автореферат диссертации по документальной информации, 05.25.05, диссертация на тему:Совершенствование информационной системы поддержки функционирования железнодорожного транспорта

На правах рукописи

005013296

ИСАКОВ Олжас Аскерович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

05.25.05 - Информационные системы и процессы

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 2 [лДР т

Москва-2012

005013296

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

Научный руководитель:

доктор технических наук Горшков Владимир Владимирович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Сухов Андрей Владимирович

Ведущая организация:

кандидат технических наук Березка Михаил Павлович

Научно-исследовательский центр информатики при Министерстве иностранных дел Российской Федерации

Защита состоится « /6 » МДРТА

2012 г. в //

на заседании диссертационного совета по техническим наукам Д 222.020.02 при Российском научно-техническом центре информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия» (ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ») по адресу: 123995, г. Москва, К-1, ГСП-5, Гранатный пер., д. 4.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Российского научно-технического центра информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия» (ФГУП «СТАНДАРТИНФОРМ») по адресу: г. Москва, Нахимовский проспект, д. 31, корп. 2, с авторефератом дополнительно - на официальной сайте Российского научно-технического центра информации по стандартизации, метрологии и оценке соответствия www.gostinfo.ru.

Автореферат разослан « 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат экономических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность исследования. Железнодорожный транспорт (ЖТ) продолжает оставаться наиболее важной составной частью транспортной системы России. По данным информационного портала «РЖД-Партнер», в 2010 г. продолжался рост доли ЖТ в структуре коммерческих перевозок, и эта доля по грузообороту достигла 88% (для сравнения: доля автомобильного транспорта составляет 4% , а водного - 8%), причем эта доля продолжает расти. В части пассажирооборота железнодорожный, воздушный и автомобильный транспорт демонстрируют приблизительно одинаковые доли. ЖТ обладает мощной разветвленной инфраструктурой национального масштаба и во многих регионах России является градообразующим фактором.

Управление железнодорожным транспортом в России, как и во всем мире, осуществляется при помощи разнообразных информационных систем (ИС), в совокупности составляющих современную информационную систему поддержки функционирования железнодорожного транспорта (ИСПФ ЖТ), которая в значительной степени сохранила черты ИС ЖТ советского периода. При проектировании и разработке указанных ИС используются как новые, так и традиционные методы.

Анализ показывает, что вопросам проектирования ИС в современной научной литературе посвящено много работ. Укажем на труды таких известных ученых и специалистов, как Р.Л. Акофф, Ю.В. Крючков, В.Ф. Уткин, Г.Н. Охотников, A.B. Ильичев, В.Д. Волков, В.А. Грущанский, В.И. Николаев, В.М. Брук, Ф.П. Тарасенко, которые заложили основы теории разработки и проектирования сложных систем, опираясь на достижения системологии и схемотехники.

Большую работу по сбору, систематизации и обобщению общепризнанных международных официальных документов в области функциональной стандартизации и стандартизации жизненного цикла программных средств (ПС) для сложных информационных систем провели В.В. Липаев, E.H. Филинов, A.B. Бойченко.

Что же касается разработки самих ИС для нужд ЖТ, которые включают и программную, и аппаратную части, то тут положение несколько иное. В этой области существует большое количество разрозненных публикаций и стандартов. Большинство разработчиков ИС используют в своей работе основополагающие ГОСТы серий 19 и 34, некоторые международные (и закрепленные отечественными ГОСТами) стандарты, а также средства сопровождения проектов, такие как CASE-программы, язык UML, различные процедуры, связанные с необходимостью обеспечения качества. Нельзя не отметить большой вклад, внесенный в теорию разработки информационных систем, в том числе для нужд ЖТ, такими учеными как Е.М. Тишкин, Ю.В. Бородакий, Ю.Г. Лободин-ский, E.H. Хохлачев, Б.И. Глазов, A.B. Сухов, A.B. Бойченко, М.И. Ломакин.

Кроме того, в последнее время появились новые методы проектирования, учитывающие сравнимость темпов проектирования и темпов появления новых

информационных технологий (ИТ), которые было бы крайне желательно использовать в проектируемых ИС. Однако указанные методы пока еще получили лишь начальную проработку.

Все вышеизложенное определило цель работы - повышение эффективности информационной системы поддержки железнодорожного транспорта путем применения адаптивных методов проектирования и модернизации.

Для достижения поставленной цели в работе решена актуальная научная задача разработки путей совершенствования информационной системы поддержки функционирования железнодорожного транспорта (ИСПФ ЖТ) на основе внедрения средств и способов адаптивного проектирования и модернизации, а также оптимизации технологии обновления вычислительной и коммуникационной техники.

Указанная задача может быть декомпозирована на следующий набор частных задач диссертационного исследования:

1. Развитие понятийной модели предметной области «информационные технологии на ЖТ» для нужд совершенствования ИСПФ ЖТ.

2. Разработка методического инструментария системного и адаптивного проектирования ИС с учетом возможности инкорпорирования в них новых ИТ, появляющихся во время выполнения такого проектирования.

3. Разработка моделей модернизации ИС с оптимизацией стратегии двух-компонентного обновления.

4. Практическая апробация разработанного методического инструментария ИСПФ ЖТ и выработка рекомендаций по его практическому применению.

Решение указанных частных задач позволило получить следующие научные результаты, обладающих элементами научной новизны и выносимых на защиту:

1. Фрагменты понятийной модели предметной области «информационные технологии на ЖТ».

2. Методический инструментарий системного и адаптивного проектирования ИС с учетом возможности инкорпорирования в них новых ИТ, появляющихся во время выполнения такого проектирования.

3. Модели модернизации ИС с оптимизацией стратегии двухкомпонент-ного обновления.

4. Технические решения по ИСПФ ЖТ, реализующие разработанный методический инструментарий и доказывающие его рациональность по итогам практической апробации.

Объектом исследования является информационная система поддержки функционирования железнодорожного транспорта (ИСПФ ЖТ).

Предметом исследования являются методы разработки, оценки эффективности и оптимизации развития ИСПФ ЖТ.

Методологическую основу исследования составили приложения методологии научного познания и системного анализа в прикладных направлениях

теории цифровых сетей, функциональной стандартизации и стандартизации жизненного цикла ИС, системологии, теории эффективности и исследования операций, математической статистики и математической теории приближений.

Информационная и правовая база исследования. В работе использовались действующие законы, ГОСТы, рекомендации и стандарты международных организаций (в частности, Международной организации по стандартизации (МОС, ISO)), материалы научно-технических конференций, книги и иные публикации в профессиональных математических и научно-технических изданиях, ресурсы в сети Интернет.

Теоретической основой исследования явились труды зарубежных и отечественных ученых, указанные в перечне использованной литературы.

В работе использованы программные средства Microsoft Excel, Visio, MathCAD, Mathematica, Statistica, Maple.

Научная новизна исследования состоит в следующем:

• разработан методический инструментарий для системного и адаптивного проектирования ИС при сокращенных сроках появления-нйвых ИТ (на основе теории проектирования ИС). Новизна состоит в концепции построении профиля системного проекта (СП) с таксономией необходимых нормативных документов, а также в методике комбинированного концептуального, компьютерного и натурного моделирования;

• разработана игровая модель адаптивной реакции на появление новых ИТ в условиях природной неопределенности; указанная неопределенность обусловливается отсутствием знаний о моменте появления новой доступной ИТ;

• разработан методический аппарат определения вероятностно-временных характеристик процесса модернизации ИС, позволяющий оптимизировать указанный процесс (с привлечением методов теории исследования операций и теории марковских цепей с дискретным и непрерывным временем); указанная оптимизация проведена для синхронной и асинхронной замены нескольких элементов ИС;

• построена адекватная модель представления такой крупной информационной системы, какой является ИСПФ ЖТ (на основе более общей модели среды открытых систем); эта модель рационально систематизирует все программно-аппаратные средства ИСПФ ЖТ

Практическая значимость исследования состоит в том, что выработаны практические рекомендации по:

• понятийной модели предметной области «информационные технологии на ЖТ»;

• профилю СП ИС;

• реализации отдельных ИС в составе ИСПФ ЖТ.

Апробация. Основные положения и результаты докладывались на следующих конференциях: 1-ая международная научно-практическая конференция

«Транспорт Евразии: взгляды в XXI век» (г. Алматы, 2000 г.); 1-ая Международная научно-практическая конференция «Научные итоги 2011 года: достижения, проекты, гипотезы» (г. Новосибирск, ЦРНС, 2011 г.); IX-ая Международная дистанционная научно-практическая конференция «Современные проблемы гуманитарных и естественных наук» (г. Москва, РИСИ, 2011 г.); VI Международная научно-практическая конференция «Перспективы развития информационных технологий» (г. Новосибирск, ЦРНС, 2011 г.).

Достоверность результатов исследования была обеспечена: " использованием системного подхода и достижений теории систем (во всей работе), современных математических методов, а также методов теории исследования и эффективности операций;

■ личным опытом участия в выполнении более 20 СП различных крупных ИС и, прежде всего, для нужд ЖТ (в качестве руководителя или постановщика задачи);

■ актуальными источниками государственной, научно-технической и экономической информации;

■ целесообразным сочетанием комплекса теоретических и эмпирических методов исследования, адекватных его объекту и предмету;

■ подтверждением логической непротиворечивости использования методов, соответствующих задачам и специфике этапа исследовательской работы.

Обоснованность научных результатов и выводов исследования обеспечивается исходными методологическими позициями, комплексом методов исследования, адекватных целям и задачам, опорой на достоверные данные, которые были взяты из личной практики разработки ИС.

Основные результаты работы опубликованы в 16 печатных трудах (личный объем 6,85 печатного листа), из которых 5 статей (личный объем 0,8 печатного листа) - в изданиях, входящих в соответствующий Перечень ВАК.

Внедрение результатов: результаты работы использованы при разработке и совершенствовании ИС в различных организациях и в учебном процессе.

Структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Она включает 150 страниц основного машинописного текста и 60 страниц приложений, содержит 24 рисунка и 15 таблиц. Список литературы включает 110 наименований.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы исследования, приводятся цель, научная задача, частные задачи и научные результаты диссертации, объект и предмет, научная и практическая значимость, информационная и правовая база, а также методологическая основа исследования.

В первой главе описывается общая парадигма развития ИСПФ ЖТ, а также роль системного проектирования и человеческого фактора в этом процессе. Глава начинается с описания существующей в настоящее время ИСПФ

ЖТ, которая выступает в качестве объекта последующего исследования. Эта ИС представляет собой совокупность программных и технических средств и организационных комплексов для обеспечения оптимальной поддержки функционирования ЖТ страны. Она является 3-уровневой и включает 18 функциональных подсистем; для нее сформированы общая схема определения экономической эффективности функционирования и критерии эффективности.

Затем вскрываются отличительные черты всего ЖТ как объекта для поддержки функционирования с помощью ИС. а также ЖТ таких крупных (в железнодорожном отношении) стран, как Россия и Казахстан. Среди национальных особенностей ЖТ, важных для создания ИСПФ ЖТ, можно указать на превалирование радиально-узловой топологии, помесячное планирование перевозок и составление графика движения, существенную роль исторически сложившихся и наследуемых факторов, возможность двойного применения и др. В свою очередь, Казахстанские железные дороги (КЖД) от Российских (РЖД) отличают топология в виде монозвезды (с отсутствием объездных путей), большая продвинутость в создании конкурентной среды, меньшая загруженность путей, наличие всего одной железной дороги (в РЖД их на данный момент 16).

ИСПФ ЖТ этих национальных железных дорог также существенно различаются: в то время как в РЖД осуществляется постоянная модернизация существующей ИСПФ ЖТ, в КЖД взят курс на создание новой ИС по западному образцу. Кроме того, эти системы различаются охватом волоконно-оптическими линиями связи: в РЖД вдоль всех железных дорог проложено оптоволокно, а в КЖД такая работа только ведется и т.д. Такие особенности порождают специфическую парадигму развития ИСПФ ЖТ.

Для достижения цели исследования была выбрана часть вышеприведенных вопросов, что позволило в конце первой главы сформулировать подлежащую решению научную задачу. Анализ концепций рационального поведения систем показал, что применительно к поставленной научной задаче необходимо использовать концепцию адаптивизации. Суть этой концепции заключается в изменении стратегий управления и на основе не только априорной, но и текущей и прогнозной информации с целью достижения или сохранения определенного состояния системы при изменяющемся комплексе условий проведения операции. Другими словами, для решения научной задачи рациональной следует считать такую адаптивную стратегию совершенствования ИСПФ ЖТ «(*) из множества иц,т), которая обеспечивает для показателя эффективности IV выполнение условия

1Г,(и*(0,т) > Ж,"'(м(0,г),г/(0 е и{ит), где / - время; г - упреждение прогноза, и* - оптимальная стратегия, а запись IV, означает, что показатель эффективности может меняться во времени. При постановке научной задачи была обоснована ее декомпозиция на четыре упомянутые выше частные задачи, а в решении рекомендовано опираться на табл. 1.

Таблица 1. Базовый набор атрибутов эффективности операции совершенствования ИСПФ ЖТ

№ п/п Атрибут Содержание атрибута Дополнительные условии

1. Операция Совершенствование ИСПФ ЖТ Проводится в рамках более общей операции по совершенствованию всего ЖТ.

2. Цель операции Повышение эффективности поддержки ЖТ путем информатизации Длительность операции сопоставима со средним интервалом между появлением новых ИС.

3. Концепция рационального поведения Адаптивизация Осуществляется по отношению к: • вновь появляющимся ИТ; • новым средствам.

4. Показатель эффективности Финансовая прибыль от использования ЖТ Ограничения: допустимые затраты; время на проведение операции; доступность необходимых ИТ.

5. Критерии эффективности Наибольшего результата (единичного, среднего или гарантированного); наибольшей вероятностной гарантии результата Выбор того или иного критерия эффективности для выполняемой операции определяется исходя из принципов выбора критериев эффективности (см. п. 6)

6. Принципы выбора критериев эффективности • селекции. • свободы выбора решений, • самообучения Указанные принципы соответствуют концепции адаптивизации.

Во второй главе рассматриваются методические основы системного проектирования ИСПФ ЖТ с адаптацией к новой информации в виде новых информационных технологий (ИТ) и к новым средствам вычислительной и компьютерной техники, которые появляются в процессе работы над проектом ИСПФ ЖТ.

Прежде всего, необходимо осуществить уточнение основных исходных понятий в области ИТ, что позволит развить понятийную модель предметной области «информационные технологии на ЖТ». В настоящее время существует много трактовок различных понятий, используемых при описании и создании ИС, причем некоторые из них находятся в противоречии друг с другом. Поэтому в диссертации был проведен сравнительный анализ законов, регламентирующих базовые понятия в области ИТ, и была сформирована и обоснована следующая система базовых понятий (категорий) в области ИТ:

- информация - сведения и данные, потенциально доступные измерению;

- информационный ресурс - информация вместе с носителем;

- информационные процессы - действия по добыванию, изменению, хранению и доставлению информации получателю. Разновидности информационных процессов: поиск, ввод, обработка, хранение, отображение и пересылка информации. Составные части информационного процесса пересылки инфор-

мации: передача и прием; разновидности пересылки информации: доведения и распространение;

- средства манипуляции информацией - средства, реализующие информационные процессы;

- информационная система (ИС) - система, включающая информацию и средства манипуляции информацией;

- телекоммуникации - связь при помощи электрических сигналов, электросвязь;

- информационные технологии (ИТ) - совокупность дисциплин, изучающих ИС, способы реализации информационных процессов и сами ИС;

- программа - данные, предназначенные для управления вычислительным средством путем реализации определенного алгоритма;

- программные средства (ПС) - совокупность программ и программных документов, тиражируемых путем перезаписи с одного носителя информации на другой. При этом к программным относят документы, содержащие сведения, необходимые для разработки, изготовления, сопровождения и эксплуатации программ;

- база данных (БД) - совокупность данных, хранимых в соответствии со схемой данных, манипулирование которыми выполняют в соответствии с правилами средств моделирования данных;

- средства программной инженерии - совокупность программных средств

и БД;

- аппаратные средства - электронные и/или механические части вычислительного устройства (компьютера), исключая его программные средства и данные (информацию, которую он хранит и обрабатывает).

В диссертации также изложен универсальный подход к написанию системных проектов (СП) создания и развития ИС. Этот подход основывается на предложенной ранее концепции СП ИС: системный проект - это техническое решение применительно к какой-либо ИС, сформированное таким образом, чтобы можно обоснованно принять решение о финансировании всего цикла последующих работ. Цель СП ИС: принятие решения о целесообразности инвестирования и развертывания ИС. Для принятия этого решения необходимо подготовить, обосновать и согласовать замыслы и решения заказчика (потребителя) и разработчика (поставщика) о необходимости, направлениях и концепции создания или модернизации существующей ИС и изменениях ее качества на базе современных стандартов.

Такой подход позволил определить следующий уточненный состав СП:

1. Модель взгляда на ИС, которую нужно создать или совершенствовать с точки зрения разных акторов (операции по созданию или совершенствованию ИС); такая модель подобна модели Захмана.

2. Бизнес-модель ИС, реализующая желательную функциональность (например, при помощи СА8Е-технологий).

3. Модель жизненного цикла ИС.

4. Проект (первоначальная модель) технического задания (ТЗ).

5. Функциональный профиль ИС.

6. Проект контракта на разработку ИС.

Совокупность требований к вышеупомянутым шести документам образует профиль СП. В работе представлен профиль СП, основывающийся на выделенных фрагментах существующих отечественных и международных стандартов, а также рекомендациях, изложенных в публикациях авторитетных специалистов. Наличие такого профиля существенно упрощает и унифицирует работу по разработке СП конкретных ИС.

Во второй главе также предложен методический инструментарий адаптивного проектирования ИС. Необходимость разработки такого инструментария определяется тем, что в современных условиях средний интервал времени между появлением революционных, важных новых ИТ оказывается соизмеримым с типовой продолжительностью проектирования новых ИС (порядка 2-4 лет). Такой методический инструментарий развивает предложенный ранее подход, названный оптимальным проектированием.

Согласно адаптивной методологии во время проектирования необходимо работать сразу над несколькими вариантами реализации изделия, находящимися на разных стадиях моделирования (концептуальное, компьютерное и натурное). Каждая из указанных моделей отражает построение системы с учетом имеющегося ТЗ и всего СП, но они характеризуются разной степенью проработки.

Процедура адаптивного проектирования должна распадается на два основных этапа. На первом этапе, исходя из имеющегося множества накопленных различных ИТ, формируются их наборы для концептуального, компьютерного и натурного моделирования и параллельно производится исследование их эффективности. Эта работа состоит из 9 стадий. Второй этап предполагает возможность адаптации уже выполняемого проекта к новым ИТ, появляющимся (или становящимися доступными) в процессе работы над проектом.

При адаптивном проектировании учитываются восемь множеств для вариантов проектов ИС с разными наборами ИТ, которые сведены в табл. 2.

Таблица 2. Множества для вариантов проектов информационной системы с ___разными наборами ИТ__

№ п/н Множество Состав множества Вид моделирования Примечания

1. М4 Оптимальные варианты Концептуальное, математическое и натурное Содержит единственный элемент

2. МЗ Потенциально квазиоптимальные варианты Концептуальное и математическое

3. М2 Концептуально приемлемые варианты Концептуальное

4. М1 Возможные варианты

5.' МО Множество новых ИТ (НИТ) Не моделируется Пустое множество перед началом проектирования

№ Миоже-и/11 С1 но Состав множества Вид моделирования Примечания

6. М1\М2 Концептуально неприемлемые варианты Не моделируется

7. М2\МЗ Потенциально непригодные варианты Концептуальное

8. МЗ\М4 Потенциально неоптимальные варианты Концептуальное и математическое

Описан алгоритм действий команды разработчиков и проектировщиков И С при появлении новых ИТ с различными уровнями важности и необходимости использования в каждом конкретном проекте. Такой алгоритм базируется на использовании трех основных правил обмена между моделями, необходимость в котором возникает по результатам концептуального, компьютерного и натурного моделирования. Это позволяет производить проектирование с учетом новейших ИТ, появившихся во время проектирования.

Соотношения между вышеописанными множествами и порядок обмена вариантами моделей между ними иллюстрируются рис. 1.

М4

МЗ\М4 М2\МЗ

М1\М2

Рис. 1. Соотношение между множествами и порядок обмена между ними

Далее описывается подход к анализу и моделированию процедуры адаптивного проектирования с использованием теории игр (подход, получивший название «игра с природой»). Показано, что комбинации различных факторов могут составлять «природную» неопределенность для руководителя проектной организации в условиях, когда надо принимать решение на использование новых ИТ в разрабатываемом проекте. Эта неопределенность обусловлена отсутствием сведений о моменте времени появления таких ИТ. Поэтому можно предположить, что при появлении НИТ проектная организация может оказаться в одном из четырех возможных состояний (табл. 3).

Описание данного подхода завершается рекомендациями по способам и показателям оценивания риска при проектировании и сравнением различных критериев принятия решений руководителем проекта в условиях природной неопределенности.

Таблица 3. Возможные состояния и время адаптивного проектирования в ус__ловиях природной неопределенности_

Функции выигрыша

Стратегии К .(c-vc;) \г : \С\,С2) К: {с U с г)

V, 'M,) 'MJ 'M 3) 'MJ

V2 г(у2д,) /(V2A2) 3Я3) <(V4A4)

Vv t(v, Д,) f(v,,X2) . Нух.К) '(v,A)

Третья глава диссертации посвящена разработке математических моделей обновления вычислительной и коммуникационной техники с адаптацией к существующему на рынке потоку новых ИТ, реализуемых в конкретных изделиях. Для использования таких моделей необходимо знать динамику изменения технических и стоимостных характеристик заменяемых элементов. В связи с этим необходимо предварительно провести соответствующий статистический анализ.

Что касается динамики быстродействия, то, как и следовало ожидать, исходя из разновидности известного закона Мура, ретроспективный анализ динамики тактовой частоты процессоров компании Intel показал экспоненциальный характер ее роста со временем. Для анализа динамики изменения цены тех же процессоров были использованы два следующих подхода:

1) «срез по дате»: построение зависимости от времени (возраста) цены нового, не использовавшегося ранее процессора по данным на какой-то конкретный момент времени. В этом случае фиксируется дата исследования и берутся значения цены различных процессоров (рекомендованная или средняя рыночная). Под возрастом процессора понимается время, прошедшее после предложения этого процессора производителем на рынок;

2) «срез по изделию»: построение зависимости цены (рекомендованной или средней рыночной) конкретного нового процессора от времени по данным актуальных прейскурантов поставщиков, которые собирались в течение времени, прошедшего после предложения этого процессора производителем на рынок.

Статистическая обработка имеющихся фактических данных позволила приблизить (аппроксимировать) их прямой, построенной по методу наименьших квадратов Гаусса, уравнение для которой имеет следующий вид:

lg P = apt-bp,

где ар (день1) и ЬР (безразмерно) - некоторые эмпирические коэффициенты, определяемые путем вышеупомянутого приближения. Для наиболее важного коэффициента где а? были получены значения 0,0004362 и 0,0006035 для процессоров Celeron и процессоров для настольных компьютеров (не Celeron, Xeon или Mobile), что соответствует темпу падения в год 1,44 и 1,66 раза, соответственно.

Анализ полученных данных относительно цены процессоров 1п1е1 позволил определить ценовые характеристики процессоров в России с использованием двух вышеприведенных подходов.

Затем в третьей главе представлена модель модернизации для дисконтной стратегии замены оборудования, вытекающей из необходимости адаптироваться к имеющемуся потоку новой вычислительной и компьютерной техники. Эта стратегия состоит в следующем: как только цена прибора падает в с1 раз, прибор продается по его текущей цене и покупается новый прибор по цене Р0. Будем считать, что операция замены прибора сопряжена с некоторыми дополнительными издержками, стоимость которых составляет а. В эту стоимость входит оплата труда персонала и цена элементов, заменяемых вместе с вышеуказанным прибором (предполагается замена основного прибора и синхронно с этим дополнительного прибора в виде одного или нескольких элементов).

Решение данной задачи привело к получению следующей аналитической зависимости:

С, =/? 1п10/>х ::(</, «/Р„)

где

¡па

Здесь С1 - стоимость затрат в единицу времени,/? = а/Р0, :(с1,р) - так называемый затратный множитель, зависимость которого от независимых переменных проиллюстрирована на рис. 3.

Если в качестве критерия оптимальности выбрать критерий максимальной ожидаемой полезности, то необходимо выбирать такое с/0ПТ, которое удовлетворяет обыкновенному дифференциальному уравнению вида

гНпт)= -1,

что эквивалентно

\ + \пс!-с1(\ + р) _ 1 (йПп</)2

Последнее уравнение в явном виде не решается, поэтому было получено его численное решение, что привело к получению зависимости оптимального затратного множителя от р, приведенной на рис. 3. Там же представлены графики для фиксированных значений дисконтного параметра

Использование этих графиков позволяет сопоставлять возраст техники и затраты на ее замену. На конкретном примере (р = 1,5, d = 5) можно показать, что использование оптимального дисконтного параметра позволяет за счет увеличения затрат на 70% уменьшить средний возраст техники более чем вдвое.

Также в третьей главе решена задача двухкомпонентной замены оборудования. когда два каких-либо изделия могут заменяться, хоть и зависимо друг от друга, но асинхронно. Поэтому необходимо было разработать математическую модель анализа замены нескольких, допустим, двух элементов компьютера (сервера, коммутатора и т.д.) на основе использования аппарата цепей Маркова с дискретным временем (ц.м.д.в.).

Рис. 3. График оптимального затратного множителя :(с/опт(р),/?) = Ь(х) (сплошная жирная линия) и графики того же множителя при фиксированном дисконтном параметре :(р,с!) = с1 = у = 2,5; 3; 5; 10

Рассмотрим произвольную матрицу Р = (р„) ц.м.д.в., которая описывает вероятности перехода из состояния / в состояние / за один шаг с возможными поглощающими состояниями над пространством состояний J = {!,..., й?}. Предположим, что за вход на шаге п > 1 в состояние к мы должны заплатить Ска"., где С к > 0, а 0<ак< 1, а за выход на шаге и > 1 из состояния к мы получаем компенсацию ЯкЬЦ, где Як > 0, а 0 < /?к < 1. Здесь величины ак и /Л служат для дисконтирования к настоящему моменту времени будущих средних суммарных затрат и средних возвращенных затрат, соответственно (такое дисконтирование позволяет учесть инфляцию за каждый дискретный отрезок времени).

В работе показано, что для математического ожидания Ед и математического ожидания Е/7 справедливы следующие явные формулы:

Е ц = Рп (¿>,) + Яф2 Рп(Ь2) +... + ДА Ри ОЬ,), где выражения для Рф), /' = 1,..., с1 находятся из следующей системы уравнений, записанной в матричной форме:

(Р„(5),Я12(*),.. -*Р) = (1Д...0),

Здесь под I понимается единичная матрица.

Один из вариантов графа возможных переходов представлен на рис. 4. В качестве примера рассмотрены две стохастические матрицы переходов размером 4 х 4 и 5 х 5 (двухкомпонентная замена). Эта матрица имеет вид:

Рис. 4. Граф возможных переходов для ц.м.н.в. (пример)

С учетом того, что вышеприведенная матрица является верхнетреугольной, в диссертации методом обратной подстановки получено следующее конечное выражение для средних суммарных затрат:

:с2а2

9 3 3

1-

5ЙГ] 12

-С4а4

5а2 12

— Сса?

36 5 5

] 5а3 12

-с*»? 12 5 5

За,

"Т

,_5в4 12

—

36 - -

1-

2ал

1 5д4 12

1-

2а„

I 12

С точностью до обозначений выражение для средних возвращенных затрат Ег] отличается вышеприведенного выражения для средних суммарных затрат только первым членом.

На рис. 5 показаны графики для средних суммарных затрат, построенные по вышеприведенной формуле для указанной конкретной матрицы 5x5. При построении этих графиков учтено, что имеет место удорожание техники, вследствие чего затраты на ее приобретение со временем возрастают, причем такое

возрастание вызвано не только инфляцией. На каждом шаге цена возрастает в к

Рис. 5. Зависимость средних суммарных затрат С = Г(х,у) от коэффициента дисконтирования с1- х при значениях коэффициента удорожания к = 0, 5; 1;

1,1; 1,3; 1,5

Затем в третьей главе данная задача решается при произвольных значениях X и ц в непрерывном времени с привлечением аппарата теории потенциалов для невзрывных марковских цепей с непрерывным временем (м.ц.н.в.). Показано, что суммарные затраты в этом случае определяются формулой

/ ksJ\^i} / keJ\{i)

Здесь Лд = (Л1-0-'.

0-так называемая ^-матрица, или генератор цепи Маркова. Для графа переходов, показанного на рис. 4, полученное конечное выражение для суммарных затрат примет вид

с_(-я_-//)с1 | ЛС2 | Я(-Я-//)С, | Л2с, ^ | ах + Я + ¡л а2 + Л + /л (а2 + Я + /л)2 (а, + Л + р)2

{Я2(-Л-М)С, { Я^С4 ^ +

(а, + Л + мУ а4 + Я + м {а, + Я + //)2 : (2Я + а4 + - //)С4 | Я2^ |

(аг4 + Я + рУ (а5 + Я + ^í),

| (2Я + щ + (а5+Я + /^

На рис. 6 приведены графики, построенные по этой формуле.

'(1.У)

1(0.25, у) Г(0.1, у) 1(0.01, у)

-О

Рис. 6. Зависимость суммарных затрат С = Дх,у) от показателя ц = у для разных значений показателя \ = х = 0,01; 0,1; 0,25; 0,5; 1

В четвертой главе рассмотрены практические рекомендации, которые вытекающие из изложенного методического инструментария системного и адаптивного проектирования ИС, предложенного во второй главе и развитого (для случая обновления оборудования) в третьей главе, а также вопросы выше практической реализации и практической апробации .

Совершенствование ИСПФ ЖТ в настоящее время, в основном, осуществляется путем доработки и замены ее отдельных элементов, однако такую работу необходимо вести на системной основе, что требует решения 16 проблемных вопросов развития ИСПФ ЖТ. среди которых можно отметить упомянуть следующие:

■ В части оценивания эффективности работы ИСПФ ЖТ и ЖТ в целом, разработать и внедрить «Концепцию исследования эффективности работы железнодорожного транспорта», в которой были бы отражены модели рационального поведения системы, показатели и критерии эффективности работы всех подразделений РЖД. Сложившийся к настоящему времени подход к построению иерархии показателей и критериев эффективности представляется недостаточно научно обоснованным.

■ Разработать и внедрить модель жизненного цикла ИСПФ ЖТ, характерную для больших ИС, с учетом возможности изменения доступных ИТ. В данном случае речь идет о тех технологиях, возможность использования которых определяется патентным правом. Кроме того, модель жизненного цикла

должна учитывать возможность появления новых ИТ в течение периода времени, отведенного на разработку ИС.

■ При дальнейшем совершенствовании ИСПФ ЖТ использовать концепцию профилей ИС и их жизненного цикла, что должно позволить существенно снизить затраты на проектирование и упростить последующую модернизацию отдельных звеньев.

■ Внедрить в практику проектирования ИСПФ ЖТ подход, основанный на использовании понятий «Системный проект» и «Профиль системного проекта».

■ Разработать и внедрить методику рациональной замены и модернизации офисного, компьютерного и сетевого оборудования, в изобилии присутствующего в ИСПФ.

Затем в четвертой главе излагается единый системный взгляд на всю совокупность программно-аппаратных средств, применяемых в ИСПФ ЖТ. Такой взгляд выражается в виде модели представления ИСПФ ЖТ, построенной на основе так называемой обобщенной референсной модели среды открытых систем OSE/RM, а также анализе многочисленных публикаций, международных стандартов и внутренних проектов ОАО РЖД и допускает лаконичное табличное описание. Эта модель дает адекватное системное описание того, из чего состоит ИСПФ ЖТ, и необходима для выполнения работ по ее совершенствованию.

Следующим вопросом технической реализации предлагаемых подходов к проектированию явилось формирование системы проектов информатизации ЖТ в период 1997-2011 гг., которая насчитывает 22 таких проекта; при выполнении этих проектов автор выступал в роли руководителя, постановщика задачи или ответственного исполнителя. Все эти проекты были направлены на совершенствование различных ИС в составе ИСПФ ЖТ для РЖД и КЖД. Самыми последними (из 22) были следующие проекты:

1. «Разработка ускоренной процедуры регистрации и перерегистрации вагонов собственности ОАО «ПГК» в информационных ресурсах ОАО «РЖД» в АБД ПВ» (2008 г.).

2. «Внедрение автоматизированной системы управления инфраструктурой путевого хозяйства (АСУ-П КТЖ) для АО «НК КТЖ» (2010 г.).

3. «Внедрение автоматизированной системы управления инфраструктурой хозяйства С ЦБ (АСУ-Ш КТЖ) для АО «НК КТЖ» (2010 г.).

4. «Развитие действующих информационных систем сетевого уровня» для нужд ОАО «РЖД» (2010 г.).

Отдельно в диссертации рассмотрен последний проект из этого списка. На его примере показано, как предложенный методический инструментарий учитывался при его разработке, а также как этот инструментарий следует учитывать при разработке других аналогичных проектов.

В заключении подведен общий итог и сформулированы научные положения, вытекающие из четырех выносимых на защиту научных результатов.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в научных изданиях, рекомендованных ВАК

1. Исаков О.А., Горшков В.В. Дисконтная стратегия замены компьютерной техники // Естественные и технические науки. - 2011. - Т. 56, № 6. -0,3/0,15 п.л.

2. Исаков О.А., Горшков В.В. Адаптивная методология проектирования информационных систем // Естественные и технические науки. - 2011. - Т. 56, №6.-0,25/0,125 п.л.

3. Исаков О.А. К вопросу о построении понятийного аппарата для отрасли «Информационные технологии» // Естественные и технические науки. -

2011. - Т. 56, № 6. - 0,25/0,25 п.л.

4. Исаков О.А., Горшков А.В. Проблемные вопросы развития крупной автоматизированной информационной системы // Естественные и технические науки. - 2011. - Т. 56, № 6. - 0,25/0,125 п.л.

5. Исаков О.А., Горшков В.В. Задача о двухкомпонентной замене оборудования и ее решение для случая дискретного времени // Перспективы науки. -

2012.-№ 1.-0,3/0,15 пл.

Прочие публикации по теме диссертации

6. Исаков О.А., Наумов Н.А. Звуковая интерпретация вычислительного процесса. - Москва, ИПМ РАН им. М.В. Келдыша, 1995. - Препринт № 98. - 12 с. - 0,84/0,42 п.л.

7. Исаков О.А., Уразбеков А.К. Принципы построения корпоративной сети передачи данных на железнодорожном транспорте // Вестник КазАТК. -2000.-№6.-0,2/0,1 п.л.

8. Исаков О.А., Уразбеков А.К. Информационная система оперативного управления транзитными перевозками // Материалы 1 международной научно-практической конференции «Транспорт Евразии: взгляды в 21 век». - Алматы, 2000.-0,2/0,1 п.л.

9. Исаков О.А., Омаров А. Спутниковые технологии при построении корпоративной сети связи железнодорожного транспорта Казахстана // Магистраль. -2001. -№4.-0,3/0,15 п.л.

Ю.Исаков О.А. Инвестиции в производство LCD-мониторов // Директор Инфо. - 2003. - № 38. - 0,3/0,3 п.л.

П.Исаков О.А., Горшков А.В. Вопросы системного проектирования крупных информационных систем: элементы теории жизненного цикла информационных систем. - Саарбрюкен, LAP Lambert Academic Publishing, 2011. -9/4 п.л.

12.Исаков O.A., Горшков B.B. Двухкомпоиентная замена компьютерно-офисного оборудования // IX Международная дистанционная научно-практическая конференция «Современные проблемы гуманитарных и естественных наук»: Сборник материалов. - Москва, РИСИ, 2011.-0,3/0,15 п.л.

13. Исаков O.A., Горшков В.В. О рациональной модернизации компьютеров //1 Итоговая международная научно-практическая конференция «Научные итоги 2011 года: достижения, проекты, гипотезы»: Сборник материалов. - Новосибирск, ЦРНС, 2011. - 0,3/0,15 п.л.

14. Исаков O.A., Горшков В.В. О динамике тактовой частоты процессоров // VI Международная научно-практическая конференция «Перспективы развития информационных технологий»: Сборник материалов. - Новосибирск, ЦРНС, 2011.-0,4/0,2 п.л.

15.Исаков O.A., Горшков В.В. Двухкомпоиентная модернизация компьютерного и сетевого оборудования: решение в дискретном времени // Периодический журнал научных публикаций ФЭН-НАУКА- 2012 - № 1. - 0,5/0,25 п.л.

16. Исаков O.A., Горшков В.В. Двухкомпоиентная модернизация компьютерного и сетевого оборудования: решение в непрерывном времени // Периодический журнал научных публикаций ФЭН-НАУКА. - 2012. - № 1. -0,45/0,225 п.л.

ИСАКОВ Олжас Аскерович

Совершенствование информационной системы поддержки функционирования железнодорожного транспорта

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Подписано в печать 06.02.12. Формат 60x84 1/16 Бум. офсетная Печ. л. 1,2. Тираж 100 экз. Заказ 032

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

61 12-5/2567

РОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ЦЕНТР ИНФОРМАЦИИ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И ОЦЕНКЕ СООТВЕТСТВИЯ

На правах рукописи УДК 004.051

ИСАКОВ Олжас Аскерович

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОНОЙ СИСТЕМЫ ПОДДЕРЖКИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

05.25.05

Информационные системы и процессы

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук Горшков В.В.

Москва - 2012

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ........................................ 4

ВВЕДЕНИЕ........................................................... 6

Глава 1. РОЛЬ И МЕСТО ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ В ОБЕСПЕЧЕНИИ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ..................................... 13

1.1. Современное состояние информационной системы поддержки функционирования железнодорожного транспорта............................................................ 13

1.2. Железнодорожный транспорт как объект информатизации 18

1.3. Выбор подхода к определению эффективности совершенствования информационных систем железнодорожного транспорта.............................................. 21

1.4. Постановка задачи исследования................................. 26

Выводы по первой главе............................................. 31

Глава 2. СИСТЕМНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА....................................................... 33

2.1. Вопросы законодательной гармонизации терминологии... 33

2.2. Системное проектирование информационной системы..... 41

2.3. Методический инструментарий адаптивного проектирования информационных систем................................... 53

2.4. Теоретико-игровое обоснование адаптивного проектирования.................................................................... 59

Выводы по второй главе............................................ 71

Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ЗАМЕНЫ ОБОРУДОВАНИЯ В ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА..................... 73

3.1. Статистический анализ характеристик наиболее важных элементов вычислительной техники............................ 73

3.2. Дисконтная стратегия замены оборудования.................. 80

3.3. Двухкомпонентная замена оборудования (дискретное время).................................................................. 91

3.4. Двухкомпонентная замена оборудования (непрерывное

время).................................................................. 108

Выводы по третьей главе.......................................... 119

Глава 4. ТЕХНИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ДЛЯ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРЕНСПОРТА........................................................ 121

4.1. Проблемные вопросы развития информационных систем

ОАО «Российские железные дороги»........................... 121

4.2. Модель представления информационной системы железнодорожного транспорта.................................... 124

4.3. Результаты проектирования и разработки конкретных информационных систем для железнодорожного

транспорта............................................................ 130

Выводы по четвертой главе....................................... 136

ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................... 139

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ.......................................... 143

ПРИЛОЖЕНИЯ...................................................... 151

Приложение 1. Отличительные черты железнодорожного транспорта как объекта информатизации и информационных систем, поддерживающих его функционирование.................................................. 151

5.1. Отличительные черты железнодорожного транспорта

как объекта информатизации..................................... 151

5.2. Отличительные черты информационной системы поддержки функционирования железнодорожного

транспорта............................................................ 156

Приложение 2. Статистический анализ характеристик элементов вычислительной техники............................. 160

6.1. Динамика изменения быстродействия..................... 160

6.2. Динамика изменения цены.................................... 168

Список литературы к приложению 2............................ 197

Приложение 3. Описание системы ввода и обработки информации для информационной системы обеспечения эксплуатации (ИСОЭ)............................................... 198

7.1. РАЗДЕЛ I. Уровень АБД ПВ................................. 198

7.2. РАЗДЕЛ II. Уровень АБД ПВ ИБМУ...................... 199

7.3. РАЗДЕЛ III. Корректировка системы учета и расчетов за пользование вагонами в межгосударственном сообщении на основе пономерного учета...................... 201

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АБД ПВ ИБМУ - автоматизированная база данных парка вагонов информационной базы межгосударственного уровня

АИС - автоматизированная информационная система

АРМ - автоматизированное рабочее место

БД - база данных

ГВЦ - главный вычислительный центр

ДК ПВ - дорожная картотека парка вагонов

ЕДЦУ - единый диспетчерский центр управления

ЖД - железная дорога

ЖТ - железнодорожный транспорт

ЖЦ - жизненный цикл

ИВЦ ЖА - информационно-вычислительный центр железнодорожных администраций

ИС - информационная система

ИСОЭ - информационная система обеспечения эксплуатации

ИСПФ ЖТ - информационная система поддержки функционирования железнодорожного транспорта

ИТ - информационная технология

КЖД - Казахстанские железные дороги

ЛПР - лицо, принимающее решения

МОС - Международная организация по стандартизации

МПО - модель предметной области

МПС - Министерство путей сообщения

НИТ - новая информационная технология

НСП - новое системное проектирование

ОИБ - обеспечение информационной безопасности

ОИС - открытая информационная система

ПГК - Первая грузовая компания

ПС - программное средство

ПСП - профиль системного проекта

РЖД - Российские железные дороги

САО - система автоматизированного обмена

СП - системный проект

СУБД - система управления базами данных

ТЗ - техническое задание

ТС - техническая система

ТЭО - технико-экономическое обоснование

ФНС - Федеральная налоговая служба

ХП - хранимая процедура

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы диссертационного исследования. Железнодорожный транспорт (ЖТ) продолжает оставаться наиболее важной составной частью транспортной системы России. По данным информационного портала «РЖД-Партнер», в 2010 г. продолжался рост доли ЖТ в структуре коммерческих перевозок, и эта доля по грузообороту достигла 88% (для сравнения: доля автомобильного транспорта составляет 4% , а водного - 8%), причем эта доля продолжает расти. В части пассажирооборота железнодорожный, воздушный и автомобильный транспорт демонстрируют приблизительно одинаковые доли. ЖТ обладает мощной разветвленной инфраструктурой национального масштаба и во многих регионах России является градообразующим фактором.

Управление железнодорожным транспортом в России, как и во всем мире, осуществляется при помощи разнообразных информационных систем (ИС), в совокупности составляющих современную информационную систему поддержки функционирования железнодорожного транспорта (ИСПФ ЖТ), которая в значительной степени сохранила черты ИС ЖТ советского периода. При проектировании и разработке указанных ИС используются как новые, так и традиционные методы.

Анализ показывает, что вопросам проектирования ИС в современной научной литературе посвящено много работ. Укажем на труды таких известных ученых и специалистов, как P.J1. Акофф, Ю.В. Крючков, В.Ф. Уткин, Т.Н. Охотников, A.B. Ильичев, В.Д. Волков, В.А. Грущанский, В.И. Николаев, В.М. Брук, Ф.П. Тарасенко, которые заложили основы теории разработки и проектирования сложных систем, опираясь на достижения системологии и схемотехники.

Большую работу по сбору, систематизации и обобщению общепризнанных международных официальных документов в области функциональной стандартизации и стандартизации жизненного цикла программных

средств (ПС) для сложных информационных систем провели В.В. Липаев, E.H. Филинов, A.B. Бойченко.

Что же касается разработки самих ИС для нужд ЖТ, которые включают и программную, и аппаратную части, то тут положение несколько иное. В этой области существует большое количество разрозненных публикаций и стандартов. Большинство разработчиков ИС используют в своей работе основополагающие ГОСТы серий 19 и 34, некоторые международные (и закрепленные отечественными ГОСТами) стандарты, а также средства сопровождения проектов, такие как CASE-программы, язык UML, различные процедуры, связанные с необходимостью обеспечения качества. Нельзя не отметить большой вклад, внесенный в теорию разработки информационных систем, в том числе для нужд ЖТ, такими учеными как Е.М. Тишкин, Ю.В. Бородакий, Ю.Г. Лободинский, E.H. Хохлачев, Б.И. Глазов, A.B. Сухов, A.B. Бойченко, М.И. Ломакин.

Кроме того, в последнее время появились новые методы проектирования, учитывающие сравнимость темпов проектирования и темпов появления новых информационных технологий (ИТ), которые было бы крайне желательно использовать в проектируемых ИС. Однако указанные методы пока еще получили лишь начальную проработку.

Все вышеизложенное определило цель работы - повышение эффективности информационной системы поддержки железнодорожного транспорта путем применения адаптивных методов проектирования и модернизации.

Для достижения поставленной цели в работе решена актуальная научная задача разработки путей совершенствования информационной системы поддержки функционирования железнодорожного транспорта (ИСПФ ЖТ) на основе внедрения средств и способов адаптивного проектирования и модернизации, а также оптимизации технологии обновления вычислительной и коммуникационной техники.

Указанная задача может быть декомпозирована на следующий набор частных задач диссертационного исследования:

1) развитие понятийной модели предметной области «информационные технологии на ЖТ» для нужд совершенствования ИСПФ ЖТ;

2) разработка методического инструментария системного и адаптивного проектирования ИС с учетом возможности инкорпорирования в них новых ИТ, появляющихся во время выполнения такого проектирования;

3) разработка моделей модернизации ИС с оптимизацией стратегии двухкомпонентного обновления;

4) практическая апробация разработанного методического инструментария ИСПФ ЖТ и выработка рекомендаций по его практическому применению.

Решение указанных частных задач позволило получить следующие научные результаты, которые выносятся на защиту:

1) фрагменты понятийной модели предметной области «информационные технологии на ЖТ»;

2) методический инструментарий системного и адаптивного проектирования ИС с учетом возможности инкорпорирования в них новых ИТ, появляющихся во время выполнения такого проектирования;

3) модели модернизации ИС с оптимизацией стратегии двухкомпонентного обновления;

4) технические решения по ИСПФ ЖТ, реализующие разработанный методический инструментарий и доказывающие его рациональность по итогам практической апробации.

Тема и содержание диссертационной работы соответствуют следующим пунктам паспорта специальности 05.25.05 - Информационные системы и процессы.

1. Методы и модели описания, оценки, оптимизации информационных процессов и информационных ресурсов, а также средства анализа и выявления закономерностей в информационных потоках. Когнитивные модели информационных систем, ориентированных на человеко-машинное взаимодействие.

2. Техническое обеспечение информационных систем и процессов, в том числе новые технические средства сбора, хранения, передачи и представления информации. Комплексы технических средств, обеспечивающих функционирование информационных систем и процессов, накопления и оптимального использования информационных ресурсов.

Логическая структура работы с декомпозицией содержательной части на вышеуказанные результаты представлена ниже {Рис. В-1). (Цифрами на этом рисунке обозначены номера результатов, выносимых на защиту.)

Объектом исследования выступает информационная система поддержки функционирования железнодорожного транспорта (ИСПФ ЖТ).

Предметом исследования являются методы разработки, оценки эффективности и оптимизации развития ИСПФ ЖТ.

Методологическую основу исследования составили приложения методологии научного познания и системного анализа в прикладных направлениях цифровой теории связи, функциональной стандартизации информационных систем, системологии, теории эффективности и исследования операций, теории игр и математической статистики и математической теории приближений.

Информационная и правовая база исследования. В работе использовались действующие законы, ГОСТы, рекомендации и стандарты международных организаций (в частности, Международной организации по стандартизации (МОС, ISO)), материалы научно-технических конференций, книги и иные публикации в профессиональных математических и научно-технических изданиях, ресурсы в сети Интернет.

Теоретической основной исследования явились труды зарубежных и отечественных ученых, указанные в перечне использованной литературы.

В работе использованы программные средства Microsoft Excel, Visio, MathCAD, Mathematica, Statistica, Maple.

Тема: «Говсршснсгвонапие информационной системы по/ыержки функционирования желегиодорожно! о I ринснор! и»

( мщ-ик . 1К1 ерлг411.1

Приложение 1 (расширяет обоснование)

Приложеиие 2 (расширяет результат 3)

Приложение 3 (расширяет результат 4)

Рис. В-1. Логическая структура работы (цифрами обозначены номера полученных и выносимых на защиты результатов)

Научная новизна исследования состоит в следующем:

• разработан методический инструментарий для системного и адаптивного проектирования ИС при сокращенных сроках появления новых ИТ (на основе теории проектирования ИС). Новизна состоит в концепции построении профиля системного проекта (СП) с таксономией необходимых нормативных документов, а также в методике комбинированного концептуального, компьютерного и натурного моделирования;

• разработана игровая модель адаптивной реакции на появление новых ИТ в условиях природной неопределенности; указанная неопределенность обусловливается отсутствием знаний о моменте появления новой доступной ИТ;

• разработан методический аппарат определения вероятностно-временных характеристик процесса модернизации ИС, позволяющий оптимизировать указанный процесс (с привлечением методов теории исследования операций и теории марковских цепей с дискретным и непрерывным временем); указанная оптимизация проведена для синхронной и асинхронной замены нескольких элементов ИС;

• построена адекватная модель представления такой крупной информационной системы, какой является ИСПФ ЖТ (на основе более общей модели среды открытых систем); эта модель рационально систематизирует все программно-аппаратные средства ИСПФ ЖТ.

Практическая значимость исследования состоит в том, что выработаны практические рекомендации по:

• понятийной модели предметной области «информационные технологии на ЖТ»;

• профилю СП ИС;

• реализации отдельных ИС в составе ИСПФ ЖТ.

Апробация. Основные положения и результаты докладывались на следующих конференциях:

• 1-ой международной научно-практической конференции «Транспорт Евразии: взгляды в XXI век». - Алматы, 2000;

• 1-ой Международной научно-практической конференции «Научные итоги 2011 года: достижения, проекты, гипотезы». - Новосибирск, ЦРНС, 2011;

• 1Х-ой Международной дистанционной научно-практической конференции «Современные проблемы гуманитарных и естественных наук». - Москва, РИСИ, 2011;

• У1-ой Международной научно-практической конференции «Перспективы развития информационных технологий». - Новосибирск, ЦРНС, 2011.

Достоверность результатов исследования обеспечена:

• использованием системного подхода и достижений теории систем (во всей работе), современных математических методов, а также методов теории исследования и эффективности операций;

• личным опытом участия в выполнении более 20 СП различных крупных ИС и, прежде всего, для нужд ЖТ (в качестве руководителя или постановщика задачи);

• актуальными источниками государственной, научно-технической и экономической информации;

• целесообразным сочетанием комплекса теоретических и эмпирических методов исследования, адекватных его объекту и предмету;

• подтверждением логической непротиворечивости использования методов, соответствующих задачам и специфике этапа исследовательской работы.

Обоснованность научных результатов и выводов исследования обеспечивается исходными методологическими позициями, комплексом методов исследования, адекватных целям и задачам, опорой на достоверные данные, которые были взяты из личной практики разработки ИС.

Основные результаты работы опубликованы в 16 печатных трудах [116] (личный объем 6,85 печатного листа), из которых 5 статей (личный объем 0,8 печатного листа) - в изданиях, входящих в соответствующий Перечень ВАК.

Внедрение результатов. Результаты работы использованы при разработке и совершенствовании информационных систем в различных организациях и в учебном процессе ряда высших учебных заведений.

Структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Она включает 150 страниц основного машинописного текста и 60 страниц приложений, содержит 24 рису�