Разработка метода совершенствования сложных информационных систем на основе многоуровневого структурного анализа

Усложнение систем управления и проектирования различных объектов народного хозяйства, обусловленное ростом сложности выпускаемых изделий и производственных процессов по их изготовлению, вызвало бурное развитие и широкое внедрение в последнее десятилетие автоматизированных систем управления и проектирования /АСУП, АСУТП, САПР/. Хотя создание таких систем в целом позволило повысить эффективность управления и проектирования, но в то же время итоги их разработки и эксплуатации в нашей стране и за рубежом [?~9] показали, что в ряде случаев фактический эффект оказался ниже ожидаемого.

Большое внимание вопросам повышения эффективности внедрения средств, вычислительной техники /ВТ/, АСУ, САПР уделяется в «Основных направлениях экономического и социального развития СССР на 1981;1985 годы и период до 1990 года», утверждённых ХХУ1 съездом КПСС.

Эффективность создаваемых систем во многом зависит от того, насколько правильно выбрана их структура. На практике она обычно определяется качественными методами которые не позволяют учесть эффект от автоматизации отдельных работ или их комплексов на качество функционирования предприятия и носят, в основном, эмпирический характер. Пользуясь этими методами, определить оптимальную структуру сложных информационных систем, какими являются АСУ и САПР, позволяющую добиться максимальной эффективности использования вычислительной техники, невозможно, так как проектируемые системы являются многоцелевыми, характеризуются большим числом элементов и сложностью выполняемых ими функций, высоким разнообразием циркулирующей в них информации. Поэтому в настоящее время весьма актуален научно обоснованный подход к построению структур сложных систем с применением математического моделирования. Об актуальности этого вопроса можно также судить и по многочисленным исследованиям в которых предложены формализованные методы определения структур таких систем, позволяющие обеспечить экстремальность некоторых критериев эффективности их функционирования. Подробный анализ этих работ наряду с положительными моментами позволил отметить некоторые слабые стороны, заключающиеся в том, что предложенные в них модели, в основном:

— однокритериальные;

— исходной при их построении является функциональная структура, хотя она является вторичной и получается из информационной;

— позволяют строить структуры лишь небольшой размерности;

— не охватывают вопросов изменения организационной структуры.

Поэтому целью данной диссертационной работы является разработка метода совершенствования сложных информационных систем на основе структурного анализа, в которой сделана попытка восполнить эти пробелы.

Для осуществления этой цели в работе исследуются следующие задачи:

1. Формулирование основных принципов совершенствования сложных информационных систем на основе структурного анализа.

2. Выбор математической модели структуры и определение операций по её преобразованию, пригодных для различного уровня описания: страт, слоёв, эшелонов.

3. Построение многокритериальных оптимизационных моделей совершенствования информационно-технологической страты структуры для различных слоев системы управления, определяющих разделение функций между людьми и техническими средствами, и разработка алгоритмов их решения.

4. Разработка моделей и алгоритмов оптимизации организационной страты структуры системы управления.

5. Апробация предложенных моделей и алгоритмов для совершенствования структуры реальных АСУ.

Ввиду ограниченности представляемого объема для диссертационных работ вопрос совершенствования сложных информационных систем рассматривается на примере построения АСУ, понимая под построением создание первой и последующих очередей.

Работа состоит из введения, четырёх глав и заключения.

Первая глава посвящена анализу современных методов проектирования структуры АСУ и состоит из двух подразделов:

— анализ методов выбора состава задач управления, передаваемых для обработки на ЭВМ;

— анализ количественных моделей совершенствования организационных структур управления.

Во второй главе изложены основные принципы предлагаемого метода, осуществлён выбор математического описания структуры системы, проведена разработка моделей и алгоритмов определения информационно-технологической страты структуры АСУ для уровней планирования и оперативного управления. Предлагаемые модели построены с учётом таких важных моментов, возникающих при проектировании реальных систем, как многокритериальность, принцип новых задач, глубина и период управления, повышение уровня полноты, достоверности и своевременности обработки информации. В формализованном виде эти модели представляют собой многокритериальные нелинейные задачи оптимизации большой размерности с булевыми переменными. Для Pix решения предложены эффективные алгоритмы декомпозиции исходной задачи на задачи линейного программирования меньшей размерности и определения оптимально-компромиссного решения задач векторной оптимизации.

В третьей главе проводится построение моделей и разработка алгоритмов совершенствования организационной страты структуры управления. Глава состоит их трёх разделов:

— разработка модели и алгоритма многокритериального разбиения множества задач управления, решаемых традиционно в АСУ, на подмножества;

— разработка алгоритма многокритериального распределения полученных подмножеств между исполнителями;

— разработка модели и алгоритма оптимизации иерархической организационной страты структуры управления. Предложенные в этой главе алгоритмы позволяют строить оптимальные линейные и матричные организационные структуры управления, адекватные структуре информационного взаимодействия сотрудников аппарата управления.

Четвёртая глава посвящена апробации предлагаемого метода для построения структуры реальных информационных систем управления.

Основные научные результаты, полученные при исследовании, состоят в следующем:

— предложен новый формализованный метод совершенствования сложных информационных систем на основе структурного анализа;

— разработаны многокритериальные модели оптимизации различных срезов структуры управления;

— предложен новый способ определения оптимально-компромиссного решения задач векторной оптимизации;

— предложен новый алгоритм решения нелинейной задачи оптимизации большой размерности с булевыми переменными, основанный на последовательной декомпозиции исходной задачи на задачи линейного программирования меньшей размерности;

— предложен новый алгоритм построения оптимальных линейных иерархических и матричных структур управления.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:

— предлагаемый метод позволяет на этапе предпроектного исследования выбрать оптимальный состав автоматизируемых задач управления и наметить пути совершенствования организационной структуры;

— предложенные алгоритмы предоставляют возможность решать многокритериальные нелинейные задачи с булевыми переменными, многокритериальные задачи разбиения, назначения и оптимизации иерархической структуры, возникающие при построении сложных систем или имеющие самостоятельное значение.

Предложенный метод был использован при разработке структур автоматизированных систем управления «АСУ-Актюбрентген», «АСУ-Москабель» .

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ Ш. I. Предложена комплексная модель реконструкции организационной страты структуры управления при внедрении АСУ, представляющая возможность осуществить.

— оптимальное разбиение задач управления, решаемых традиционно на подмножества;

— оптимальное назначение образованных пожмиожеств исполнителям;

— оптимизацию иерархической организационной структуры.

2. Предложен эффективный алгоритм решения задачи оптимального разбиения структуры на абсолютно устойчивые подструктуры.

3. Предложен эффективный алгоритм решения многокритериальной задачи назначения, позволяющий значительно сократить время её решения по сравнению с известными.

4. Разработан алгоритм оптишзации линейных иерархических и матричных организационных структур. рис. 3. f6.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

1. Анализ многочисленных исследований, посвященных вопросу совершенствования сложных информационно-управляющих систем, показал актуальность разработки метода её решения на основе структурного анализа.

2. Сформулированы основные принципы предлагаемого метода совершенствования сложных информационно-управляющих систем на основе структурного анализа. Определены уровни описания стрзчстуры системы в виде страт, слоёв, эшелонов. '1.

3. Предложена математическая модель структуры, пригодная для описания любых страт, слоёв, эшелонов, в виде мультиграфа, представленного тройкой С = <�Х,/?/-Е>. Определены операции, позволяющие изм шять структуру в необходимом направлении.

4. 1остроены оптимизационные модели совершенствования информационна-технологической страты различных слоёв структуры системы управления, представляющие собой многокритериальные задачи нелиней юго программирования с булевыми переменными большой размер-нос ?и.

5. 1редложен новый способ определения оптимально-компромиссного реппния задач векторной оптимизации, основанный на построении фун сции полезности в виде свёртки критериев и зондировании ЛИг~ -по >ледовательностыо допустимой области изменения весовых коэффициентов частных критериев оптимальности.

6. Предложен алгоритм решения задачи нелинейной оптимизации большой размерности с булевыми переменными вида (2.47−2.50, 2.21−2.34), осы «ванный на последовательной декомпозиции исходной задачи на под ¡-адачи линейного программирования меньшей размерности.

7. предложена комплексная модель совершенствования организационной страты структуры системы управления в связи с изменением ин.

Формащюнно-технологической страты структуры при внедрении современных средств вычислительной техники, организационных и эко-но шко-математических методов. 8.1 Разработаны эффективные алгоритмы: — оптимального многокритериального разбиения структуры на подструктуры-,.

— многокритериального назначения элементов информационной страты элементам организационной страты структуры управления;

— оптимизации линейных иерархических и матричных организационных страт структуры управления.

9. Апробирование предложенного метода совершенствования сложных информационных систем на основе структурного анализа при построении промышленных АСУ /АСУ-Актюбрентген, АСУ-Москабель/ подтвердило правильность теоретических предпосылок, работоспособность и эффективность предложенных алгоритмов.