Автоматизированные системы управления технологией бизнес-процессов в секторах В2В/В2G на базе программного обеспечения с открытым исходным кодом

Актуальность работы. Современные информационные технологии внесли значительный вклад в деятельность практически всех предприятий различных отраслей, обеспечив решение задач автоматизации управления производством, учёта и внутреннего электронного документооборота. В то же время, взаимоотношения между предприятиями вплоть до настоящего времени осуществляются практически в ручном режиме, требуя непосредственного участия человека в рутинных операциях и отнимая значительное количество времени и средств. По этой причине задача автоматизации процессов бизнес-отношений является весьма актуальной, и одними из наиболее нуждающихся в автоматизации являются взаимоотношения в секторе В2 В (business-to-business, предприятие-предприятие). Кроме того, значительный практический интерес представляет решение задач автоматизации процедур регламентированных закупок, что характерно для сектора B2G (business-to-government, предприятие-правительство).

Достичь современного уровня автоматизации различных технологических процессов с помощью повсеместного применения вычислительной техники и сетей, а также подготовить теоретическую базу для разработки автоматизированных систем управления технологическими процессами бизнес-отношений в секторах B2B/B2G, позволили результаты научной деятельности многих российских и зарубежных учёных, среди которых JI. Клейнрок [30], А. Н. Колмогоров, Д. Менаске [47, 70], В. Ал-мейда [47, 70], Дж. Литгл [73], Б. Шнайер [68], С. А. Майоров [37], Л. Н. Преснухин [54], В. А. Шахнов [54], Н. Д. Дубовой [17, 18, 19], Ф. Брукс [10], Д. Кнут, Т. Бернерс-Ли, К. Томпсон, Д. Ритчи и другие. Многочисленные научные исследования в области вычислительной техники воплотились в разработках таких компаний, как Intel, IBM, Hewlett-Packard, AT&T, Bell Labs, Sun Microsystems, Microsoft, Oracle, Zend и других, что обеспечило возможность программной и аппаратной реализации разработанной В2В-системы.

На сегодняшний день в России наибольшую известность получили системы класса B2B/B2G (далее — В2В-системы), разработанные компаниями «Корпорация ПАРУС», Cognitive Technologies и НЦИТ «ИНТЕРТЕХ», однако эти системы не являются универсальными и предназначены, в основном, для решения узкоспециализированных задач, определяемых требованиями первичных заказчиков и отраслевыми стандартами, что затрудняет их использование в отраслях, имеющих свою специфику технологических процессов бизнес-отношений между предприятиями. Недостаточно широкие функциональные возможности, в свою очередь, также не способствуют простоте внедрения существующих систем как в межотраслевых масштабах, так и в конкретных отраслях. В связи с этим, одним из наиболее эффективных вариантов решения проблемы автоматизации технологических процессов бизнес-отношений является разработка собственной В2В-системы, лишённой вышеперечисленных недостатков.

Подавляющее большинство существующих на сегодняшний день В2В-систем разработаны на базе коммерческого программного обеспечения, однако его стоимость зачастую многократно превосходит затраты на аппаратное обеспечение, более того, при переходе на следующие версии ПО или при масштабировании системы (в частности, при увеличении количества процессоров или серверов) необходимо приобретать дополнительные лицензии. В то же время, свободно доступное базовое программное обеспечение с открытым исходным кодом (операционная система, веб-сервер и сервер приложений, СУБД) стоит либо на порядки дешевле, либо распространяется бесплатно. Опубликованные научные работы на тему применения программного обеспечения с открытым исходным кодом при разработке В2В-систем промышленного масштаба практически отсутствуют, чем обусловлена актуальность данной работы с этой точки зрения.

Применение традиционного каскадного технологического процесса разработки, когда В2В-система создаётся за один проход, в результате последовательного составления подробного технического задания на всю систему в целом, анализа, проектирования, программирования, тестирования и ввода в эксплуатацию, показывает свою несостоятельность применительно к разработке интернет-систем, так как в большинстве случаев начальные требования, как правило, недостаточно чёткие и часто меняются уже в процессе разработки, в результате чего происходит либо срыв сроков сдачи системы в эксплуатацию, либо сдача системы, не соответствующей изменившимся требованиям. По этой причине предлагаемые в данной работе технологические процессы итерационной и инкрементальной разработки, обеспечивающие решение этих проблем, являются актуальными и ценными в практическом отношении.

Цель работы заключается в исследовании и разработке автоматизированных систем управления технологией бизнес-процессов в секторах В2В/В20 на базе программного обеспечения с открытым исходным кодом. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:

— исследовать существующие процессы бизнес-отношений между компаниями в секторах В2В/В2С и разработать новые способы их автоматизации с помощью В2В-систем;

— разработать В2В-систему управления технологией бизнес-процессов в секторах В2В/В2С, лишённую недостатков существующих систем такого класса;

— доказать возможность эффективного использования свободного программного обеспечения с открытым исходным кодом (Ореп8оигсе-ПО) для построения промышленных В2В-систем и показать его преимущества перед коммерческим программным обеспечением;

— предложить технологию разработки программно-аппаратных комплексов, решающих задачи управления и автоматизации бизнес-процессов в секторах В2В/В20, способную обеспечить высокие показатели скорости реализации новой функциональности и степени соответствия получаемого программного обеспечения поставленным требованиям;

— исследовать и разработать методы повышения производительности, масштабируемости и отказоустойчивости В2В-систем, построенных на базе Ореп8оигсе-ПО;

— исследовать функциональные зависимости и возможности, определяющие количественные характеристики технологических многопользовательских В2В-систем;

— внедрить разработанную В2В-систему и проверить соответствие теоретически полученных зависимостей и характеристик данным, полученным экспериментальным путём.

Методы исследований. Основу теоретических исследований составили основные положения из области методологии разработки программного обеспечения и баз данных, математическое моделирование В2В-системы производилось с использованием теории сетей массового обслуживания, обработка результатов экспериментальных исследований осуществлялась методами теории вероятностей и математической статистики.

Научная новизна работы состоит в следующем:

— разработана структурная схема В2В-системы с принципиально новым использованием электронных версий стандартных общероссийских классификаторов, составивших единое информационное ядро системы;

— впервые предложено использование свободного программного обеспечения с открытым исходным кодом в промышленных технологических В2В-системах управления бизнес-процессами в секторах В2В/В20;

— предложен новый технологический процесс разработки интернет-систем управления бизнес-отношениями, построенный на базе итерационных и инкрементальных подходов, позволяющий значительно сократить сроки разработки и повысить степень соответствия программного продукта поставленным требованиям;

— разработаны новый способ хранения иерархической информации и структура масштабируемого файлового репозитория с комбинированным способом хранения информации, обеспечившие высокую скорость доступа и снижение нагрузки на сервер СУБД;

— разработана новая технология программной реализации интерактивных НТМЬ-форм на базе объектно-ориентированного подхода, позволяющая сократить сроки их разработки и упростить последующую модификацию;

— исследованы и разработаны технологии кэширования, постоянного мониторинга времени выполнения 80Ь-запросов и РНР-скриптов, односторонней репликации баз данных и информирования разработчиков об ошибках, в совокупности позволяющие повысить производительность, надёжность и масштабируемость В2В-системы;

— математически обоснована целесообразность применения многократного использования кода и универсальных структур хранения данных, что позволяет значительно сократить затраты ресурсов как на разработку новой функциональности, так и на последующую поддержку и модификацию системыисследованы математические модели производительности В2В-систем, позволяющие рассчитывать основные характеристики многопользовательской В2В-системы, достоверность которых подтверждена результатами натурного моделирования.

Практическая значимость результатов работы заключается в первую очередь в разработке универсальной многопользовательской автоматизированной интернет-системы управления технологией бизнес-процессов в секторах В2В/В20, которая может применяться как в масштабах конкретной отрасли, так и в качестве межотраслевой информационной среды. Применение технологий, реализованных в В2В-системе, позволяет значительно снизить трудоёмкость, а, следовательно, и расходы на проведение торгово-закупочных мероприятий и минимизировать сроки их проведения, а также повысить их эффективность и результативность, обеспечивая прозрачность взаимоотношений между предприятиями-участниками системы.

Разработанные методы повышения производительности, масштабируемости и отказоустойчивости В2В-системы позволяют уменьшить требования к аппаратным ресурсам, повысить количество обрабатываемых в единицу времени запросов пользователей и снизить вероятность отказов за счёт применения новой технологии повышения отказоустойчивости В2В-системы, основанной на автоматическом переносе сроков регламентированных процедур.

Предложенные в работе технологические процессы итерационной и инкрементальной разработки исходного кода системы и структур хранения данных позволяют значительно сократить сроки реализации новой функциональности и обеспечить более высокую степень её соответствия поставленным требованиям по сравнению с традиционными каскадными методами разработки, а применение многоуровневого тестирования, в том числе на специализированной тестовой версии, значительно повышает корректность и стабильность разрабатываемого программного обеспечения.

Полученная методика контроля и прогнозирования интенсивности использования файлового хранилища В2В-системы обеспечивает возможность мониторинга и превентивного наращивания ёмкости накопителей.

Разработанная технология создания и поддержки тестовых и демонстрационных версий В2В-системы с применением системы контроля версий позволяет практически без дополнительных затрат времени и средств поддерживать идентичность функциональности нескольких версий системы.

Результаты, полученные в данной диссертационной работе, соответствуют «Приоритетным направлениям развития науки, технологий и техники Российской Федерации», а также «Перечню критических технологий Российской Федерации».

Достоверность полученных результатов и обоснованность научных положений подтверждаются соответствием результатов теоретических и экспериментальных исследований, математическим моделированием, а также почти трёхлетней эксплуатацией многими предприятиями В2В-систем, основанных на теоретических и технических идеях диссертационной работы.

Внедрение результатов работы было произведено путём запуска сначала в опытную, а затем и в промышленную эксплуатацию информационно-аналитической и торговой системы «Рынок продукции, услуг и технологий для электроэнергетики» (www.B2B-Energo.ru), которая успешно функционирует в течение более двух лет. Участниками системы уже стали более 3000 предприятий, из которых 220 являются дочерними предприятиями РАО «ЕЭС России».

С момента начала работы системы B2B-Energo.ru в октябре 2002 года по состоянию на май 2005 года было автоматизировано 10 207 торговых процедур на общую сумму более 12,4 млрд руб., при этом использование системы автоматизации технологических процессов бизнес-отношений позволило снизить затраты на организацию торгово-закупочных мероприятий на 88,6−94,4% и обеспечить среднее снижение цены закупаемой продукции и услуг на уровне 17,7%, что в совокупности привело к снижению общепроизводственных издержек предприятий-участников системы на 3−25%.

Внедрение системы B2B-Energo.ru в РАО «ЕЭС России» позволило значительно повысить эффективность проведения торгово-закупочных операций — продолжительность ценовых конкурсов (аукционов) сократилась с 30 до 15 дней, а принципиально новая процедура запроса цен и предложений, ставшая возможной благодаря применению информационных технологий, может быть проведена в течение одних суток.

Современная функциональность системы B2B-Energo.ru — результат непрерывного итерационного процесса разработки, продолжающегося в течение Почти трёх лет, однако внедрение нового технологического процесса разработки В2В-системы, создаваемой для РАО «ЕЭС России» по заказу Инжиниринговой Компании «Центр реновации энергетики», позволило в кратчайшие сроки предоставить первый прототип системы и запустить начальную функциональность системы в опытно-промышленную эксплуатацию.

Кроме того, результаты диссертационной работы использованы в НИР «Исследование многопроцессорных информационно-телекоммуникационных систем с кластерной архитектурой и возможность их использования для повышения достоверности обработки информационных сигналов», шифр «405-ГБ-53-Б-УИС», № ГР 1 200 207 913, а также внедрены в учебный процесс кафедрой Информатики и программного обеспечения вычислительных систем МГИЭТ в курсах лекций «Автоматизированные информационные системы» и «Операционные системы, среды и оболочки». Внедрение результатов диссертации подтверждено актами.

На защиту выносятся:

— структура и программная реализация системы автоматизации технологических процессов бизнес-отношений в секторах В2В/В20, разработанной на базе программного обеспечения с открытым исходным кодом;

— технологический процесс итерационной и инкрементальной разработки интернет-систем управления бизнес-отношениями и математический аппарат, доказывающий эффективность применения технологии многократного использования кода;

— новый способ хранения иерархической информации и структура масштабируемого файлового репозитория с комбинированным способом хранения информации, а также методика вычисления и прогнозирования объёма пользовательских файлов;

— новая технология обмена информацией между клиентом и сервером без перезагрузки НТМЬ-страницы;

— реализация справочно-информационной подсистемы и технология построения тестово-обучающей версии В2В-системы, а также новая технология программной реализации интерактивных НТМЬ-форм на базе объектно-ориентированного подхода;

— методы повышения производительности, масштабируемости и отказоустойчивости В2В-системы за счёт применения технологий кэширования, постоянного мониторинга времени выполнения БОЬ-запросов и РНР-скриптов, односторонней репликации баз данных и информирования разработчиков об ошибках;

— новая технология повышения отказоустойчивости В2В-системы, основанная на автоматическом переносе сроков регламентированных процедур;

— математические модели производительности многопользовательских В2В-систем, позволяющие рассчитывать их основные характеристики, а также результаты экспериментального исследования разработанной В2В-системы;

— результаты внедрения системы B2B-Energo.ru в РАО «ЕЭС России».

Апробация работы и публикации. Результаты работы докладывались и обсуждались на 10-й Всероссийской межвузовской конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2003», 11-й Всероссийской межвузовской конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2004» (доклад отмечен дипломом 1-й степени по секции «Автоматизированные информационные системы»), и 12-й Всероссийской межвузовской конференции студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика-2005». Основные положения диссертационной работы опубликованы в 12 печатных научных работах автора.

Личный вклад автора. Все результаты диссертационной работы получены автором лично, главными из которых являются:

— структурная схема В2В-системы нового поколения;

— новый технологический процесс итерационной и инкрементальной разработки автоматизированной системы управления технологией бизнес-отношений;

— структуры хранения данных (включая новую структуру хранения иерархической информации и структуру файлового репозитория), алгоритмы доступа к ним и исходный код программных модулей В2В-системы;

— новая технология обмена информацией между клиентом и сервером без перезагрузки НТМЬ-страницы;

— реализация модуля информирования разработчиков об ошибках и системы мониторинга времени выполнения РНР-скриптов и БОЬ-запросов;

— реализация объектно-ориентированного подхода к разработке интерактивных НТМЬ-форм и разработка эргономичного пользовательского интерфейса В2В-системы;

— реализация справочно-информационной подсистемы и технология построения тестово-обучающей версии В2В-системы;

— новая технология повышения отказоустойчивости В2В-системы;

— методика вычисления и прогнозирования объёма пользовательских файлов;

— математический аппарат, доказывающий эффективность применения технологий многократного использования кода;

— математическое моделирование В2В-системы на основе теории сетей массового обслуживания;

— натурное моделирование В2В-системы на основе теории вероятностей и математической статистики;

— внедрение разработанной системы B2B-Energo.ru в РАО «ЕЭС России», а также внедрение тестово-обучающей версии В2В-системы в учебный процесс на специализированных семинарах-практикумах по обучению пользователей системы.

Структура и объём диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав, заключения и 4 приложений, изложена на 194 листах основного текста, включает 40 рисунков, 6 таблиц. Список используемой литературы содержит 87 наименований.

Выводы по главе 4

1) Приведены этапы постадийной разработки системы B2B-Energo.ru для РАО «ЕЭС России» в соответствии с разработанным в главе 2 технологическим процессом и показана его состоятельность и эффективность.

2) Проведено экспериментальное исследование производительности системы B2B-Energo.ru, в результате которого установлено, что система способна обрабатывать до 3600 запросов в минуту, при этом время отклика будет составлять от 38 до 1105 мс, подчиняясь нормальному закону распределения.

3) Разработана программа, позволяющая получать аналитические данные по использованию дискового пространства файлового хранилища. Рассмотрено распределение пользовательских файлов по типам, в результате чего выяснено, что более 80% объёма всех файлов относятся к работе с конкурсными торгами. Сделаны выводы об отсутствии проблем с масштабированием дисковой подсистемы, а также предложены методы, позволяющие снизить темпы увеличения объёма пользовательских файлов.

4) На примере конкретных организаций, являющихся участниками системы B2B-Energo.ni, рассмотрены основные процессы проведения торгов в электронном виде и проанализирована их эффективность как с точки зрения изменения цены в результате конкуренции, так и с точки зрения снижения затрат времени и средств на подготовку и участие в торгах.

5) Рассмотрены ближайшие (усовершенствование механизма конкурсных торгов, внедрение ЭЦП, интеграция с расчётной системой) и глобальные перспективы развития системы B2B-Energo.ru (внедрение аналогичных систем в других отраслях или же внедрение единой межотраслевой торговой площадки).

Заключение

При выполнении диссертационной работы были получены следующие основные результаты.

1) В результате анализа современных бизнес-отношений в секторах B2B/B2G выявлена необходимость разработки В2В-системы нового поколения с трёхзвенной архитектурой.

2) Разработана структурная схема В2В-системы с принципиально новым использованием электронных версий стандартных общероссийских классификаторов, составивших единое информационное ядро системы.

3) Впервые предложено использование свободного программного обеспечения с открытым исходным кодом (ОС Linux, СУБД MySQL, веб-сервер Apache и скрипто-вый язык PHP) для автоматизированной системы управления бизнес-отношениями промышленного масштаба с высокой межплатформенной переносимостью, надёжностью и производительностью, превосходящими характеристики коммерческого ПО.

4) Предложен технологический процесс разработки интернет-систем управления бизнес-отношениями, построенный на базе итерационных и инкрементальных подходов, позволивший значительно сократить сроки разработки и повысить степень соответствия программного продукта поставленным требованиям.

5) Разработаны новый способ хранения иерархической информации и структура масштабируемого файлового репозитория с комбинированным способом хранения информации, обеспечившие высокую скорость доступа и снижение нагрузки на сервер СУБД.

6) Разработана автоматизированная справочно-информационная подсистема, применение которой повышает эффективность освоения пользователями функциональных возможностей В2В-системы. Разработана новая технология программной реализации интерактивных HTML-форм на базе объектно-ориентированного подхода, позволяющая сократить сроки их разработки и упростить последующую модификацию.

7) Разработаны модули автоматизации технологических процессов бизнес-отношений, позволяющие сократить накладные расходы и уменьшить сроки проведения регламентированных процедур.

8) Предложены математические модели производительности В2В-системы и методика натурного моделирования В2В-системы, позволяющие рассчитывать основные характеристики многопользовательской В2В-системы.

9) Исследованы и разработаны технологии кэширования, постоянного мониторинга времени выполнения SQL-запросов и PHP-скриптов, односторонней репликации баз данных и информирования разработчиков об ошибках, в совокупности позволяющие повысить производительность, надёжность и масштабируемость В2В-системы.

10) Разработана новая технология повышения отказоустойчивости В2В-системы, основанная на автоматическом переносе сроков регламентированных процедур, позволяющая исключить негативное влияние возможных сбоев и отказов оборудования.

11) Математически обоснована целесообразность применения многократного использования кода и универсальных структур хранения данных, что позволяет значительно сократить затраты ресурсов как на разработку новой функциональности, так и на последующую поддержку и модификацию системы.

12) Разработанная по заказу ООО ИК «Центр реновации энергетики» автоматизированная система управления технологией бизнес-процессов в секторах B2B/B2G B2B-Energo.ru успешно внедрена в РАО «ЕЭС России» и используется более чем на 3000 предприятий, обеспечивая среднее снижение цены закупаемой продукции и услуг на 17,7% и снижение затрат на организацию технологических процессов бизнес-отношений на 88,6−94,4%, что в совокупности приводит к снижению общепроизводственных издержек на 3−25%.