автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Система управления процессами комплектования и поставки запасных частей для судоремонтных предприятий

-л, 4 , • На правах рукописи

НГУЕН ДИНЬ 3 АУ

СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ПРОЦЕССАМИ КОМПЛЕКТОВАНИЯ И ПОСТАВКИ ЗАПАСНЫХ ЧАСТЕЙ ДЛЯ СУДОРЕМОНТНЫХ ПРЕДПРИЯТИЙ

Специальность 05.13.01 - Системный анализ, управление и

обработка информации

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2005

Работа выполнена в Национальном морском университете Вьетнама

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Саксонов Евгений Александрович Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Фролов Евгений Борисович кандидат технических наук,

старший научный сотрудник Алешин Александр Константинович

Ведущая организация: Научно-исследовательский институт систем управления, волновых процессов и технологий.

Защита диссертации состоится "1" апреля 2005г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 217.047.01 при ФГУП Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильной электроники и электрооборудования по адресу: 105187 Москва, ул. Кирпичная, дом 41.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП Научно-исследовательский и экспериментальный институт автомобильной электроники и электрооборудования.

г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В последние годы наблюдается явная тенденция к переходу от локальных информационных систем, удовлетворяющих нужды одной организации, к корпоративным интегрированным многопользовательским системам, объединяющим разнородную информацию, предоставляющим услуги большому числу удаленных друг от друга пользователей.

Это обусловлено тем, что во всем мире и в Республике Вьетнам, соответственно, происходит создание корпоративных информационных систем, объединяющих большое количество предприятий, связанных общими интересами, которым необходимо иметь единое информационное пространство для успешного ведения бизнеса.

В частности, в сфере обеспечения предприятий запасными частями появилось много новых частных компаний, которые вместе с государственными осуществляют поставку запасных частей судоремонтным предприятиям. Для успешного подбора и выполнения заказов требуется создать единую информационную систему, позволяющую проводить поиск необходимых запчастей, отбирать выгодные заказы. Все это требует интеграции информационных ресурсов.

Однако многие предприятия уже имеют собственные локальные информационные системы (например, базы данных), обеспечивающие их внутренние потребности в поиске и хранении информации, проведение информационных обменов с внешними организациями. Поэтому дальнейшее развитие многих подобных локальных систем (локальных баз данных) предусматривает их интеграцию в единые системы,

обеспечивающие корпоративные интересы предприятий, координацию целей и методов их развития и функционирования.

Часто все эти локальные системы и базы данных реализованы с использованием различного системного и прикладного программного обеспечения, различных подходов к построению и управлению, различных аппаратных платформ. Отличительной особенностью таких систем является разнородность их элементов (локальных подсистем), что требует применения таких методов организации работы в системе, которые бы обеспечили пользователям простой доступ к локальным информационным ресурсам независимо от аппаратной и программной платформ, на которых они установлены, а разработчикам прикладного программного обеспечения возможность его переносимости и запуска на различных платформах.

В связи с этим возникает проблема построения интегрированных распределенных систем, объединяющих разнородное программное (прикладное и системное) и техническое обеспечение и обеспечивающих требуемый сервис, соответствующий прикладному назначению системы.

В настоящее время имеются эффективные способы построения подобных систем, позволяющие удовлетворить запросы пользователей и потребности прикладных программистов и администраторов -информационные технологии "клиент-сервер", Internet, объектное программирование. Их преимуществами по сравнению с другими, являются возможность обеспечения доступа к разнородным системам через удобный интерфейс, упрощение разработки прикладных программ, наличие стандартных средств разработки и отладки программ, возможность повышения надежности системы, а также уменьшение стоимости разработки.

Однако успешное и эффективное применение этих технологий требует разработки и обоснования методов организации взаимодействия между

клиентами и серверами, составляющими распределенную систему При этом наряду с применением традиционных и известных подходов к решению данных задач необходимо создавать методы, учитывающие специфику конкретных систем. В связи с этим, тематика диссертационной работы, связанная с разработкой методов взаимодействия в корпоративной системе, интегигующей разнородные и достаточно автономные локальные подсистемы и базы данных, является актуальной и представляет практический интерес.

Целью диссертационной работы является разработка и анализ методов организации взаимодействия в распределенных информационных системах локальных баз данных, создание математических моделей для их исследования и расчета основных характеристик, позволяющих проводить обоснованный выбор того или иного решения в зависимости от параметров и сферы применения реальных систем подобного типа, применение разработанных методов и моделей для проектирования и анализа конкретной информационной системы.

На защиту выносятся следующие положения:

• анализ методов построения распределенных корпоративных информационных систем, интегрирующих локальные базы данных;

• разработка и системный анализ методов организации взаимодействия элементов системы (клиентов и серверов) и организации доступа пользователей к информационным ресурсам, основанных на применении современных информационных технологий;

• математические модели для расчета характеристик системы при различных методах взаимодействия клиентов и серверов при поиске информации в распределенной информационной среде.

Научная новизна проведенных исследований и полученных в диссертации результатов заключается в анализе объекта исследования -

распределенной корпоративной информационной системы, объединяющей разнородные автономные подсистемы и базы данных, разработке методов взаимодействия клиентов и серверов и создании математических моделей для исследования этих методов и алгоритмов поиска информации пользователями.

Практическая значимость результатов диссертационной работы состоит в разработке, на основе созданных математических моделей, методов расчета и анализа характеристик работы системы для различных алгоритмов поиска информации и информационных технологий.

Достоверность результатов обеспечивается достаточной адекватностью разработанных математических моделей, учитывающих особенности объектов и внешней среды, корректностью математических выводов при исследовании моделей, а также согласованностью полученных результатов с известными данными в этой области, опубликованными в печати.

Методы исследования. Для исследований применялись методы теории вероятностей и теории массового обслуживания, методы теории систем, методы теории управления, а также методы построения и анализа вычислительных систем и систем передачи данных.

Апробация работы. Результаты диссертации докладывались на международной конференции «Информационные и телекоммуникационные технологии в интеллектуальных системах» (Барселона, 2004 г.), а также на семинарах в Морском университете Республики Вьетнам (Хайфон, 20022004 гг.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 3 работы.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается выбор темы и направления исследований, проводимых в диссертационной работе.

В первой главе приводится описание объекта исследования -распределенной корпоративной информационной системы, объединяющей разнородные автономные подсистемы и базы данных. Определяется состав системы как совокупности аппаратных и программных средств, методы ее построения и проектирования. Приводятся данные об основных технологиях, применяемых в настоящее время при создании подобных систем.

Проведен анализ и определены основные принципы и задачи построения распределенных корпоративных систем, интегрирующих разнородные локальные подсистемы и базы данных. К ним относятся:

• построение системы в соответствии с требованиями организации взаимодействия открытых систем;

• обеспечение работы пользователей вне зависимости от аппаратной и программной платформы локальных подсистем;

• обеспечение безопасности информации в системе;

• организация доступа пользователей к ресурсам и взаимодействия элементов системы;

• организация телекоммуникационной службы системы.

Показано, что построение подобных систем должно основываться на применении технологиях клиент-сервер, Мегпе^ объектного программирования и распределенных баз данных. Применение этих технологий позволяет обеспечить доступ пользователей к необходимой информации, организовать взаимодействие между клиентами и серверами с

учетом специфики исполняемых запросов и приложений, оптимально распределять приложения по серверам системы, интегрировать разрозненные базы данных в единую информационную систему.

Показано, что при создании систем такого класса необходимо решить целый комплекс конкретных задач, основными из которых можно считать следующие:

• Определение структуры, размера и содержания системы.

• Выбор критериев качества функционирования системы в зависимости от класса решаемых задач и выполняемых функций.

• Разработка методов взаимодействия компонентов системы между собой и определение методов и средств доступа к информационным ресурсам системы.

• Разработка методов анализа вариантов построения системы (алгоритмов взаимодействия, структуры системы, протоколов, распределения информационных ресурсов и т.д.).

• Разработка программного обеспечения, включающего программы для расчета характеристик и моделирования работы компонентов системы. Определение структуры, размера и содержания системы подразумевает

установление физических и логических связей между элементами системы (клиентами и серверами), определение размеров и содержания баз данных, разработку архитектуры корпоративной вычислительной сети.

Критерии качества функционирования системы, очевидно, зависят от сферы применения и могут разделяться на две группы. К первой группе относятся:

• время реакции системы (время необходимое для ответа на запрос пользователя системы);

• надежность системы (как с точки зрения передачи данных, так и с точки зрения готовности аппаратуры и программного обеспечения);

• сервис, предоставляемый системой. Ко второй группе относятся:

• накладные расходы системного программного обеспечения;

• загрузка оборудования и каналов связи;

• эксплуатационные расходы;

• надежность системы;

• способность к восстановлению после отказов.

Перечисленные задачи позволили выделить основные направления исследований, проведенных в диссертации

Во второй главе формулируются задачи организации работы элементов системы управления интегрированными распределенными базами данных, рассматривается взаимодействие разнородных баз данных в гетерогенной среде, приводятся примеры работы различных систем.

Выделены два типа клиентов системы: пользователи, которые посылают запросы на формирование заказов, внешние источники, которые пополняют базы данных новой информацией (при поступлении новых запчастей на склады, например).

Исследованы различные варианты организации взаимодействия клиентов с серверами баз данных, среди которых выделены:

• доступ к БД по запросу клиента на стороне \УеЬ-сервера;

• доступ непосредственно на стороне клиента.

Показаны достоинства и недостатки этих подходов, определены условия их применения в конкретных случаях.

Проведен анализ информационных потоков в системе и разработана обобщенная структура запросов.

Для клиента (пользователя): идентификатор сервера, идентификатор клиента, название требуемого ресурса, количество требуемого ресурса.

Для внешнего источника: идентификатор сервера, идентификатор внешнего источника, название поставляемого ресурса, количество поставляемого ресурса.

Разработаны два режима доступа пользователей к ресурсам системы:

• самостоятельный поиск необходимой информации и формирование заказа;

• использование специального сервера доступа и формирования.

В первом случае клиент сам решает все задачи по формированию

заказа, а во втором, организуется специальный сервер (сервре приложений), который по запросу клиента организует поиск необходимых данных, с учетом определенных условий (количество, стоимость, удаленность от заказчика и т.д.) и формирует итоговый заказ вовсе предприятия.

Очевидно, что эти два режима значительно отличаются друг от друга по трудоемкости, стоимости и другим характеристикам. Реализация каждого из них может привести к неэффективной работе всей системы. Поэтому необходимы методы анализа, позволяющие оценить характеристики качества работы системы при использовании этих режимов.

В третьей главе представлены результаты разработке системы математического моделирования различных режимов работы системы. Для построения моделей используется аппарат теории массового обслуживания. Результаты моделирования позволяют оценить такие характеристики системы как загрузка оборудования, длительность обработки запросов, длина очередей на серверах в зависимости от параметров системы (интенсивность информационных потоков в системе; длина сообщения; объем источника сообщений). На рисунке показана структура системы моделирования и назначение моделей.

В качестве модели сервера локальной базы данных используется СМО с двумя типами входящих потоков (от пользователей и от внешних источников).

Отличительной особенностью работы сервера (второй режим работы) является необходимость регулярного общения его с серверами локальных баз данных для согласования и обновления имеющейся там информации. Таким образом, сервер работает поочередно либо для обслуживания клиентов), либо для согласования данных.

В качестве модели работы сервера исследована СМО с «прогулками» обслуживающего устройства. Длительность «прогулки» равна длительности периода согласования данных. Между прогулками сервер обслуживает запросы пользователей. Длительность «прогулки» фиксирована, поскольку алгоритм согласования данных постоянен. Показано, что стационарные вероятности того, что по окончании «прогулки» очередь будет состоять из 1 запросов- р,, связаны системой уравнений (для разомкнутой СМО):

Ро =Ро2о +р12о +Рг2о +- + Рг2о

р, —Ро^1 +РА +р2х1 +... + рг2, +рг+1г0

р2 = р0г2 +р,г2 +р2г2 +..Лр,г2 +рг+1г, +рг+2г0

Рп =Ро2п +Р12П + Р22п + - + Рг2„ + Рг+,2п-1 +Рг+22п.2 + -.. + Рг+п20

(Здесь г, е - вероятность того, что за время «прогулки»

о

поступит 1 запросов, Ьштельность прогулки случайная величина с функцией распределения в^).)

Показано, что данная система уравнений может использоваться для анализа разомкнутой и замкнутой СМО (во втором случае система конечна).

Для замкнутой СМО решение получено с применением стандартного пакета «Математика», а для разомкнутой СМО в явном виде получено выражение для производящей функции вероятностей:

я(х)= Н(х)( Р1+ р2+...+ рг+...+2рг+^), где

I» 1

г - максимальное количество запросов пользователей, обслуживаемых после «прогулки», Н(х)=1х12=£х{]^с-"ёО(1)]=]|;^^-^С(1), откуда

1=0 1=0 40 / 01=0

при G(t)=l-e"yt получено: л(х)= Y(X(l-x))(pi+ pj+ ...+ pr+...+îpr+JxJ), где y(s)

1=1

- преобразование Лапласа-Стилтьеса функции G(t). Для случая г = оо получено: л{х) - у(Л( 1 - х)).

Таким образом для замкнутой и разомкнутой СМО можно вычислить значения вероятностей р„ а это дает возможность вычислить значения характеристик системы: среднюю длину очереди запросов, среднюю длительность интервала обработки запросов, среднюю длительность ожидания запросов в очереди.

Для проведения расчетов по моделям создано необходимое программное обеспечение. Проведены расчеты для различных значений параметров системы (производительность сервера, интенсивность потока запросов).

Полученные результаты можно использовать не только для анализа характеристик системы, но и для их оптимизации, путем подбора параметров серверов.

В четвертой главе приводятся результаты практического применения, разработанных в диссертации методов и математических моделей, для построения распределенной корпоративной информационной системы, формирования заказов на поставку запасных частей судоремонтным предприятиям Вьетнама.

Система предназначена для формирования заказов пользователей на поставку запасных частей для судоремонтных предприятий. Система объединяет судоремонтные предприятия (потребители запчастей) и склады запчастей. На каждом складе имеется своя база данных, содержащая информацию о номенклатуре запчастей, имеющихся на данном складе. Пользователями системы являются судоремонтные предприятия, которые направляют в систему запросы о наличии на складах необходимых запасных

частей и заказы на приобретение их в необходимом количестве и в заданной номенклатуре. В случае положительного ответа на запрос предприятие может приобрести требуемые ему запчасти у нескольких поставщиков.

Кроме того, имеется группа внешних источников информации для пополнения баз данных системы, которая занимается приобретением запасных частей и размещением их на складах.

Таким образом, в состав системы входят локальные базы данных различных складов (государственных и частных) и клиентские рабочие места на судоремонтных предприятиях. Поскольку на каждом предприятии и складе имеется несколько рабочих мест, то они объединены в виде локальных сетей, таким образом, система состоит из локальных сетей предприятий, складов и частных фирм. В каждой локальной сети имеются станции- рабочие места, откуда можно направлять запросы. На складах, кроме того, имеются сервера локальных баз данных, содержащие необходимую информацию по данному складу.

Общие характеристики созданного прототипа системы:

Число предприятий - 13, число серверов локальных баз данных - 7, число рабочих станций (клиентских рабочих мест) - 66. Для связи используются телефонные каналы.

Разработана типовая структура локальной сети предприятия.

Частота запросов от клиентов не превышает 28 запросов в день (для центрального склада частота обращений максимальна) или 4 запроса в час. Такая частота является достаточно низкой и при среднем времени обработки запроса на сервере равном одной минуте (это с большим запасом) максимальная загрузка серверов не превышает величину (4/60)* 1=0.061.

Это связано с небольшим количеством клиентов. Однако планируется развитие системы с увеличением числа клиентов.

!

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ

1. Проведен анализ особенностей построения и функционирования корпоративных распределенных информационных систем, интегрирующих локальные базы данных различных организаций,

X определены основные технологии, использование которых позволяет

построить систему, соответствующую требованиям разработчика и пользователя по своим функциональным и экономическим характеристикам. Показано, что технология "клиент-сервер" является наиболее приспособленной для построения систем подобного класса.

2. Определены основные параметры и характеристики сетевых систем, протоколы и среда передачи данных, обеспечивающие качественную связь между клиентами и серверами системы. Показаны возможности использования различных каналов связи для построения системы. Исследованы возможные способы организации взаимодействия между разнородными локальными базами данных, входящими в состав системы, выделены особенности применения Internet, ODBC технологий для доступа пользователей к данным и варианты их применения в корпоративной системе.

3. Разработаны базовые способы организации взаимодействия между 1 клиентами и серверами в системе, которые обеспечивают поиск требуемой

информации на серверах удаленных баз данных с учетом возможностей 1 каналов связи, производительности серверов и временных параметров

системы, таких как частота поступления запросов, частота обновления < информации в локальных базах данных, длительность обработки запросов

серверами.

4. Разработаны математические модели для расчета характеристик системы, позволяющие вычислять длительность обработки запроса пользователя

(клиента), длины очередей на серверах, загрузку серверов для различных способов организации взаимодействия между клиентами и серверами. Применение моделей позволяет оценить возможность и эффективность применения того или иного способа в зависимости от параметров каналов связи, серверов, частоты появления запросов различного типа.

5. Показаны возможности применения полученных результатов для построения распределенной информационно-поисковой системы, предназначенной для хранения и поиска информации о наличии запасных частей на складах государственных и частных предприятий и комплектации заказов для судоремонтных предприятий Вьетнама.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИ

1. Nguen Din Zau. Information system for repair parts searching when carring out a repair works. Procecdings of International conference. Information and Telecommunication Technologies in Intelligent Systems. May, Barcelona, Spam. 2004. P. 203-205.

2. Нгуен Динь Зау. Методы построения информационной системы формирования заказов для поставок запчастей судоремонтным предприятиям. Препринт. - М.: МИЭМ, 2004. - 24 с.

3. Нгуен Динь Зау. Математические модели анализа системы формирования заказов для судоремонтных предприятий. Препринт. - М.: МИЭМ, 2004.-20 с.

ИД N»061170723.10.2001

Лодписанов печать 28.02.2005. Формат 60x84/16 бумага типографская № 2 Почать - риэография Усл. печ л 1,0 Тираж 100 жз Заказ 07 .

Московский государственный институт электроники и математики 109028, Москва, Б Трехсвятитвльскийпер, 3/12

В" 7щ Центр оперативной полиграфии 3 (005) 916-8844. 916-39-25

V'lt

J.*'-

í V

■7 - •*

ГНБ Русский фонд

2005-4 43535

.■К-

1172