Методы и алгоритмы функционирования информационных систем контроля и сопровождения работ со структурно-параметрической самонастройкой тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.01, кандидат технических наук Румянцева, Елена Львовна

• Румянцева, Елена Львовна
• кандидат технических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат технических наук Румянцева, Елена Львовна

Обозначения и сокращения

Введение

Глава 1. Системный анализ методов и алгоритмов функционирования информационных систем контроля и сопровождения работ

1.1. Информационные системы

1.2. Контроль и сопровождение работ: цели и задачи

1.3. Классификация и аналитический обзор систем контроля и сопровождения работ

1.3.1. Функции контроля в системах электронного документооборота

1.3.2. Функции специализированных систем контроля и сопровождения работ

1.3.3. Функции контроля в корпоративных информационных системах

1.4. Анализ жизненного цикла информационных систем

1.5. Анализ методов и средств автоматизации проектирования информационных систем

1.5.1. Методы автоматизации проектирования информационных систем

1.5.2. Средства автоматизации разработки информационных систем

1.5.3. Факторы, влияющие на выбор методов и средств автоматизации

1.6. Задача повышения эффективности этапа модификации информационных систем и принцип самонастройки

Выводы по главе

Глава 2. Структурно-параметрическая самонастройка в информационных системах контроля и сопровождения работ

2.1. Разработка методики структурно-параметрической самонастройки в информационных системах

2.1.1. Анализ методов оптимизации и адаптации (самонастройки) в теории автоматического управления

2.1.2. Автоматизированные информационные системы как частный случай автоматизированных систем управления

2.1.3. Разработка методов построения ИС со структурно-параметрической самонастройкой

2.2. Формализация структурно-параметрической самонастройки в некоторых информационных системах контроля и сопровождения работ

Выводы по главе

Глава 3. Методика оценки параметров, используемых в ИС контроля и сопровождения работ со структурно-параметрической самонастройкой 72 3.1. Временной фактор как критерий эффективности применения самонастройки при модификации ИС 72 # 3.2. Оценивание параметров, используемых в ИС контроля и сопровождения работ со структурно-параметрической самонастройкой

3.2.1. Оценка резервов времени при планировании и управлении работами

3.2.2. Оценка рисков на завершающем этапе в цепочке работ

3.3. Назначение сроков исполнения новых работ и оптимизация стратегии планирования

3.4. Моделирование распределения времени в цепочках работ 99 Выводы по главе

Глава 4. Практическая реализация и анализ полученных результатов 101 4.1. Оценка эффективности создания и модификации информационных систем при введении самонастройки 101 ф 4.2. Реализация структурно-параметрической самонастройки в автоматизированной системе управления практикой студентов

4.3. Структурно-параметрическая самонастройка в информационной системе контроля и сопровождения работ

4.4. Алгоритмы составления расписания экзаменов в вузе в информационной системе с самонастройкой по текущей информации

4.5. Информационная система поддержки телемаркетинга и верификация предложенной модели

Выводы по главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Методы и алгоритмы функционирования информационных систем контроля и сопровождения работ со структурно-параметрической самонастройкой»

Актуальность темы исследования. Научно-технический прогресс привел к значительному расширению спектра задач, решаемых с помощью вычислительных машин. Резко увеличился круг пользователей-непрограммистов, применяющих все более мощные информационные системы (ИС). Такие системы должны быть способными адаптироваться к изменениям в среде их функционирования. Традиционный подход к разработке ИС не обеспечивает создание систем с такими свойствами.

Ведущие компании мира (IBM, Hewlett-Packard, Microsoft) объявили о начале разработки программы действий по созданию адаптивных систем. Международное сообщество по программной инженерии Interdisciplinary Software Engineering Network

ISEN) в 2002 году сформулировало 7 требований к современным программным системам: способность справляться с постоянно возрастающим объемом данных; учет требований пользователей; адаптируемость; оправданная стоимость; точное определение процесса внедрения; оценка рисков; интеграция сложных систем. В диссертации разработаны методы построения и алгоритмы функционирования ИС контроля и сопровождения работ, учитывающих особенно актуальные требования адаптируемости (самонастройки) и оценки рисков в изменяющихся условиях.

Тема исследования определена направлением работ по информатизации, которые проводятся кафедрой Информатики и программного обеспечения вычислительных систем Московского государственного института электронной техники и ОАО «Общероссийский технический информационный канал» (ОАО «ОТИК»), в том числе, по Федеральной целевой программе «Развитие единой образовательной информационной среды» (ФЦП «РЕОИС»).

•Предмет и объект исследования. Объектом исследования являются информационные системы контроля и сопровождения работ, создаваемые для управления производством и учебным процессом вуза. Предметом исследования и разработки являются методы построения и алгоритмы функционирования таких систем со структурно-параметрической самонастройкой, позволяющей проводить модификацию ИС на этапе эксплуатации без привлечения разработчика.

Проблемная ситуация, сложившаяся в области объекта исследований. Внесение изменений в ИС затруднено необходимостью привлечения разработчиков и возврата к началу жизненного цикла системы. Проблема состоит в разработке методов построения и алгоритмов функционирования ИС, позволяющих на этапе эксплуатации модифицировать параметры и структуру ИС без привлечения разработчика.

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка методов и алгоритмов, позволяющих повысить эффективность работ по модификации ИС контроля и сопровождения работ за счет использования структурно-параметрической самонастройки (СПС). Для достижения цели в работе решены следующие задачи, к которым относятся:

1. Анализ методов и алгоритмов функционирования систем контроля и сопровождения работ (КСР).

2. Разработка математической модели модификации ИС и методики СПС в ИС.

3. Создание методов и алгоритмов, необходимых для реализации СПС в ИС КСР.

4. Анализ эффективности применения СПС в ИС на этапе модификации.

5. Разработка методики оценки резервов времени и рисков в ИС КСР.

6. Моделирование вероятностных оценок резервов времени при управлении работами в ИС КСР, верификация модели по реальной статистике.

7. Реализация разработанных методов и алгоритмов в ИС КСР.

Методы исследования. Для решения задач работы использованы методы системного анализа, автоматического управления, дискретной математики, теоретико-графовые и теоретико-вероятностные методы. При разработке ИС использованы методы объектно-ориентированного и структурного программирования. Моделирование и проверка результатов по реальным данным выполнены на ЭВМ.

Научная новизна. В диссертационной работе решена научно-практическая проблема создания эффективных методов построения и модификации ИС с СПС. Получены новые научные результаты, а именно:

1. На основе анализа разработана методика структурно-параметрической самонастройки в ИС и введено понятие «ИС со структурно-параметрической самонастройкой».

2. Разработаны методы построения ИС с СПС:

- метод построения прототипа системы для СПС нового образца ИС;

- метод построения ядра системы для генерации нового образца ИС.

3. Проведена формализация оценки эффективности создания и модификации ИС с СПС.

4. Разработана методика оценки резервов времени в цепочке работ и рисков срыва работ для ИС КСР.

5. Предложен алгоритм решения задачи составления расписания экзаменов для ИС с самонастройкой по текущей информации.

Практическая значимость работы. Впервые предложенная для ИС методика СПС позволяет пользователю самостоятельно учесть изменяющиеся требования на этапе эксплуатации системы. Создание ИС на основе разработанных методов и алгоритмов резко сокращает трудоемкость модификации ИС.

Разработанная ИС «Система управления практикой студентов» позволяет автоматизировать управление практикой и дипломным проектированием на выпускающих кафедрах вуза. Разработанная ИС КСР на предприятии позволила за счет СПС организовать стратифицированный подход к систематизации, анализу и контролю данных. Самонастройка в этих ИС позволила модифицировать параметры и структуру ИС без привлечения программистов.

Впервые в вузовской практике разработана ИС для составления расписания экзаменов в вузе, основанная на предложенном методе и самонастройке по текущей информации, автоматизирующих доводку расписания с частично нерасставленными экзаменами. Применение этой ИС сокращает производственный цикл составления расписания экзаменов.

Достоверность полученных результатов и выводов подтверждена использованием общепринятых математических методов, результатами моделирования и верификацией модели, практической реализацией, подтвержденной актами.

Реализация и внедрение результатов работы. Автоматизированная ИС управления практикой студентов создана впервые в России и используется на кафедре ИПОВС МИЭТ с осени 2001 года. ИС составления расписания экзаменов с СПС создана впервые в вузовской практике и передана в эксплуатацию в Учебный отдел МИЭТ в 2002г.

Созданная впервые в России ИС КСР с СПС используется с декабря 2003 года в ОАО «ОТИК» при решении задач по государственному контракту в рамках ФЦП «РЕОИС» для проекта: «Создание телекоммуникационной системы доступа школ к информационным образовательным ресурсам в субъектах Уральского федерального округа».

Результаты моделирования верифицированы на реальных данных в ИС поддержки телемаркетинга, разрабатываемой в ОАО «ОТИК» для решения задач информатизации регионов.

Внедрение результатов диссертационной работы подтверждено соответствующими актами.

На защиту выносятся:

1. Результаты анализа методов и алгоритмов функционирования систем КСР и обоснование необходимости создания новых методов построения и модификации ИС.

2. Методика СПС в ИС и методы построения ИС с СПС.

3. Методика оценки резервов времени в цепочке работ и рисков срыва работ для ИС КСР, результаты экспериментальных исследований и моделирования.

4. Формализация оценки эффективности применения самонастройки в ИС на этапе модификации.

5. Алгоритм решения задачи составления расписания экзаменов в вузе с применением самонастройки по текущей информации.

6. Результаты реализации предложенных методов и алгоритмов в ИС КСР с СПС.

Апробация работы. Основные результаты исследования были представлены на 8 международных, всероссийских и межвузовских научных конференциях:

1. Международная научно-практическая конференция молодых ученых, аспирантов и студентов: «Применение статистических и экономических методов в анализе социально-экономических процессов» - г. Москва, МЭСИ, 2002 г.

2. Девятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2002» - г. Москва, МИЭТ, 2002 г.

3. Десятая юбилейная международная студенческая школа-семинар «Новые информационные технологии» - Крым, г. Судак, г. Москва, МГИЭМ, 2002 г.

4. Десятая международная конференция «Математика, компьютер, образование» - г. Москва, МГУ, 2003 г.

5. Десятая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2003» - г. Москва, МИЭТ, 2003 г.

6. Пятая всероссийская молодежная научно-практическая конференция «Антикризисное управление в России в современных условиях» - г. Москва, МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2003 г.

7. Одиннадцатая всероссийская межвузовская научно-техническая конференция студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика - 2004» - г. Москва, МИЭТ, 2004 г.

8. Технический семинар «Низкозатратные спутниковые сети передачи данных: опыт «Общероссийского Технического Информационного Канала», 1999-2004 гг.» в рамках 7-й Международной выставки ведомственных и корпоративных информационных систем, сетей и средств связи, проводимой Министерством информационных технологий и связи РФ - г. Москва, Выставочный комплекс «Гостиный двор», 2004 г.

Публикации. Основные результаты диссертации представлены в 14 работах, опубликованных в центральных журналах, сборниках и в вузовских изданиях России.

Личный вклад автора. Основные результаты получены автором лично, а именно:

1. Обоснование необходимости создания новых методов построения и модификации ИС.

2. Методы построения и алгоритмы функционирования ИС КСР со структурно-параметрической самонастройкой.

3. Методика оценки резервов времени и рисков срыва работ для ИС КСР.

4. Формализация оценки эффективности самонастройки в ИС на этапе модификации.

5. Моделирование вероятностных процессов в ИС КСР и верификация модели по реальным данным.

6. Информационная система составления расписания экзаменов с самонастройкой по текущей информации, алгоритмы и программы решения задачи в условиях МИЭТ, пользовательский интерфейс.

Методика СПС в ИС разработана совместно с научным руководителем.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 148 страниц основного текста, 59 рисунков, 13 таблиц, список литературы из 188 наименований и 4 приложения. Приложения содержат обзор известных ИС с функциями контроля и сопровождения работ; алгоритмы и схемы данных для разработанных ИС со структурно-параметрической самонастройкой; листинги программ; копии документов о внедрении и использовании.

Заключение диссертации по теме «Системный анализ, управление и обработка информации (по отраслям)», Румянцева, Елена Львовна

Основные результаты диссертационного исследования заключаются в следующем.

1. Проанализирована область контроля и сопровождения работ на предприятии, включая математическую модель для решения задачи управления по результатам контроля исполнения работ.

2. Выделены классы ИС, автоматизирующих управленческие процессы на предприятиях, проанализированы функциональные возможности известных ИС. Показано, что ни одна из рассмотренных систем не обладает свойством адаптируемости.

3. На основе анализа жизненного цикла ИС показано, что традиционные методы и средства проектирования ИС в разной степени поддерживают этапы разработки и эксплуатации системы: изменение требований к системе на этапе эксплуатации влечет повторение всего цикла разработки ИС или его части.

4. Обоснована целесообразность применения при создании и модификации ИС принципа самонастройки, позволяющего учитывать изменение требований к системе в процессе ее эксплуатации.

5. Предложена методика структурно-параметрической самонастройки в ИС, эффективная на этапах их модернизации без участия разработчика. Сформулировано определение «информационная система со структурно-параметрической самонастройкой». Проведена разработка математической модели модификации ИС и введен интегральный показатель затрат на модификацию как функционал от параметров системы.

6. Для этапа создания системы разработано два метода построения ИС со структурно-параметрической самонастройкой: построение прототипа системы для самонастройки нового образца ИС и построение ядра системы для генерации изменяемой части нового образца ИС. Для этапа функционирования ИС показана возможность применения принципа самонастройки при решении оптимизационных задач на основе текущих данных от объекта управления и критерия, формируемого пользователем.

7. Проведен анализ эффективности применения самонастройки в ИС с помощью графов, отражающих состав и последовательность этапов создания и модификации ИС. Показано, что сокращение трудоемкости работ по созданию и модификации ИС за счет элементов самонастройки составляет от 1,5 до десятков раз относительно традиционного пути в зависимости от числа этапов, на которые осуществляется возврат, и числа рециклов.

8. Предложена методика оценки резервов времени и рисков срыва работ для ИС контроля и сопровождения работ, включающая:

- оценку резервов времени в цепочке работ в целом и на завершающих этапах в зависимости от числа слагаемых и вероятностных законов их распределения;

- оценку рисков срыва работ с целью определения оптимальной стратегии планирования работ.

9. Проведено моделирование вероятностных процессов в ИС контроля и сопровождения работ. Проведена верификация модели по реальной статистике сроков прохождения письменных обращений в Управления образованием регионов РФ из ИС поддержки телемаркетинга. Полученные результаты подтверждают адекватность предложенной методики оценивания резервов времени в ИС контроля и сопровождения работ. Общий объем созданных программ моделирования составляет 0,8 Мбайт.

10. Обоснована необходимость использования алгоритмического метода для решения задачи составления расписания. Предложены алгоритмы составления расписания экзаменов в вузе при случайном и детерминированном определении дней экзаменов.

11. На основе методики структурно-параметрической самонастройки в ИС разработаны и реализованы следующие информационные системы со структурно-параметрической самонастройкой, доведенные до внедрения:

- ИС управления практикой студентов (внедрена на кафедре ИПОВС МИЭТ);

- ИС контроля и сопровождения работ по информатизации сельских школ в Уральском регионе (внедрена в ОАО «ОТИК»);

- система автоматизированного составления расписания экзаменов в вузе (внедрена в Учебном отделе МИЭТ).

Общий объем программного обеспечения ИС составляет 7,5 Мбайт.

Кроме того, в разработке находится автоматизированная ИС поддержки телемаркетинга для ОАО «ОТИК».

Таким образом, в результате исследований, проведенных автором, разработаны методы построения и алгоритмы функционирования информационных систем контроля и сопровождения работ со структурно-параметрической самонастройкой, позволяющие на основе современных информационных технологий повысить эффективность работ по созданию, введению в действие и модификации таких систем.

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Румянцева, Елена Львовна, 2005 год

1. Мишенин А.И. Теория экономических информационных систем: Учебник. 4-е изд., ) доп. и перераб. - М.: Финансы и статистика, 2000. - 240 е.: ил.

2. Информатика. Базовый курс / Симонович C.B. и др. СПб: Питер, 2001. - 640 с. Симонович С., Евсеев Г., Алексеев А. Общая информатика. - М.: АСТ-Г1рссс,2000. -592 с.

3. Трояновский В.М. Проектирование информационных систем. Курс лекций. М.: МИЭТ, 2002. - 104 с.

4. Устинова Г.М. Информационные системы менеджмента/ Учебное пособие. СПб: Изд-во «ДиаСофт ЮП», 2000. - 368 с.

5. Конторович С.П. Управление инвестиционной привлекательностью предприятия (системно-оценочный аспект): Дисс. к.э.н. М., 2003. - 152 с.

6. Эмерсон Г. Двенадцать принципов производительности / Пер. с англ. М.: Экономика, 1972.-223 с.

7. Труд руководителя. Учебное пособие для руководящих управленческих кадров. / Под ред. Г.Х. Попова М.: Экономика, 1975 г. - 231 с.

8. Процедура исполнения служебного задания. Материалы внутреннего обучения компании CBOSS, 2001. 62 с.

9. Гастев А.К. Как надо работать (практическое введение в науку организации труда). -М.: Экономика, 1966.-238 с.

10. Керженцев П.М. Принципы организации. М.: Экономика, 1968. - 372 с.

11. Управление трудовыми ресурсами: Справ, пособие / О.П. Апостолев, Л.С. Бляхман, Г.Х. Гендлер и др.; Рук. авт. кол. Э.Р. Саруханов; Под общ. ред. Л.А. Костина. М.: Экономика, 1987 - 343 с.

12. Шесть шагов в будущее. Как массовая индивидуализация меняет наш мир / Ферн Э.Дж., Либерзон В.И., МакГурти К.Б. и др.; Пер. с нем. В.И. Либерзона. Под ред. В.И. Либерзона. Киев: Логос, 2003. - 148 с.

13. Ицкович Э.Л. Контроль производства с помощью вычислительных машин. М.: Энергия, 1975.-416 с.ф 14. Ицкович Э.Л., Трахтенгерц Э.А. Алгоритмы централизованного контроля и управления производством. М.: «Советское радио», 1967. - 352 с.

14. Богданов В.В. Управление проектами в Microsoft Project 2002: Учебный курс (+ CD) / СПб.: Питер, 2003. 640 с.

15. Введение в технологию. Методическое пособие для первого этапа. Материалы внутреннего обучения компании CBOSS. Москва, Ассоциация «CBOSS», 2001. -254 с.

16. Крайнева Э.В. КИС «Флагман»: Документооборот // Бухгалтер и компьютер. 2004. -№4.-С. 42-47.

17. Крайнева Э.В. Система «Флагман»: управление финансами // Бухгалтер и компьютер. -2002.-№1.-С. 32-35.

18. Лобач Д. Сетевое планирование в Microsoft Project // Он-лайн журнал «Softkey.info» // www.softkey.info/reviews/review.php?ID=357.

19. Федосеев А. Внедрение автоматизированной системы процессного управления на шаг впереди конкурентов (системы класса workflow) // www.intalev.ru/publications/?uin=309.

20. Арлазаров B.JL, Емельянов Н.Е. Управление информационными потоками. / Под ред. Н.Е. Емельянова. М.: Институт системного анализа РАН, 2002. — 368 с.

21. Васильев Д.К., Колосова Е.В., Цветков A.B. Процедуры управления проектами // Информационно-методическое издание «Инвестиционный Эксперт». 1998. - №31-35.-с. 5-7.

22. Морозов А.Г. Переход от операционного обеспечения к аналитическим системам -следующий шаг в развитии информационных технологий для операторов связи // www.cboss.ru/press/articlel9.html.

23. Бояршинова А.И., Рудаков И.В. Определение требований к технологическому процессу разработки программного обеспечения // Информационные технологии. -2003.-Ns3.-C. 18-26.

24. Диго С.М. Проектирование баз данных: Учебник. М.: Финансы и статистика, 1988. — 216 с.

25. Диго С.М. Проектирование и использование баз данных: Учебник. — М.: Финансы и статистика, 1995. 208 с.

26. Боэм К.У. Инженерное проектирование программного обеспечения. — М.: Радио и связь, 1985.-512 с.

27. Вендров A.M. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем: Учебник. -М.: Финансы и статистика, 2000. 352 с.

28. Липаев В.В. Проектирование программных средств: Уч. Пособие для вузов. М.: Высшая школа, 1990.-303 с.

29. Самойленко С.И. Системы обработки информации (Принципы построения. Тенденции развития за рубежом). М.: Наука, 1975. - 254 с.

30. Брукс Ф.П. Как проектируются и создаются программные комплексы (Мифический человеко-месяц): Пер. с англ. / Под ред. А.П. Ершова. М.: Наука, 1979. - 152 с.

31. Колесов A.A., Павлова O.P. Интеграция VBA в бизнес-приложения независимых разработчиков. Часть 1,2// www.microsoft.ru.

32. Балашов Е.П. Эволюционный синтез систем. М.: Радио и связь, 1985. - 328 с,

33. Баскин В.А., Брюнин В.Н., Сударенко Д.А., Оганджанов Г.К. Электронный стандарт предприятия // Тезисы докладов IV международной конференции: Электроника и информатика 2002, часть 2 М.: МИЭТ, 2002 г. - с. 359-360.

34. Березин И. NetWeaver: интеграция приложений и информации // Открытые системы. -2004.-№7.-С. 20-25.

35. Березняцкий A.B. Интеллектуализация конструирования информационных систем на базе адаптивных агентных моделей: Автореф. дисс. канд. техн. наук. Томск, 2004. — 26 с.

36. Ricke D.D. Technical note A three-dimensional framework for information technology solutions. / IBM Systems Journal. - 2000. - vol 39. number 2 - p. 135-148.

37. Варфоломеев В.И. Алгоритмическое моделирование элементов экономических систем: Практикум: Учеб. пособ. для вузов. М.: Финансы и статистика, 2000.-208 с.

38. Вендров A.M. Проектирование информационных систем в экономике: Учебник для вузов. М.: Финансы и статистика, 2000. - 276 с.42