Размещено на http://www.allbest.ru

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Технологии И модели управления проектами создания и развития крУПНОМАСШТАБНЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ

05.13.10 - Управление в социальных и экономических системах

Дёмин Борис Евгеньевич

МОСКВА 2009

Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Научно-исследовательский институт «Восход» (ФГУП НИИ «Восход»), г. Москва и в Московском государственном горном университете

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Редкозубов Сергей Алексеевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Матвеев Михаил Григорьевич;

доктор физико-математических наук, профессор Певзнер Леонид Давидович;

доктор технических наук, профессор Макаров Валерий Фёдорович

Ведущая организация: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного горного университета

Ученый секретарь диссертационного Совета

кандидат технических наук, доцент Адигамов А.Э.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. В настоящее время крупномасштабные информационно-коммуникационные системы (ИКС), типичным представителем которых может служить Государственная автоматизированная система Российской Федерации «Выборы» (ГАС «Выборы»), стали не только неотъемлемой частью повседневной деятельности, но и способом достижения стратегических преимуществ в политике, бизнесе, производстве, военном деле, в других областях. Отличительными чертами этих систем являются:

- непосредственная социальная или экономическая направленность;

- глобальный пространственный размах (страна, регион, отрасль народного хозяйства);

- долговременный период существования, соизмеримый с жизнью целого поколения;

- большое количество разнородных составных компонентов (технических, математических, информационных, программных и др.);

- существенные экономические затраты на проектирование, разработку и эксплуатацию, ощутимые на уровне федерального бюджета;

- большое количество исполнителей (людей, организаций, фирм), привлекаемых для отработки и осуществления проекта;

- уникальность и неповторимость технических, программных и структурных решений, положенных в основу создания системы.

Внедрение проектов крупномасштабных ИКС невозможно осуществить одноактно, это эволюционный процесс комплексного постепенного наращивания их возможностей за счёт последовательной оптимизации структуры, поэтапного совершенствования программно-технической среды, а также перманентной модернизации программно-математического, лингвистического и информационного обеспечений. Оценить эффективность таких постоянно развивающихся проектов по критерию «выгоды - затраты» невозможно, а зачастую такая оценка и нецелесообразна. Проектирование крупномасштабных ИКС можно сравнить с фундаментальными научными изысканиями, эффект которых, как известно, не поддается точной экономической оценке, но тем не менее их существенное влияние на развитие социальной среды не вызывает сомнений.

Центральной из всего многообразия проблем, связанных с созданием и развитием проектов крупномасштабных ИКС, выступает проблема управления этим процессом, от качественного решения которой в значительной мере зависит социальная значимость проекта, а также эффективность и надежность функционирования ИКС.

Решение этой проблемы возможно только в том случае, если оно опирается на адекватную методологическую, технологическую, модельную и программно-инструментальную базу. Вместе с тем в настоящее время управление проектами создания и развития этих систем рассматривается скорее как искусство компьютерного программирования (в рамках линейной схемы проектирования), чем строгая наука, базирующаяся на системной идеологии и математических моделях анализа и оптимизации проектных решений. В результате проблема решается методом проб и ошибок с частичным привлечением оценочных моделей для расчёта отдельных показателей типа защищенности, надежности, своевременности, безошибочности и др.

Для рассматриваемого класса проектов пока не получили должного развития узловые вопросы интеллектуальной поддержки принятия управленческих проектных решений, в том числе такие, как: комплексная оценка их качества по критериям, позволяющим главному конструктору и заказчику судить о функциональной работоспособности системы; формирование целевой иерархии при управлении проектами создания и развития ИКС; оптимизация организационной структуры ИКС и планирование информационных потоков; организация баз знаний ИКС; оптимизация планов проведения регламентных и иных работ; разрешения многочисленных конфликтных ситуаций между участниками проекта. В результате этого затраты сил, средств и времени на разработку проектов создания и развития крупномасштабных ИКС непрерывно растут. Ведущая идея диссертационного исследования заключается в том, чтобы превратить управление проектами создания и развития крупномасштабных ИКС из искусства в системный технологический процесс обоснования оптимальных проектных решений, основанный на последних достижениях в области системного анализа, управления проектами и математического моделирования. информационный коммуникационный управление гомеостаз

Диссертационное исследование выполнено в соответствии с планами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ФГУП НИИ «Восход» (г. Москва) в рамках Федеральной целевой программы развития ГАС «Выборы».

Цель диссертационного исследования состоит в разработке технологий и моделей интеллектуальной поддержки принятия решений по управлению проектами создания и развития крупномасштабных ИКС и в их практической реализации применительно к управлению проектом ГАС «Выборы».

Таким образом, объектом диссертационного исследования является процесс управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС (типа ГАС «Выборы»), а предметом - технологии, модели и программно-инструментальные средства, обеспечивающие интеллектуальную поддержку решений при управлении этим процессом. При этом, в отличие от традиционного подхода, объект исследования представляется не в виде планов и графиков и иных документов, регламентирующих выполнение проекта, а задаётся постоянно корректируемыми моделями. Иными словами, в качестве управляемого объекта рассматривается собственно проектируемая система, описываемая совокупностью моделей, а планы и графики выполнения работ рассматриваются в качестве документов, контролирующих сроки проведения работ.

Задачи диссертационного исследования:

1. Обосновать использование концепции системного гомеостаза в технологии управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС.

2. Разработать технологию управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС на основе системного гомеостаза, в том числе:

- технологию формирования целевой иерархии при управлении проектами создания и развития ИКС;

- технологию организации процесса проектирования базы знаний и методы её предметного наполнения;

- технологию разрешения неантагонистических конфликтов, возникающих в процессе проектирования ИКС.

3. Разработать комплекс математических моделей в виде диалоговой информационно-расчетной системы интеллектуальной поддержки принятия управленческих проектных решений, включающей:

- модель формирования целевой иерархии при управлении проектами создания и развития ИКС;

- модель анализа качества проекта (морфологическая модель; модель оптимизации организационной структуры проектируемой ИКС; модель анализа качества функциональной работоспособности);

- модель оптимизации планирования информационных потоков между компонентами проектируемой ИКС;

- модель оптимизации планов проведения организационно-технических мероприятий на объектах проектируемой ИКС;

- модель разрешения неантагонистических конфликтов, возникающих в процессе проектирования ИКС.

4. Реализовать теоретические положения и разработанные математические модели в процессе поиска проектных решений по совершенствованию и развитию ГАС «Выборы».

Методологическую базу диссертационного исследования составляют положения теории системного анализа, активных систем, управления проектами, кибернетики и конфликта с привлечением методов теории игр, теории графов и логико-лингвистического моделирования. При разработке диалоговой информационно-расчетной системы использованы принципы структурного программирования и положения теории искусственного интеллекта.

Научная новизна. В диссертационной работе проблема управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС впервые поставлена и решена на основе системно-гомеостатического подхода, что дало возможность разработать и реализовать цикличные итеративные технологии, позволяющие за счет четкой организации проектных циклов повысить обоснованность параметров проекта, сократить сроки отработки параметров и минимизировать затраты на проведение проектных работ.

Получены следующие результаты, обладающие научной новизной:

1. В направлении формализации процесса создания дерева целей и задач разработана технология формирования целевой иерархии на основе последовательной декомпозиции объекта проектирования с одновременной проверкой целей на измеримость, достижимость и существенность.

2. Учтены новые факторы и введены дополнительные критерии, позволяющие при разработке технологии управления проектами осуществить комплексную оценку функциональной работоспособности проектируемого объекта с точки зрения: отсутствия функционального дублирования и полноты функций, наличия информационной избыточности или недостаточности, ресурсной обеспеченности управленческих решений и их согласованности, структурной связанности компонентов.

3. Проблема оптимизации организационной структуры впервые сведена к имитации объекта дискретной ситуационной сетью с последующим поиском ее критического сечения, что позволило разработать простой алгоритм оптимизации структуры проектируемой ИКС по критерию минимума времени ее реакции, в котором аргументом целевой функции являются не числа, а морфология системы, заданная совокупностью бинарных матриц.

4. Разработан новый метод решения задач планирования информационных потоков в ИКС и оптимизации плана организационно-технических мероприятий, реализующий лингвистический вывод в исчислении предикатов первого порядка, что расширило возможности по учету логических ограничений и допущений по сравнению с классическими оптимизационными подходами в технологии управления проектами.

5. Развиты модели управления проектами в направлении учета конфликтов типа «заказчик - разработчик», «разработчик - конкуренты», «разработчик - соисполнители», и на основе использования теории активных систем и неантагонистических игр разработана технология разрешения неантагонистических конфликтов при управлении проектами создания и развития крупномасштабных ИКС.

6. Расширена область применения логико-лингвистического подхода применительно к организации процесса проектирования базы знаний ИКС. На основе комплексного использования языковых средств ролевых фреймов, модификаций -конверсий и семантических сетей разработана технология организации этого процесса, обладающая по сравнению с одноактной и спонтанно-итеративной процедурой «естественный язык компьютерная база» тем качеством, что позволяет заменить эвристические соображения строго формальными методами задания единиц знаний, снизить требования к языкам программирования, а также более полно использовать знания конечного пользователя о предметной области.

7. В процессе реализации теоретических положений применительно к проекту создания и развития ГАС «Выборы» получены обладающие патентной чистотой проектные решения в части принципов построения и алгоритмов функционирования системы в целом и её основных подсистем.

На защиту выносятся:

1. Технология управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС на основе концепции системного гомеостаза, в том числе:

- технология формирования целевой иерархии в процессе управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС;

- технология организации процесса проектирования базы знаний ИКС на основе сочетания языковых средств искусственного интеллекта;

- технология разрешения неантагонистических конфликтов.

2. Комплекс математических моделей, реализованных в виде диалоговой информационно-расчетной системы, обеспечивающей интеллектуальную поддержку проектных управленческих решений.

3. Проектные управленческие решения по развитию ГАС «Выборы» в целом и её подсистем.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационного исследования послужили теоретической базой для проектирования, разработки и внедрения в практику работы ЦИК России проекта развития ГАС «Выборы». При этом реализованы мероприятия Программы развития ГАС «Выборы» в 2001-2004 годах и определена концепция дальнейшего развития системы.

Технологии, модели, выводы и положения, обоснованные в диссертации, использованы в Научно-исследовательском институте проблем управления, информатизации и моделирования Академии военных наук (г. Москва) и во ФГУП НИИ «Восход» (г. Москва) при проведении плановых научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Диалоговая информационно-расчетная система интеллектуальной поддержки принятия проектных решений включена в состав стенда Главного конструктора ГАС «Выборы» и использовалась на всех этапах управления данным проектом.

Эффект внедрения выразился в сокращении рутинной работы инженерного аппарата, в повышении обоснованности параметров проектируемых систем, а также в сокращении сроков выполнения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Суммарный экономический эффект внедрения результатов диссертационного исследования составил около 2450 тыс. руб., что подтверждается актами.

Практическая значимость. Разработанные и реализованные в виде диалоговой информационно-расчетной системы модели поддержки процесса управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС целесообразно использовать при решении проблем информатизации предприятий и отраслей социально-экономического профиля.

Запатентованные проектные решения в части совершенствования принципов построения и алгоритмов функционирования ГАС «Выборы» и ее подсистем приняты как базовые при проектировании и разработке систем другого назначения, в частности ГАС «Правосудие», АС «Государственный регистр населения».

Кроме того, материалы диссертационной работы могут быть использованы студентами вузов в учебном процессе для выполнения курсовых и дипломных проектов, а также в ходе изучения таких дисциплин, как информационные технологии, управление проектами, теория систем и системный анализ, моделирование систем.

Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на: научно-практической конференции «ГАС «Выборы» - 10 лет» (Москва, 2004); Всероссийской научно-технической конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2004); III и IV международных конференциях «Системы управления эволюцией организации» (CSOE-2005, 2007); Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в моделировании, управлении и анализе данных» ИНТЕМ (Тула, 2005); V научно-практической конференции «Современные информационные технологии в управлении и образовании» (Москва, 2005); международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях - ММТТ-19» (Воронеж, 2006); ежегодных научно практических конференциях ФГУП НИИ «Восход» (Москва, 2000-2007); IV Всероссийской научно-технической конференции «Теория конфликта и ее приложения» (Воронеж, 2006).

Публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 40 работах, в том числе в четырех монографиях [1-4], в 11 статьях в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ [5-15] и в одиннадцати патентах на изобретения [16-26]. Из них 8 работ написаны без соавторов [1,5,7,28,33,38,39,40]. В работах, написанных в соавторстве, лично соискателю принадлежат: основные положения методологии гомеостатического управления проектами создания и развития ИКС, включая концепцию, принципы и технологическую схему их системного проектирования [2,10,29,30]; комплекс математических моделей, реализованный в виде диалоговой информационно-расчетной системы обоснования проектных решений в части анализа функциональной работоспособности ИКС [8,13], оптимизации их структуры и оценки качества функционирования ИКС [3,6], способов координации проектов и разрешения конфликтов, возникающих в процессе их обоснования [4,9,11,12,31,33]; метод расчета интегральной оценки состояния системы [14]; идея классификации решений [27,35]; направления развития и метод представления знаний в ИКС [15]; критерии потенциальной управляемости в многоуровневых иерархических системах [34]. В [16] лично соискателем предложена концепция информационного взаимодействия ГАС «Выборы», в [17] - технология анализа активности избирателей, в [18] - концепция построения системы участковой избирательной комиссии, в [19] - концепция построения электронного голосования без использования бумажных бюллетеней, в [20] - концепция информационно-справочной системы по имущественным данным кандидатов и депутатов, в [21] - технологическая схема обеспечения прозрачности контроля избирательных фондов, в [22, 37] - концепция и принципы построения ГАС «Выборы», в [23,24,25,26,36] - способы программно-аппаратной реализации основных компонентов системы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, списка литературы из 125 наименований и приложения. Материал диссертации изложен на 267 страницах машинописного текста, включая 39 иллюстраций и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, отражена научная новизна и практическая значимость полученных результатов.

Первая глава посвящена разработке основных положений технологии управления проектами создания и развития, крупномасштабных ИКС.

В качестве основы управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС использована системная модель, предложенная

В.Н. Бурковым и Д.А. Новиковым, согласно которой управление проектами создания и развития систем данного класса представляется структурной композицией четырех компонентов: субъекта управления; объекта управления; процесса управления проектом и окружения проекта. Субъектами управления выступают активные участники проекта, взаимодействующие при выработке и принятии управленческих решений в процессе его осуществления: заказчик (инвестор), генеральный подрядчик, команда управления проектом (главный конструктор, его заместители, ответственные исполнители составных частей проекта). Объектом управления в нашем случае выступает информационно-коммуникационная система на проектной фазе ее жизненного цикла (от формирования направлений развития до приемки проекта включительно). Под процессом управления проектом понимается целенаправленное воздействие субъектов управления на объект управления посредством принятия и реализации решений в интересах достижения целей проекта с учетом существующих ограничений технического, экономического, организационного и технологического плана. Окружение проекта - это среда, порождающая внешние и внутренние силы, которые способствуют или мешают достижению целей проекта. Кроме того, следует учитывать силы, которые временно занимают нейтральную позицию по отношению к данному проекту. Структура типовых факторов окружения проекта крупномасштабной ИКС представлена на рис. 1.

Основные трудности управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС связаны с тем, что этому процессу, помимо большой размерности, свойственны еще несколько особенностей:

- «субъективность» (при задании целей и принятии решений), обусловленная наличием людей в узлах управления, обладающих определенной свободой в выборе своего поведения и своими собственными интересами, не всегда совпадающими с интересами системы;

- «изменчивость и противоречивость целей» - развитие и функционирование ИКС всегда определяется множеством целей (социальных, экономических, утилитарных и др.), часть из которых в силу объективных и субъективных причин оказываются противоречивыми и изменяющимися во времени;

- «неопределенность» - проектирование и функционирование ИКС всегда протекает при той или иной степени неопределенности, которая пронизывает всю сферу управления (неполная определенность внешней среды и внутренних свойств ИКС, неполная определенность целей и т.п.);

- «конфликтность», проявляющаяся не только во внутренней целевой противоречивости ИКС, но и в существовании многоплановых противоречий между заказчиком, пользователем, разработчиками, конкурентами, злоумышленниками и другими лицами, так или иначе связанными с процессом проектирования, разработки и эксплуатации ИКС;

- «парадоксальность», или известный в логике «замкнутый круг», в нашем случае выражающийся в том, что описание и анализ ИКС возможны только при условии, когда взаимодействующие компоненты определены в результате декомпозиции системы как целого; но ведь само такое разбиение системы на части возможно только при наличии описания данной системы как целого;

- «слабая формализуемость», выражающаяся в том, что многие сущностные свойства проекта ИКС выяснены не настолько хорошо и полно, чтобы их можно было выразить в числах или символах - приходится оперировать не только количественными, но и словесными (качественными) описаниями их аспектов, показателей и критериев функционирования.

В силу указанных особенностей проблема управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС требует разработки особой технологии, которая (помимо системной ориентации) должна предоставлять возможность преодолевать трудности, возникающие вследствие отмеченных особенностей. В наилучшей степени такому требованию отвечает гомеостатическая концепция управления сложными системами, основанная на принципах этапности, цикличности и итеративности, в совокупности позволяющих синтезировать известные подходы к управлению проектами на этапах: обследования, формирования облика системы, обоснования направлений развития, разработки технического задания (ТЗ) и частных технических заданий (ЧТЗ) на компоненты системы, технического и рабочего проектирования. Основная особенность гомеостатической концепции заключается в том, что проблемы на каждом этапе решаются не последовательно, а одновременно при непрерывном взаимодействии между собой. Такой процесс по аналогии с принятой в кибернетике терминологией назван системным гомеостазом. Но в отличие от кибернетического гомеостазиса системный гомеостаз имеет целевую ориентацию на решение проблемы. Гомеостатическая концепция управления проектом крупномасштабной ИКС приведена на рис. 2. Символами Р₁- Р₅ обозначены следующие операции: Р₁ - концептуализация проблемы (определение общего облика проектируемого объекта); Р₂ - установление критериев принятия проектных решений; Р₃ - идеализация (упрощение облика объекта до уровня, допускающего формализацию на базе существующих методов или их модификаций); Р₄ - расчленение на взаимосвязанные части (декомпозиция объекта при соблюдении условия, что выбран такой способ расчленения, при котором не происходит потеря признаков и сущностных свойств проектируемого объекта); Р₅ - композиция результатов частных исследований, оформление и защита проектного решения.

Реализация системного гомеостаза выглядит следующим образом. Пусть проведено обследование и сформулированы основные требования. Необходимо разработать и выбрать вариант, удовлетворяющий требованиям заказчика, то есть в первом приближении иметь альтернативные варианты решения проблемы и вариации облика будущей ИКС (подсистемы), а для сопоставления альтернативных вариантов и хотя бы самого поверхностного выбора из них наиболее предпочтительного нужно установить соответствующие критерии. Таким образом, оказывается, что, приступив к решению проблемы Р₁, нельзя получить никаких достаточно обоснованных результатов, не начав одновременно с ней выполнять Р₂ и т.д. Но, получив для некоторой проблемы определенное решение, необходимо проверить, как такое решение может сказаться на выполнении предыдущих проблем. Изложенное поясняет смысл соединения на схеме рис. 2 всех проблем Р₁- Р₅ между собой разнонаправленными стрелками - по крайней мере, теоретически все они должны выполняться параллельно и во взаимосвязи, а это не что иное как организация и реализация разнообразных итерационных процедур из всего их многообразия и управление ими. В процессе системного гомеостаза реализуется взаимозависимость проблем и на этой основе находится оптимальное взаимно согласованное решение. При создании и развитии ГАС «Выборы», в частности на этапе рабочего проектирования подсистем автоматизации избирательного процесса, связи и передачи данных, обеспечения безопасности информации, была реализована концепция системного гомеостаза.

Гомеостатическая концепция реализуется в виде соответствующей технологии управления проектом развития ИКС (Рис. 3), где для сравнения жирными линиями выделена традиционная линейная схема управления.

Согласно этой технологии процесс управления проектом развития ИКС реализуется в виде поэтапного итерационного циклического поиска рационального проектного решения в заданных условиях и при заданных ограничениях. По времени он разделяется на стандартные этапы, каждый из которых соответствует определенной точке зрения на объект управления, причем с переходом от этапа к этапу происходит углубление в существо проблемы и повышение уровня детализации представления ИКС в исследовательских моделях. На каждом из выделенных этапов процесс управления проектом реализуется в виде совокупности типовых операций общесистемного (ОСП), функционального (ФП) и технического (ТП) проектирования, а также разработки облика технических средств и программирования (РиП), выполнение которых позволяет осуществить корректировку (К) ранее принятых решений по совокупности критериев. Перечень типовых критериев применительно к управлению проектом развития ГАС «Выборы» приведен в Табл. 1.

Рис. 3. Технологическая схема управления проектом создания и развития крупномасштабной ИКС на основе системного гомеостаза

По сути, предложенная гомеостатическая технология задает генеральную линию развития самоорганизующегося многовариантного процесса управления проектом создания и развития ИКС и, будучи наложенной на конкретную организационную структуру участников проекта, служит основой для разработки содержательного, постоянно уточняемого сетевого план-графика выполнения НИОКР. Принципиальное преимущество данной технологии заключается в том, что она позволяет минимизировать исследовательские циклы и тем самым упорядочить работу исполнителей проекта и повысить качество проведения проектных работ.

Таблица 1

Критерии, используемые при управлении проектами ИКС (на примере проекта ГАС «Выборы»)

Качественные	социальные	Рост доверия к результатам выборов; повышение активности избирателей; оперативность и достоверность подсчёта результатов; открытость промежуточных и окончательных результатов выборов для средств массовой информации и наблюдателей
	функциональные	Функциональная полнота; структурная полнота; отсутствие структурного дублирования; отсутствие управленческого дублирования; информационная безызбыточность; информационная достаточность; ресурсная обеспеченность; ресурсная согласованность; структурная связность
	эргономические	Пользовательский интерфейс; комфортные условия работы
	прагматические	Степень удовлетворения ИКС своему предназначению
	технические	Уровень технического совершенства ИКС и ее компонентов (подсистем, комплексов)
	технологические	Уровень технологий, использованных при проектировании ИКС и ее компонентов, а также уровень технологичности разработки спроектированной системы
	экономические	Стоимость проекта и его составных частей, объемы кредита на выполнение проекта и др.
	эксплуатационные	Удобство проведения различных организационно-технических мероприятий (настроек, профилактик, регламентных работ и т.п.)
Количест-венные	надежность и своевременность представления информации
	полнота выходной информации
	достоверность информации
	сохранение конфиденциальности информации
	защищенность от несанкционированного доступа
	защищенность от опасных программно-технических воздействий

Во второй главе разрабатывается технология формирования целевой иерархии при управлении проектами создания и развития ИКС. В своей основе она отражает концепцию гомеостатического управления, принятую в данном исследовании и выражающуюся в пошаговой декомпозиции глобальной цели проекта и в итеративном формировании подцелей, обладающих свойствами достижимости, измеримости и релевантности.

Схема технологии представлена на рис. 4, а на рис 4 а) - результат её применения в виде фрагмента целевой декомпозиции проекта. На указанных рисунках выдержан следующий порядок индексации: - цели; индекс вверху, слева от - уровень членения, индекс вверху справа от - номер старшей по иерархии цели, которой принадлежит эта подцель, внизу, справа от - порядковый номер цели (подцели).

Размещено на http://www.allbest.ru

Рис. 4. Технология формирования целевой иерархии при управлении проектом ИКС

Первые 2 - 5 шаги делаются для того, чтобы определить, в каком смысле понимается «более совершенная ИКС». Допустим, что в результате изучения проблемы под более совершенной ИКС соглашаются понимать систему с меньшим (по сравнению с существующим прототипом) количеством управленческого персонала (подцель ¹₁), с большей скоростью обработки информации (подцель ¹₂), с большей надежностью (подцель ¹₃) и меньшим временем реагирования на изменения экономической обстановки (подцель ¹₄).

Важное условие первого уточнения цели ⁰ состоит в том, что на данном этапе исключаются из рассмотрения любые другие цели, уточняющие содержание ⁰ (то есть толкование понятия «более совершенная ИКС»).

Это условие не означает, что подобные уточнения недопустимы на последующих этапах, но делает однозначно определенным результат декомпозиции (шаги 2 и 3).

В описываемом примере этот результат - четыре подцели ¹⁰₁, ¹⁰₂, ¹⁰₃ и ¹⁰₄ на рис. 4 а). Совокупный учет названных выше подцелей (шаг 4) позволяет зафиксировать расширенное описание расчленявшейся цели. Если такое описание будет сочтено недостаточным, шаги 2, 3 и 4 повторяются (обратная связь 5-2). Каждая из подцелей ¹⁰_j, выделенных в результате шагов 2 и 3, должна быть проверена на наличие критерия, ограничений, количественную измеримость, релевантность, возможность декомпозиции (шаги 6, 8, 9, 10 и 11).

Для подцели выделяемого уровня (на рис. 4 для 6-го и последующих шагов - это цель ⁺¹ⁱ_j) может быть назван (шаг 6) или не назван, а затем сформирован (шаг 7) критерий оценки (в нашем случае: для ¹⁰₁ - количество штатных единиц, для ¹⁰₂ - количество документов, отрабатываемых в единицу времени и т.д.). Если такой критерий по соответствующей частной цели не может быть назван, то эта цель подлежит дальнейшему членению (на рис. 4 - обратная связь 6-2). В нашем примере таковой является ¹⁰₃; предписываемая алгоритмом ее декомпозиция направлена на определение того, что такое «большая надежность».

Каждая из невозвращенных после шага 6 для повторной декомпозиции целей ¹⁰_j проверяется на релевантность, то есть на ее вклад в достижение ⁰. Если такой вклад пренебрежимо мал, ¹⁰_j из рассмотрения (и из иерархии) исключается. Если по соответствующим целям и критерию ограничения не задаются (проверка на шаге 9), то некоторые из этих целей могут оказаться количественно измеримыми (проверка на шаге 10), а другие из них таким качеством обладать не будут. В нашем случае количественно измеримыми целями могут быть ¹⁰₁, ¹⁰₂ и ¹⁰₄, но таким качеством ¹⁰₃ обладать не может, так как не названы факторы, определяющие надежность ИКС (поэтому она снова должна быть «возвращена» для декомпозиции).

Количественно неизмеримые и связанные с ограничениями количественно измеримые цели подлежат следующему членению (обратные связи 9-2 и 10-2). Для первых это членение ориентировано на то, чтобы на нижележащих уровнях членения «выйти» на количественную измеримость, а для вторых - на учет ограничений. Допустим, что по частной цели ¹⁰₄ ограничения не ставятся, а по ¹⁰₁ и ¹⁰₂ заданы ограничения: по ¹⁰₁ - на количество используемой компьютерной техники; по ¹⁰₂ - на квалификацию обслуживающего персонала. Задавать ограничения по ¹⁰₁ можно только после декомпозиции ¹⁰_j не менее чем до параметров быстродействия компьютеров (²¹₁), емкости запоминающих устройств (²¹₂), а также развитость периферии (²¹₃). Такая же ситуация характерна и для ¹⁰₂ (подробности опускаем).

Цели ²¹_j, прошедшие до шага 11, подлежат проверке на возможность дальнейшей декомпозиции и последующей формализации (шаг 12). Шаг 11 рационален потому, что при последующей декомпозиции могут обнаружиться новые ограничения и нерелевантные подцели. Первое означает необходимость учета новых ограничений (обратная связь 11-2), а второе позволяет найти нижний уровень системной иерархии целей.

Заметим, что приведенный на рис. 4 а) фрагмент составлен при вполне определенных предположениях. Так, относительно подцелей предположено, что: после декомпозиции ¹⁰₁ (по указанным выше ограничениям) на ²¹₁, ²¹₂ и ²¹₃ только для ²¹₂ очередная декомпозиция ее на ³²¹₁ и ³²¹₂ (емкости оперативной и долговременной памяти) дала нужные для проектирования новые знания, при этом установлено, что дальнейшее членение целей ³²¹₁ и ³²¹₂ на данном этапе нецелесообразно; относительно подцелей ²²₁ и ²²₂ установлено, что дальнейшая их декомпозиция новых знаний, полезных для проектирования, не дает; декомпозиция релевантной количественно измеримой подцели ¹⁰₄ оказалась ненужной в связи с отсутствием ограничений, то есть предположено, что она «прошла» по технологии без необходимости ее членения. При сделанных предположениях набор целей нижнего уровня оказался полным (поскольку их реализация достаточна для достижения исходных целей) и неизбыточным (поскольку реализация каждой частной цели необходима для достижения исходных целей).

Формирование критериев на каждом шаге основывается на установлении лицом, принимающим решение (ЛПР), на множестве параметров проекта ⁰S по цели «» бинарных отношений или и определении такой вещественной упорядочивающей функции U(⁰S), которая удовлетворяется именно этими бинарными отношениями. Логика определения такой функции сводится к следующему. Если функция U(⁰S) по определению вещественная, то всегда можно найти положительные ( > 0) приращения этой функции и, следовательно, можно построить некоторую функцию f() от этих приращений. Если значения функции U(⁰S) определить так, что функция

f() = B(⁰S_i R_i ⁰S_j);

U(⁰S_i) - U(⁰S_j) = позволяет вычислить для каждого > 0 вероятность В существования на множестве ⁰S определенного отношения R_i (либо , либо ), или, иными словами, вероятность истинности для всех {⁰S_i, ⁰S_j} ⁰S утверждения (U(⁰S_i) - U(⁰S_j) = ) (⁰S_i R_i ⁰S_j), то в таком случае U(⁰S) есть критерий, характеризующий соответствие параметров проекта ⁰S_i и ⁰S_j цели «» (при этом необходимо, чтобы функция f() не убывала по ).

Третья глава посвящена разработке моделей анализа качества проектов по совокупности критериев, отражающих функциональную работоспособность проектируемых ИКС и оптимизации организационной структуры.

Модель анализа. Пусть имеется ИКС, состоящая из органов управления, датчиков информации и исполнительных элементов, соединенных между собой линиями связи. Каждый из указанных компонентов зададим набором структурных характеристик, а именно: выполняемыми функциями, информационными потребностями, принимаемыми решениями, добываемой информацией (кто и какую информацию добывает; кто, кому и какую информацию поставляет), согласованием решений и связностью. Пусть задана совокупность критериев, выполнение которых обязательно для того, чтобы данная ИКС была работоспособна, то есть не занималась «выяснением отношений» между своими компонентами и устранением противоречий в процессе своего функционирования:

К₀, К₁, К₂, К₃, К₄, К₅, К₆, К₇, К₈, (1)

где: К₀ - функциональная полнота; К₁ - структурная полнота; К₂ - отсутствие структурного дублирования; К₃ - отсутствие управленческого дублирования; К₄ - информационная безызбыточность; К₅ - информационная достаточность; К₆ - ресурсная обеспеченность; К₇ - ресурсная согласованность; К₈ - структурная связность. Необходимо проверить проект ИКС на соответствие критериям К₀ - К₈ и по результатам проверки скорректировать его так, чтобы обеспечивалась работоспособность системы в смысле указанных критериев.

Морфологическая модель ИКС. Все компоненты ИКС в зависимости от выполняемых ими функций объединим в функциональные подсистемы, между которыми установим отношения функциональной иерархии. К числу типовых функциональных подсистем ИКС относятся: подсистема принятия решения (Р_Р), образованная совокупностью органов управления; подсистема получения информации (Р_И), образованная совокупностью различных датчиков информации и устройств управления ими; подсистема связи (Р_С), образованная совокупностью устройств связи и средствами управления ими. Эти подсистемы образуют функциональные подсистемы первого порядка:

S_ИКС = Р_Р, Р_И, Р_С. (2)

В свою очередь, подсистемы первого порядка можно представить в виде совокупности функциональных подсистем второго порядка. Функциональная подсистема связи может быть представлена как совокупность подсистемы управления связью (), подсистемы служебной связи (), подсистемы контроля () и первичной сети связи ():

Р_С = , , , . (3)

Функциональная подсистема получения информации может представляться как совокупность подсистемы управления информацией (), подсистемы исполнительной информации (), подсистемы общей информации (), подсистемы информационной связи ():

Р_И = , , , . (4)

В итоге получаем общую морфологическую модель ИКС с точностью до функциональных подсистем третьего порядка:

S_ИКС = Р_Р, , , , , , , , . (5)

Далее проводится детализация модели (5). Для этого каждой функциональной подсистеме ставится в соответствие совокупность бинарных матриц, приведенных в Табл. 2.

Таблица 2

Система матриц, описывающих морфологию ИКС

Обозначение	Содержание
, f = 1 F, i = 1 IИ,	= 1, если выполнение f-ой функции возложено на i-й исполнительный элемент, 0 - в противном случае; (1 IИ) - общий перечень исполнительных элементов в подсистеме, (1 F) - общий перечень функций, выполняемых данной подсистемой
, i = 1 IИ, j = 1 J	ij = 1, если i-й исполнительный элемент управляется по j-му параметру, 0 - в противном случае; (1 J) - общий перечень параметров управления
, i = 1 IУ, j = 1 J	= 1, если принятие решения по выбору j-го параметра управления входит в функцию i-го управляющего элемента; 0 - в противном случае; (1 IУ) - общий перечень управляющих элементов в подсистеме
, i = 1 IУ, j = 1 J, r = 1 R	= 1, если i-й управляющий элемент при принятии решения по j-му параметру располагает r-м ресурсом, 0 - в противном случае; (1 R) - общий перечень ресурсов, обеспечивающих принятие управленческих решений
, i, = 1 IУ	= 1, если при принятии решения по j-му параметру предусмотрено согласование между i-м и -м управляющими элементами, 0 - в противном случае
, k = 1 K	= 1, если i-му управляющему элементу для принятия решения по j-му параметру требуется k-я информация, 0 - в противном случае; (1 K) - полный перечень информации, необходимой для принятия управляющих решений
, = 1	= 1, если у i-го управляющего элемента для принятия решения по j-му параметру имеется информация, 0 - в противном случае; (1 ) - полный перечень имеющейся информации
,	= 1, если между i-м и -м элементами имеется линия связи, 0 - в противном случае, общий перечень всех элементов подсистемы (М = IИ + IУ)
	где = 1, если k-ой информацией распоряжается i-й элемент, 0 - в противном случае
	= 1, если k-я информация поступает от i-го элемента к -му, 0 - в противном случае

С учетом введенной системы матриц морфологическая модель ИКС записывается в виде следующей обобщенной конструкции:

S_ИКС = Р₁¹,…, Р₁^W, Р₂¹,…, Р₂^T,…, Р_n¹,…, Р_n^E, (6)

где Р_n^l = , , , , , , , , , .

В последующем, учитывая однотипность анализа, индексы «n» и «l», идентифицирующие функциональную подсистему, опускаются.

Алгоритм анализа. При заданной морфологической модели ИКС алгоритм анализа ее функциональной работоспособности заключается в последовательной проверке для каждой из выделенных подсистем следующих условий:

При несоблюдении условий (7)-(13) имеет место нарушение какого-либо из критериев К₀ - К₈. Например, если не выполняется условие (9), то в системе имеет место либо информационная избыточность (нарушение критерия К₄), либо информационная недостаточность (нарушение критерия К₅).

Модель оптимизации организационной структуры ИКС. Методологическую основу этой части исследований составляет положение о неразрывной связи объекта информатизации и обеспечивающей его функционирование ИКС. В методическом плане это положение выражается в том, что элементы организационно-управленческой структуры - объекта информатизации, включаются в состав проектируемой ИКС и рассматриваются в качестве ее неотъемлемой части. Это позволяет оценить качество проекта не по частным, а по более представительным функциональным показателям.

Пусть известен полный перечень управлений (1, 2,…, k,…), необходимых для достижения целей функционирования ИКС. Будем считать, что формальный процесс функционирования ИКС состоит в выполнении операций, переводящих каждое управленческое решение из некоторого начального состояния в некоторое конечное состояние. Естественно, что конечным является состояние: «решение исполнено, а результаты исполнения проконтролированы», которое обозначим символом . Начальным выступает состояние, фиксирующее необходимость принятия решения по данному вопросу, которое обозначим . Между и введем следующие промежуточные состояния: - «отдано распоряжение на подготовку решения»; - «предложения подготовлены»; - «предложения согласованы»; - «предложения рассмотрены»; - «решение принято предварительно»; - «решение принято»; - «решение утверждено»; - «решение доведено до исполнителей». С учетом введенных состояний время реакции ИКС () определяется выражением:

 (14)

где (S_ИКС)- время перевода k-го управленческого решения из состояния F_i в состояние F_{i + 1}, (S_ИКС) - морфология ИКС.

Тогда задача оптимизации организационной структуры ИКС по критерию оперативности может быть сведена к следующей формальной постановке:

{(S_ИКС)}, (15)

при S_ИКС, удовлетворяющей критериям К₀ - К₈,

где - критическое время реакции ИКС по k-ой функции, с превышением которого отпадает необходимость в принятии управленческих решений по данной функции.

Основная трудность решения такой задачи заключается в том, что аргументом целевой функции (15) является морфология ИКС (S_ИКС), задаваемая в виде совокупности матриц, а функции (S_ИКС) имеют ситуативную структуру, определяемую тоже морфологией ИКС. Для решения задачи (15) предложено имитировать процесс функционирования ИКС дискретной ситуационной сетью S_DSS(I, U), в которой вершины I = {i₁, i₂,…, i_N}, интерпретируются как множество истоков и стоков, а дуги U = {(i_m, i_l)}, m = 1M, l = 1L - как множество преобразователей решений из одного состояния в другое (имеются в виду F₁ - F₁₀). Содержательная трактовка S_DSS(I, U) заключается в следующем. Истоки соответствуют структурным элементам ИКС с решениями, находящимися в начальном (F₁) и в промежуточных состояниях (F₂ - F₉), а стоки - структурным элементам с решениями, находящимися в конечном состоянии (F₁₀). Преобразователи - это тоже структурные элементы, осуществляющие изменения состояний решений (F₁ F₂… F₉ F₁₀), причем каждый преобразователь (i_k, i_l) U характеризуется величиной w (i_k, i_l) = 1/, которую будем называть пропускной способностью преобразователя.

Выделим на множестве I подмножества P и Q, такие, что p P соответствуют решениям, находящимся в состоянии F₁, а q Q - находящимся в состоянии F₁₀. Причем по условию задачи эти множества имеют равное число компонентов (1, 2, 3,…, k,…), определяемое количеством функций выполняемых данной ИКС в течение некоторого интервала времени.

Требуется таким образом коммутировать сеть S_DSS(I, U), чтобы соответствующий такой коммутации граф G_k (P, Q) имел максимальную пропускную способность w_i,j между элементами множеств P и Q. Тогда, согласно принятому формализму, время реакции ИКС, процесс функционирования которой имитируется такой сетью, будет минимальным.

Для решения сформулированной задачи предложено использовать теорему Форда-Фалькерсона, в соответствии с которой максимальная пропускная способность сети между произвольной парой вершин p и q определяется минимальным по пропускной способности сечением S{p, q}, разделяющим вершины p и q графа G, удаление которых из множества U разрывает все пути между ними. При этом минимальным сечением S_min{p, q} будет то, на котором достигается

.

В четвёртой главе разрабатываются модели оптимального планирования информационных потоков в проектируемых ИКС и оптимизации плана проведения организационно-технических мероприятий (ОТМ) на технических средствах ИКС.

Модель оптимального планирования информационных потоков в проектируемых ИКС. Маршрутом движения порции информации М_k будем называть полный перечень узлов, в которые она попадает, с указанием линий, по которым она проходит от источника до получателя. Будем исходить из того, что время обработки информации в узле зависит от типа узла и системотехнических условий, от типа и приоритета информации, а также от текущей загрузки узла и режима работы ИКС. Кроме того, будем учитывать, что могут существовать ограничения на возможность параллельной обработки разнотипной информации на узле, обусловленные, например, требованиями режима секретности информации.

Задача состоит в построении сетевого графика М = {M₁,…, M_K} движения информационных потоков, при котором каждая порция информации k дойдет от источника до получателя за время Т_k, не превышающее наперед заданное критическое значение:

(16)

при соблюдении ограничений на: пропускную способность узлов приема, обработки и передачи информации; системотехнические условия в узлах приема, обработки и передачи информации; приоритетность информации и возможность ее параллельной обработки.

Основная проблема при решении этой задачи состоит в том, что в силу сложности невозможно построить единую математическую модель, адекватно отражающую все многообразие информационных взаимоотношений между компонентами ИКС. Приходится прибегать к известному приему декомпозиции. Однако такой путь опасен тем, что необоснованное разделение сложного объекта лишает его целостности. При этом разрушается динамизм, - исследовательская модель становится неадекватной реальному процессу. В диссертации эта проблема решена путем введения двухрангового тензорного пространства = L, , где: L - техническое подпространство, в рамках которого проектируемый объект представляется как система, состоящая из узлов приема, обработки и передачи информации и линий связи между ними; - информационное подпространство, в рамках которого та же самая информационно-коммуникационная система представляется состоящей из динамических порций информации, заданных своими характеристиками (именем, типом, приоритетом, адресатом, источником и др.).