18. Информационные модели. Разработка информационной модели. Функционирование информационной модели.

Информационная модель

Данная модель ориентирована на использование разработчиками математического аппарата для интегрированных информационных систем. Задача модели - унифицировать разработку приложений интеллектуального анализа данных на операционном уровне.

Существуют стандарты IDEF1 моделирования информационных потоков, IDEF1x моделирования реляционных структур данных

Структура информационной модели.

Информационная модель - параметрическое представление процесса циркуляции информации, подлежащей автоматизированной обработке в системе управления. Эта модель является основой специального математического обеспечения для данной системы управления. Рассмотрим основные элементы, из которых формируется структура информационной модели. Они определяются целью построения информационной модели, которой является создание формализованной картины циркуляции информации в системе управления для последующего построения математической (алгоритмической) модели.

Структура информационной модели описывается графом, состоящей из вершин (В) и дуг (Д). Основными элементами модели являются:

• блок переработки информации (В) - на уровне информационной модели представляются «черными ящиками», снабженными указанием цели их функционирования; каждый блок обладает свойством замкнутости, проявляющемся в том, что при выполнении функций, возложенных на блок переработки информации, взаимосвязь его с остальными элементами информационной модели возможна только по фиксированным линиям параметрической связи. Описание блока переработки состоит из описания цели переработки информации и описания функций, выполняемых блоком,

• информационный массив (В) - представляются связными совокупностями параметров (свойство целостности), одновременно перемещаемыми или хранимыми при функционировании информационной модели. Описание информационного массива состоит из перечня идентификаторов параметров и их основных характеристик и описания области допустимых значений параметров массивов с учетом допустимых взаимосвязей между ними. По целям использования все информационные массивы делятся на три класса: массивы, содержащие исходную информацию для последующей переработки (перечни исходных данных); массивы, содержащие результаты функционирования блоков переработки информации (перечни выходных данных); массивы, осуществляющие накопление и хранение информации,

• точка диалога (В) - являются узлами (вершинами) информационной модели, в которых осуществляется взаимодействие между человеком (людьми) и средствами автоматизации при их использовании в процессах управления; делятся на финальные, промежуточные и смешанные. В финальной точке принимаются решения о формировании конечных информационных массивов, т. е. оперативных массивов, содержащих планы действий и командную информацию. В промежуточной точке диалога осуществляется подготовка вспомогательной информации для принятия решения. В смешанных точках диалога выполняются обе указанные функции, т. е. в процессе управления принимаются решения и готовится вспомогательная информация,

• параметрическая связь (Д) - указывают направление переноса информации между отдельными элементами информационной модели. Параметрические связи делятся на внешние и внутренние. Внешняя параметрическая связь определяет взаимодействие между подсистемой, сопряженной с информационной моделью, и одним из ее элементов, внутренняя — определяет взаимодействие между парой элементов информационной модели.

Между элементами модели существуют только информационные взаимодействия.

Функционирование информационной модели.

Структура информационной модели описывается графом. Описание функционирования информационной модели состоит из описания функций, выполняемых в вершинах графа, и описания процесса циркуляции информации во времени.

Процессы управления имеют достаточно ярко выраженный циклический характер. Поэтому циркуляция информации в информационной модели может быть описана в пределах одного цикла с распространением этого описания на все последующие. Возможные отличия различных циклов управления указываются в описании цикла как варианты (особенности).

Разработка информационной модели.

Создание информационной модели является сложным и трудоемким процессом. При ее разработке кроме содержания функционирования системы управления должны учитываться:

• особенности связей с сопрягаемыми системами,

• цель разработки,

• особенности математических моделей,

• свойства (возможности) технических средств автоматизации.

Существенное влияние на разработку оказывает разносторонний характер деятельности системы управления. Завершенность параметрических связей и состава информационных массивов требует достаточно глубокого анализа функций, возлагаемых на блоки переработки информации, без чего нельзя сформировать состав параметров информационных массивов второго класса (содержащих результаты). Описание диалога и состав диалоговых массивов требуют детального изучения процесса общения руководителей со средствами специального математического обеспечения.

Основные принципы разработки информационной модели

• Информационная модель является системным представлением процесса управления специалистами первой группы разработчиков специального математического обеспечения управления.

• Обязательным элементом информационной модели является критерий эффективности, связывающий ее с другими подсистемами, который определяется централизованно как часть всей системы управления.

• Информационная модель не должна являться адекватным отображением сложившейся практики функционирования системы управления. (тк. модель недолжна «увековечить» существующие недостатки и не использовать тех новых возможностей, которые содержатся в средствах автоматизации для повышения эффективности управления). Поэтому при построении информационной модели процесса управления должны быть учтены возможности средств автоматизации. Их влияние может сказаться на всех основных элементах системы управления.

• При разработке информационной модели создаются основные предпосылки успешного выполнения работ на последующих этапах. Несмотря на то, что основная информационная модель в первую очередь должна отражать содержательную сторону процесса функционирования системы управления, при разработке должны обязательно учитываться последствия, возможности математических методов и ресурсы технических средств автоматизации.

• Несмотря на это, основную информационную модель необходимо строить так, чтобы она представляла самостоятельную ценность, независимо от того, как она будет использована на последующих технологических этапах создания специального математического обеспечения управления.

• Модель должна содержать информацию, подлежащую автоматизированной переработке с помощью алгоритмов специального математического обеспечения с учётом всех управляющих параметры, которые поступают на объекты управления.

Алгоритм разработки модели

В первую очередь, должна быть уточнена цель (цели) функционирования системы управления и ее отдельных подсистем. Уточнение целей позволит оценить достаточность (избыточность) поступающей информации, минимизировать объемы информационных потоков, входящих в систему управления и выходящих из нее (за счёт устранения петель циркуляции информации, устранения связей, не ведущие к выработке параметров управления и т.д.).

При построении модели необходимо стремиться к минимизации числа параметрических связей и числа точек диалога.

При анализе временных характеристик потоков прохождения информации основное внимание должно быть уделено влиянию задержек в принятии решения на эффективность функционирования объектов управления. Информационная модель должна обеспечивать синхронизацию действий объектов управления.

На данном шаге формируется контур управления, описывающий результаты первого шага построения информационной модели, состоит из блока переработки информации, параметрических связей и информационных массивов

После этого анализируются возможности автоматизации процесса управления на базе сформированного контура.

Процесс заканчивается тогда, когда на всех уровнях иерархии управления (во всех точках диалога) обеспечена возможность выработки решений в темпе течения реального процесса управления.

Изложенная последовательность действий при построении информационной модели, начинающаяся от контура с максимальной концентрацией функций управления и строгой централизацией, обеспечивает условия построения схемы управления с необходимым числом должностных лиц и максимальным уровнем автоматизации.

Сформированная таким образом информационная модель, которую будем называть основной, в полной мере отражает содержательную сторону процесса управления (критерии управления, цели управления и пути их достижения). В меньшей степени она отражает возможности построения математической и программной модели. При построении математической модели каждый из блоков переработки информации, который представлен «черным ящиком», должен быть заменен алгоритмом. При этом может возникнуть необходимость введения новых внутренних информационных связей, выполняющих служебные функции.

Основные понятия

Информативность.

На состав параметров, выдаваемых блоками переработки информации, большое влияние оказывают принципы построения моделей этих блоков. Параметры, поступающие в диалоговые массивы (используемые работниками органа управления), оказывают существенное влияние на производительность труда в системе общественного производства. Если эти параметры позволяют быстро оценить обстановку, уяснить содержание варианта решения, то затраты труда работников органа управления будут невелики.

Таким образом, информативность специального математического обеспечения управления заключается в его способности выделять основное, существенное в процессах управления и формировать параметры, характеризующие эти основные стороны процесса. Оценка затрат труда на принятие решения в зависимости от состава параметров, выдаваемых блоками переработки информации, должна осуществляться на этапе построения информационной модели. На базе таких оценок вырабатываются составы параметров информационных массивов, содержащих результаты переработки информации. В этом проявляется активная роль первого этапа по отношению к этапу разработки математической модели.

Объем труда, затрачиваемого работником органа управления на общение со средствами автоматизации, зависит не только от содержания получаемой ими информации, но и от формы ее представления. Если при выдаче информации используется только цифровая кодировка, то для уяснения содержания полученных сообщений понадобится довольно много времени. При этом будет осуществляться отождествление полученных кодов с категориями, используемыми людьми для построения образов. Поэтому при формировании состава параметров информационной модели необходимо производить оценки скорости восприятия содержания информации в зависимости от способов ее представления. В идеале целесообразно практически отказаться от буквенно-цифровой кодировки и всю информацию представлять в графическом и картинном виде.

Диалог.

Диалог между людьми и средствами автоматизации разрабатывается для выполнения как основных функций (обеспечение процесса управления), так и вспомогательных (организация использования и обслуживания математических и технических средств автоматизации).

Язык общения (или язык диалога) должен обладать следующими двумя основными свойствами:

• обеспечивать быстрое и правильное восприятие информации человеком (необходимо для выполнения следующих основных функций: оценки сложившейся обстановки, осуществления контроля за выполнением планов и отданных распоряжений, прогнозирования дальнейшего течения процессов и обоснования решений в процессе управления)

• обеспечивать быстрое и безошибочное задание работы средствам автоматизации (необходимо для выполнения следующих функций: задания работ средствам автоматизации (включая и значения исходной информации), корректирования вариантов решений, подготовленных алгоритмами специального математического обеспечения управления, утверждения решения, принимаемого в процессе управления).

Основным путем обеспечения безошибочной работы человека является минимизация объемов задаваемой им информации. Для этого языки диалога должны обладать минимальной избыточностью. Кроме того, значительную помощь в этом случае могут оказать средства автоматизации управления. На них в процессе разработки математического обеспечения могут (должны) быть возложены функции автоматической проверки правильности поступившей к ним информации. Между этими двумя путями есть внутреннее противоречие.

Сигнальная система.

Система специального математического обеспечения вместе с остальными средствами автоматизации должна функционировать в темпе, соответствующем реальному времени протекания процессов на объектах управления. Выполнить это невозможно без соответствующей организации работы руководителей, принимающих решения. Для того чтобы руководитель мог своевременно принимать необходимые решения, ему нужна информация о ходе процессов, которая должна поступать к нему заблаговременно (своевременно). Своевременность заключается в том, что у руководителя после получения этой информации должно оставаться еще достаточно времени для принятия решения.

Контур управления.

В реальных системах управления орган управления и его руководитель, как правило, имеют не одну цель, а несколько, достижение которых является их задачей.

Для таких систем метод построения информационной модели, изложенный, должен быть расширен. Информационные потоки, обеспечивающие достижение каждой цели управления, могут иметь как общие, так и собственные (специфические) части.

В сложных системах управления совместный анализ всех информационных потоков, для достижения всех целей управления является часто очень трудной, практически необозримой задачей. В таких случаях на помощь может прийти метод, названный авторами методом единичных контуров.

Единичным контуром управления называется часть общего процесса циркуляции информации, связанная с достижением только одной цели функционирования системы управления, имеющая только одну точку диалога. Выделение одной цели управления существенно снижает сложность анализа этой части общей системы.

Первым шагом на пути построения информационной модели системы управления является деление всего контура управления на множество единичных контуров. Этот процесс начинается с последовательного рассмотрения целей управления. Для каждой цели формируется свой контур управления. Его анализ осуществляется в соответствии с методом построения информационной модели. Если простейший контур с одной точкой диалога поддается автоматизации, то он является единичным и для него строится информационная модель. Если автоматизация для него практически невозможна, продолжается деление этого контура на более простые так, как это было изложено выше. При этом появляются новые точки диалога, в каждой из которых выполняется определенная функция по достижению основной цели. Для каждой цели управления этот процесс заканчивается формированием системы иерархически связанных единичных контуров управления. Для каждого единичного контура и контура достижения данной цели может быть построена информационная модель.

Экономическая информация и ее структура

Экономическая информация представляет собой различные сведения, которые можно фиксировать, передавать, преобразовывать, хранить и использовать для управления. Рассмотрение всей совокупности экономической информации позволяет заключить, что она не однородна по содержанию.

Экономическую информацию отличает ряд свойств. Она дискретна, представлена в алфавитно-цифровом коде, требует фиксации в носителях информации для последующей обработки, движется потоками, в процессе обработки подвергается логическим и арифметическим операциям.

Экономическая информация может классифицироваться по признакам: стабильности, функциям управления, по стадиям образования, функциям в процессе обработки, способу отображения данных, структуре.

По способу отображения данных экономическая информация может подразделяться на текстовую, в алфавитно-цифровом, цифровом, символьном коде или графическую.

Вся совокупность экономической информации — сложное образование, структура которого состоит из следующих уровней:

потоки информации;

информационные массивы (файлы) с записью данных на носителях информации (документах, перфокартах, магнитных или перфолентах, магнитных дисках);

документ или отдельная запись на конкретном носителе данных;

сообщение или показатель;

реквизит;

алфавитно-цифровые знаки или символы.

Основной единицей экономической информации принято считать показатель. Показатель трактуется как высказывание, содержащее количественную характеристику какого-либо свойства отображаемого технико-экономического объекта. Показатель можно определить и как одну из форм существования экономической информации, основное высказывание языка экономического управления, которое устанавливает состав понятий этого языка, его словарь, набор грамматических конструкций [11].

Содержательный анализ показателей на всех уровнях управления отрасли материально-технического снабжения позволил упорядочить, выявить взаимосвязи и построить системы показателей АСУ. Действующая в АСУ система показателей обеспечивает отражение всех элементов системы материально-технического снабжения, ее производственных и хозяйственных процессов. Система показателей оказывает существенное влияние на создание средств формализованного описания элементов экономической информации, разработку локальных и обоснование применения общесоюзных классификаторов и кодов, создание языковых средств общения работников аппарата управления с КТС, определение содержания управленческой документации и информационных массивов. Дальнейшее совершенствование системы показателей должно освободить ее от необоснованного дублирования, обеспечить необходимую сопоставимость показателей как внутри АСУ, так и с АСУ других назначений и уровней.

Унифицированная документация

Необходимым условием эффективного функционирования АСУ является использование унифицированных систем документации. Цель создания унифицированной системы документации - формирование документов, наиболее полно приспособленных для принятия управленческих решений. Унификация форм документов должна максимально снижать затраты на сбор, обработку и передачу информации, обеспечивая в то же время ее полноту и достоверность.

Средства формализованного описания информации

Для оформления результатов снабженческо-сбытовой деятельности в отрасли материально-технического снабжения разработаны и широко применяются средства формализованного описания элементов экономической информации. Они предназначены для однозначного формализованного представления технико-экономических показателей в форме, удобной для ввода и обработки данных с помощью технических средств управления.

В АСУ формализованное описание экономической информации разработано с учетом удовлетворения следующих требований:

• обеспечения интегрированной обработки данных, что предполагает возможность распознавания по формальному описанию одинаковых, сопоставимых или взаимосвязанных показателей, группировку их по заданным признакам, определения связей между задачами по входным и выходным показателям; • рациональной организации хранения и поиска данных, включая возможность поиска показателей по набору содержательных признаков;

• информационной совместимости действующих автоматизированных систем управления и обработки данных.

Представление данных

Огромные объемы данных, функционирующих в составе информационного обеспечения АСУ, требуют их четкой организации, упорядочения для электронной обработки и хранения.

Часть информационной базы, представляющая собой совокупность используемых в автоматизированной системе данных на машинных носителях системы, получила название внутримашинной информационной базы (ГОСТ 24.003-84).

Внутримашинная информационная база АСУ включает как функциональные массивы, содержащие всю необходимую для решения экономических задач информацию, так и программные средства записи, обновления массивов и поиска в них данных.

Ранее уже рассмотрены состав информации, ее классификация, назначение и использование постоянной и условно -постоянной информации. К этой информации в процессе решения на ЭВМ различных функциональных задач постоянно обращаются. Эффективность работы программных средств, автоматизирующих эти процессы, зависит от тщательности упорядочения записей в информационных массивах. Разработка структуры, моделей размещения элементов экономической информации в массивах ведется на стадии создания внутримашинной базы АСУ.

Системное информационное обеспечение предусматривает возможность создания внутримашинной информационной базы по двум вариантам.

Первый — традиционная организация — предусматривает пофайловую (помассивную) систему формирования информационных массивов, как правило, на магнитных ленточных или дисковых носителях. В зависимости от назначения и содержащейся в них информации создаются массивы входные, рабочие, основные, промежуточные, результатные, а также массивы с записью расценочной, справочной, нормативной, плановой, договорной информации и всевозможной переменной информации, строго ориентированной на решение конкретных функциональных задач системы. ПК с запоминающими устройствами прямого доступа, позволили перейти к индексно-последовательной организации информационных массивов на дисках, при которой последовательность записей упорядочивается в соответствии с ключевым признаком — присваиваемым индексом. Ключевой признак позволяет ускорить процесс поиска данных, облегчить внесение изменений в массив. Пофайловая организация информации, ориентированная прежде всего на удобство работы специалистов ВЦ в процессе решения экономических задач на ЭВМ, имеет существенные недостатки. Высокий уровень избыточности за счет хранения в различных массивах однотипных элементов информации приводит к большим трудностям при внесении в них изменений, обновлении данных. Пофайловая система организации информационных массивов является негибкой, не обеспечивает быстрого формирования ответа на запросы пользователей, не приспособлена для автоматизированного информационного обслуживания руководителей экономических служб. Наконец, пофайловая организация информационных массивов предполагает жесткую привязку программных средств, что вызывает необходимость при каждом изменении в структуре информационного массива заново создавать соответствующие программные средства.

Второй вариант организации информационных массивов получил название системы баз данных. База данных автоматизированной системы управления — совокупность используемых при функционировании автоматизированной системы управления данных, организованная по определенным правилам, предусматривающим общие принципы описания, хранения и манипулирования данными, независимая от прикладных программ (ГОСТ 24.003-84).

База данных создается на стадии проектирования системы и должна реализовывать принцип интеграции накопления, хранения, систематического обновления данных для своевременного и надежного обслуживания многочисленных пользователей системы. В качестве пользователей базы данных выступают не только специалисты конкретной предметной области, но и прикладные программисты, занимающиеся созданием и эксплуатацией программных средств в информационной системе.

Если под базой данных понимать их совокупность, отображающую состояние объектов и их отношений в рассматриваемой предметной области, то в процессе проектирования ведется ее тщательное исследование с целью изучения данных как особого ресурса и отбора в базу того, что необходимо хранить в ней. При этом создается общая структурная схема баз данных, представляющая собой взаимосвязанные, многоуровневые модели. Моделирование баз данных — сложный и ответственный процесс в создании и последующем их функционировании. На этом этапе должны быть сформулированы условия последующего эффективного функционирования баз данных в автоматическом режиме: обеспечена фильтрация ошибочных данных, вводимых в систему; достигнуто соглашение между пользователями по составу и структуре данных; введены необходимые разграничения доступа; удовлетворены требования к независимости данных от программ и их физического расположения. В настоящее время получили распространение три подхода при построении моделей баз данных: иерархический, сетевой и реляционный. Каждая из перечисленных моделей при электронной обработке данных реализуется соответствующей системой управления базой данных (СУБД), т. е. специальным набором программных средств, автоматизирующим процесс решения экономических задач на ЭВМ. СУБД обеспечивает разделение данных, сохранение их независимости, увеличивает возможности доступа к данным и сокращает их избыточность. В процессе функционирования базы данных системы управления базами данных (СУБД) нуждаются в систематическом обслуживании, поддержании в рабочем состоянии. Эти функции возлагаются на администратора базы данных, т. е. одного или нескольких специалистов, которые несут полную ответственность за функционирование созданной интегрированной базы данных, имеют полномочия по корректировке управления базой данных, отвечают как за целостность данных, так и за защиту их от несанкционированного доступа, надежность. Функционирование баз данных под управлением СУБД и при систематическом контроле со стороны администратора представляет собой взаимодействие сложного организационно-технического комплекса, который получил название автоматизированного банка данных (АБД). Под автоматизированным банком данных понимается организационной технический комплекс (система), включающий базы данных для решения функциональных задач, технические, программные и языковые средства, а также обслуживающий персонал.