Программные продукты и системы

Автоматизация процессов сбора, обработки, передачи информации и формирования управленческих решений в различных сферах человеческой деятельности, в том числе в деятельности силовых министерств и ведомств России, возможна с помощью автоматизированных систем обработки информации и управления организационного типа (АСОИУ ОТ). Они, как правило, представляют собой многоуровневые иерархические системы, состоящие из органов управления и каналов связи между ними.

Как показывает практика, АСОИУ ОТ создаются и эксплуатируются не одно десятилетие. Однако с течением времени меняются требования, предъявляемые к системам, возникают новые задачи и процессы, подлежащие автоматизации. Кроме того, устаревают и приходят в предельное состояние используемые комплексы средств автоматизации (КСА). Указанные факторы вызывают необходимость периодического решения задач по формированию управленческих решений, направленных на приведение АСОИУ ОТ в состояние, обеспечивающее выполнение актуальных требований.

Учитывая то, что АСОИУ ОТ состоят из большого количества разнотипных органов управления, оснащенных различными средствами автоматиза- ции, а также то, что процессы разработки, производства и поставки КСА реализуются в течение длительных промежутков времени в ходе выполнения соответствующих научно-исследовательских, опытно-конструкторских работ и серийных поставок и при этом все работы выполняются различными субъектами в условиях ресурсных ограничений, интуитивное решение подобной задачи не представляется возможным. В связи с этим воз- никает необходимость использования строгой методики формирования указанных решений и соответствующих этой методике программно-инструментальных средств, позволяющих получать требуемое решение в короткие сроки с минимальными трудозатратами.

Анализ имеющихся публикаций в рассматриваемой предметной области показывает, что вопросы управления развитием АСОИУ ОТ в настоящее время раскрыты не полностью. В ряде работ рассматриваются отдельные задачи формирования решений в части технического, программного и информационного обеспечения АСОИУ ОТ [1–6]. В других публикациях затрагиваются проблемы программно-целевого планирования НИОКР без учета выполнения функциональных требований к АСОИУ ОТ [7, 8]. В связи с этим задача разработки подходов к формированию решений по развитию АСОИУ ОТ представляется актуальной и востребованной.

Суть выбора варианта решений по развитию АСОИУ ОТ [9–14] в том, что для каждого планового этапа прогнозирования должны быть выбраны системотехнические решения по автоматизации органов управления за счет оснащения (дооснащения) их серийными КСА (оснащение возможно в текущий момент времени) или разрабатываемыми КСА (оснащение возможно в будущем после окончания соответствующей опытно-конструкторской работы) с учетом допустимого (назначенного) ресурса использования КСА в составе АСОИУ ОТ. При этом при выборе варианта развития КСА должны быть также учтены требования по комплексной межуровневой автоматизации отдельных функциональных процессов, то есть выбор для реализации в органах управления таких функциональных задач, которые составляют рассматриваемый функциональный процесс.

С учетом изложенных требований в качестве целевой функции для решения рассматриваемой задачи целесообразно выбрать комплексный показатель [10, 11, 15–19], отражающий степень автоматизации требуемых функциональных процессов, при необходимости выполнения ряда из них в масштабе реального времени. Для этого в дальнейшем будем использовать два частных показателя:

-     показатель оценки реализации функциональных процессов высшего приоритета;

-     показатель оценки степени автоматизации остальных функциональных процессов.

Показатель оценки реализации функциональных процессов высшего приоритета (показатель 1) может быть записан как векторная дискретная булева функция, элементы которой принимают значение «1» при реализации функциональных процессов, «0» – в противном случае.

Показатель оценки степени автоматизации функциональных процессов (показатель 2) может быть записан как взвешенное по важности отношение реализованных процессов к сумме важностей функциональных процессов, требующих реализации.

При этом для показателей 1 и 2 под реализованным функциональным процессом будем понимать процесс, для которого реализованы все составляющие его функциональные задачи и выполняются требования к временным или вероятностно-временным характеристикам его выполнения (в случае, если такие требования для рассматриваемого процесса заданы).

В качестве исходных данных, используемых для решения рассматриваемой задачи, приняты следующие.

1. Организационная структура АСОИУ ОТ, описываемая как множество органов управления и связей между ними. При этом каждый орган управ- ления может быть оснащен не более чем одним КСА определенного типа.

2. Функциональная структура АСОИУ ОТ, описываемая как совокупность функциональных подсистем. Каждая из функциональных подсистем состоит из множества функциональных процессов, составными частями которых являются функциональные задачи.

В зависимости от предъявляемых требований к своевременности выполнения функциональные процессы подразделяются на функциональные процессы реального и нереального времени. Основное различие между указанными видами функциональных процессов состоит в том, что для функциональных процессов реального времени предъявляются требования к временным или вероятностно-временным характеристикам длительности их выполнения, а для функциональных процессов нереального времени такие требования не предъявляются.

В зависимости от важности, которая определяется степенью влияния реализуемого функционального процесса на общую эффективность применения АСОИУ ОТ по целевому назначению, все функциональные процессы подразделяются на функциональные процессы высшего приоритета и прочие функциональные процессы.

3. Типы органов управления, каждый из которых характеризуется множеством функциональных задач, подлежащих реализации в КСА.

4. Типы КСА, предназначенных для автоматизации органов управления. В зависимости от стадии жизненного цикла КСА разделяются на действующие (находящиеся на этапе эксплуатации в органах управления), серийные (находящиеся на этапе серийных поставок) и разрабатываемые (находящиеся на этапах выполнения соответствующих научно-исследовательских или опытно-конструкторских работ).

5. Текущий вариант оснащения органов управления КСА, в том числе включающий сведения о типах КСА, эксплуатируемых в органах управления, и их остаточном ресурсе.

6. Требования к временным и вероятностно-временным характеристикам выполнения функциональных процессов в АСОИУ ОТ.

7. Перечень, организационные, производственные и финансовые характеристики предприятий, которые выполняют работы или могут принимать участие в процессах разработки, производства и поставки КСА.

8. Перечень этапов прогнозирования с указанием их продолжительности и объемов финансирования.

Задача решается с учетом следующих условий и допущений:

-     функциональный процесс в АСОИУ ОТ считается реализованным в том случае, когда реализо- ваны все функциональные задачи, составляющие данный функциональный процесс, а также удовлетворены требования к временным и вероятностно-временным характеристикам его выполнения (если такие требования для рассматриваемого функци­онального процесса заданы);

-     КСА для автоматизации органов управления представляются как неделимые элементы, в связи с чем выбор отдельных схемотехнических решений из состава КСА для оснащения органов управления не рассматривается;

-     в рамках допустимого ресурса использования КСА всех типов, а также при принятии решения о продлении эксплуатации КСА надежностные характеристики реализации функциональных про- цессов (функциональных задач) остаются неизменными и удовлетворяют заданным требованиям;

-     помещения (сооружения) и объекты, в которых размещены (планируется разместить) средства автоматизации из состава АСОИУ ОТ, удовлетворяют требованиям по массогабаритным, климатическим и энергетическим показателям для размещения соответствующих типов КСА (если для ряда помещений и объектов требования по массогабаритным, климатическим и энергетическим показателям не выполняются, то к таким объектам предъявляются соответствующие требования, которые должны быть реализованы до момента постановки КСА на объекты автоматизации);

-     каналы и сети передачи данных удовлетворяют информационным потребностям по обмену данными для реализации всех функциональных процессов и функциональных задач (если для ряда направлений обмена указанные информационные потребности не выполняются, то к элементам подсистемы передачи информации (объектам телекоммуникационной инфраструктуры) предъявляются соответствующие требования, которые должны быть реализованы до момента постановки КСА на объекты автоматизации);

-     должностные лица органов управления имеют требуемый уровень квалификации (то есть при выполнении автоматизируемых функциональных задач и функциональных процессов время выполнения соответствующих функций управления должностными лицами органов управления не превышает заданное);

-     объекты управления, которыми должна управлять АСОИУ ОТ, оснащены соответствующим оконечным оборудованием, обеспечивающим интеграцию КСА в контур управления без каких-либо доработок.

С учетом указанных исходных данных, допущений и ограничений формализованная постановка задачи формирования решений по развитию АСИОУ ОТ в условиях ресурсных ограничений может быть записана в следующем виде.

На каждом этапе прогнозирования необходимо определить вариант развития АСОИУ ОТ на ос- нове выбора системотехнических решений X*(u), Y*(u), Z*(u), обеспечивающий максимизацию эффективности реализации функциональных про- цессов Э(X(u), Y(u), Z(u)), при обязательной реа- лизации функциональных процессов высшего приоритета, при заданных предельно-допустимых временных и вероятностно-временных характеристиках реализации функциональных процессов, при выполнении ограничений на временные Tдоп и стоимостные Cдоп параметры процесса развития АСОИУ ОТ:

áX*(u), Y*(u), Z*(u)ñ = при выполнении ограничений

Ω(X(u), Y(u)) ∩ Ωв = Ωв; Pi(X(u), Y(u)) ≥ Pтрi(u); τi(X(u), Y(u)) ≤ τтрi(u); C(X(u), Y(u), Z(u)) ≤ Cдоп(u); T(X(u), Y(u), Z(u)) ≤ Tдоп(u), где u Î{1, …, U}, U – количество плановых этапов прогнозирования развития АСОИУ ОТ; X(u) – решения по разработке КСА; Y(u) – решения по изготовлению КСА и оснащению органов управления; Z(u) – решения по продлению эксплуатации КСА; Ω(X(u), Y(u)) – множество реализованных функциональных процессов; Ωв – множество функциональных процессов высшего приоритета; Pi(X(u), Y(u)) – вероятность своевременного выполнения i-го функционального процесса; Pтрi(u) – требуемая вероятность своевременного выполнения i-го функционального процесса; τi(X(u), Y(u)) – среднее время выполнения i-го функционального процесса; τтрi(u) – требуемое среднее время выполнения i-го функционального процесса; C(X(u), Y(u), Z(u)) – стоимость реализации решений по развитию АСОИУ ОТ [17]; Cдоп(u) – финансовые ограничения на развитие АСОИУ ОТ; T(X(u), Y(u), Z(u)) – продолжительность выполнения работ по развитию АСОИУ ОТ [20]; Tдоп(u) – длительность этапа прогнозирования.

Для анализа алгоритмической сложности задачи дополнительно введем обозначения: N – количество органов управления (объектов автоматизации) из состава АСОИУ ОТ; Kn – количество типов КСА для каждого органа управления, n Î{1, …, N}; Mn – количество функциональных задач каждого органа управления, n Î{1, …, N}.

Тогда общее количество вариантов разработки КСА, которое необходимо сформировать и оценить в процессе решения, будет рассчитываться в соответствии со следующим выражением:

.

Общее количество вариантов изготовления КСА и оснащения органов управления будет рассчитываться в соответствии с формулой

.

Общее количество вариантов продления эксплуатации КСА будет рассчитываться в соответствии с выражением Q3=2NU.

Общее количество вариантов решения задачи будет равно произведению трех вышеуказанных выражений: Q = Q1×Q2×Q3.

Проведенный анализ алгоритмической сложности решения поставленной задачи показал, что данная задача является NP-трудной. При этом, как показано в известных работах [5, 9, 10], даже с использованием высокопроизводительной вычислительной техники получить точное решение такой задачи возможно только для относительно небольших размерностей исходных данных. В связи с этим был предложен эвристический алгоритм решения (рис. 1), основанный на итеративно-последовательном формировании решения, начиная с реализации в АСОИУ ОТ наиболее важных функциональных процессов.

Сущность решения задачи с использованием предложенного алгоритма заключается в выполнении следующих действий:

1. Формирование базового варианта решения для каждого этапа прогнозирования.

1.1. Последовательное рассмотрение всех функциональных подсистем в порядке убывания их важности.

1.2. Последовательное рассмотрение всех функциональных процессов высшего приоритета в порядке убывания их важности для выбранной функциональной подсистемы.

1.3. Последовательное рассмотрение всех органов управления, функциональные задачи которых входят в выбранный функциональный процесс высшего приоритета, в порядке уменьшения суммарной важности функциональных задач.

1.4. Для выбранного органа управления осуществляется последовательное рассмотрение всех этапов прогнозирования.

1.5. Для выбранного этапа прогнозирования осуществляется следующее.

1.5.1. Оценка полноты реализации всех функциональных задач выбранного функционального процесса высшего приоритета. Если реализованы не все функциональные задачи выбранного функционального процесса высшего приоритета, осуществляется переход к процедуре создания решения на оснащение объектов управления новым КСА на этапе прогнозирования, а затем переход к очередному этапу прогнозирования (п. 1.5). Процедура создания решения на оснащение органов управления новым КСА обеспечивает формирование планов работ по разработке и изготовлению КСА с учетом выполнения ограничений на временные и стоимостные параметры процесса развития АСОИУ ОТ на каждом плановом этапе.

1.5.2. Оценка удовлетворения требований к своевременности решения (на основе оценки временных и вероятностно-временных характеристик) всех функциональных задач выбранного функционального процесса высшего приоритета в КСА. Если требования к своевременности выполняются не для всех функциональных задач выбранного функционального процесса высшего приоритета, то осуществляется переход к процедуре создания решения на оснащение органов управления новым КСА на этапе прог- нозирования, а затем переход к очередному этапу прогнозирования (п. 1.5).

1.5.3. Оценка остаточного ресурса КСА на органах управления. Если остаточный ресурс КСА меньше продолжительности этапа прогнозирования и стоимость продления эксплуатации не превышает остаточный объем финансирования этапа прогнозирования, создается решение на продление эксплуатации КСА. Затем осуществляется переход к очередному этапу прогнозирования (п. 1.5).

1.6. Если рассмотрены все этапы прогнозирования, осуществляется переход к очередному органу управления (п. 1.4).

1.7. Если рассмотрены все органы управления, осуществляется переход к очередному функциональному процессу высшего приоритета (п. 1.3).

1.8. Если рассмотрены все функциональные процессы высшего приоритета, осуществляется переход к очередной функциональной подсистеме (п. 1.2).

1.9. Если рассмотрены все функциональные подсистемы, базовый вариант решения сформирован и осуществляется переход к п. 2.

2. Формирование рационального варианта для каждого этапа прогнозирования.

Выполняются действия по п. 1.1–1.9, при этом все функциональные процессы высшего приоритета считаются реализованными, и последовательно (в соответствии со значением параметра важности) рассматриваются функциональные процессы не из состава функционального процесса высшего приоритета, задача решается в условиях оставшихся ре- сурсов.

Данный алгоритм предполагается реализовать в разрабатываемой автоматизированной системе поддержки принятия решений, что позволит упростить процедуры задания исходных данных, про- ведения расчетов и отображения результатов ре- шения. Обобщенная схема решения поставленной задачи с использованием предлагаемой автоматизированной системы поддержки принятия решений представлена на рисунке 2.

Для программной реализации предлагаемой автоматизированной системы поддержки принятия решений выбран следующий технологический стек: операционная система Astra Linux Special Edition 1.4, библиотеки программных компонентов Qt 4.8.6, система управления БД PostgreSQL 9.3.

Таким образом, в настоящей статье рассмотрены постановка задачи формирования направлений развития АСОИУ ОТ и алгоритм ее решения, применение которого позволит обосновать решения по разработке и изготовлению КСА для оснащения органов управления из состава АСОИУ ОТ, а также продления ресурса действующих в систе- ме КСА.

Литература

1.     Бушуев С.Н., Осадчий А.С., Фролов В.М. Теоретические основы создания информационно-технических систем. СПб: ВАС, 1998. 382 с.

2.     Шпак В.Ф., Директоров Н.Ф., Мирошников В.И. [и др.]. Информационные технологии в системе управления ВМФ. СПб: Элмор, 2005. 832 с.

3.     Липаев В.В. Системное проектирование сложных программных средств для информационных систем. М.: СИНТЕГ, 2002. 268 с.

4.     Бородакий Ю.В., Боговик А.В., Курносов В.И. и др. Основы теории управления в системах специального назначения. М., 2008. 400 с.

5.     Лясковский В.Л. Системотехнические основы автоматизации процессов обработки информации и управления в иерархических системах военного назначения. Тверь: Изд-во ВА ВКО, 2014. 244 c.

6.     Khaled M. Khan, Yan Zhang. Managing Corporate information systems evolution and maintenance. IGI Publ., 2005, 376 p.

7.     Буренок М.В., Ляпунов В.М., Мудров В.И. Теория и практика планирования и управления развитием вооружения: монография. М.: Вооружение, политика, конверсия, 2004. 418 с.

8.     Буренок В.М., Ивлев А.А., Корчак В.Ю. Программно-целевое планирование и управление созданием научно-технического задела для перспективного и нетрадиционного вооружения: монография. М.: Граница, 2007. 408 с.

9.     Пильщиков Д.Е. Методы и методики создания перспективных КСА для пунктов (органов) управления ВВС на основе применения типовых проектных решений и процедур. Тверь: Изд-во ВА ВКО, 2005. 200 с.

10.  Лясковский В.Л., Алашеев М.А., Пильщиков Д.Е. и др. Методика выбора состава задач и комплексов средств автоматизации для многоуровневой системы управления РЭС // Радиотехника. 2004. № 10. С. 75–78.

11.  Лясковский В.Л. Методологические основы создания (развития) и оснащения иерархических автоматизированных систем специального назначения. Тверь: Изд-во ВА ВКО, 2010. 284 c.

12.  Лясковский В.Л., Алашеев М.А., Морозов О.Г., Потапов В.Н. Вопросы создания интегрированных автоматизированных систем организационного управления // Инфокоммуникационные технологии. 2007. № 2. С. 62–64.

13.  Лепешкин О.М., Корсунский А.С. Оптимизация структуры комплекса информационно-технических средств в автоматизированных системах управления // Автоматизация процессов управления. 2011. № 4. С. 76–81.

14.  Арепин Ю.И., Допира Р.В., Смоляков А.А. Военная кибернетика: методология создания автоматизированных систем управления техническим обеспечением. Тверь: Изд-во НИИ ЦПС, 2006. 203 с.

15.  Зальмарсон А.Ф., Юдин А.Ж. Комплексный подход к оценке эффективности программно-аппаратного комплекса автоматизации деятельности органов военного управления ВМФ // Автоматизация процессов управления. 2015. № 3. С. 4–11.

16.  Митрушкин Е.И. Комплекс приближенных оценок характеристик системы массового обслуживания // Научн. вестн. МИРЭА. 2013. № 1 (13). С. 59–65.

17.  Костогрызов А.И., Липаев В.В. Сертификация качества функционирования автоматизированных информационных систем. М.: Вооружение. Политика. Конверсия, 1996. 279 с.

18.  Krogstie J. Model-based development and evolution of information systems: a quality approach. Springer Science & Business Media, 2012, 442 p.

19.  Gorla N., Somers T.M., Wong B. Organizational impact of system quality, information quality, and service quality. Jour. Strategic Information Systems, 2010, no. 19, pp. 207–228.

20.  Липаев В.В. Технико-экономическое обоснование проектов сложных программных средств. М.: СИНТЕГ, 2004. 284 с.