8. Определения информационной системы и информационной среды. (Тема 2, стр. 16, 17, 18).

2.3. Информационные системы. Определения.

Усложнение организационных систем различных уровней, а также их функционирования и развития приводит к необходи­мости организационного обособления основной и информацион­ной деятельности. Этот процесс столь же закономерен, как и иерархизация, т. е. иерархическое построение самих организацион­ных систем, и, по сути дела, является его следствием.

Естественная декомпозиция системы на управляемую и уп­равляющую части соответствует разделению деятельности на ин­формационную и основную. Наиболее отчетливо это разделение наблюдается в чисто технических системах, где выделяются объ­ект управления и устройство управления. В организационных системах провести грань между основной и информационной де­ятельностью значительно трудней. Представим себе организаци­онную структуру завода: нижние уровни иерархии такой струк­туры заняты в основном производственной деятельностью, верх­ние - информационной. Даже здесь трудно провести грань между этими двумя видами деятельности, но еще сложней обстоит дело в научно-исследовательской организации. Тем не менее в любой организационной системе верхние уровни ее иерархии заняты в первую очередь информационной деятельностью, что позволяет говорить о ее организационном обособлении.

Информация используется для управления, но и сама она подвержена управляющим воздействиям. Основная цель этих воздействий - поддержка информационных потоков и магистралей, способствующих достижению поставленных целей при ограниченных материально-энергетических, информационно-организационных, пространственно-временных ресурсах.

Во многих областях и в системном анализе важное значение имеет понятие "информационная система" (ИС). Такая система отождествляется часто с некоторой системой поддержки (автоматизации) интеллектуальных работ, в частности, поиска информации, администрирования, экспертизы, принятия решений, управления, распознавания, накопления знаний, обучения и др.

Информационной системой (ИС) называется система, предназначенная для сбора, обработки и распространения ин­формации. Цель функционирования ИС - информационное об­служивание или обеспечение основной деятельности системы информационного обмена. Функционирование ИС предполагает наличие исходных, промежуточных и конечных информацион­ных продуктов, технологических процессов и ресурсов. Необхо­димой составляющей ИС является подсистема управления, обес­печивающая ее эффективное функционирование (необходимое разнообразие, объем и качество выходных информационных про­дуктов). В отличие от системы обмена в ИС не включены как по­ставщики (источники), так и потребители (приемники) информации. ИС объединяет элементы, только преобразующие инфор­мацию, т. е. ввод, обработку, хранение, поиск, вывод и распрост­ранение информации (рис. 2.2).

Рис 2.2. Информационная структура СИОБ

Информационная система - система, в которой ее элементы, цель, ресурсы, структура (организация) рассматриваются, в основном, на информационном уровне.

Информационная среда - это среда (т.е. система и ее окружение) из взаимодействующих информационных систем, включая и информацию, актуализируемую в этих системах.

Информационную систему в соответствии с общей теорией систем можно определить как совокупность информационных элементов ввода, обработки, переработки, хранения, поиска, выво­да и распространения информации, находящихся в отношениях и связях между собой и составляющих определенную целостность, единство. Если рассматривать ИС как подсистему ОС, то вторую часть этого определения целесообразно расшифровать с указанием роли и места ИС как подсистемы более общей системы. Такое рас­смотрение обеспечивает ее «целостность» и «единство».

ИС - это взаимосвязанная совокупность элементов ввода, обработки, переработки, хранения, поиска, вывода и распростра­нения информации. Цель функционирования этой совокупности элементов состоит в информационном обеспечении эффектив­ной деятельности организационной системы, подсистемой кото­рой она является. Рисунок 2.2 иллюстрирует роль ИС в СИОБ. Как система, ИС естественно обладает основными свойствами систем, такими как иерархичность, централизация и децентрали­зация, целостность и независимость.

Выделение ИС из системы обмена как самостоятельной сис­темы является следствием организационного обособления основной и информационной деятельности. Существующие автоматизиро­ванные документальные и фактографические информационные си­стемы, автоматизированные системы управления (АСУ) организа­ционно обособлены. Как рассматривать поставщиков и потребите­лей этих систем - как элементы собственно систем или как элементы внешней среды? Этот вопрос в настоящее время решается по-разному. Рассматривают даже внешних и внутренних потребите­лей этих систем, внешних и внутренних поставщиков информации.

Если считать, что потребители информации являются эле­ментами информационных систем, АСУ и т. д., то необходимо предположить, что данные системы могут управлять их инфор­мационными потребностями. В действительности это не так. Системы могут только изучать эти потребности и приспосабли­ваться к ним. Функции управления по отношению к потребите­лям реализует система более высокого уровня - информацион­ного обмена. Для достижения общей цели системы существенно взаимодействие ее элементов. Если этого взаимодействия нет, то нет и системы. Однако потребители организационно не принад­лежат к этим системам. Как можно эффективно управлять функ­ционированием системы, имеющей элементы, организационно не принадлежащие к ней? Ответ может быть только один: следует рассматривать эти элементы как элементы внешней среды. То же можно сказать и в отношении поставщиков информации.

Исключая из ИС потребителей и поставщиков информа­ции, получаем возможность четко сформулировать ее цели, зада­чи и критерии качества функционирования. В соответствии с введенным определением внутренними источниками и потреби­телями ИС являются те, которые входят в состав элементов данной системы информационного обмена, т. е. системы более высо­кого уровня, по отношению к которой ИС является подсистемой. Элементы среды, внешней по отношению к данной системе обме­на, являются внешними источниками и потребителями информа­ции. Такое определение в максимальной степени соответствует сложившейся практике.

Вернемся к рис. 2.1. Взаимодействие ученых и специалис­тов с информационной точки зрения можно представить в виде некоторой сети информационного обмена (рис. 2.3), осуществля­емого по следующим каналам: непосредственный обмен инфор­мацией в процессе решения задачи производственной или иной деятельности (канал 3-3); обмен результатами основной дея­тельности (канал 4-2), обмен информацией посредством некото­рой информационной системы (канал 5-1).

Приведенная схема соответствует замкнутой системе ин­формационного обмена, включающей два организационных эле­мента основной деятельности (два ученых, два института или два предприятия и т. д.). Аналогичная сеть соответствует любой замкнутой системе с произвольным числом организационных элементов основной деятельности.

Открытым и закрытым системам информационного обме­на соответствуют аналогичные сети с однонаправленными связя­ми. Например, если А - открытая, а Б - закрытая подсистемы, то отсутствуют связи 5Б-1А, 4Б-2А, ЗБ-ЗА. Сеть информационного обмена открытых систем отличается от сети обмена замкнутых систем наличием связи элементов 1 и 5 с внешней средой.

Рассмотрим сети информационного обмена замкнутой сис­темы. Обмен информацией по каналам 4-2 и 3-3 осуществляют сами потребители - поставщики информации путем непосредст­венного обмена либо через информационные системы индивиду­альной коммуникации и связи, т. е. по почте, телефону, телеграфу, телетайпу. Обмен по каналам 5-1 происходит через информацион­ные системы массового информационного обслуживания, инфор­мационно-справочные системы, информационные системы управ­ления. Причем эти системы могут брать на себя все или часть функций (1, 2, 4, 5) информационной деятельности (см. рис. 2.1).

Рис 2.3. Каналы информационного обмена СИОБ

Задачи и функции И С. При организационном обо­соблении ИС может решать две группы задач. Первая группа свя­зана с информационным обеспечением основной деятельности (этапы 1 и 5, см рис. 2.1): отбор необходимых сообщений, их об­работка, хранение, поиск и выдача субъекту основной деятельно­сти с заранее заданной полнотой, точностью и оперативностью в наиболее приемлемой для СОД форме. Вторая группа связана с обработкой полученной информации/данных в соответствии с теми или иными алгоритмами или программами с целью подго­товить решение задач, стоящих перед субъектом основной дея­тельности (так называемых пользовательских задач или задач блоков 2 и 4). Для решения таких задач ИС должна обладать не­обходимой информацией о предметной области СОД, стоящих перед ним проблемах, она должна уметь использовать существую­щие модели решения задач субъекта основной деятельности или самостоятельно строить такие модели. Для решения подобных за­дач ИС должна обладать определенным искусственным или есте­ственным интеллектом. С развитием вычислительной техники и ее программного обеспечения, упрощением технологии работы с ВТ задачи второй группы все чаще выполняются самими субъек­тами основной деятельности. Однако существует определенный спектр задач второй группы любой из сфер основной деятельнос­ти, решение которых целесообразно возлагать на ИС. Задачи пер­вой группы - это информатизация общества «вширь». Задачи второй группы - задачи информатизации общества «вглубь».

Для решения поставленных задач ИС должна выполнить следующие функции:

• отбора из внутренней и внешней среды сообщений, необхо­димых для реализации основной деятельности;

• ввода информации в ИС;

• хранения информации в памяти ИС, ее актуализации и поддержания целостности;

• обработки, поиска и выдачи информации в соответствии с заданными СОД требованиями. Обработка может включать и подготовку вариантов решения пользовательских прикладных задач по соответствующим алгоритмам/программам.

9. Типология и классификация информационных систем, определения: автоматизированные, автоматические, интегрированные, детерминированные, стохастические, организованные, динамические системы. (Тема 2, стр. 19-23).

2.4. Типология ИС

Говоря об ИС, всегда необходимо иметь в виду, что ИС не существует сама по себе. Она является подсистемой более общей системы - системы информационного обмена.

Любая информационная система имеет следующие типы основных подсистем:

• подсистема информационного обеспечения (данных);

• подсистема интеллектуального обеспечения (информации, знаний);

• подсистема технического обеспечения (аппаратуры);

• подсистема технологического обеспечения (технологии);

• подсистема коммуникативного обеспечения (интерфейса);

• подсистема анализа и проектирования;

• подсистема оценки адекватности и качества, верификации;

Необходимой составляющей ИС как системы является подсистема управления, обеспечивающая ее эффективное функ­ционирование (необходимое разнообразие, объем и качество вы­ходных информационных продуктов) и представляющая, в свою очередь, подсистему системы управления СИОБ (см. рис. 2.2).

Почти бесконечное многообразие организационных систем порождает огромное разнообразие ИС как их подсистем. Более того, как было сказано ранее, в реальных условиях ИС, помимо функций этапов 1 и 5 (см. рис. 2.1), берут на себя часть функций этапов 2 и 4 и этапа 3. Это приводит к еще большему разнообра­зию ИС и не позволяет провести в общем случае грань между ос­новной и информационной деятельностью ОС. Это отражено в на рис. 2.3 таким образом: здесь указана не собственно основная деятельность (этап 3) и не обобщенная основная деятельность (ООД) (этапы 2, 3, 4), а основная деятельность. Имеется в виду, что часть функций ООД выполняет ИС.

Еще сложнее обстоит дело, когда речь идет об автоматизи­рованных или автоматических ИС.

Автоматизированными ИС (АИС) называют ИС, выполне­ние отдельных функций которых автоматизировано (с помощью электронной или любой иной техники).

Степень автоматизации может быть разной. Наиболее лег­ко автоматизируются функции этапов 1 и 5 (см. рис. 2.1.). Более сложна автоматизация функций этапов 2 и 4 (см. рис. 2.1.), по­скольку такая автоматизация может потребовать алгоритмиза­ции и/или моделирования некоторых составляющих и/или ас­пектов ОД.

Автоматические ИС (АВИС) - это такие ИС, все функ­ции в которых выполняются автоматически. В настоящее вре­мя большей степенью автоматизации отличаются ИС техни­ческих систем и технологических процессов. В организа­ционных системах, имеющих дело с неструктурируемыми проблемами, высокие уровни автоматизации ИС пока еще не­достижимы.

Из сказанного следует, что классификация ИС в современ­ных условиях почти невозможна. Более целесообразно говорить о типологии ИС, характеризуя тип системы множеством сущест­венных параметров, определяющих место конкретной ИС в мно­жестве существующих и потенциально возможных ИС. Исходя из определения ИС как информационной системы, обеспечиваю­щей функционирование СИОБ, а также из рассмотрения специ­фических особенностей в составе и структуре ИС, изложенных в предыдущем разделе, целесообразно рассматривать следующие существенные параметры ИС:

А - масштаб (определяется масштабом СИОБ);

В - область/отрасль обслуживаемой СИОБ;

С - характер решаемых задач;

D - совокупность выполняемых функций;

Е - степень автоматизации функций;

К - характер (степень структурируемости) обрабатывае­мой информации;

М - вид информации.

A. С точки зрения масштаба можно рассматривать ИС: все­мирные, международные, республиканские, региональные, отрас­левые, объединений, предприятий, подразделений.

B. По отрасли/области деятельности существуют ИС: медицины, транспорта, связи, строительства, отраслей промы­шленности, межотраслевые ИС, ИС комплексных проблем, за­дач и т. д.

В настоящее время в мире существуют ИС всех перечис­ленных в А и В видов. В последние годы очень активно развива­ются проблемно-ориентированные ИС (ПОИС).

C. С точки зрения характера задач, решаемых ИС, можно выделить:

С.1. ИС информационного обеспечения и сопровождения основной деятельности.

С.2. ИС информационного обеспечения и сопровождения управления основной деятельностью.

С.З. ИС информационного обеспечения и сопровождения основной деятельности и управления основной деятельностью.

К ИС типа С.2. относится огромное разнообразие автома­тизированных систем управления (АСУ), автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП), си­стем обеспечения принятия решений (СОПР),

ИС типа С.1. составляют широкий спектр систем экономи­ческой, правовой и другой информации.

ИС типа С.З. - интегрированные ИС, решающие одновре­менно задачи управления и информационного обеспечения ОД. Такие ИС стали развиваться лишь в последние годы. Сложность создания интегрированных ИС (ИИС) связана с большими труд­ностями объединения ИС типов С.1. и С.2. Они базируются на достаточно различающихся технологиях обработки, хранения и поиска информации.

D. С точки зрения совокупности функций, выполняемых ИС, можно рассматривать огромное разнообразие ИС. Как уже было отмечено, обособление функций основной и информацион­ной деятельности определяется большими трудностями. Сущест­вующие ИС в основном берут на себя выполнение функций эта­пов 1 и 5 (см. рис. 2.1). Однако имеются ИС, выполняющие часть функций этапов 2 и 4. С учетом современного состояния и тен­денций развития информатики с точки зрения функций ИС це­лесообразно выделить следующие типы ИС.

D.1. Системы справочно-информационного обеспечения, выполняющие функции собственно информационной деятельно­сти (этапов 1 и 5; см. рис. 2.1.), т. е. сбор и приобретение информа­ции, обработка, поиск, хранение, издание, распространение. Сре­ди ИС этого типа существует определенная специализация по следующим функциям:

- подготовки и издания первичной информации (издатель­ства, РИО, статистические бюро, пункты сбора и накопления ин­формации и т. д.);

- обработки первичной информации с целью подготовить вторичную информацию или метаинформацию (генераторы баз данных, реферативные издательства и т. д.);

- обработки, хранения и поиска вторичной информации для информационного обслуживания (системы информационного обслуживания и т. д. );

• хранения и выдачи первичной информации (библиотеки, клиринхаузы и т. д. ).

D.2. Системы информационного сопровождения ОД, бе­рущие на себя, помимо функций этапов 1 и 5, часть функций этапов 2 и 4, т. е. функций обобщенной основной деятельности (подготовка аналитических и тематических справок и обзоров, информационный анализ и синтез, анализ тенденций развития, оценка качества и технического уровня изделий, построение и анализ информационных моделей, подготовка вариантов реше­ний и т. д.).

К данному типу ИС относятся системы обеспечения при­нятия решений и системы автоматизации проектирования.

Системы данного типа выполняют математическую, логи­ческую и даже интеллектуальную (содержательную) переработ­ку информации. С этой точки зрения их можно назвать информа­ционно-логическими ИС.

В литературе часто встречаются такие понятия, как инфор­мационно-справочные системы (ИСИ), информационно-совету­ющие системы (ИСС), информационно-управляющие системы (ИУС), экспертные системы (ЭС).

Информационно-справочные системы определяют как сис­темы, которые могут выдавать только ту информацию, которая заранее в них введена. Информационно-советующими и инфор­мационно-управляющими системами называют системы, способ­ные выдавать новую информацию, являющуюся результатом пе­реработки входной информации.

В рамках введенной типологии информационно-справоч­ные системы относятся к ИС типа DA, в то время как ИСС и ИУС к типу D.2.

Е. По степени автоматизации функций целесообразно рас­сматривать ИС трех типов - неавтоматизированные; автоматизи­рованные; автоматические.

К. Характер обрабатываемой информации на современном этапе значительно влияет на идеологию построения и функцио­нирования ИС. Состав и характер перерабатываемой информа­ции предъявляет жесткие требования к аппарату ее описания, ор­ганизации и поиска. Существенные различия в аппарате описа­ния, организации и поиска информации реальных ИС приводят к необходимости различать:

- документальные (текстовые) (слабоструктурируемая ин­формация);

• фактографические (жесткоструктурируемая информация);

• документально-фактографические.

М. По видам обрабатываемой информации можно рассмат­ривать И С разнообразных типов. Наиболее распространено вы­деление ИС двух типов - ИС публикуемой информации и ИС непубликуемой информации.

Данная типология не претендует на абсолютную полноту и детальность. Это не классификация ИС, а скорее верхний уровень тезауруса информационных систем, с помощью которого как бы на языке дескрипторного ИПЯ может быть описа­на любая ИС.

Ясно, что для описания конкретных ИС (особенно неболь­ших) может потребоваться большее число параметров и/или более глубокая их детализация.

2.5. И все-таки классификация ИС

1. По виду формализованного аппарата представления

Детерминированные и стохастические системы

Если внешние воздействия, приложенные к системе (управляющие и возмущающие) являются определенными известными функциями времени u=f(t). В этом случае состояния системы описываемой обыкновенными дифференциальными уравнениями, в любой момент времени t может быть однозначно описано по состоянию системы в предшествующий момент времени. Системы, для которых состояние системы однозначно определяется начальными значениями и может быть предсказано для любого момента времени называются детерминированными.

Стохастические системы – системы, изменения в которых носят случайный характер. Например, воздействие на энергосистему различных пользователей.

При случайных воздействиях данных о состоянии системы недостаточно для предсказания в последующий момент времени.

Случайные воздействия могут прикладываться к системе извне, или возникать внутри некоторых элементов (внутренние шумы). Исследование систем при наличии случайных воздействий можно проводить обычными методами, минимизировав шаг моделирования, чтобы не пропустить влияния случайных параметров. При этом, так как максимальное значение случайной величины встречается редко (в основном в технике преобладает нормальное распределение), то выбор минимального шага в большинстве моментов времени не будет обоснован.

В подавляющем большинстве случаев при проектировании систем закладываются не максимальным, а наиболее вероятным значением случайного параметра. В этом случае получается более рациональная система, заранее предполагая ухудшение работы системы в отдельные промежутки времени.

Расчет систем при случайных воздействиях производится с помощью специальных статистических методов. Вводятся оценки случайных параметров, выполненные на основании множества испытаний.

Статистические свойства случайной величины определяют по ее функции распределения или плотности вероятности.

По сложности структуры и поведения; по степени организованности

Хорошо организованные, плохо организованные (диффузные), самоорганизующиеся системы.

Хорошо организованные системы. Представить анализируемый объект или процесс в виде «хорошо организованной системы» означает определить элементы системы, их взаимосвязь, правила объединения в более крупные компоненты, т. е. определить связи между всеми компонентами и целями системы, с точки зрения которых рассматривается объект или ради достижения которых создается система. Проблемная ситуация может быть описана в виде математического выражения, связывающего цель со средствами, т. е. в виде критерия эффективности, критерия функционирования системы, который может быть представлен сложным уравнением или системой уравнений. Решение задачи при представлении ее в виде хорошо организованной системы осуществляется аналитическими методами формализованного представления системы.

Описание объекта в виде хорошо организованной системы применяется в тех случаях, когда можно предложить детерминированное описание и экспериментально доказать правомерность его применения, адекватность модели реальному процессу. Попытки применить класс хорошо организованных систем для представления сложных многокомпонентных объектов или многокритериальных задач плохо удаются: они требуют недопустимо больших затрат времени, практически нереализуемы и неадекватны применяемым моделям.

Плохо организованные системы. При представлении объекта в виде «плохо организованной или диффузной системы» не ставится задача определить все учитываемые компоненты, их свойства и связи между ними и целями системы. Система характеризуется некоторым набором макропараметров и закономерностями, которые находятся на основе исследования не всего объекта или класса явлений, а на основе определенний с помощью некоторых правил выборки компонентов, характеризующих исследуемый объект или процесс. На основе такого выборочного исследования получают характеристики или закономерности (статистические, экономические) и распространяют их на всю систему в целом. При этом делаются соответствующие оговорки. Например, при получении статистических закономерностей их распространяют на поведение всей системы с некоторой доверительной вероятностью.

Подход к отображению объектов в виде диффузных систем широко применяется при: описании систем массового обслуживания, определении численности штатов на предприятиях и учреждениях, исследовании документальных потоков информации в системах управления и т. д.

Самоорганизующиеся системы. Отображение объекта в виде самоорганизующейся системы - это подход, позволяющий исследовать наименее изученные объекты и процессы. Самоорганизующиеся системы обладают признаками диффузных систем: стохастичностью поведения, нестационарностью отдельных параметров и процессов. К этому добавляются такие признаки, как непредсказуемость поведения; способность адаптироваться к изменяющимся условиям среды, изменять структуру при взаимодействии системы со средой, сохраняя при этом свойства целостности; способность формировать возможные варианты поведения и выбирать из них наилучший и др. Иногда этот класс разбивают на подклассы, выделяя адаптивные или самоприспосабливающиеся системы, самовосстанавливающиеся, самовоспроизводящиеся и другие подклассы, соответствующие различным свойствам развивающихся систем.

При применении отображения объекта в виде самоорганизующейся системы задачи определения целей и выбора средств, как правило, разделяются. При этом задача выбора целей может быть, в свою очередь, описана в виде самоорганизующейся системы, т. е. структура функциональной части АСУ, структура целей, плана может разбиваться так же, как и структура обеспечивающей части АСУ (комплекс технических средств АСУ) или организационная структура системы управления. Большинство примеров применения системного анализа основано на представлении объектов в виде самоорганизующихся систем.

Динамические системы характеризуются тем, что их выходные сигналы в данный момент времени определяются характером входных воздействий в прошлом и настоящем (зависит от предыстории). В противном случае системы называют статическими.

Различают системы линейные и нелинейные. Для линейных систем реакция на сумму двух иди более различных воздействий эквивалентна сумме реакций на каждое возмущение в отдельности, для нелинейных – это не выполняется.

Если параметры систем изменяются во времени, то она называется нестационарной, противоположным понятием является понятие стационарной системы.

Если вход и выход системы измеряется или изменяется во времени дискретно, через шаг е(t), то система называется дискретной. Противоположным понятием является понятие непрерывной системы.