Разработка методики построения адаптируемых отраслевых информационно-аналитических систем

Решение задач управления в сложных отраслевых организационно-технических системах (характерными примерами которых являются системы управления в бюджетных сферах экономики, системы надзорных органов федерального уровня, а также системы управления общероссийскими производственными корпорациями — ОАО «Газпром», ОАО РАО ЕЭС и т. д.) невозможно без применения отраслевых информационно-аналитических систем, позволяющих автоматизировать основные производственные процессы, обеспечить более полное использование первичной информации, упорядочить информационные потоки и реализовать сложные процедуры информационной поддержки в процессах принятия решения.

Эффективность управления в сложных отраслевых системах в значительной степени определяется эффективностью реализации процедур анализа, обработки информации и принятия решений [26]. Основным инструментом повышения эффективности указанных процедур, являются комплексы специального математического, программного и аппаратного обеспечения, основанные на применении математических методов и современных информационных технологий и объединяемые в рамках информационно-аналитических систем (ИАС). Соответственно, эффективность управления в отраслевых системах, непосредственно зависит от характеристик информационно-аналитических систем. При этом, согласно одному из основных законов кибернетики — закону необходимого разнообразияуправляющая система должна быть не менее сложна, чем управляемая [107]. Таким образом, для управления современной сложной, динамической, вероятностной и многокритериальной организационно-технической системой, управляющая система должна обладать адекватным по мощности разнообразием, что практически неосуществимо без использования специализированных решений и привлечения дополнительных средств на их реализацию.

В настоящее время во многих отраслевых системах управления складывается противоречивая ситуация, при которой информационно-аналитические системы, разработанные и внедренные с целью повышения эффективности управления отраслью, на определенном этапе начинают являться «узким» местом, резко снижающим эффективность рассматриваемых процессов. Это обусловлено спецификой современных отраслевых систем управления, характеризующейся высокими темпами эволюции, наличием большого количества территориально распределенных управляемых объектов, иерархичностью процессов, разнообразием целей и задач управления на различных уровнях иерархии системы. Например, текущее реформирование административного и экономического устройства РФ, связанное с изменением критериев эффективности государственного управления [113], приводит к изменениям целей и бизнес-процессов множества отраслевых систем управления. При этом отсутствие эффективных механизмов модернизации ИАС в соответствии с новыми требованиями может привести к тому, что вместо обеспечения эффективности управления, они становятся звеном, тормозящим внедрение новых современных технологий и бизнес-процессов.

Особенно актуальной задачей является повышение эффективности управления и преодоление указанного противоречия в системах управления энергетической отраслью. Актуальность данной задачи обусловлена совокупностью факторов, основными из которых являются: высокая динамика изменений в отрасливысокие требования к качеству процессов управления (даже временный дефект в управлении может иметь катастрофические последствия) — стратегическая важность отрасли в государственном масштабе. Отмеченное в полной мере относится и к одной из наиболее масштабных организационно-технических структур мониторинга состояния энергетической отрасли — системе органов государственного энергетического надзора (в настоящее время включена в состав органов технологического и экологического надзора (Ростехнадзор), далее в работе обозначается «Энергонадзор»).

Проблемы управления сложными системами и пути их решения рассмотрены в работах таких отечественных и зарубежных ученых, как Поспелов Д. А., Цыпкин Я. З., Глушков В. М., Месарович М., Прангишвили И. В., Трапезников В. А., Беллман Р., Винер Н. [28, 47, 51, 56, 85, 89, 92, 110, 117]. Вопросам разработки НАС и их применения в процессе управления сложными системами посвящены работы: Трахтенгерца Э. А., Растри-гина J1.A., Новикова Д. А., Кузнецова Н. А., Тельнова Ю. Ф., Лемана М. М., Соммервила А., Боэма Б., Виноградова В. И. [1, 18, 43, 44, 52, 55, 73, 77, 95, 100, 101, 111, 112].

Теоретические и практические аспекты проектирования и эксплуатации информационно-аналитических систем для решения задач отраслевого управления в электроэнергетике (в том числе, в органах энергетического надзора) и смежных областях рассмотрены в работах Клименко А. В., Борисова В. В., Титова В. Л., Бобрякова А. В., Вакулко А. Г. [30, 31, 32, 33, 34, 35,36, 68, 108].

Несмотря на то, что в указанных работах большое внимание уделяется вопросам адаптации информационных систем к изменениям в целевой системе управления и рассматриваются конкретные решения, в современных условиях эти решения не позволяют обеспечить требуемых характеристик в части временных и трудовых затрат на осуществление адаптации [23]. Далее в работе термин «адаптация» («адаптивное сопровождение») используется для обозначения процесса приспособления информационной системы к новым требованиям [43, 101], а термин «адаптируемая» — для обозначения самой информационной системы, технологические и конструктивные характеристики которой позволяют осуществлять адаптацию ее к некоторому спектру изменений [23]. Для обозначения процесса проектарования, позволяющего создавать адаптируемые информационные системы будем использовать термин «проектирование с учетом изменений» [6].

Невозможность эффективной адаптации ИАС на базе известных решений подтверждается и опытом разработки и эксплуатации отраслевой ИАС органов Энергонадзора. В частности, неизбежные частые изменения в структуре и функциях данной ОТС определяют необходимость существенных изменений функциональных требований к ИАС на протяжении всего жизненного цикла, что, с учетом большого числа автоматизированных рабочих мест и номенклатуры версий в них, приводит к значительному росту затрат на их разработку, внедрение и эксплуатацию, существенно снижая эффективность применения. Аналогичная ситуация наблюдается и в других отраслях.

Причиной такой ситуации является постоянный рост темпа изменений бизнес-процессов во всех отраслях, как в государственном, так и в частном секторе, имеющий объективную основу — быстрое изменение экономических условий, рост сложности задач управления, развитие технологий. Период, за который основные бизнес-процессы претерпевают существенные изменения, в настоящее время составляет 12−24 месяцев [23], в то время как методы, модели и технологии проектирования и эксплуатации ИАС, разрабатывались из расчета более длительных изменений (в пределах 5−7 лет). Как следствие, механизмы адаптации, предусмотренные известными методами проектирования ИАС, неэффективны при реализации большого объема изменений в короткие сроки — в общем случае их применение приводит к снижению характеристик качества ИАС, а также влечет существенные дополнительные затраты [102].

Таким образом, в современных условиях, эффективное решение задач адаптации ИАС к изменениям бизнес-процессов отраслевой системы управления, необходимое для обеспечения эффективного управления, требует развития моделей и методов проектирования ИАС, позволяющих учитывать изменения требований на протяжении всего жизненного цикла ИАС и облегчать модификацию в соответствии с новыми требованиями.

Перспективным подходом к созданию адаптируемых ИАС, функционирующих в условиях частых изменений отраслевой системы управления, является модельно-ориентированный подход. При этом эффективность его применения целиком определяется темпами, направленностью изменений в отрасли и их влиянием на ИАС. Отсюда, эффективное применение технологий и методов адаптации, предполагаемое в рамках модель-но-ориентированного подхода, требует разработки методик, позволяющих оценивать целесообразность применения в ИАС конкретных механизмов адаптации, и осуществлять их обоснованный выбор с учетом динамики изменений в конкретной отрасли. Кроме того, технологическая база известных практических реализаций указанного подхода не удовлетворяет современным требованиям, предъявляемым к отраслевым ИАС: в части возможностей реализации множества версий и реконфигурации автоматизированных рабочих мест, а также в части затрат ресурсов на модификацию системы при изменениях бизнес-процессов. Таким образом, для практической реализации эффективной отраслевой ИАС, необходима разработка структуры и модели управления конфигурацией ИАС на этапе эксплуатации, отвечающих указанным требованиям.

С учетом изложенного, актуальной научной задачей, имеющей важное практическое значение является разработка методики построения адаптируемых отраслевых информационно-аналитических систем, позволяющей осуществлять определение изменений функциональных и структурных параметров ИАС с учетом динамики изменений в отрасли, реали-зовывать процедуры рационального выбора комплекса архитектурно-технологических решений, а также модельного и технологического обеспечения, позволяющего реализовывать эффективные процедуры модернизации отраслевых ИАС на этапе их эксплуатации.

Целью работы является разработка методики построения адаптируемых отраслевых информационно-аналитических систем, учитывающей изменения в отраслевой системе управления.

Для реализации указанной цели необходимо решить следующие задачи:

1. проанализировать процессы и задачи управления бюджетными отраслями (на примере системы органов Энергонадзора) в условиях административной реформы;

2. провести анализ методов и технологий проектирования современных адаптируемых информационно-аналитических систем;

3. осуществить классификацию возможных типов изменений в информационно-аналитических системах в зависимости от изменений бизнес-процессов отраслевых систем управления и оценить степень этого влияния;

4. классифицировать средства адаптации информационно-аналитических систем к изменениям бизнес-процессов в отраслевых системах управления;

5. разработать методику построения адаптируемых отраслевых информационно-аналитических систем, позволяющую учесть возможные изменения функциональных требований к ИАС на этапе ее эксплуатации;

6. разработать модель управления конфигурацией адаптируемой информационно-аналитической системы на этапе эксплуатации, а также создать структурную модель адаптируемой ИАС, позволяющую осуществлять адаптацию ИАС на модельном уровне.

7. апробировать разработанные методику, модели, структуры и средства адаптации при проектировании основных функциональных подсистем отраслевой информационно-аналитической системы органов энергонадзора.

Объектом исследования являются отраслевые информационно-аналитические системы.

Предметом исследования являются методы проектирования отраслевых информационно-аналитических систем, методы и средства адаптации информационных систем к изменениям отраслевой системы управления.

Методы исследования. В диссертационной работе используются методы анализа сложных систем и решения задач управления в отраслевых системах, теории нечетких множеств и интеллектуальной обработки информации, методы функционального и объектного моделирования информационных систем.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Предложена методика построения отраслевых адаптируемых информационно-аналитических систем, характеризующаяся наличием этапа оценки изменений бизнес-процессов и атрибутов системы, использованием модели и алгоритма выбора средств адаптации для разработки рациональной архитектуры и структуры ИАС с учетом изменений в отраслевой системе управления.

2. Обосновано методическое и разработано модельное и алгоритмическое обеспечение построения адаптируемых информационно-аналитических систем, включающее методику оценки степени влияния изменений бизнес-процессов в отраслевых системах управления на изменения атрибутов ИАС, модель и алгоритм выбора средств адаптации при проектировании отраслевых ИАС, базирующиеся на иерархических методах принятия решений и методах нечеткого вывода.

3. Предложена модель управления конфигурацией адаптируемой ИАС на этапе эксплуатации, позволяющая реализовать механизмы адаптации информационной системы на модельном уровне и отличающаяся составом компонентов, технологичностью реализации и возможностью ее автоматического синтеза на базе известных моделей этапа проектирования системы.

4. Разработана структура и модельное обеспечение функционирования адаптируемой ИАС, позволяющая практически реализовать предложенную модель управления конфигурацией системы и отличающаяся составом и механизмом взаимодействия блоков.

Практическая значимость работы.

1. Разработанная методика построения адаптируемых отраслевых ИАС может практически использоваться при создании адаптируемых отраслевых информационно-аналитических систем в различных отраслях экономики.

2. Предложенная структура адаптируемой ИАС, основанная на применении модели управления конфигурацией на этапе эксплуатации, может найти широкое применение при построении проблемно-ориентированных систем мониторинга деятельности комплексов поднадзорных объектов (экологический, горный надзоры в составе Ростех-надзора), а также в системах управления общероссийскими производственными корпорациями энергетической отрасли.

3. Разработанные структура и модельное обеспечение адаптируемой отраслевой ИАС органов Энергонадзора, позволяющие существенно упростить процедуры адаптации и управления системой за счет переноса изменений из области программного кода компонентов ИАС в область модели управления конфигурацией системы на этапе эксплуатации, могут быть использованы в качестве компоненты отраслевой ИАС «Энергоэффективность».

4. Разработанные функциональные модели и классификация бизнес-процессов производственной деятельности органов Энергонадзора, позволившая сформировать комплекс требований к реализации адаптируемой отраслевой ИАС, могут быть использованы в целях оптимизации бизнес-процессов органов Энергонадзора.

5. Разработанное модельное и алгоритмическое обеспечение построения адаптируемых информационно-аналитических систем может служить теоретической основой для разработки компьютерной системы поддержки принятия решений по выбору технологического аппарата ИАС на этапе проектирования.

Реализация результатов работы. Разработанная методика построения адаптируемых отраслевых ИАС, а также разработанные средства обеспечения адаптации практически использованы при создании:

• адаптируемой отраслевой ИАС «Энергоэффективность» органов Энергонадзора — на примере функциональной подсистемы «Мониторинг подготовки и прохождения осенне-зимнего периода» (оценка изменения факторов внешней среды, разработка модели управления конфигурацией на этапе эксплуатации, реализация архитектуры и структуры для системы территориального уровня в Управлении по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по городу Москве);

• ИАС поддержки реализации программных мероприятий и мониторинга выполнения раздела «Энергоэффективность энергоемких отраслей промышленности» федеральной целевой программы «Энергоэффективная экономика» (разработка и ввод в эксплуатацию комплекса версий автоматизированных рабочих мест).

Достоверность и обоснованность результатов.

Достоверность научных результатов, выводов и рекомендаций, сформулированных в диссертации, определяется корректным применением методов системного анализа сложных систем и решения задач управления в отраслевых системах, теории нечетких множеств и интеллектуальной обработки информации, методов функционального и объектного моделирования систем.

Обоснованность теоретических разработок подтверждена вычислительными экспериментами на персональных компьютерах и реальными натурными экспериментами на ряде отраслевых ИАС, результаты которых позволяют сделать вывод об адекватности разработанных математических моделей и работоспособности предложенной методики проектирования ИАС.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались Международных научно-технических конференциях «Информационные системы и технологии (Москва, МЭИ (ТУ) 2003 — 2006) — Всероссийском научном семинаре РАН «Кибернетика электрических систем» (Новочеркасск, ЮРГТУ (НИИ) 2004), Научно-технической конференции студентов и аспирантов «Информационные технологии, ресурсосбережение, энергетика и экономика» (Смоленск, 2003) — Международных научно-технических конференциях «Современные информационные технологии» (Пенза, Пензенский технологический институт 2003,2005,2006).

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами к ним, заключения, списка литературы и приложений. Работа содержит 144 страницы машинописного текста содержательной части, 41 рисунок и 18 таблиц. Библиографический список содержит 121 наименование на 10 страницах. Объем приложений составляет 23 страницы.

4.5. Выводы.

1. Рассмотрены структура, задачи, основные производственные функции системы органов государственного энергетического надзора. Разработаны функциональные модели бизнес-процессов и проведена их классификация.

2. Проведенный анализ деятельности органов Энергонадзора показал, что одним из основных направлений совершенствования их деятельности является разработка и внедрение адаптируемой отраслевой информационно-аналитической системы и позволил сформировать требования к ней.

3. Проведена оценка степени влияния изменений бизнес-процессов каждого класса на изменения атрибутов отраслевой информационно-аналитической системы, определено, что наибольшее влияние на структуру и логику функционирования ИАС оказывают основные бизнес-процессы и бизнес-процессы управления.

4. Определены параметры модели выбора средств адаптации для отраслевой ИАС органов Энергонадзора, по результатам работы которой разработаны структура и модельное обеспечение отраслевой ИАС, реализующие модельно-ориентированную архитектуру с моделью управления конфигурацией ИАС на этапе эксплуатации.

5. Для функциональной подсистемы «Мониторинг подготовки и прохождения ОЗП» ИАС «Энергоэффективность» разработана и апробирована модель управления конфигурацией на этапе эксплуатации, позволившая реализовать автоматизированные рабочие места сотрудников функциональных подразделений территориального управления, а также существенно сократить трудовые и временные затраты на адаптацию ИАС при реорганизации структуры и функций подразделений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В ходе выполнения настоящего исследования решена важная научная задача разработки методики построения адаптируемых отраслевых ИАС с учетом изменений в отраслевой системе управления, а также практической реализации разработанных средств адаптации, позволивших снизить затраты на адаптацию ИАС к новым требованиям.

Получены следующие основные научные и практические результаты:

1. На основе проведенного анализа процессов и задач управления энергетической отраслью, решаемых в рамках системы органов Энергонадзора, в условиях административной реформы обоснованы предпосылки применения адаптируемых отраслевых ИАС для повышения эффективности функционирования территориального уровня системы органов Энергонадзора.

2. Разработана методика построения адаптируемых отраслевых ИАС с учетом изменений требований на протяжении жизненного цикла, позволяющая повысить эффективность эксплуатации ИАС за счет обеспечения обоснованного выбора средств адаптации ИАС в зависимости от ожидаемой степени изменений бизнес-процессов отраслевой системы управления и их различного влияния на атрибуты ИАС. Для реализации указанной методики:

• проведена классификация бизнес-процессов, изменяемых в процессе развития отраслевых систем управления;

• обоснована методика и осуществлена оценка степени влияния изменений бизнес-процессов в отраслевых системах управления на изменения структурных, функциональных и информационных характеристик отраслевых ИАС;

• предложена нечеткая модель и алгоритм выбора средств адаптации при проектировании отраслевых ИАС с учетом изменений в отраслевой системе управления, использование которых позволяет учитывать сложность разграничения влияний изменений различных атрибутов ИАС на выбор средств адаптации, а также получить оценку, характеризующую степень целесообразности их реализации.

3. Предложена модель управления конфигурацией адаптируемой отраслевой ИАС на этапе эксплуатации, отличающаяся отсутствием избыточности, технологической простотой и учитывающая особенности централизованного механизма проектирования.

4. Разработана структура адаптируемой отраслевой ИАС, основанная на модели управления конфигурацией на этапе эксплуатации и позволяющая осуществлять адаптацию ИАС на модельном уровне.

5. Разработаны структура и модельное обеспечение функционирования адаптируемой отраслевой ИАС органов Энергонадзора, позволяющие существенно упростить процедуры адаптации и управления системой за счет обеспечения возможности переноса изменений из области программного кода компонентов ИАС в область модели управления конфигурацией ИАС, а также автоматического синтеза указанной модели на основе комплекса моделей, созданных на этапе проектирования.

6. Разработанные структура и модельное обеспечение практически внедрены в состав программных средств отраслевой ИАС «Энергоэффективность» территориального уровня в Управлении по технологическому и экологическому надзору Ростехнадзора по городу Москве, а также практически использованы при создании программных средств функциональной подсистемы «Мониторинг подготовки и прохождения осенне-зимнего периода» ИАС «Энергоэффективность» и ИАС поддержки реализации программных мероприятий и мониторинга выполнения раздела «Энергоэффективность энергоемких отраслей промышленности» федеральной целевой программы «Энергоэффективная экономика».