Информационные модели. Информационные объекты и связи

Размещено на http://www.allbest.ru/

Информационные модели. Информационные объекты и связи

Всякое представление информации о внешнем мире связано с построением некоторой модели.

Модель - материальный или идеальный аналог оригинала (объекта, явления или процесса), создаваемый для хранения и расширения знания о нем; совокупность свойств и отношений между ними, выражающих существенные стороны изучаемого объекта, явления или процесса.

Существует множество типов моделей и способов их классификации: по цели использования, областям применения, по сложности, целям моделирования и т.д. Модели внешнего подобия, такие как модели самолетов, машин, манекены и т.п., - используются для предварительных испытаний. Учебные схемы (глобус как модель планеты, модель кристаллической решетки и т.п.), тренажеры, имитирующие поведение реальных объектов в сложных ситуациях, служат для обучения. Функциональные модели или модели-эрзацы заменяют объекты при выполнении определенных функций (протезы, искусственный сердечный клапан и т.п.). Исследовательские модели - математические и имитационные - заменяют реальные объекты в ходе научных исследований.

В зависимости от области применения модели могут быть естественнонаучными (например, = _* a), космогоническими (модель мира, времена года), общественного устройства (школа, общинно-родовые отношения, Римская республика, семья, мафия), литературными, компьютерными.

Информационные модели - модели, в которых изучаемое явление или процесс представлены в виде процессов передачи и обработки информации.

Среди информационных моделей наибольшее распространение получили языковые модели. Устройство языковой модели определяется устройством языка. Для ее построения нужно выделить существенные отношения в изучаемом явлении (объекте, процессе) и описать их средствами языка. По сути дела, каждый объект заменяется его именем, а связи между объектами обозначаются именами отношений.

Таким образом, при описании модели наше внимание сосредоточено не на отдельных элементах, а на системе - совокупности частей, элементов объекта (процесса) и отношениях между ними, придающих объекту (процессу) целостность. Такой перенос центра внимания называется системным подходом. Этот подход был впервые явно сформулирован в 1937 г. американским биологом Людвигом фон Берталанфи (Ludwig von Bertalanffy (1901-1972)).

В 1937 г. на философском семинаре Л. фон Берталанфи - американец немецкого происхождения, биолог Чикагского университета - выступил с докладом о системном подходе для определения понятия вид. Доклад был совершенно не понят, и автор «сложил все свои бумаги в ящик стола» Позднее, после войны, он достал свои старые записки, повторил свой доклад и обнаружил совершенно новый интеллектуальный климат. Что же он предложил? Никто из биологов не знает, что такое вид. Каждый знает, что есть собака, и есть ворона, и есть лещ, фламинго, жук, клоп... Все это знают, но определить, что это такое, никто не может, кроме узких специалистов-ученых. И почему животные одного вида и растения одного вида связаны каким-то образом между собой? Берталанфи предложил определение вида как открытой системы.

Представление о системном подходе

Системный анализ - это такой метод анализа, когда внимание обращается не на персоны, особи, которые составляют вид, а на отношения между особями.

Модель позволяет многое узнать об изученных явлениях и процессах. Но всякая модель кое-что «урезает». Важно научиться строить модель таким образом, чтобы в них отражались самые существенные стороны изучаемого явления.

Модель важна не сама по себе, а как способ познания. Поэтому кроме модели необходим также инструмент для ее изучения. В последнее десятилетие таким инструментом все чаще выступает компьютер. Строгих правил построения модели сформулировать невозможно. Но человечество накопило богатый опыт в этой сфере деятельности.

Использование компьютера для изучения модели имеет свою специфику, обусловленную возможностью компьютера. Любая модель для компьютерного анализа должна быть формализована.

Совершенно неважно, какие свойства выбираются в качестве моделирующих. Важно, что с их помощью отражают наиболее существенные черты изучаемого объекта или процесса.

Никакая модель не может заменить сам объект, но при решении задачи, когда нас интересуют сравнительно немногие свойства изучаемого объекта, модель может оказаться очень полезным или нередко даже единственным инструментом исследования.

Типы моделей

Существует множество типов моделей и способов их классификации: по цели использования, областям применения, по сложности, целям моделирования и т.д. Модели внешнего подобия, такие как модели самолетов, машин, манекены и т.п., - используются для предварительных испытаний. Учебные схемы (глобус как модель планеты, модель кристаллической решетки и т.п.), тренажеры, имитирующие поведение реальных объектов в сложных ситуациях, служат для обучения. Функциональные модели или модели-эрзацы заменяют объекты при выполнении определенных функций (протезы, искусственный сердечный клапан и т.п.). Исследовательские модели - математические и имитационные - заменяют реальные объекты в ходе научных исследований. В зависимости от области применения модели могут быть естественнонаучными (например, = _* a), космогоническими (модель мира, времена года), общественного устройства (школа, общинно-родовые отношения, Римская республика, семья, мафия), литературными, компьютерными.

Информационные модели

Информационная модель -- модель объекта, представленная в виде информации, описывающей существенные для данного рассмотрения параметры и переменные величины объекта, связи между ними, входы и выходы объекта и позволяющая путём подачи на модель информации об изменениях входных величин моделировать возможные состояния объекта. Информационные модели нельзя потрогать или увидеть, они не имеют материального воплощения, потому что строятся только на информации. Информационная модель -- совокупность информации, характеризующая существенные свойства и состояния объекта, процесса, явления, а также взаимосвязь с внешним миром.

Информационные модели делятся на описательные и формальные.

Описательные информационные модели - это модели, созданные на естественном языке (т.е. на любом языке общения между людьми: английском, русском, китайском, мальтийском и т.п.) в устной или письменной форме.

Формальные информационные модели - это модели, созданные на формальном языке (т.е. научном, профессиональном или специализированном). Примеры формальных моделей: все виды формул, таблицы, графы, карты, схемы и т.д.

Как быть, если нужно показать устройство космического корабля или молекулы? Как быть, если нужно увидеть еще не построенный или давно разрушенный архитектурный ансамбль? Как быть, если нужно испытать работу атомной электростанции в аварийном режиме? В этих и многих других случаях люди используют модели.

Все вы много раз видели материальные (иначе называемые физическими) модели - объекты, копирующие некоторые характеристики другого объекта. Однако модель может быть и информационной. В этом случае мы не создаем упрощенное подобие реального объекта, а описываем этот объект тем или иным способом. Например, если описать интересующие нас свойства в виде математических формул, получится математическая модель. Решая задачу на уроке физики, вы работаете с информационной моделью явления; пользуясь картой на уроке географии или в походе, вы работаете с информационной моделью участка земной поверхности; рассказывая знакомым, как пройти к вам домой - опять-таки, работаете с информационной моделью (создаете ее). Вообще все наши знания о реальном мире - это множество информационных моделей.

Итак, модель - это некоторый упрощенный заменитель реального объекта или системы. Модель воспроизводит только необходимые в конкретной ситуации характеристики оригинала.

При составлении информационной модели нужно не только выбрать признаки объекта, которые в нее будут включены, но и решить как будет организована информация в памяти компьютера. Ведь чтобы данными можно было воспользоваться, они не должны быть "свалены в кучу", их необходимо каким-либо образом упорядочить.

Известны три основные структуры, определяющие организацию данных и связей между ними. Одна из них удобна при описании систем объектов, в которых можно выделить "главные" и "подчиненные". Ее называют деревом. На верхнем уровне такой структуры находится один объект (его называют корнем). На следующем (втором) уровне - несколько объектов, входящих в объект первого уровня или подчиняющихся ему. Каждому из объектов второго уровня подчиняется несколько объектов третьего уровня и т.д. Объекты самого нижнего уровня называют листьями. (Получается, дерево растет... вниз!) С помощью такой структуры можно, например, описать армейское подразделение: корень - рота; на втором уровне - взвода этой роты; третий уровень - отделения, входящие в соответствующий взвод, наконец, "листьями" будут отдельные бойцы. Имея организованную таким образом информацию можно легко узнать не только сведения о конкретном военнослужащем, но и о взводе и роте, в которой он служит; и наоборот, можно получить информацию не только о взводе, но и о каждом из бойцов этого взвода.

Однако, далеко не всегда существует такая однозначная подчиненность. Например, если попробовать организовать в структуру данные об учителях и классах, в которых они преподают, она окажется сложнее: каждый учитель работает с несколькими классами, но и в каждом классе - несколько учителей. Получается уже не соотношение "один ко многим", а "многие ко многим". Такая структура с перекрестными связями получила название сеть.

На практике (при использовании компьютера) чаще всего используется третья разновидность организации данных. Она называется реляционной. Такое "страшное" название - у хорошо всем известного способа представления информации - в виде самых обыкновенных прямоугольных таблиц, связанных друг с другом. Правда, не любых. Есть некоторые ограничения:

Каждая строка таблицы (ее называют записью) описывает один объект.

Все объекты в таблице - однотипные (например, одна таблица будет описывать только подразделения фирмы, другая - только сотрудников, третья -выполняемые работы). Таблица содержит только информацию, непосредственно связанную с ее объектами.

Все признаки объектов (их называют атрибутами) выделены в отдельные столбцы - поля записей. Заголовки столбцов - имена полей.

В таблице обязательно должен быть столбец (или группа столбцов), значения в котором будут уникальными - неповторяющимися, его называют первичным ключом.

Информационные структуры, содержащие взаимосвязанные данные о реальных объектах и хранящиеся во внешней памяти компьютера, называются базами данных (БД).

Информационный объект - представление объекта предметной области в информационной системе, определяющее его структуру, атрибуты, ограничения целостности и, возможно, поведение.

Информационный объект -- обладающая сложной структурой многоаспектная информация, не зависящая от конкретных носителей, развивающаяся в силу собственных императивов, обладающая поведением и способная к проявлению эмоций.

Информационные объекты взаимодействуют как с информационным, так и с физическим пространством. В последнем случае взаимодействие осуществляется через носителей (людей). При этом информационные объекты воздействуют на носителей, модифицируя их восприятие, эмоциональные реакции, деятельность. Согласно законам диалектики о взаимности действия, носители также оказывают воздействие на информационный объект.

Если множество элементов объединено в систему по определенному признаку, то всегда можно ввести некоторые дополнительные признаки для разделения этого множества на подмножества, выделяя тем самым из системы ее составные части -- подсистемы. Любая система содержит ряд подсистем, полученных выделением из исходной системы. В свою очередь, эти подсистемы состоят из более мелких подсистем и т.д.

Подсистемы, полученные выделением из одной исходной системы, относят к подсистемам одного уровня или ранга. При дальнейшем делении получаем подсистемы более низкого уровня. Такое деление называют иерархией (деление должностей на высшие и низшие, порядок подчинения низших по должности лиц высшим и т.п.). Одну и ту же систему можно делить на подсистемы по-разному -- это зависит от выбранных правил объединения элементов в подсистемы. Наилучшим, очевидно, будет набор правил, который обеспечивает системе в целом наиболее эффективное достижение цели.

При делении системы на подсистемы следует помнить о правилах такого деления:

· каждая подсистема должна реализовывать единственную функцию системы;

· связь между подсистемами должна вводиться только при наличии связи между соответствующими функциями системы;

· связи между подсистемами должны быть простыми (насколько это возможно).

Число уровней и число подсистем каждого уровня может быть различным. Однако всегда необходимо соблюдать одно важное правило: подсистемы, непосредственно входящие в одну систему более высокого уровня, действуя совместно, должны выполнять все функции той системы, в которую они входят.

Управление любой организацией, производящей товары или оказывающей услуги, строится по иерархическому принципу.

В иерархической системе управления любая подсистема некоторого уровня подчинена подсистеме более высокого уровня, в состав которой она входит и которой управляется. Для систем управления деление системы возможно до тех пор, пока полученная при очередном делении подсистема не перестает выполнять функции управления. С этой точки зрения системой управления низшего иерархического уровня являются такие подсистемы, которые осуществляют непосредственное управление конкретными орудиями труда, механизмами, устройствами или технологическими процессами. Система управления любого другого уровня, кроме низшего, всегда осуществляет управление технологическими процессами не непосредственно, а через подсистемы промежуточных, более низких уровней.

Одно из главных средств преодоления организованной сложности системы -- это декомпозиция, т.е. деление системы на части (подсистемы) и организация этих частей в иерархическую систему. Расчленение системы на соподчиненные части производится так, чтобы каждая часть содержала объекты, наиболее тесно связанные друг с другом.

Декомпозиция является условным приемом, позволяющим в конечном итоге оценить степень сложности объекта и привести его к некоторым конечным элементам, анализ которых может быть выполнен известными методами. Будем считать, что элемент - это минимальная часть системы.

Универсальность принципа декомпозиции позволяет использовать его и при определении организационной структуры управления (рис.)

Организационная структура управления -- это система взаимодействия управленческих звеньев, состоящая из отдельных работников и групп работников с четкой регламентацией функциональных обязанностей в соответствии с местом и ролью этих звеньев в процессе управления.

Иерархическая структура управления АТП

информационный модель управление система

Практика показывает, что чем выше уровень руководителей (пользователей ИС), тем меньше информации они используют для принятия решения, при этом значимость решений возрастает. Разделение функций управления между различными пользователями ведет к повышению специализации в области принятия решений.

Управленческие решения для устранения наиболее часто возникающих «отрицательных» ситуаций определяются как стандартные и могут накапливаться в ИС в библиотеке стандартных решений. К таким решениям относятся действия пользователя в случаях невыхода ПС на линию, необходимость изменения количества или сроков выпуска автомобилей и т. д. Для каждого конкретного пользователя данная информация детализируется, устанавливается форма и временные параметры ее представления.

В дальнейшем под регламентной информацией будем понимать информацию, выдаваемую пользователям для принятия управленческих решений, координируемых во времени. На практике выдача такой информации предусматривается календарным графиком обработки и использования данных ИС. Как правило, документация, в которой зафиксирована регламентная информация, имеет типовое содержание и формируется в конкретные сроки. При формировании регламентной информации, представляемой пользователю в виде документов, определение сроков их подготовки не представляет особой сложности (они заранее обусловлены условиями производства, его организацией). Намного сложнее выделить временные параметры представления информации при возникающих отклонениях в производственном процессе. В этом случае многое определяется характером отклонений, анализом их причин и, как следствие, сложностью управленческого решения по их устранению.

Другую необходимую информацию пользователь ИС, например диспетчер, должен иметь возможность получить в требуемое время в виде запросов или путем прямого диалога в оперативном режиме. Располагая требуемой информацией, он может принимать решения по формированию сменных заданий на период планирования, о переносе выполнения тех или иных позиций плана при отсутствии заявленного к выходу ПС, отсутствия водителя и т.д.

Такой подход позволяет:

· исключить дублирование в управленческой деятельности пользователей разных рангов;

· конкретизировать функциональные обязанности каждого пользователя при принятии управленческих решений;

· выявить полный состав и структуру информации для управле ния производственным процессом на всех его стадиях;

· рационально спроектировать соответствующие формы выдачи информации пользователям;

· определить сроки обработки данных в информационной сис теме и получения итоговой информации;

· разработать рациональный технологический процесс обработ ки информации в ИС.

Информационные системы управления производственными объектами (предприятиями, объединениями, в том числе и автомобильного транспорта) характеризуются специфическими признаками. Они ориентированы главным образом на реализацию управленческих решений на базе широкого использования средств ВТ и экономико-математического моделирования. Такие системы характеризуются также непосредственным взаимодействием с ними пользователей различных рангов, функционированием режима реального времени получения и использования информации.

Режим реального времени ассоциируется с понятием «мгновенности», а использование в реальном времени -- с понятием «своевременности» получения информации для принятия оперативных управленческих решений. Следовательно, информационный подход обусловливается возможностью оперативного отбора необходимого количества информации и представления ее пользователю для принятия управленческих решений.

Любая сфера управленческой деятельности базируется на определенной системе информации. Однако в качестве системы она может рассматриваться только тогда, когда четко регламентировано информационное взаимодействие между людьми, подразделениями, организациями, когда выделены информационные потоки и имеется возможность их регулирования. Само по себе наличие таких видов деятельности, как сбор, передача, обработка информации, еще не определяет понятия ИС. Только когда определены методы и способы использования имеющейся информации, можно говорить о понятии «информационной системы».

В настоящее время можно говорить не столько о недостаточности, сколько об избыточности информации, поступающей в распоряжение пользователей. В то же время несмотря на избыточность информации, циркулирующей в системах управления, во многих случаях пользователи (чаще всего управленческие работники службы эксплуатации) испытывают недостаток в оперативных данных для принятия управленческих решений. Таким образом, например, при изменении сроков доставки или количественном изменении отгрузок по номенклатуре и клиентуре в плановом периоде возникают определенные затруднения, так как почти невозможно получить информацию в оперативном режиме об уровне готовности ПС, его дислокации и укомплектованности водителями.

Большое значение имеют опыт и интуиция, квалификация диспетчера, его умение четко определять необходимые количественные и качественные характеристики требуемой информации. Оказывает также определенное влияние и типичность возникающих ситуаций, возможность их формализации. Управленческие решения, которые возможно запрограммировать, принято называть программными решениями.

Это обстоятельство следует учитывать при проектировании ИС, работающих в режиме реального времени, при этом возникает целый ряд вопросов, от решения которых зависит эффективность функционирования производственных систем: должна ли вся система, работающая в реальном времени, быть непосредственно связанной с объектами управления, как быстро система должна реагировать на различные сообщения и т. п.

Рассмотрим пример работы АСУ АТП в реальном масштабе времени. Выполнение расчета заработной платы не производится в оперативном режиме. Регистрация данных о выполнении сменных заданий, для которых важны не только даты, но и временной промежуток обслуживания клиента, всегда производится в реальном масштабе времени.

Одним из основных направлений проектирования ИС реального времени является разработка диалога пользователя с ЭВМ. Диалоговый режим -- один из способов эксплуатации ИС, при котором человек ведет диалог непосредственно с устройством обработки -- возник как симбиоз новых возможностей обработки информации в реальном времени и передачи сообщений.

Возможность работы в диалоговом режиме, прежде всего, обусловливает необходимые изменения в методах управления и является наиболее важным фактором внедрения АСУ. Диалог пользователя с ЭВМ может существенно влиять:

· на децентрализацию ответственности пользователей в системе управления;

· улучшение достоверности и полноты информации для принятия управленческих решений;

· стандартизацию представления информации для внутренних информационных обменов и для различных пользователей;

· расширение круга пользователей, повышение эффективности значения функционирования ИС и большую заинтересованность в ее услугах.

Исследования ИС различного назначения, в том числе и АСУ АТП, показывают, что диалоговый режим используется в таких направлениях, как диалоговая система регистрации данных, диалоговая система обращения к информации.

Одной из главных задач оперативного управления перевозками в реальном масштабе времени является задача оперативного контроля за ходом выполнения сменно-суточных заданий водителями. По запросу руководителям управленческих служб через монитор выдается полная информация о состоянии выполнения плана на текущий момент вплоть до дислокации автомобилей на карте обслуживаемого региона.

Обработка данных для удовлетворения информационных потребностей клиента по запросу, нашедшая распространение в информационно-поисковых системах библиографического типа, не имеет еще достаточно широкого применения в системах доставки грузов и пассажиров. Сложность решения этой проблемы заключается в необходимости четкого определения круга возможных запросов для принятия различных по характеру и сложности управленческих решений. Существенное влияние оказывает также количество и ранг пользователей ИС, их информационные потребности. Реализация запросного режима функционирования ИС связана с разработкой новых подходов к формированию банка данных, организации технологического процесса преобразования информации. Значительные ограничения накладывают также используемые средства вычислительной и периферийной техники.

В целом запросы могут классифицироваться на регламентируемые и нерегламентируемые. Первые обеспечивают возможность их обработки в определенные моменты времени или через определенные временные интервалы, т.е. здесь предусматривается реализация запросов по расписанию. Такие запросы обрабатываются автоматически. Отличительная особенность регламентируемых запросов заключается в том, что ответы на них выдаются по заранее разработанным программам, использующим известные технологии обработки данных и, как правило, поступают к пользователю в виде документов, т. е. основное содержание и форма запросов определяются заранее. Следует отметить, что чаще всего в существующих разработках изменение постоянного запроса приводит к изменению технологии обработки данных и, как следствие, -- информационного и программного обеспечения.

Перспективными считаются разработки, представляющие возможность пользователю получать ответы на нерегламентируемые перманентные запросы, когда установлена лишь область возможных запросов. На нерегламентируемый запрос в силу отсутствия его сформулированности накладываются определенные ограничения. Реализация нерегламентируемого запроса обычно предусматривает определенный уровень общения пользователя с ИС, в ходе которого запрос может конкретизироваться и детализироваться (собственно, в этом заключается отличие регламентируемого запроса от нерегламентируемого).

Нерегламентируемые запросы могут быть оперативными и сигнальными. Сигнальные запросы обрабатываются по мере поступления в информационную систему соответствующих данных. Результат обработки оперативных запросов пользователь получает немедленно после нахождения конкретной информации. Обработка данных по сигнальным и оперативным запросам наиболее важна при оперативном регулировании хода перевозочного процесса.

Разного рода запросы могут поступать в ИС от ЛПР, решающих как глобальные, так и локальные задачи по управлению производственной системой на различных стадиях протекания процесса доставки. Принято подразделять задачи управления, решаемые на уровне АСУ АТП, по следующим подсистемам:

· учета и анализа деятельности АТП;

· технико-экономического планирования (ТЭП);

· оперативного управления перевозочным процессом;

· управления производственным процессом ТО и ТР;

· управления материально-техническим снабжением (МТС);

· управления кадрами;

· управления капиталовложениями и производственными фон дами.

Согласно принципам модульности и типизации, а также единой информационной базы, в АСУ АТП все массивы нормативно-справочной информации должны иметь однородную структуру. В общем виде функциональные и организационные решения подсистем АСУ АТП можно сгруппировать в один функционально-организационный блок, где отражаются статистические данные: о выполнении договорных обязательств по отношению к клиентам, заказавшим перевозки, о технической эксплуатации автотранспортных средств, о планах трудовых и материальных ресурсов, о технической оснащенности и загрузке служб ТО и ТР, о планах технического перевооружения АТП.

Размещено на Allbest.ru