Теоретико-методологические основы качества информационных систем

Логическим развитием работ по совершенствованию качества ИС является создание системы, обладающей свойствами механизма активного воздействия на качество управляемых ИС. На этапах моделирования вырабатывается, например, посредством структурно-параметрического синтеза, представление о принципах, структуре, основных свойствах, порядке, методах и средствах создания механизма СКИС и др. Механизм должен объединить разнообразные методы и ресурсы улучшения качества во взаимоувязанный гармонизированный комплекс. Это относится к информационным, техническим, программным и другим факторам. В нашем случае таким механизмом представляется, например, КС УКИС, которая является организационно-технической и информационно-технологической системой, механизмом систематического и активного воздействия на уровень качества ИС в реальном масштабе времени [98].

При создании дескриптивной модели СКИС с учетом принципа системности примем допущение, что на первоначальном этапе моделирования эта модель будет иметь обобщённый характера. Эта обобщенность в определенной мере обусловливает редукцию модели [115]. Вместе с тем, обобщенность модели не исключает свойства иерархичности модели. Так, например, развитием обобщённой модели СКИС будут частные (маргинальные) модели СКИС, являющиеся структурными соподчиненными компонентами обобщённой модели, например, модель измерения, оценки качества и др. Эти модели как структурные компоненты расширяют, уточняют и развивают представление обобщённой модели в рамках субординации обобщённой и соответствующих маргинальных моделей.

Одной из непременных целевых установок построения модели СКИС является определение набора свойств моделируемого объекта. При этом следует учитывать, что большая часть свойств СКИС определяется содержанием управляемого объекта, то есть, в нашем случае это качество ИС. К средствам описательного моделирования относится набор традиционных методов исследования изучаемых объектов. В инструментарий дескриптивного моделирования СКИС можно включить следующие методы исследования: теория управления, теория надежности, квалиметрия, определение, сравнение, анализ, синтез, индукция, дедукция, классификация, редукция, системный подход, семиотика, лингвистика и др.[12,13,101,159,218]. Каждый из этих методов выбирается в соответствии с характером и этапом решаемой задачи СКИС.

Выявление свойств можно выполнить методом классификации ИС [121,124]. Основанием деления выбираются существенные признаки с позиций характера решаемой задачи в семантическом, синтаксическом и прагматических аспектах. Выделим и рассмотрим отдельные категории из фрагмента классификации свойств (таблица 2.3). Каждое из представленных свойств, в свою очередь, может быть разделено на

Таблица 2.3

Фрагмент классификации свойств ИС

ряд подсвойств, например, массивы документации по учету кадров могут быть разделены на документацию по учету научных кадров, кадров с высшим образованием и т.д. Можно констатировать наличие иерархичности свойств ИС. Периодичность обработки и выдачи производной информации абонентам может быть в диапазоне от одного часа до пятилетки. Но при всех условиях ИС должна обеспечить своевременную выдачу производной документации, то есть за время, не превышающего периода анализа документации и выработки решения в рамках циклах управления. Это требование часто нарушается на уровне управляемой ИС и система СКИС должна контролировать этот параметр и поддерживать его на заданном уровне.

Уровень использования ИС может иметь широкий диапазон, например, по всей иерархии народного хозяйства вплоть до отдельного рабочего места. Таким образом, семантические свойства характеризуют, в частности, степень соответствия ИС характеру задач, решаемых системой. При рассмотрении синтаксических свойств ИС она характеризуется не только иерархичностью, но и многосвязностью структуры. С учетом сочетания этих свойств структура ИС в целом может быть идентифицирована как смешанная. Существенным признаком ИС является устойчивость структуры. Поэтому структура может быть детерминированной, вероятностной, хаотической и смешанной. На практике приходится встречаться с вероятностным и (или) смешанным видом устойчивости структуры. Специфика структуры ИС обладает вероятностным характером, так как элементы структуры в процессе функционирования могут отклоняться от установленных требований - ошибки исполнителей, отказы ЭВМ, искажение показателя и др.

В решении практических задач структура ИС может быть представлена в функциональном и обеспечивающем аспектах. Функциональный аспект определяется содержанием задач ИС, в частности, по обработке информации. С целью обеспечения установленных требований почти каждый этап технологии сопровождается контрольными операциями на соответствие операций обработки предъявляемым нормам и инструкциям со стороны системы управления.

При рассмотрении структуры ИС в обеспечивающем аспекте можно выделить следующие ее блоки: документационно-информационный, технический, программно-математический, организационный. Каждый из указанных блоков состоит, в свою очередь, из подблоков, подблоки из элементов. Отказ какого-либо элемента может быть причиной дефекта обработки данных. Так, например, нерациональная структура источника информации может обусловить увеличение ошибок на этапе ввода данных в ЭВМ. Потенциально возникает действие факторов документационно-информационного, технологического, программного и организационного характера, негативно влияющих на качество обработки.

Семантические и синтаксические свойства тесным образом связаны с прагматическими свойствами ИС. В этой связи необходимо учитывать функциональную составляющую ИС и возможность некоторого пересечения показателей, например, оценки надежности и эффективности, с показателями оценки качества [98,159]. В общем случае функциональная эффективность технологического процесса может быть отображена такими показателями как «пропускная способность ИС» и «производительность ИС». «Пропускная способность ИС - это обобщенный показатель качества функционирования ИС, отображающий способность технологии ИС выполнить прохождение определенного объема данных в единицу времени». Лексема «прохождение» подразумевает здесь достаточно широкий спектр логических и технических процедур. Понятие «производительность ИС» более ориентировано на конкретную целевую функцию ИС - выдачу результатной информации пользователю. «Производительность ИС - это обобщенный показатель качества функционирования ИС, отображающий способность ИС производить и выдавать информационную продукцию определенной по форме и содержанию в единицу времени». Относительно временного периода производительность в общем случае должна быть такой, чтобы можно было обеспечить абонентов производной документацией в сроки, позволяющие выполнить анализ документов и принять решение в рамках цикла управления. Производительность, рассматриваемая, как показатель качества технического характера достаточно хорошо отражает функциональное состояние ИС. Вместе с тем, не всегда и не везде соответствие установленным требованиям можно определить по одному функциональному показателю. В определенных условиях увеличение производительности может быть оправдано до определенных границ, очертить которые можно путем привлечения экономических показателей, в частности, таких как «себестоимость обработки информации ИС - это обобщенный показатель качества функционирования ИС, отображающий объем финансовых затрат на обработку приведенной единицы информации». В зависимости от условий решения задачи «приведенной единицей информации» могут выступать следующие категории: показатель, запись, таблица, файл, документ, база данных и др. При условии расширенного понимания «приведенной единицы информации» в ее роли могут выступать не только предметы, но и процессы, например, транзакции - снятие денег со счета, поиск документа и др.

Проблема адекватной оценки КИС заключается не столько в измерении отдельных свойств, а сколько в определении единой обобщенной численной характеристики всех свойств ИС. Обобщенный показатель в принципе отображает не отдельные совокупности свойств ИС, а «нечто большее». Это нечто большее можно трактовать как свойство ИС, которое не учитывается ни одним из показателей ИС в отдельности. В данном случае это условие можно идентифицировать как показатель эмерджентности ИС [98,100]. «Эмерджентность ИС - это свойство ИС, формируемое путем организации и гармонизации составных элементов ИС, которым не обладает каждый элемент ИС в отдельности». Эмерджентность может относиться к составляющим компонентам ИС, например, информационная, программная, если эти составляющие условно рассматривать как автономные системы. Примером эмерджентности ИС может служить обобщенный показатель производительности ИС, так как свойством «выдавать результатные документы пользователю» не обладает ни одна из подсистем ИС в отдельности. Вместе с тем, при автономном рассмотрении, например, процессора ЭВМ как части ИС можно говорить о быстродействии процессора. В данном случае имеет место условие иерархичности свойств ИС [104,124].

В контексте рассмотрения свойств СКИС следует отметить такие свойства как метаинформационность и метасистемность. Свойство метаинформационности может быть обозначено, например, относительно технологии обработки данных. Технологический процесс КС УКИС должен проводить обработку данных о качестве обработки данных, выполняемой в рамках технологического процесса управляемой ИС. Результатом такого взаимодействия будет информация о качестве информации, то есть метаинформация, которая обусловливает наличие свойства метаинформационности СКИС, как системы. Метасистемность будет проявляться в том, что система СКИС, взаимодействуя и управляя функционирующей ИС, содержит ее описание и представляется в контуре СКИС как метасистема. Можно предположить, что на этапе синтеза КС УКИС учет указанных свойств позволит реструктурировать информационные, программные, технические и трудовые ресурсы при эксплуатации системы СКИС, что обеспечит существенную экономию этих ресурсов [98,102].

При рассмотрении системы СКИС необходимо учитывать возмущающие воздействия на систему и ее компоненты, в частности, на управляемую ИС [98]. На качество ИС воздействуют факторы различного характера - документационные, технологические, программные и др. В свою очередь на факторы могут влиять определенные условия, например, объем обрабатываемых документов, режим обработки данных, характер энергоснабжения и др. Не исключаются и условия внешней среды высокого ранга - экономические, политические, правовые и др.

Для идентификации факторов и условий, оценки КИС и обеспечения управления необходимо решить задачу измерения КИС. В структуре модели СКИС значительное место занимает модель измерения КИС. Эффективность измерения качества определяется применением прогрессивных методов и средств, в частности, научной дисциплины - квалиметрии [1]. Квалиметрия может рассматриваться как часть эконометрики и одновременно метрологии, то есть она междисциплинарна. Измерению подвергаются свойства ИС, вернее интенсивность их проявления [67,166]. В пространстве и времени возникали различные единицы измерений - меры. В системе СКИС измеряемая величина это некоторое свойство, которое необходимо выразить вполне определенно, например, через количество. Всякое свойство индивидуально в количественном отношении и характеризуется размером. Таким образом, измерение качества в задачах СКИС целесообразно выполнять посредством квантификации свойств. Для решения определенных задач СКИС, например, прогнозирования производительности ИС, возможно потребуется измерять не только интенсивность свойства, но и количественное измерение факторов по различным шкалам, например, измерение дефектов по достоверности информации в шкалах времени, стоимости и др. Простейший способ получения информации о размере измеряемой величины состоит в сопоставлении его с размером другой величины по известной формуле W = K/d, где W - измеренная величина; K - число (объем) измеряемых единиц; d - единичный (эталонный) размер измерения [1,166]. Эта формула отражает базовое уравнение численных измерений. Измеряться могут не только величины, но и их зависимости от других величин, характеризующих сопутствующие свойства. В таком случае результат измерения относится к показателю функциональной зависимости при фиксированном значении аргумента. Если с помощью некоторой меры сформировать образцовую зависимость, то можно проводить измерение аналогичной функции, а не ее отдельного значения. Средства измерений СКИС можно идентифицировать путем их классификации по признакам (таблица 2.4).

Таблица 2.4

Средства измерения качества информационных систем

Методы измерения можно классифицировать по различным признакам: по точности измерений, по числу измерений в серии, по отношению к изменению измеряемой величины, по назначению, по форме выражения результата измерений и т.д. По способам получения результата все виды измерений разделяются на классы: прямые, косвенные, совокупные и совместные измерения. «Прямое измерение качества ИС - это способ измерения, при котором результат получается непосредственно из опытных данных измерения качества ИС». Так, например, программа диагностики входных документов на этапе их ввода в ЭВМ обнаружила в 100 документах 20 пропущенных оператором ввода значений показателей (реквизитов-оснований). «Косвенное измерение качества ИС - это способ измерения, при котором искомая величина непосредственно не измеряется, а ее значение определяется на основании известной зависимости между этой величиной и величинами, полученными в результате прямых измерений качества ИС». Примером косвенных измерений может служить себестоимость обработки документа, полученной в результате анализа регрессионной зависимости себестоимости от независимых переменных, в частности, дефектов обработки. «Совокупное измерение качества ИС - это способ измерения нескольких однородных величин в различных их сочетаниях, значения которых определяется решением системы соответствующих уравнений, отображающих качество ИС».

Можно измерить своевременность информации по отдельным этапам технологии обработки, по отдельным видам обрабатываемой информации (задачам), по отдельным классам ИС и др. Вместе с тем можно измерить своевременность обработки информации по указанным категориям в целом или по их сочетаниям в соответствии с задачей оценки качества ИС. «Совместное измерение качества ИС - это способ измерения, заключающийся в одновременном измерении двух или нескольких неоднородных величин качества ИС для установления зависимости между ними». Так, например, на основании двух одновременных измерений - искажений в информации и производительности ИС можно определить коэффициент весомости достоверности информации ИС.

В зависимости от используемых принципов и средств измерений совместные измерения подразделяются на методы непосредственного измерения и методы сравнительного измерения. «Метод непосредственного измерения качества ИС - это способ измерения качества ИС, по которому измеряемая величина определяется путем непосредственного снятия параметра (показателя) качества ИС с измерительного устройства». Примером может служить измерение напряжение и (или) силы тока модуля питания системного блока ЭВМ. «Метод сравнительного измерения качества ИС - метод измерения качества ИС, по которому измеряемая величина определяется путем сравнения с известной базовой или эталонной величиной качества ИС». Результаты измерений выражаются в натуральных единицах измерений, например, фактическое количество дефектных документов сопоставляется с базовым значением - количества дефектных документов ИС заданного класса, или в безразмерных, удельных единицах - процентах, долях и др.

Возьмем и другие определения понятий, так «статическое измерение - это измерение, когда измеряемая величина принимается в соответствии с условиями измерительной задачи за неизменную на протяжении времени измерения», «динамическое измерение - определение изменяющегося с течением времени размера величины». Такое изменение размера измеряемой величины требует фиксации момента времени. При замере своевременности обработки документов ИС следует фиксировать время запаздывания обработки того или иного документа по каждому из этапов обработки. К финишным этапам технологического процесса обработки величина запаздывания увеличивается, если оператор системы СКИС не принимает нужных решений. Физико-технические или технические измерения - это такие измерения, которые выполняются с использованием единиц физических величин, например, величина экранного «пикселя», интенсивность светового излучения экрана видеотерминала. «Социально-экономические измерения - это определения значений показателей, относящихся к социальным и экономическим аспектам ИС», например, измерение числа операторов ввода данных в ЭВМ обученных работе с программой диагностики качества входных документов за год. «Метрологические измерения - измерения с помощью эталонов и образцовых средств измерений, рабочих единиц физических величин для передачи их размера техническим средствам измерений». Так, например, измеряется посредством вольтметра параметры напряжения электротока в локальной вычислительной сети (ЛВС). «Абсолютное или фундаментальное измерение качества ИС - это прямое измерение одной или нескольких физических размеров свойств ИС с использованием основных натуральных единиц измерений и (или) значений физических констант». Примером данного измерения может служить замер количества файлов, занесенных в определенную базу данных ИС. «Относительное измерение качества ИС - это измерение изменяемой величины ИС по отношению к одноименной величине, принимаемой за исходную эталонную». Так, например, переменное значение объема базы данных можно измерить через отношение числа файлов фактически введенных в БД к общему числу файлов, подлежащих к вводу в эту БД в соответствии с техническим заданием на разработку БД.

Средством и формой отображения измерений являются шкалы измерения качества (ШИК). Наиболее применимыми в измерении параметров ИС являются шкалы порядка, шкалы интервалов и шкалы отношений. «Шкала порядка - это вид шкалы измерения качества ИС, измерение в которой основано на систематизированном представлении величины размеров путем ранжирования сопоставляемых размеров». Ранжированием в данном случае представляется метод установления определенной последовательности рассматриваемых размеров, осуществляемый попарным сопоставлением всех имеющихся размеров. С целью упрощения измерений часто некоторые выбранные размеры фиксируют в качестве опорных или так называемых реперных точек. Например, интенсивность ошибок при вводе данных в ЭВМ эксперты могут оценивать по реперным шкалам порядка. В некоторых случаях реперным размерам могут быть присвоены цифровые величины, называемые баллами. Оценочные измерения по шкале порядка широко используются при различных контрольных задачах, например, при сертификации технических средств - ЭВМ, ее блоков, аппаратуры передачи данных и др. Порядковые переменные позволяют ранжировать (упорядочить) объекты, указав какие из них в большей или меньшей степени обладают качеством, выраженным данной переменной. Однако они не позволяют измерить компоненту ИС или ее свойство количественно, то есть «на сколько больше» или «на сколько меньше». Порядковые переменные иногда также называют ординальными. Примером порядковой переменной может служить уровень интенсивности ошибок при вводе данных в ЭВМ: ниже допустимого уровня, допустимый уровень, выше допустимого уровня. Понятно, что точка «выше допустимого уровня» лучше «допустимого уровня», однако определить количественную разницу между этими точками здесь не представляется возможным.

Более информативными являются интервальные шкалы. «Шкала интервалов - это вид шкалы измерения качества ИС, измерение в которой проводится путем регистрации интервальных отличий сопоставляемых размеров». Шкала имеет вполне определенные интервалы - части фиксированных размеров между точками размеров. Положительным свойством является то, что по данным шкалы интервалов можно определить не только то, что один размер больше или меньше другого, но и оценить, на сколько один размер отличается от другого. Формой установления масштаба на шкале интервалов служит градация. Интервальные переменные позволяют не только упорядочивать объекты измерения, но и численно выразить и сравнить различия между ними. Например, интервалы временной гистограммы могут отображать количество сбоев программы ЭВМ в каждом определенном интервале времени.

Шкала отношений является наиболее совершенной и широко применяемой. «Шкала отношений - это вид шкалы измерения качества ИС, измерение в которой проводится путем определения численного значения измеряемой величины как математическое отношение определенного размера к другому размеру». Формирование шкалы отношений по возрастанию или убыванию численных значений есть построение шкалы отношений в цифровых пределах от нуля и возможно до бесконечности. Со значениями шкалы отношений выполняются все математические действия. Однако построение шкалы отношений при измерении определенных свойств ИС с ее помощью не всегда возможно. Типичным примером шкал отношений являются измерения объема. Например, время измеряется только по шкале интервалов, а объем информации обычно измеряют по шкале отношений, например, число введенных записей в базу данных равно 1000. Такая шкала измерений содержит абсолютную нулевую отметку. Это позволяет не только оценить и сравнить расстояния между наблюдениями, но и интерпретировать каждое значение переменной в абсолютной шкале, измеряющей данное качество, например, при измерении объема - 1000 записей не только на 800 записей больше, чем 200 записей, но и в 5 раз больше, чем 200 записей. В принципе объем записей можно измерить и по шкале интервалов, так как шкала отношений является частным случаем шкалы интервалов.

Существуют еще номинальные шкалы, которые могут применяться только для качественной классификации. Номинальные переменные измеряются в аспекте принадлежности к некоторым существенно различным классам. Например, переменная по содержанию данных ИС может быть «измерена» по шкале со следующими категориями: финансовая, юридическая, техническая и т.д.

По характеру измеряемых величин в квалиметрии ИС можно различать следующие виды шкал: натуральные (число документов, сканеров, принтеров и т.д.), стоимостные (себестоимость обработки документа, стоимость поиска документа в БД, стоимость хранения файла и т.д.), удельные (коэффициент своевременности документов, коэффициент достоверности данных, процент дефектов и т.д.) и др. В этой связи система измерений качества ИС должна обеспечить не только количественное отображение значений показателей КИС, но также и определение адекватного состава этих показателей. Нужен такой индикатор, который обеспечил бы адекватность определения показателей качества по полноте состава, их содержанию и интенсивности проявления. Таким индикатором представляется дефект, который согласно нормативному документу трактуется как «невыполнение требований, связанного с предполагаемым или установленным использованием» [41,130]. Можно согласиться с расплывчатостью такого определения дефекта. В нашем случае «дефект - случайное событие в виде сбоя или отказа информационной системы, её какого-либо блока, повлекшие ухудшение качества ИС и результата её функционирования - информационной продукции».