Информационное обеспечение интеграции информационных систем на основе системы электронного документооборота

Актуальность темы

.

Использование на предприятии системы электронного документооборота (СЭД) решает такие важные задачи, как автоматизация работы с документами и бизнес-процессами, обеспечение совместной работы с данными, обеспечение безопасности и надежности хранения информации. На данный момент на рынке существует большое число таких систем, обладающих, как правило, схожими базовыми функциями. Существенные различия между ними появляются лишь в реализации конкретных задач.

Главной проблемой таких систем является недостаточная развитость имеющихся средств интеграции с другими системами. Данная проблема весьма актуальная, так как на многих предприятиях существует большое число разрозненных информационных систем (ИС), постепенно приобретаемых или разрабатываемых в процессе работы предприятия. Это вызвано тем, что не существует единой системы, которая бы покрыла все функциональные потребности. Определенную роль здесь играет и принцип «best of breed», когда организация старается выбрать «лучший в своем классе» продукт [38]. В результате подобного подхода образуется не единая информационная среда, а набор разрозненных систем.

Эти ИС зачастую обладают различными функционалом, логикой, архитектурой и форматом хранения данных. Причём большая часть таких систем создавалась разными разработчиками для решения определённых задач, а, следовательно, системы содержат лишь самые простые (на уровне передачи информации файлами определенной структуры) механизмы интеграции с другими ИС. Эта ситуация приводит к целому ряду проблем, таких как многократное дублирование хранимой информации, сложность поиска необходимых для синхронизации данных, низкая надёжность хранения и невысокая эффективность работы с данными, а также сложность поддержки целостности и непротиворечивости хранимых данных. Для решения перечисленных проблем необходима система, позволяющая выступить в качестве связующего звена при объединении ИС в одно информационное пространство. Наибольшая эффективность такого объединения достигается в том случае, если системы будут поддерживать несколько способов интеграции. Самый простой из них заключается в возможности использования одной и той же информации. Другой способ основан на использовании стандартизованного описания передаваемых данных и предоставлении системам набора сервисов для работы с ним Третий способ осуществляет связь ИС за счёт создания в связующей системе специальных бизнес-процессов (БП), позволяющих объединять внутренние БП этих систем. Как правило, СЭД содержат в себе механизмы интеграции, направленные на решение конкретных задач и поддерживают лишь некоторые из перечисленных способов интеграции.

При интеграции ИС важную роль играет импорт и экспорт данных. Так как большинство СЭД основаны на описании документов с использованием метаданных, то при импорте документов актуальной становится задача автоматического определения метаданных. Отсутствие у СЭД такого механизма является ещё одной существенной проблемой.

Таким образом, актуальной является задача разработки системы, позволяющей на своей основе различными способами интегрировать существующие на предприятии ИС, а также обеспечивающей автоматизацию управления документами и бизнес-процессами. Очевидно, что такая система должна относиться к классу СЭД.

Цель работы.

Разработка комплекса моделей, обеспечивающих информационную поддержку интеграции информационных систем на основе СЭД, как промежуточного ПО, также автоматизирующей управление документами и бизнес-процессами.

Задачи исследования.

1. Провести анализ существующих подходов к интеграции ИС. Определить основные принципы и требования к модели комплексной интеграции ИС. Провести анализ популярных СЭД на предмет использования их в целях интеграции.

2. Разработать модель интеграции ИС на основе СЭД, обеспечивающей поддержку информационно-ориентированного, сервисно-ориентированного и процессно-ориентированного принципов интеграции. Разработать требования к моделям СЭД.

3. Разработать комплекс моделей, обеспечивающих информационное обеспечение интеграции. Провести верификацию на соответствие требованиям к моделям.

4. Разработать метод выбора оптимальной архитектуры СЭД на основе решения задачи оптимизации стоимости документопотоков.

5. Разработать модель автоматического определения метаданных электронных документов.

6. Реализовать СЭД и провести её апробацию в процессе управления ВУЗом.

Объекты исследования.

Методы интеграции информационных систем, электронные документы, документопотоки, процессы движения и управления электронными документами, бизнес-процессы и механизмы управления ими. Методы исследования.

Методы исследования определяются сущностью теоретических и практических проблем. Используются: структурный системный анализ, теория баз данных, теория автоматизации проектирования, методы функционального проектирования в нотациях ШЕБО, ЮЕРЗ и ШЕР1Х, методы объектно-ориентированного проектирования, методы оптимизации, теория нейронных сетей, теория и методы разработки программного обеспечения, методы тестирования программного обеспечения. Научная новизна.

1. Предложена модель комплексной интеграции, позволяющая создавать системы, объединяющие в единое информационное пространство разрозненные ИС.

2. Предложены информационная, функциональные модели и модель структуры данных, позволяющие создавать на их основе системы, реализующие модель комплексной интеграции ИС, а также автоматизирующие управление документами и бизнес процессами.

3. Предложен метод выбора архитектуры СЭД на основе решения задачи оптимизации стоимости документопотоков.

4. Предложен метод автоматического определения метаданных электронного документа, в основу которого положена математическая модель нейронной сети Кохонена.

5. Реализована СЭД, обеспечивающая автоматизацию управления документами и бизнес-процессами, а также содержащая механизмы интеграции информационных систем.

Положения, выносимые на защиту.

1. Модель комплексной интеграции ИС, обеспечивающая поддержку информационно-ориентированного, сервисно-ориентрованного и процессно-ориентированного принципов интеграции.

2. Информационные объекты системы, информационная и функциональные модели, а также модели структуры данных СЭД.

3. Метод выбора архитектуры СЭД на основе решения задачи оптимизации стоимости документопотоков.

4. Метод автоматического определения метаданных документа, в основу которого положена математическая модель нейронной сети Кохонена.

5. Реализация СЭД, базирующейся на построенных моделях и позволяющей интегрировать на своей основе информационные системы, а также автоматизировать управление документами и бизнеспроцессами.

Практическая ценность.

Практическая ценность результатов работы заключается в разработанных моделях и методах, составляющих основу СЭД. Они могут быть использованы при построении сложных систем, обладающих схожим функционалом, и, в первую очередь, систем, обеспечивающих автоматизацию деятельности предприятия и интеграцию ИС.

Основные результаты работы были использованы при выполнении следующих проектов:

Грант Министерства Образования и Науки Российской Федерации № 4828 в рамках федеральной программы «Развитие научного потенциала высшей школы» (2005 — 2006 год).

Госконтракт № 12/10 АКО на выполнение работ по мероприятию «Создание областного реестра информационных ресурсов, баз данных научно-технической информации, информации учебного назначения и электронных средств обучения в учреждениях НПО, СПО, ВПО, ДПО» (2006 год).

Грант Министерства Образования и Науки Российской Федерации № 4256 «Создание типового информационно-вычислительного портала для организации учебной и научной деятельности ВУЗа» в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (2006;2008 годы)» (2006;2007 годы).

Грант Ученого Совета КемГУ «Система электронного документооборота ВУЗа». Протокол заседания учёного совета КемГУ № 3 от 24.03.2007 (2007 год).

Обоснованность и достоверность полученных результатов подтверждается реализацией системы электронного документооборота, её внедрением в опытную эксплуатацию в Кемеровском государственном университете (http://sed.kemsu.ru).

Апробация результатов.

Основные результаты диссертации представлялись на следующих конференциях: Международной научно-практической конференции «Новые информационные технологии в университетском образовании» (Кемерово.

2006), Международной конференции «Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании» (Павлодар, 2006), Международной конференции по электронным публикациям «El-Pub 2003» (Новосибирск, 2003), Международной научно-практической конференции «Информационные технологи и математическое моделирование» (Анжеро-Судженск, 2006), Всероссийских научно-практических конференциях «Инновационные недра Кузбасса. IT-технологии», «Недра Кузбасса. Инновации», «Информационные недра Кузбасса» (Кемерово, 2007, 2006, 2005), Всероссийских научно-практических конференциях «Системы автоматизации в образовании, науке и производстве» (Новокузнецк, 2005,.

2007), Всероссийской конференции с участием иностранных учёных «Распределённые информационно-вычислительные ресурсы» (Новосибирск, 2005), Всероссийской конференции молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям (с участием иностранных ученых) (Кемерово, 2005).

Доклад на VI Всероссийской конференции молодых ученых по математическому моделированию и информационным технологиям (с участием иностранных ученых) отмечен дипломом за лучший секционный доклад. Доклад на V Международной научно-практической конференции «Информационные технологии и математическое моделирование» отмечен дипломом I степени.

Публикации.

По теме диссертации опубликовано 23 работы, в том числе (в скобках в числителе указан общий объём этого типа публикаций, в знаменателеобъём, принадлежащий лично автору) 4 статьи в изданиях, рекомендуемых ВАК для предоставления основных результатов диссертации (2,06/1,78 печ. л.), 1 статья в научном журнале (0,5/0,43), 11 публикаций в трудах и материалах конференций (3,5/2,73 печ. л.), 7 публикаций в тезисах конференций (0,93/0,81 печ. л.).

Личный вклад автора.

Основные научные и практические результаты диссертации получены автором лично. Из печатных работ, опубликованных диссертантом в соавторстве, в диссертацию вошли только те результаты, которые автором получены лично на всех этапах: от постановки задач и моделирования, до реализации системы.

Структура и объём работы.

Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения и списка литературы. Общий объём работы составляет 167 страниц машинописного текста, включая 40 иллюстраций, 6 таблиц и библиографический список из 116 литературных источников. Также в работе имеется 6 приложений объёмом 50 страниц.

Основные результаты работы заключаются в следующем:

Предложена модель комплексной интеграции информационных систем, обеспечивающая информационно-ориентированный, сервисно-ориентрованный и процессно-ориентированный принципы интеграции. При разработке модели применяется подход, заключающийся в использовании для интеграции ИС СЭД в роли системы middleware, обеспечивающей поддержку трех основных принципов интеграции. Эффективность данного подхода подтверждена результатами тестовой эксплуатации системы.

Разработан перечень требований к моделям СЭД на основании результатов проведённого анализа существующих подходов к интеграции информационных систем и систем электронного документооборота. На его основе определены информационные объекты системы.

Предложены информационная, функциональные модели и модель структуры данных, позволяющие создавать на их основе системы, реализующие комплексный подход к интеграции, а также автоматизирующие управление документами и бизнес процессами.

В основу информационной модели легли объекты СЭД и отношения между ними, определённые при анализе предъявленных к моделям СЭД требований. Предложенные функциональные модели СЭД построены в стандартах IDEF0 и IDEF3. Они отражают функции системы, необходимые для осуществления интеграции ИС и автоматизации управления документами и бизнес-процессами, а также описывают существующие в СЭД потоки данных. Структура данных СЭД смоделирована в виде модели «сущность — связь».

Каждый из принципов интеграции, входящих в модель комплексной интеграции ИС, обеспечен специальными объектами и отношениями информационной модели, соответствующими блоками в функциональной модели и сущностями и отношениями между ними в модель структуры данных.

Подтверждено соответствие построенных моделей предъявленным к ним требованиям.

4. Предложен метод выбора архитектуры СЭД на основе решения задачи оптимизации стоимости документопотоков. При постановке задачи оптимизации использовался «архитектурный» подход, суть которого заключается в оптимизации стоимости документопотоков на основе анализа возможного использования различных архитектурных решений при проектировании. В качестве критерия оптимизации выбран интегральный экономический критерий, включающий стоимость хранения информации, стоимость получения данных из ИС и стоимость получения данных пользователем из БД.

Разработан метод выбора оптимальной архитектуры СЭД на основе анализа эффективных параметров задачи оптимизации.

5. Предложен метод автоматического определения метаданных электронного документа, в основу которого положена математическая модель нейронной сети Кохонена. Метод представлен в виде поэтапного алгоритма, включающего выделение зон документа, определение типов зоны, определение класса документа и последовательной определение метаданных в каждой из них. На трёх последних этапах используется математический аппарат, основанный на построении нейронной сети Кохонена. Для эффективного определения метаданных в метод включены механизмы автоматического обучения и обучения с учителем.

6. Реализована СЭД, обеспечивающая автоматизацию управления документами и бизнес-процессами, а также содержащая механизмы интеграции информационных систем. Архитектура системы выбрана на основании анализа задачи оптимизации документопотоков СЭД с учётом построенных моделей системы и требований к ней.

Проведено тестирование реализованной СЭД, подтвердившее соответствие системы предъявленным к ней требованиям, а реализованного функционала построенным моделям СЭД. Проведена апробация системы в процессе управления ВУЗом.

В заключении необходимо обозначить перспективные направления дальнейших исследований:

1. Одной из первоочередных задач является продолжение исследований в области автоматизации управления бизнес-процессами с целью реализации дополнительного компонента СЭД — системы управления бизнес-процессами.

2. Актуальной задачей является дальнейшее внедрение СЭД на предприятиях, и, в первую очередь, в ВУЗах, где необходима интеграция исторически используемых разрозненных информационных систем.

3. Перспективным представляется направление исследований применения предложенных информационной, функциональных и математических моделей при разработке других информационных систем, имеющих какую либо схожесть по функционалу с СЭД.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность д.ф.-м.н., профессору К. Е. Афанасьеву за постоянное внимание, многочисленные обсуждения и ценные замечания, способствовавшие успешному выполнению данной работы, а также за помощь и поддержку в процессе выполнения диссертационной работы.

Автор выражает глубокую благодарность и признательность к.ф.-м.н., доценту A.M. Гудову за методические обсуждения и консультации, новые идеи и критические замечания, помощь и поддержку в процессе выполнения диссертационной работы.

Автор выражает благодарность всем преподавателям и аспирантам кафедры ЮНЕСКО по НИТ КемГУ, а также всем сотрудникам Центра Новых Информационных Технологий КемГУ за поддержку в процессе написания диссертационной работы.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.