Software & Systems

Известно, что система административного управления (САУ) развитием ИТ-инфраструктуры имеет многоуровневую структуру с высокой степенью вложенности контуров управления [1]. Это определяется наличием множества вложенных друг в друга ИТ-компонентов различного уровня иерархии, которыми управляют соответствующие контуры управления. С целью долговременного управления ИТ-компонентами на всем жизненном цикле путем применения рекурсивно-иерархичес­кого подхода предлагается создать выделенные контуры административного управления [2], каждый из которых представляет собой рекурсивный компонент административного управления типа «виртуальное предприятие». Выпускаемым продуктом САУ типа «виртуальное предприятие» являются состояния ИТ-компонентов, посредством чего реализуется управление ИТ-компонентами в процессе всего их жизненного цикла. Создание и поддержка виртуальных предприятий в процессе жизненного цикла осуществляются на основе их гибридной модели (технологической и информационной). Создание таких моделей требует наличия соответствующей абстрактной модели, на основе которой предполагается разрабатывать и наполнять модели конкретных САУ ИТ-компо­нентами. Абстрактная модель формируется на основе эталонной (reference) модели, предназначенной для описания архитектуры объекта управления. Необходимость совершенствования архитектуры САУ определяет актуальность разработки эталонной модели системы управления типа «виртуальное предприятие». Для описания виртуальных предприятий в настоящее время применяется методология коллаборативных сетевых органи- заций (collaborative network organization), предполагающая учет согласованности частных целей агентов системы управления [3]. Необходимость обоснования архитектуры САУ, создаваемых с применением рекурсивно-иерархического подхода, определяет требование разработки эталонной модели САУ на основе применения одной из эталонных моделей коллаборативных сетевых организаций (прототипом является модель ARCON).

Эталонные модели виртуальных предприятий

Для описания (спецификации) виртуальных предприятий применяется множество подходов, что обусловлено различными особенностями их представления на разных уровнях абстракции. В частности, реализуется описание архитектур предприятий в виде эталонных моделей – абстрактных представлений компонентов и отношений между ними в конкретной предметной области. Эталонные модели предназначены для описания систем в целях их синтеза и поддержки. Поскольку виртуальное предприятие представляет собой виртуальную организационно-техническую систему, ее эталонная модель будет включать компоненты различного уровня формализации. Формальные модели компонентов архитектур виртуальных предприятий предназначены для описания их структур и поведения в формальном виде (графы, теории вероятности и случайных процессов, логика) [3]. Полуформальные модели связаны с представлением организационных компонентов (теории принятия решений, опционов, транзакционных издержек). Описательные модели связаны с абстрактным представлением слабоформализуемых компонентов виртуального предприятия (самоорганизация, синергетика). Эталонные модели позволяют более эффективно управлять виртуальным предприятием на всем жизненном цикле за счет стандартизации его организации. Важной задачей такого управления на всем жизненном цикле является обеспечение создания и развития виртуальных предприятий (методами интеграции компонентов) различными методами (агентно-, объектно- и сервис-ориентированнными) [4].

Развитие теории виртуальных организаций связано с учетом большого количества их особенностей и соответственно с повышением адекватности эталонных моделей. Выделяются несколько различных вариантов организации виртуальных предприятий: виртуальные группы, виртуальные предприятия, виртуальные организации, кооперативные и коллаборативные сетевые организации [3–6]. Для моделирования архитектур таких предприятий применяются следующие методологии (эталонные модели и языки моделирования) [3, 5]:

–      NEML (Networked Enterprise Modeling Lan­guage);

–      CAML (CNO Architecture Modeling Lan­guage);

–      AVERM (Agile Virtual Enterprise Reference Model);

–      VERAM (Virtual Enterprise Reference Archi­tecture and Methodology);

–      BM_VEARM (Virtual Enterprise Architecture Reference Model);

–      ARCON (A Reference model for COllabora­tive Networks);

–      SCOR (Supply-Chain Operation Reference model);

–      EGA (Enterprise Grid Alliance);

–      Zachman Framework;

–      FEA (Federal Enterprise Architecture);

–      NIST EA Model (NIST Enterprise Architec­ture Model).

Указанные методологии представляют собой многокомпонентные описания виртуальных предприятий, отличающиеся учетом их различных аспектов. Для моделирования частных аспектов виртуальных предприятий в рамках методологий используется математический аппарат архитектурных спецификаций: SysML, ArchiMate, VDM, CSP, SDL [7]. Для отдельных предметных областей разрабатываются адаптированные варианты архитектур (в частности, для информационных рынков предложена эталонная модель VirtuE) [8].

Развитием теории виртуальных предприятий является математический аппарат теории коллаборативных сетей [6]. Коллаборативная сеть представляет собой системное объединение множества элементов, которые согласованно достигают целей объединения. Поскольку в создании и поддержке средств автоматизации (в управлении ИТ-компонентом на всем жизненном цикле) наряду с ИТ-подразделением принимают участие и заинтересованные функциональные подразделения, представляется возможным использовать указанный математический аппарат для описания САУ типа «виртуальное предприятие». Для моделирования коллаборативных сетей предложены две базовые методологии – ARCON и CAML, отличающиеся описанием аспектов виртуальных предприятий. Результаты анализа показали, что в качестве наиболее подходящего для описания архитектуры САУ ИТ-компонента может рассматриваться методология ARCON, предполагающая учет внутренних и внешних воздействий на виртуальное предприятие. С целью обеспечения управления САУ на жизненном цикле предлагается создать адаптированную к условиям управления ИТ-ком­понентами эталонную модель ARCON.

Адаптированная эталонная модель САУ

САУ ИТ-инфраструктурой осуществляет управление выделенным ИТ-компонентом в процессе всего его жизненного цикла. САУ типа «виртуальное предприятие» создается на период жизненного цикла управляемого ИТ-компонента. Для ее создания и поддержки жизненного цикла применяется интегрированная модель, создаваемая на основе эталонной модели архитектуры. В качестве исходной эталонной модели в работе предлагается использовать методологию ARCON [6] (рис. 1). Согласно данной методологии, эталонная модель предполагает описание коллаборативной сети с внутренней и внешней точек зрения на всем жизненном цикле. Каждый компонент рассматривается в четырех аспектах (структурный, компонентный, функциональный и поведенческий) и реализуется на трех уровнях абстракции: общей модели (general representation), модели спецификаций (specific model) и модели детализированных спецификаций (implementing model).

В соответствии с ARCON при описании внутренней составляющей САУ виртуального предприятия типа коллаборативной сети выделяются четыре компонента:

–      структурный, показывающий структуру коллаборативной сети (компоненты САУ и взаимодействие между ними в соответствии с выполняемыми ролями);

–      компонентный, отражающий состав и возможности отдельных элементов виртуального предприятия; при этом выделяются как материальные (аппаратное и программное обеспечение), так и нематериальные (знания, компетенции) компоненты;

–      функциональный, показывающий основные функции, доступные в сети, и выполняемые потоки операций (процессы и процедуры) в зависимости от фазы жизненного цикла;

–      поведенческий, показывающий принципы, политики и нормативные требования, которые определяют поведение коллаборативной сети и ее компонентов; включает в себя принципы объединения и согласования, порядок заключения контрактов и разрешения конфликтов.

В рамках рассматриваемого подхода предполагается, что САУ, создаваемая для поддержки жизненного цикла выделенного ИТ-компонента, пред­ставляется в виде совокупности активных агентов, согласующих свои цели и действия с целью обеспечения максимума эффективности ИТ-сервиса в рамках автоматизации заданного процесса. Основными составляющими такого представления являются компоненты функционального подразделения (автоматизирующего свою деятельность) и ИТ-подразделения, а также обеспечивающие взаимодействие с ИТ-инфраструктурой. В соответствии с методологией ARCON определим эталонную модель САУ (см. табл.). Предлагаемая эталонная модель формируется путем определения компонентов модели, специфичных для САУ ИТ-компо­нентами. Для моделирования отдельных компонентов эталонной модели предлагаются варианты математического аппарата и средств моделирования в целях обеспечения их применения в процессе управления.

Представленная эталонная модель САУ оп- ределяет перечень данных, учитываемых при управлении САУ на всем ее жизненном цикле. Указанная эталонная модель САУ заполняется значениями параметров при создании конкретной виртуальной САУ ИТ-компонентом и включается в состав гибридной модели. На основании имеющейся информации о САУ в гибридной модели осуществляется ее поддержка на всем жизненном цикле.

Управление САУ на всем жизненном цикле на основе эталонной модели

Объединение независимых активных агентов в рамках коллаборативной сети требует непрерывного управления. Создание таких систем управления виртуальными предприятиями требует соответствующих средств [9], обеспечивающих в том числе и поддержку интегрированной модели. Для обеспечения управления виртуальным предприятием в рамках всего жизненного цикла разработан соответствующий аппарат, базирующийся на объектно-, сервис- и агентно-ориентированных подходах. Наибольшее распространение получил агентно-ориентированный подход к управлению виртуальными предприятиями, поскольку по своей сути они являются взаимодействующим объединением агентов. Среди таких методов управления на всем жизненном цикле выделяется подход, основанный на агентно-ориентированной платформе, предназначенной для управления динамическими виртуальными предприятиями [10]. Такая платформа предполагает интеграцию виртуального рынка агентов, онтологии виртуального рынка, агентно-ориентированной процессной методики управления, языка спецификации виртуальных предприятий и механизмов выбора партнеров. Другим вариантом является агентно-ориенти- рованный подход для поддержки создания вир- туальных предприятий, базирующийся на представлении программными агентами компонентов виртуального предприятия и управлении с использованием мультиагентной архитектуры типа AGORA [11].

Основной упор при разработке методов управления виртуальными предприятиями на всем жизненном цикле делается на управление созданием. Проблемы интеграции целей и повышения согласованности действий агентов обусловили необходимость разработки целого набора методов:

–      методов проектирования сложных виртуальных систем (например, в [12] предложен количественный подход к управлению жизненным циклом виртуального предприятия на фазах создания и поддержки на основе аксиоматической теории проектирования и методологии сложных больших систем);

–      методологий проектирования гибких коопераций (например, для проектирования гибких виртуальных предприятий в [13] предлагается применять фреймворк Agile Design Framework, представляющий собой набор средств и технологий для повышения гибкости кооперации);

–      совершенствования технологических и процедурных компонентов управления (например, в [14] предлагается использовать методологию ARDIN и расширения к ней для интеграции виртуальных предприятий на основе практик и технологической инфраструктуры);

–      конфигурирования виртуальных предприятий на основе групповых рекомендаций (например, в [15] предложен способ конфигурирования виртуальных предприятий на основе групповых рекомендаций в системах поддержки принятия решений).

Анализ представленных подходов к управлению виртуальными предприятиями на всем жизненном цикле показывает, что для управления САУ типа «виртуальное предприятие» возможно применение агентно-ориентированного подхода [10], позволяющего объединять активные компоненты для решения задач административного управления ИТ-компонентами. Для разработки методики управления на его основе необходимо специфицировать модель объекта управления, в частности, структуру жизненного цикла. В качестве исходной модели в работе предлагается использовать разработанную эталонную модель САУ в виде коллаборативной сети типа ARCON, адаптированную к условиям функционирования. В рамках используемой методологии коллаборативных сетей предложен собственный вариант жизненного цикла [5], адаптированный к условиям временного объединения активных компонентов. Для согласования с результатами предыдущих исследований [1, 16], в которых для описания жизненного цикла использовался ГОСТ 15288, предлагается разработать отображение стадий жизненного цикла.

В соответствии с [16] структуру жизненного цикла сложной системы (к которой и относится САУ) можно представить как последовательность этапа первоначального создания и функционирования, множества этапов реинжиниринга и этапа утилизации. Это позволяет представить САУ на всем жизненном цикле в виде последовательности следующих друг за другом модернизированных САУ (или поколений этой САУ). Жизненный цикл коллаборативной сети, согласно ARCON, предполагает стадии создания (включающей подстадии инициации и основания), оперирования, эволюции, метаморфизма и утилизации. Вариант отображения жизненного цикла ARCON на используемый в работе представлен на рисунке 2.

На основе представленного варианта жизненного цикла предлагается методика управления САУ на всем жизненном цикле с использованием эталонной модели. Методика предполагает последовательность выполняемых операций по созданию и поддержке виртуальной САУ (рис. 3). При этом управление жизненным циклом ИТ-компо­нента осуществляется на этапе функционирования соответствующей САУ, а сама методика является частью методики административного управления ИТ-компонентом [2].

1. При необходимости создания (модификации) ИТ-компонента в соответствии с рекурсивно-иерархическим методом САУ более высокого уровня на основе эталонной модели создает САУ нижнего уровня. На данном этапе осуществляется наполнение абстрактной эталонной модели (см. табл.) конкретными значениями по всем частным измерениям. Для управления созданием предлагается применять агентно-ориентированный подход [10], заключающийся в управляемом подборе активных агентов, обладающих соответствующими компетенциями для выпуска ИТ-компонента. Для обеспечения автоматизации действий САУ в рамках системы управления ИТ-инфраструктурой развертывается соответствующая информационная среда. Создание и поддержка САУ реализуются самоподобным компонентом управления виртуальными САУ.

2. После завершения развертывания САУ в процессе всего жизненного цикла обеспечивается ее поддержка, связанная с обеспечением функционирования с заданным уровнем качества. Это реализуется путем обеспечения потребностей САУ в ресурсах в соответствии с требованиями, определенными при создании.

3. При существенном изменении порядка управления ИТ-компонентом (организационно-штатной структуры, полномочий и прав субъектов управления, изменения требований и нормативов) реализуется модификация (реинжиниринг/эволю­ция/метаморфизм) САУ с целью обеспечения требуемого качества управления ИТ-компонентом. Такое изменение реализуется путем выполнения последовательности этапов «концепция–разработ­ка–создание» в процессе реинжиниринга САУ. При этом реализуется соответствующее изменение модели.

4. После вывода из эксплуатации управляемого ИТ-компонента осуществляется утилизация САУ. При этом положительный опыт обобщается, задействованные ресурсы освобождаются.

Представленный механизм управления жизненным циклом виртуальной САУ на основе эталонной модели позволит повысить эффективность управления за счет реализации единых подходов к организации и функционированию управляющих структур. Управление жизненным циклом создаваемых САУ позволит повысить эффективность выделяемых ресурсов, а использование формы их организации в виде виртуальных предприятий – эффективность реализации и поддержки ИТ-ком­понентов.

Таким образом, в данной работе представлена эталонная модель САУ типа «виртуальное предприятие», основанная на методологии коллаборативных сетевых организаций ARCON. Абстрактные параметры модели заполнены конкретными значениями, характерными для виртуальных САУ ИТ-инфраструктурой. На основе разработанной модели предложена методика управления САУ виртуального типа на всем ее жизненном цикле. Методика предполагает агентно-ориентированное управление и поддержку жизненного цикла путем реализации управления на основе модели. Представленный подход позволяет реализовать многоуровневое управление распределенной ИТ-инфра­структурой за счет эффективного управления множеством виртуальных САУ ИТ-компонентами различных уровней иерархии.

Литература

1.     Христенко Д.В., Гришаков В.Г., Логинов И.В. Многоуровневая система административного управления ИТ-инфра­структурой предприятия // Информатика и системы управления. 2012. № 3. С. 68–78.

2.     Гришаков В.Г. Виртуализация системы административного управления ИТ-инфраструктурой на основе рекурсивно-иерархического подхода // Информационные системы и технологии. 2013. № 1. С. 80–88.

3.     Goel A., Schmidt H., Gilbert D. Formal Models of Virtual Enterprise Architecture: Motivations and Approaches. Proc. PACIS, 2010, pp. 1207–1217.

4.     Stefanovic M., Arsovski S., Nestic S., Aleksic A. Integration of Virtual Enterprises Using Service Oriented Architecture. Intern. Journ. for Quality Research, 2009, vol. 3, no. 2, pp. 64–69.

5.     Afsarmanesh H., Camarinha-Matos L. Towards Modeling a Collaborative Environment for Extension of Professional Active Life. Leveraging knowledge for innovation in Collaborative Networks. IFIP Advances in Information and Communication Technology. Springer, 2009, pp. 719–730.

6.     Camarinha-Matos L., Afsarmanesh H. A Comprehensive Modeling Framework for Collaborative Networked Organization. Journ. Intelligent Manufacturing. July 2007, no. 18, pp. 529–542.

7.     Fitzgerald J., Bryans J., Payne R. A Formal Model-based Approach to Engineering Systems-of-Systems. Technical report. No. CS-TR-1338. June 2012. Printed and published by Newcastle University, Claremont Tower, Claremont Road, Newcastle upon Tyne, 14 p.

8.     D’Atri A., Motro A. VirtuE: a Formal Model of Virtual Enterprises for Information Markets. Journ. of Intelligent Information Systems, Febrary 2008, vol. 30, no. 1, pp. 33–53.

9.     Davulcu H., Kifer M., Pokorny L.R., Ramakrishnan C.R., Ramakrishnan I.V., Dawson S. Modeling and Analysis of Interactions in Virtual Enterprises. Proc. 9th Intern. workshop «RIDE-VE», Sydney, Australia, 1999, pp. 12–18.

10.  Ouzounis E.K. An Agent-Based Platform for the Management of Dynamic Virtual Enterprises: Doktor Thesis. Berlin, 2001, 280 p.

11.  Petersen S.A. An Agent-based Approach to Support the Formation of Virtual Enterprises: Dr. Ing. Thesis. Faculty of Infor­mation Technology, Mathem. and Electrical Engineering Depart­ment of Comp. and Inform. Sc. N-7491 Trondheim, Norway, 236 p.

12.  Guerra M.A.P. Analysis and Design of Virtual Enterprises: DH. Thesis. Department of Mechanical Engineering. Univ. of Saskatchewan. Saskatoon, April 2006, 428 p.

13.  Armoutis N., Maropoulos P., Matthews P., Lomas C. Establishing agile supply networks through competence profiling. Intern. Journ. of Computer Integrated Manufacturing, 2008, vol. 21 (2), pp. 166–173.

14.  Chalmeta R., Grangel R. ARDIN extension for virtual enterprise integration. The Journ. of Systems and Software. 15 September 2002, vol. 67, iss. 3, pp. 141–152.

15.  Шилов Н.Г. Проблемы поддержки принятия решений при конфигурировании гибких сетевых организаций // Тр. СПИИРАН. 2012. № 3. С. 224–233.

16.  Логинов И.В. Оценивание ресурсоемкости реинжиниринга информатизированных бизнес-процессов // Информационно-управляющие системы. 2013. № 1 (62). С. 85–92.

References

1.     Khristenko D.V., Grishakov V.G., Loginov I.V. Multilevel IT-infrastructure administrative management system. Informatika i sistemy upravleniya [Information Science and Control Systems]. 2012, no. 3, pp. 68–78 (in Russ.).

2.     Grishakov V.G. Virtualization of IT-infrastructure administrative management system based on recursive hierarchical approach. Informatsionnye sistemy i tekhnologii [Information systems and technologies]. 2013, no. 1, pp. 80–88 (in Russ.).

3.     Goel A., Schmidt H., Gilbert D. Formal models of virtual enterprise architecture: motivations and approaches. Proc. PACIS. 2010, pp. 1207–1217.

4.     Stefanovic M., Arsovski S., Nestic S., Aleksic A. Integration of virtual enterprises using service oriented architecture. Int. Journ. for Quality Research. 2009, vol. 3, no. 2, pp. 64–69.

5.     Afsarmanesh H., Camarinha-Matos L. Towards modeling a collaborative environment for extension of professional active life. Leveraging knowledge for innovation in Collaborative Networks. IFIP Advances in Information and Communication Technology. Springer Publ., 2009, pp. 719–730.

6.     Camarinha-Matos L., Afsarmanesh H. A comprehensive modeling framework for collaborative networked organization. Journ. Intelligent Manufacturing. 2007, no. 18, pp. 529–542.

7.     Fitzgerald J., Bryans J., Payne R. A formal model-based approach to engineering systems-of-systems. Technical report. No. CS-TR-1338. 2012. Newcastle University Publ., Claremont Tower, Claremont Road, Newcastle upon Tyne, 14 p.

8.     D’Atri A., Motro A. VirtuE: a Formal Model of Virtual Enterprises for Information Markets. Journ. of Intelligent Information Systems. 2008, vol. 30, no. 1, pp. 33–53.

9.     Davulcu H., Dawson S., Kifer M., Pokorny L.R., Rama­krishnan C.R., Ramakrishnan I.V. Modeling and analysis of interactions in virtual enterprises. Proc. 9th Int. workshop on Research Issues on Data Engineering: Information Technology for Virtual Enterprises (RIDE-VE). Sydney, Australia, 1999, pp. 12–18.

10.  Ouzounis E.K. An agent-based platform for the management of dynamic virtual enterprises. PhD thesis, Berlin, 2001, 280 p.

11.  Petersen S.A. An agent-based approach to support the formation of virtual enterprises. PhD thesis, Trondheim, Norway, 236 p.

12.  Guerra M.A.P. Analysis and design of virtual enterprises. PhD thesis. Univ. of Saskatchewan Publ., Saskatoon, 2006, 428 p.

13.  Armoutis N., Maropoulos P., Matthews P., Lomas C. Establishing agile supply networks through competence profiling. Int. journ. of computer integrated manufacturing. 2008, vol. 21 (2), pp. 166–173.

14.  Chalmeta R., Grangel R. ARDIN extension for virtual enterprise integration. The journ. of systems and software. 2002, vol. 67, iss. 3, pp. 141–152.

15.  Shilov N.G. Problems of decision-making support when configuring changeable network enterprises. Trudy SPIIRAN [Proc. of SPIIRAS]. 2012, no. 3, pp. 224–233 (in Russ).

16.  Loginov I.V. Estimation of resource-intensiveness for reengineering informatized business processes. Informatsionno-upravlyayushchie sistemy [Information and Control Systems]. 2013, no. 1 (62), pp. 85–92 (in Russ.).