена практическая ценность и научная новизна выносимых на защиту результатов.

В первом разделе проведен подробный анализ информационных процессов в СИР с точки зрения выполнения системой главной функции - исполнения АР в электронном виде, сформулировано понятие функциональной безопасности для СИР (заключающееся в невозможности выполнения временных нормативов), определены критерии и показатели выполнимости АР, рассмотрены формальные модели защиты от угрозы отказа в обслуживании в аспекте обеспечения функциональной безопасности. Проведен сравнительный анализ подходов по оценке выполнимости АР и повышению отказоустойчивости СИР, на основании которого сделан вывод о целесообразности применения для оценки выполнимости АР математической модели на основе теории массового обслуживания, а для повышения выполнимости АР - распределения субъектов между задачами при помощи поиска оптимального зна-

чения целевой функции на основе генетического алгоритма. Проведенный сравнительный анализ средств моделирования сложных систем показал целесообразность применения языка схем радикалов, предложенный Чечкиным А. В. и Пироговым М. В., для разработки модели обеспечения выполнимости АР. Радикал - это функциональная подсистема, имеющая два типа состояний - активное и пассивное. Множество взаимосвязанных радикалов образуют среду радикалов, которая предназначена для обеспечения безопасного решения задач жизненного цикла сложной системы на основе активации и ухода от конфликтов. Данная функциональная система описывается понятиями уникума и контейнера, составляющих опорную среду и описывающих моделируемый объект вместе с его окружением, ультра-контейнера и терминального контейнера, предназначенных для реализации математических средств решения задач жизненного цикла системы, а также запросов, предназначенных для изменения (преобразования) схем радикалов. Преимуществом среды радикалов перед другими методами динамического моделирования является возможность активировать статичное описание системы для прогнозирования изменений и конфликтов, не меняя при этом исходное статичное описание.

Научной задачей исследования является разработка метода моделирования совместно выполняемых АР на языке схем радикалов для повыщения их выполнимости путем выявления, прогнозирования и устранения информационных конфликтов.

Математическая постановка задачи исследования:

Дано: (R3API,...,R3AP„) - множество административных регламентов, реализованных в электронном виде в системе исполнения регламентов.

Найти такое состояние системы исполнения регламентов Ut, при котором коэффициент выполнимости административных регламентов максимален Л'вып сир > шах. При этом выполнимость административных регламентов Ктт СИР функционально зависит от выполнения условия, при котором для каждой из услуг обеспечивается соблюдение нормативных сроков и доступность сервисов их реализующих, то есть

К„ып сир=/(Р(К) — P(REQ(R) a(MWT(E))GRANT(E) л a(TmJR))GRANT(R))), где MWT(E) - максимальное время ожидания MWT сервиса Е, Tm¡lx (R) — общее время выполнения регламента, GRANT(R) - предикат, отражающий выполнение услуги R, GRANT(E) — предикат, отражающий ответ на запрос к сервису Е, REQ(R) — предикат, отражающий запрос пользователя услуги R, Р — предикат наличия элемента системы (Р(е) - принимает значение «истина», если е существует в системе).

При ограничениях, которыми являются:

1. Ресурсы (состояние ресурсов) в текущем состоянии системы U¡ -M(S,Q,E), включающие в себя:

- субъектов-исполнителей S(s¡,.. которые характеризуются набором закрепленных за ними функций F(fi,...ft), которые позволяют выполнять только ограниченный круг задач, а также временем исполнения каждой из выполняемых ими задач t(zk).

- сервисы £(е],...,<?,,), имеющие заданную пропускную способность, позволяющую обрабатывать поток заявок со средней интенсивностью A(e¡).

- объекты, которые необходимо создать Q(qu...,qm), для того чтобы выполнить множество задач административного регламента Z(z¡, —,zp).

2. Требования к элементам СИР (субъектам S, объектам Q, сервисам Е) -T(S,Q,E), включающие в себя:

- соблюдение нормативного времени выполнения каждой из задач административного регламента T(z„) < Tmn(zn), при котором необходимо соблюдения условия

ïfo) - Р((Р(0 P(sm)) Л (P(ç,') -» P(qk))), (1 )

где r(f,) — предикат, принимающий значение «истина» в момент времени - время начала выполнения задачи z„, s,,,' - требуемый субъект, qt - требуемый объект;

- отсутствие логической противоречивости административного регламента, заключающееся в отсутствии обрыва потока выполняемых задач:

P(c)->P((z,Xj> (2)

отсутствии задач не связанных с соответствующей ролью L„:

P(.L„) - P(zd, где P(s) -> P(L„.,.,Lm), (3)

отсутствии противоречий в сроках выполнения задач, когда суммарный срок выполнения задач не превышает максимальный срок выполнения процедуры Тпт с, в рамках которых они выполняются, а суммарный максимальный срок выполнения процедур не превышает максимальный срок выполнения регламента:

Tmsxcm > 7maxzi +...+ 7ПШХZb где cm -> (z„, (4)

^шах R l — ^max ■ ■ ■ ^ Ср.

Во втором разделе разработана модель обеспечения выполнимости АР на основе модели согласования пяти составляющих (целей, требований, функций, задач, ресурсов) и доказано соблюдение функциональной безопасности СИР при выполнении требований данной модели.

Предлагаемая модель представляет собой совокупность пяти составляющих (см. рисунок 1): множества целей, которые необходимо достигнуть в ходе исполнения регламента А(а],...,а„), перечня требований к АР Г —,£>т), множества функций, выполнением которых достигается исполнение АР F (fi,...,ft), множества задач АР Z (г],...,г,), множества необходимых ресурсов для АР, M (S, Q, Е), где S — субъекты (исполнители) АР, Q -

объекты (документы) АР, Е—сервисы СИР.

Регламент представлен в виде функций уровней согласования. Первый этап согласований решает задачу устранения информационных конфликтов, связанный со структурой ЭАР, тогда как второй этап помимо этого включает в себя механизмы контроля и распределения ресурсов в процессе исполнения ЭАР.

Порядок функционирования модели обеспечения выполнимости АР включает в себя статичный режим, в процессе которого строится первоначальное описание СИР в среде радикалов, поиск и устранение информационных конфликтов, и динамичный режим, отвечающий за процесс поиска и устранения конфликтов в процессе работы СИР, который выполняется по событию, изменяющему состояние системы:

8

. . Ими Требования«^ . Ж ^jSPccvpcu

Функции < ^ Задачи

III

Рисунок 1 - Модель обеспечения выполнимости АР

Формализованное описание А Поиск конфликтов Устранение В конфликто^ С

| Контроль |

Динамичный режим О

Рисунок 2 - Граф, отражающий порядок функционирования модели обеспечения выполнимости АР

Разработанная модель характеризуется состояниями АР, которые определяются структурой АР и параметрами составляющих АР, где каждое новое состояние порождается функцией fcontrol(i/w), которая:

fcontrol( UrÏ) = URM. (5)

Информационные конфликты, возникающие в процессы выполнения АР определяются предикатом, который (с учетом 1-4) задается следующим образом: CONF(URi) ->■ CONFl(URi) v (CONF2.1(JJm) v CONF2.2(Um)) v

CONF3{URl) v CONF4(URi), (6)

где CONFHU„): «P(c) P((znL-iOL-kX,«)»-

CONF2.l(URi): «7max

Cm ^ TmàXZi T'max Zk»,

CONF2.2(URi): «TnvàxR,< 7max c, +...+ Tmaxс,,»,

CONF3{URi): «P(L„) ^P(z,)»,

CONF4(URj): «r(f,) — -,P((P(sm') -» P(sm)) л - />(<?*)))».

Условие бесконфликтности СИР определяется следующим образом:

V/?, : _CONF(Um). (7)

Решение задачи обеспечения выполнимости АР достигается путем устранения конфликтов при помощи функции fdelconf, которая порождает новое неконфликтное состояние:

fdelconr(CO/VfWtf,)) = t/„i+1. (8)

Функциональная схема модели обеспечения выполнимости АР выглядит следующим образом (см. рисунок 3).

На реализацию функций fcontrol и fdelconf направлены разработанные в настоящей работе математические средства поиска и устранения информационных конфликтов. Описание данной модели на языке схем радикалов позволяет выполнить интеграцию математических средств поиска и устранения информационных конфликтов с моделью СИР.

Предлагаемый метод моделирования совместно выполняемых АР включает в себя два этапа:

- разработка формализованного описания СИР (на основе радикалов опорной среды, см. рисунок 4), которое включает в себя структуру, свойства и отношения элементов СИР, а также совместно выполняемых АР;

- разработка активирующей подсистемы обеспечения выполнимости АР, которая реализует интеграцию формализованного описания СИР с математическими средствами поиска, прогнозирования и устранения информационных конфликтов.

Библиотека стандартных радикалов сАПип^ОГС^ет, сАИСог^гшгеСМЗ^&т Библиотека элементов СИР (модель системы) _ с5ув!етРед

Рисунок 3 - Функциональная схема модели обеспечения выполнимости АР

£

Модель административны регламентов сАШЗед

Модель ресурсов системы сАЛЯевоигсе

ое\

УУ

Рисунок 4 — Схема построения опорной среды радикалов

Предлагаемая активирующая подсистема обеспечения выполнимости АР (см. рисунок 5) состоит из шести взаимодействующих между собой систем.

Система сбора данных (сТепгипа11п8уБ1ет) используется для ввода данных в среду из СИР, либо из опорной среды.

Система контроля выполнимости АР (сикгаСоп1го1Н1) реализует в среде радикалов специальные математические средства, направленные на поиск в опорной среде конфликтных схем, либо схем, способных привести к конфликту и реализует оперативный контроль выполнимости АР, оперативный контроль доступности сервисов, оперативный контроль наличия необходимых для выполнения задачи объектов, контроль основных параметров, влияющих на выполнимость, а также прогнозирование значений основных параметров выполняемых в СИР задач АР на основе значений влияющих факторов.

Система устранения конфликтов (сШгаОе1СопШс1) направлена на устранение информационных конфликтов в СИР, связанных с логической противоречивостью, либо с недостаточностью ресурсов.

База знаний о системе (сВаяс1пГо5) — контейнер опорной среды, включающий в себя радикалы и их схемы, содержащие в себе сведения о влиянии входных данных на структуру, свойства, особенности функционирования моделируемой системы, а также в целом на безопасность и все возможные конфликтные схемы радикалов. Возможные конфликтные схемы радикалов, входящие в базу знаний используются системой контроля выполнимости АР для поиска в опорной среде конфликтных схем.

Система анализа поступающих данных (сикгаО;иаАпа1уис5) - производит обработку принятых данных, и при необходимости вносит изменения в базу знаний о системе.

Среда формирования запросов (на рисунке 5 не показана) - представляет собой штатную систему, обеспечивающую создание и выполнение запросов в опорную, ультра- и терминальную среды, а также создание и удаление радикалов и звеньев.

Активирующая подсистема обеспечения выполнимости АР функционирует следующим образом. Данные в среду радикалов поступают из СИР через систему сбора данных сТеггш'па1[п5уз1ет с использование терминального интерфейса, либо из опорной среды радикалов, то есть из модели системы. Терминальные контейнеры, в соответствии с полученными данными, преобразуют опорную среду (модель системы), либо через среду формирования запросов активируют систему анализа

поступающих данных и/или систему контроля выполнимости АР. Система анализа поступающих данных производит обработку принятых данных, и при необходимости вносит изменения в базу знаний о системе. Система контроля выполнимости АР производит поиск в опорной среде конфликтных схем, либо схем, способных привести к конфликту, и если таковые присутствуют, то через среду формирования запросов активирует систему устранения конфликтов. Система устранения конфликтов производит все необходимые преобразования в опорной среде, реализуя тем самым модель согласования составляющих СИР. И данный процесс повторяется каждый раз, как происходит конфликтное (или небезопасное) преобразование системы. Принцип работы активирующей подсистемы одинаков как статичном, так и в динамичном режиме.

Опорная среда сА11ип|15018у5(ет, сАМСогПэ1пег50ГЗу51ет

Рисунок 5 - Функциональная схема активирующей подсистемы обеспечения выполнимости АР

Большинство задач, связанных с устранением информационных конфликтов логической противоречивости АР, а также с необходимостью преобразования модели СИР решается на уровне языка схем радикалов. При этом для реализации системы контроля выполнимости АР сШгаСогиго1РК необходимо решение частной научной задачи — прогнозирование выполнимость задач АР, для системы устранения конфликтов сикгаОЫСопГНа - решение задачи оптимального распределения ресурсов в процессе выполнения АР и устранение конфликтов, связанных с логической противоречивостью.

С использованием языка схем радикалов и математических средств решения задач ухода (устранения) информационных конфликтов разработаны элементы активирующей подсистемы обеспечения выполнимости АР.

В системе контроля выполнимости АР применяется математическая модель контроля основных параметров, влияющих на выполнимость, на основе теории массового обслуживания, где СИР является системой массового обслуживания типа С/С//.

Среднее время обслуживания для С/С// определяется следующим образом:

2(1 -р)

где р = Я51г

/0^) =

ехр

ехр

2(1-/?)(!-Уд,)2

з Р(У1 + <■) „2 _1

-(1 -р)-

<1

н

Величины /},. и г, определяются следующим образом: ЛЛ - суммарный поток заявок для исполнителя который равен

= Хк +...-¥/.к+р , где Лк,..., Лк+Р - интенсивности поступления заявок на выполнение всех задач гь выполняемых субъектом л„; - среднее время выполнения задач субъектом л„, которое определяется как

где

р,- = / Ха,. •

(10)

Для определения коэффициента вариации интервала между поступающими заявками используется уравнение средней дисперсии для мультиплексированного входящего потока системы С/С//:

к + р

V

Ык

к + р

' /а к+р

(И)

Коэффициент вариации интервала между поступающими заявками равен

*Лг=<тА,(Лк+... + Лк+р). (12)

Для определения коэффициента вариации длительности выполнения задач уВ( учитывается то, что субъект 5„ выполняет задачи последовательно, поэтому множество значений длительности выполнения задач рассматривается как совокупность с математическим ожиданием ?„ состоящей из групп с параметрами 4,...,^+,, и <твк,...,авк+р. Используя правило сложения дисперсий, общая дисперсия длительности выполнения задач для 5„ равна

Л+/7 4+/»

(Я,/ Д)(7^+... + (Я1 / ДК

к*р к+р (V ДХ'.- О2+-■+(*»♦

(13)

Коэффициент вариации по определению равен у& = / ? .

Просчитав для каждой задачи среднее время выполнения Т, и сравнив их с максимальным временем 7) „их, определенным нормативными регуляторами АР, можно сказать, что если 7} > 7} „и,, то задача не выполняется с заданными условиями, то есть в СИР присутствует информационный конфликт. Результат сравнения представлен в виде коэффициента загруженности субъекта при выполнении задачи:

«,,=Т,!Т1т• (14)

В том случае, если задачу г, выполняет несколько исполнителей .?,„...то для сравнения выбирается максимальное значение времени пребывания заявки в системе:

г,=1шх(т;.......т;„+,)- (15)

Для ухода от конфликтов, связанных с невозможностью выполнения субъектом задачи АР в заданный срок, в системе контроля выполнимости АР используется алгоритм прогнозирования значений основных параметров выполняемых задач АР на основе метода учета количественных и качественных факторов, влияющих на исходные данные, на основе нечетких множеств. Данный метод заключается в разложении диапазонов влияющих факторов в терм-

множество ¿={низкий (Н), ниже среднего (нС), средний (С), выше среднего (вС), высокий (В)} с использованием трапециевидной формы нечеткого числа.

Затем, с помощью функции трапециевидной формы задания нечеткого числа, массив факторов раскладывается в терм-множество, то есть формируется база знаний о влиянии факторов, на основе которой строится система нечетких уравнений:

>нс(0 = шах (гтпп (//,, (<7,{(¡п ))... гш п (//пс (д,).. ,//иС (с/п ))>,

(16)

МвЬ) = тах (тт (ииС (<7, )• • •/'» (<7„ ))• • • т1 п (V/,).. .//иС (г/,,))).

Подставляя значения влияющих факторов в данную систему нечетких логических уравнений выбирается терм, которому соответствует наибольшая степень принадлежности, определяя таким образом прогнозируемый диапазон значений входящего потока (Л), либо интенсивности облуживания (1/г). Таким образом, выявив изменение хотя бы одного из влияющих факторов можно предсказать повышение времени обслуживания Т к (Т к - прогнозируемое значение) заблаговременно, избежав нарушений сроков, определенных АР.

Для отбора факторов влияющих на Л и /(-)„ в системе анализа поступающих данных применяется алгоритм, основанный на определении коэффициента линейной корреляции (в случае линейной связи фактора и величины), либо корреляционного отношения Пирсона (в случае отсутствия линейной связи).

Для устранения информационных конфликтов, связанных с недостаточностью ресурсов, в системе устранения конфликтов применяется метод распределения ресурсов при выполнении АР. В качестве целевой функции используется показатель, который характеризует насколько сбалансировано распределение исполнителей между задачами АР. В качестве такого показателя используется дисперсия величины ак каждой из задач АР:

0{а) = \-±{ак-М[акУ. (17>

Таблица 1 - Матрица распределения ресурсов в системе

г 5

¿1 «2 За

1\ Л], Од] Т|тах Х\\ Хг\ х„\ Хц 1

Ль, 7/,тах Х\ь Хгь Х„ь Х„ь

Для поиска оптимального значения распределения субъектов между задачами АР, характеризующимся вектором ,,..., хак], применен модифицированный генетический алгоритм с регуляцией вероятностей генетических операторов и мутацией с равномерным распределением потомков (с вероятностью мутации Рм (/) = / /V, где V - максимальное количество итераций), а также двухточечным кроссинговером с вероятностью рк (/) = — / / V +1 (РВГО, МРРП, ДК), отличающегося наличием дополнительного преобразования, которое заключается в замене части популяции особями, полученными в результате мутации лучшей особи в популяции, на каждом из этапов работы алгоритма, что обеспечивает ускорение сходимости целевой функции за конечное число шагов.

Данная модификация применяется к популяции после применения мутации и состоит из следующих этапов:

1. Выделение неприспособленных особей популяции, подлежащих замене: л:,' = тахО,,...,.^),—= тахСО,,...,.*;^) -л:',),...,

■4-п»«,.....,„>-,;„„) ' "8>

где р=т /Л? -доля популяции, особи которой подлежат замене (/7=0,08).

Рисунок 6 - Модифицированный генетический алгоритм

2. Выделение лучшей особи в популяции: je = miniXj,...,.*^).

3. Генерация заменяющих особей:

х" = mut(x),....,xj = mut(x),...,x," = mut(3i:) . (19)

где mut оператор мутации с вероятностью 0,05, при этом х Фх" ■

4. Замена неприспособленных особей: x'j = х".

5. Удаление особей, несоответствующих введенным ограничениям (ак< 1,хц+...+хаЬ> 1).

Результаты проведенных вычислительных экспериментов показывают преимущество предлагаемой модификации по сравнению с методом «случайных мигрантов»

В третьем разделе разработана методика повышения выполнимости АР, в которой применяются разработанные механизмы, реализуемые активирующей подсистемой обеспечения выполнимости АР, и включающая в себя алгоритм устранения конфликтов при моделировании АР и алгоритм ухода от конфликтов (устранения конфликтов) при выполнении АР.

Для построения координационной схемы радикалов был разработан алгоритм преобразования входных данных (см. рисунок 7), которыми является BPMN модель АР, данные об информационных процессах, данные о сервисах СИР, данные о субъектах-исполнителях, данные о функциях субъектов-исполнителей. Для описания АР в виде BPMN-диаграммы определяется соответствие элементов АР и объектов BPMN. На основании определенного соответствия и правил языка BPMN строится схема АР. После этого формируется окончательная модель СИР, путем ввода в полученную координационную схему следующих радикалов и схем: сервисы СИР (uService), максимальные значе-

ния интенсивности поступающих заявок для каждого из сервисов, субъекты (uPerson), функции (на выполнении которых направлены задачи СИР), функции субъектов, связи функций с выполняющими их ролями, информационные процессы (eProcess).

Предлагаемая в данной работе методика повышения выполнимости АР основана на решении базовых задач о конфликтах, разработанным Пироговым, и заключается в преобразовании -перемещении и деформации, радикалов. При этом такие преобразования могут осуществляться как путем непосредственного воздействия на радикалы, так и автоматически, то есть средствами среды.

После преобразования BPMN-диаграммы в язык схем радикалов, административная подсистема средствами терминального контейнера cTerminalFindConflict обнаруживает информационные конфликты, связанные с логической противоречивостью (задачи, не связанные с ролью, обрыв потока выполняемых задач, противоречивость сроков выполнения задач), и выполняет преобразования, направленные на их устранение (см. рисунок 8).

Рисунок 7 - Блок-схема алгоритма построения модели совместно выполняемых АР и молели СИР

Моделирование

z

Т

АР1.....АР*

Преобразование BPMN-диаграмм АР1.....АР* в координационную схему радикалов, формирование cAIIReg

I Формирование C«Jry. cAJl procès ses, I I cAIIResoiirce I

Поиск и устранение информационных коифли

Поиск информационных конфликтов, связанных с логической противоречивостью АР

^ Конец )

Рисунок 8 - Алгоритм устранения конфликтов при моделировании АР и СИР

Данные действия повторяются снова до тех пор, пока система не станет бесконфликтной. После этого административная подсистема переходит к моделированию СИР, в процессе которого решается задача оптимального распределения ресурсов.

В случае если известны основные параметры, влияющие на выполнимость задач АР (фактическое время выполнения задачи г*, интенсивность поступающих заявок Лк), то административной подсистемой выполняется запрос к ультраконтейнеру сШгаМоЯезоигсе, который, используя значения Лк и (к, перераспределяет субъектов между задачами, либо, в случае невозможности перераспределения, сообщает административной подсистеме о необходимости преобразования СИР, которая принимает решение об изменении организационной структуры, либо АР. Затем проверяется возможность сервисов СИР обрабатывать поступающие заявки, путем запроса к ультраконтейнеру сикга№э\уСоп1го11п5егуюе. В случае если основные параметры, влияющие на выполнимость задач АР, не известны, то используются прогнозируемые значения данных показателей Лк и ^ (верхнее значение прогнозируемого диапазона значений). В случае если при моделировании СИР невозможно получение ни основных параметров, влияющих на выполнимость задач АР, ни значений факторов, влияющих на эти параметры, то поиск и устранение конфликтов, связанных с недостаточностью ресурсов, проводится в процессе выполнения АР.

В процессе функционирования СИР применяется алгоритм ухода от информационных конфликтов (устранения информационных конфликтов), свя-

Рисунок 9 — Функциональная схема ухода от конфликтов (устранения конфликтов) при выполнении АР

Как и при создании модели СИР часть решаемых задач по уходу и устранению информационных конфликтов решаема только на уровне административной подсистемы, поэтому выделены две основные задачи - автоматический контроль (автоматическое преобразование) и контроль (преобразование системы), связанный с взаимодействием административной подсистемы со средой радикалов. К автоматическому контролю относится:

- поиск информационных конфликтов, связанных с логической противоречивостью;

- непосредственный контроль выполнимости АР: выполнимость задач, наличие связанных с задачами объектов и проверка возможности сервисов СИР выполнять соответствующие группы информационных процессов.

К автоматическому преобразованию относится распределение субъектов между задачами АР - оптимизация выполнения задач АР.

В свою очередь, контроль, связанный с взаимодействием административной подсистемы со средой радикалов, включает в себя прогнозирование выполнимости СИР на основе значений основных параметров и прогнозирование значений основных параметров на основе массива влияющих факторов.

К преобразованию системы, которое связано с взаимодействием административной подсистемы со средой радикалов, относятся устранение информационных конфликтов, связанных с логической противоречивостью, а также устранение информационных конфликтов, связанных с недостаточностью ресурсов, путем изменения АР, структуры СИР, либо добавление (удаление) элементов системы.

В четвертом разделе приведены практические рекомендации по повышению выполнимости АР путем разрешения информационных конфликтов, которые были реализованы в структурных подразделениях Администрации г. Ставрополя в виде прикладного программного обеспечения - «Информационная система контроля исполнения государственных и муниципальных услуг (ИСКИГМУ)».

Внедрение методики повышения выполнимости АР в виде прикладного программного обеспечения позволило решить ряд проблем, связанных с необходимостью повышения качества СИР, а именно:

- выработан единый подход к построению модели АР в виде ВРМГ<-диаграммы, позволяющий применять ее в любой СИР (в частности в применяемой системе электронного документооборота), а также выполнять проверку данной модели на предмет наличия противоречий;

- внедрен механизм, позволяющий отследить статус выполняемой задачи АР, который указывает на наличие, либо отсутствие информационных конфликтов, связных с невозможностью выполнения временных нормативов;

- решена задача распределения ресурсов в СИР, применение которой в системе ИСКИГМУ позволяет повысить выполнимость АР.

В заключении приведены основные результаты проведенных исследований и вытекающие из них выводы.

Основные научные результаты диссертационного исследования, выносимые на защиту.

1. Метод моделирования совместно выполняемых административных регламентов на языке схем радикалов.

2. Численный метод решения задачи распределения ресурсов с помощью модифицированного генетического алгоритма.

3. Прикладное программное обеспечение для решения задачи контроля исполнения государственных и муниципальных услуг - «Информационная система контроля исполнения государственных и муниципальных услуг» (свидетельство № 2013613608 о государственной регистрации программы для ЭВМ).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 15 научных статей и тезисов докладов, в том числе 4 статьи в журналах из перечня ВАК. Получено свидетельство о регистрации программ для ЭВМ №2012615122 «Программа для преобразования ВРМЫ формата административного регламента в систему схем среды радикалов» и №2013613608 «Информационная система контроля исполнения государствен-

ных и муниципальных услуг», а также выполнена научная работа «Разработка технологий проектирования эволюционирующих информационных систем на основе моделирования регламентов в специальных средах» в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2010-2013 годы, ГК №02.740.11.0832

Публикации в изданиях из перечня ВАК Минобрнауки России:

1. Лепешкин, О.М. Методология разработки функциональной схемы регламента социотехнической системы на основе теории графов / О.М. Лепешкин, В.В. Науменко // Вестник Ставропольского государственного университета. -2009.-Вып. 63(4). С. 151-158.

2. Науменко, В.В. Моделирование и оценка выполнимости совместно выполняемых административных регламентов / В.В. Науменко, Н.Г. Демурчев, В.А. Минин // Вестник Ставропольского государственного университета. -2011. - В ып. 75(4). - С. 97-101.

3. Копытов, В.В. Решение задачи распределения ресурсов при выполнении административных регламентов / В.В. Копытов, В.В. Науменко // Информационно-управляющие системы. - 2013. - Вып. 2(63). - С. 83-88.

4. Науменко, В.В. Применение теории массового обслуживания для моделирования совместно выполняемых административных регламентов / В.В. Науменко, В.В. Копытов // Вестник Северо-Кавказского федерального университета. - 2014. - Вып. 1(40). - С. 26-31.

Другие статьи и материалы конференций

5. Науменко, В.В. Методология разработки функциональной схемы регламента социотехнической системы на основе среды радикалов / В.В. Науменко // Современные информационные технологии: труды международной научно-технической конференции. — Пенза: Пензенская государственная технологическая академия, 2009. - Вып. 10. - с. 192-196.

6. Науменко, В.В. Применение среды радикалов как подхода по описанию административных регламентов органов государственного управления / В.В. Науменко, В.В. Копытов // Информационная безопасность: мат-лы XI Международной научно-практической конференции. Ч. 1. - Таганрог: Изд-во ТТИ ЮФУ, 2010. - с. 61 -66.

7. Науменко, В.В. Применение среды радикалов для моделирования административных регламентов / В.В. Науменко, В.В. Копытов, В.А. Минин // Перспективные разработки науки и техники: материалы VII международной научно-практической конференции. - Руснаучкнига. Белгород - Перемышль, 2011. - с. 27-31.

8. Лепешкин, О.М. Разработка подхода по описанию административных регламентов на основе среды радикалов с учетом требований системы менеджмента качества / О.М. Лепешкин, В.В. Науменко // Высокие технологии и фундаментальные исследования: сборник трудов Десятой международной научно-практической конференции «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности». - СПб.: Издательство Политехнического университета, 2010. - Т. 1. - с. 55-59.

9. Науменко, В.В. Анализ методов оценки и обеспечения выполнимости административных регламентов / В.В. Науменко, В.В. Копытов // Прикладная математика, управление и информатика: сборник трудов Междунар. молодеж. конф., Белгород, 3-5 октября 2012 г.: в 2 т. - Белгород: ИД «Белгород», 2012. - с. 139-143.

10. Науменко, B.B. Прогнозирование выполнимости административных регламентов на основе значений влияющих факторов / В.В. Науменко // Актуальные проблемы современной науки: мтериалы II Международной научно-практической конференции. - Ставрополь: НОУ ВПО «СевКавГТИ», 2013. - с. 95-99.

11. Науменко, В.В. Метод моделирования совместно выполняемых административных регламентов на языке схем радикалов / В.В. Науменко // Инфокомму-никационные технологии в науке, производстве и образовании (Инфоком-6): материалы шестой международной научно-технической конференции. - Ставрополь: Северо-Кавказский федеральный университет, 2014. - с. 182-187.

12. Копытов, В.В. Анализ проблем обеспечения бесконфликтного выполнения электронных административных регламентов / В.В. Копытов, В.А. Минин, A.A. Зайцев, В.В. Науменко // Методы и технические средства повышения эффективности средств связи: сборник научных статей (выпуск XII) / Ставропольский филиал ПГУТИ. - Ставрополь, 2012. - С. 72-78.

13. Науменко, В.В. Реализация комплексного подхода по обеспечению выполнимости административных регламентов / В.В. Науменко // Молодой ученый. - 2013. - № 7. - С. 65-69.

14. Науменко, В.В. Разработка методики повышения выполнимости административных регламентов / В.В. Науменко // Молодой ученый. - 2013. - № 8. - С. 109113.

15. Науменко, В. В. Применение генетического алгоритма для решения задачи распределения ресурсов в процессе выполнения административных регламентов / В. В. Науменко // Молодой ученый. - 2014. -№ 4. - С. 218-224.

Свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ

16. Копытов В.В., Лепешкин О.М., Науменко В.В., Минин В.А. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Программа для преобразования BPMN формата административного регламента в систему схем среды радикалов» («BPMN-RADICAL») № 2012615122, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 8 июня 2012 г.

17. Копытов В.В., Демурчев Н. Г., Шульгин А. О., Касимов Р. И., Беседин И. Ю., Науменко В.В. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ «Информационная система контроля исполнения государственных и муниципальных услуг» №2013613608, зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ 11 апреля 2013 г.

Личный вклад автора в работах, опубликованных в соавторстве:

[1] — функциональная схема административного регламента (АР) на основе теории графов; [2] [7]- модель совместно выполняемых административных регламентов на основе языка схем радикалов; [3] - метод распределения ресурсов при выполнении административных регламентов; [4] - математическая модель совместно выполняемых административных регламентов на основе теории массового обслуживания; [6]

[8] - подход по описанию административных регламентов на языке схем радикалов;

[9] - анализ методов оценки и обеспечения выполнимости административных регламентов; [12] — анализ проблем обеспечения бесконфликтного выполнения административных регламентов в электронном виде.

Подписано в печать 26.09.2014 Формат 60x84 1/16 Усл. печ. л. 1,16 Уч.-изд. л. 1,13

Бумага офсетная_Заказ 348_Тираж 100 экз.

Отпечатано в Издательско-полиграфическом комплексе ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» 355029, г. Ставрополь, пр-т Кулакова, 2