4. Нормативные документы по проектированию ис

К нормативным документам относятся стандарты (государственные, отраслевые, стандарты предприятия), руководящие материалы, методические рекомендации.

Сложные программно-технические комплексы (ИС), такие, как системы информатизации отрасли, предприятия, организации, создаются большими коллективами специалистов разного профиля и квалификации. Эти коллективы взаимодействуют между собой в процессе создания ИС. Для этого необходимо ввести общую терминологию, определить общие требования к документированию результатов работы. Деятельность коллективов должна контролироваться и управляться руководителем разработки, а для этого необходимо установить общий порядок организации работ, общие требования к экспертизе результатов.

Лекция 2. Основные принципы системного подхода. Понятие о методологии исследования операций (постановка задачи, построение модели, поиск решения, корректировка модели, реализация)

1. Основные принципы системного подхода.

Рассмотрим основные принципы системного подхода применительно к созданию ИС.

Первый принцип – формирование цели создания ИС. В нее входят: побудительные мотивы создания ИС, формирование положительных эффектов от ее создания, ориентировочные данные об объемах потребных ресурсов (материальных, финансовых и т.д.), сопоставление требуемых затрат и положительных эффектов и т.п.

Второй принцип – формирование множества возможных средств и путей достижения сформулированной цели.

Третий принцип – формирование критериев оптимальности достижения сформулированной цели.

Четвертый принцип – выбор из множества возможных средств и путей достижения сформулированной цели оптимальных вариантов по совокупности выбранных критериев оптимальности достижения сформулированной цели.

Пятый принцип – планомерная организация работ по реализации выбранного оптимального варианта создания ИС.

Шестой принцип - окончательное решение принимать с учетом роли и места данной ИС в системе более высокого уровня, куда она входит.

2. Понятие о методологии исследования операций.

На протяжении своего долгого развития человеческая популяция решала возникающие перед ней задачи. В основе решения этих задач лежали действия коллектива людей, объединенных общей целью и возглавляемых лидерами, которые, руководствуясь опытом, интуицией, определенными знаниями, предвидением, смогли добиться достижения общей цели. Со временем накопился достаточный опыт организации и управления таких целенаправленных процессов. Это привело к необходимости научного анализа сложных целенаправленных процессов под углом зрения их структуры и организации. От науки требуются рекомендации по наилучшему (оптимальному) управлению такими процессами.

Эти потребности практики вызвали к жизни специальные научные методы, которые принято объединять пд названием «Исследование операций». Под этим подразумевается применение математических, количественных методов для обоснования решений во всех областях целенаправленной человеческой деятельности.

В настоящее время исследование операций – одна из самых быстро развивающихся наук, завоевывающая все более обширные области применения. Задачи исследования операций, к какой бы области они не относились, имеют общие черты, и при их решении применяются сходные методологические приемы. В каждой из них идет речь о каком-то мероприятии, преследующем определенную цель. Заданы некоторые условия. В рамках этой системы условий требуется принять какое-то решение с тем, чтобы мероприятие было наиболее выгодным (или наименее убыточным).

В соответствии с этими общими чертами вырабатываются и общие приемы решения подобных задач, в совокупности составляющие методологическую основу исследования операций.

3. Основные понятия исследования операций.

Под операцией понимается любое мероприятие, объединенное единым замыслом и направление к достижению определенной цели.

Операция всегда является управляемым мероприятием, т.е. от нас зависит выбор параметров, характеризующих способ ее организации.

Всякий определенный выбор зависящих от нас параметров будем называть решением.

Оптимальными называются решения, которые, по тем или иным соображениям, предпочтительнее других.

Основная задача исследования операций – предварительное количественное обоснование оптимальных решений. Исследование операций не ставит задачу полную автоматизацию принятия решений. Решение всегда принимается человеком. Задача исследования операций – подготовить количественные данные и рекомендации, облегчающие человеку принятие решений.

Наряду с основной задачей - обоснованием оптимальных решений – к области исследования операций относятся и другие задачи:

-сравнительная оценка различных вариантов организации операции,

- оценка влияния на операцию различных параметров,

- исследование «узких мест», т.е. элементов, нарушение работы которых особенно сильно сказывается на успехе операции, и т.д.

Эти вспомогательные задачи приобретают особую важность, когда данная операция рассматривается не изолировано, а как составной элемент целой системы операций. «Системный» подход к задачам исследования операций требует учета взаимной зависимости и обусловленности целого комплекса мероприятий, т.е. окончательное решение принимать с учетом роли и места данной операции в системе.

Под эффективностью операции понимается степень ее приспособленности к выполнению стоящей перед ней задачи.

Чтобы судить об эффективности операции и сравнивать между собой по эффективности различно организованные операции, нужно иметь некоторый численный критерий оценки или показатель эффективности.

Последовательность действий в исследовании операций.

1. Формулируется цель исследования и разрабатывается постановка задачи.

2. Для применения количественных методов в любой области всегда требуется построить математическую модель явления. На основе анализа свойств оригинала осуществляется построение этой модели.

3. После построения модели на ней получают результаты

4. Они интерпретируются в терминах оригинала и переносятся на оригинал.

5. С помощью сравнения осуществляется сопоставление результатов моделирования с результатами, полученными при непосредственном исследовании оригинала.

Если результаты, полученные с помощью модели, близки к результатам, полученным при исследовании оригинала, то в отношении данных свойств модель можно считать адекватной оригиналу.

При проектировании и эксплуатации АСУ часто возникают задачи, связанные с анализом, как количественных, так и качественных закономерностей их функционирования, определением их оптимальной структуры и т.д.

Непосредственное экспериментирование на объектах для решения этих задач имеет ряд существенных недостатков:

1. Нарушается установленный режим работы объекта.

2. В натурном эксперименте невозможно проанализировать все альтернативные варианты построения системы и т.д.

Эти задачи целесообразно решать на модели, отделенной от объекта и реализуемой на ЭВМ.

При моделировании информационных систем находят широкое применение математические модели.

Метод математического моделирования является способом исследования различных объектов путем составления соответствующего математического описания и вычисления на его основе характеристик исследуемого объекта.

Необходимо построение математической модели. Она формализовано отражает процесс функционирования оригинала и описывает основные закономерности его поведения. При этом все второстепенные, несущественные факторы из рассмотрения исключаются.

Объектом математического моделирования являются сложные системы. Сложной системой называют определенным образом организованную и целенаправленную функционирующую совокупность большого числа информационно связанных и взаимодействующих элементов в условиях воздействия внешних факторов.

Можно выделить 4 основных этапа моделирования систем на ЭВМ:

- построение концептуальной модели системы и ее формализация;

- алгоритмизация модели системы и разработка моделирующей программы;

- получение и интерпретация предварительных результатов моделирования;

- проверка адекватности модели и системы; корректировка модели

- основной расчет показателей качества функционирования системы по результатам моделирования, реализация модели.

Лекция 3. Основные понятия метода экспертных оценок. Формирование экспертных групп. Процедуры опроса. Методы ранжирования, парных сравнений, оценивание в относительной шкале.

1. Проектирование как процесс принятия решений.

Содержание каждого этапа проектирования – это выбор лучшего варианта построения ИС. Приведем перечень основных проблем, требующих проработки на этапе проектирования:

- определение состава функций, реализуемых ИС, их объединение в группы (структуризация) и распределение по уровням объекта, для поддержки функционирования которого создается ИС ( для ж.д. транспорта уровни объекта – это уровень РЖД, уровень дорог, уровень станций, депо);

- разработка технологий обработки данныхв ИС: определение форм представления вводимых данных и методов сбора, ввода, передачи, обработки, хранения и выдачи информации;

- разработка баз данных и информационных сервисов;\

- выбор технических средств (технического обеспечения) ИС: состав, тип, количество, размещение устройств сбора, передачи, обработки, накопления и представления данных;

- выбор программной платформы (операционной среды), разработка и отладка программных средств системы (программное обеспечение ИС);

- анализ достижимости требований, предъявляемых к показателям, характеризующим функционирование ИС ( по показателям качества информации, безопасности данных, временным характеристикам, показателям надежности и т.д.) и поиск путей для удовлетворения требований.

Выбор – это компромисс между противоречивыми требованиями, между стремлением к широким возможностям создавае6мой системы и низкой стоимостью.

Формально задача выбора лучшего варианта создаваемой системы

(технологии, элемента создаваемой системы) ставится следующим образом. Имеется вариантов решения, каждый из которых может быть оценен с точки зрения различных характеристик. Все варианты приемлемы. Из вариантов надо выбрать лучший по совокупности характеристик.

Для обоснования выбора лучшего варианта может быть использована процедура, основанная экспертных оценках и включающая следующие действия:

1. составление полного перечня характеристик (свойств, показателей), по которым следует производить выбор;

2. оценка важности каждой характеристики (свойства, показателя), на основе процедур экспертного оценивания;

3. оценка вариантов решения, представленных для выбора, по каждой из рассматриваемых характеристик;

4. оценка коэффициентов важности каждого варианта и выявление варианта с наибольшим значением коэффициента важности.

2. Составление полного перечня характеристик (свойств, показателей)

вариантов

Одна из возможных процедур строится на основе сбора и обработки мнений экспертов. При этом каждому эксперту предлагается составить список характеристик (свойств, показателей), по которым следует осуществлять выбор варианта системы (технологии т.п.). Списки, представленные разными экспертами, объединяются. Объединенный список подвергается анализу, при котором выявляются отношения между каждой парой элементов списка. Эти отношения могут быть следующими:

- тождественность, ( наличие первой характеристики означает наличие и второй и наоборот). Например, характеристики «безопасность данных» и «защита данных от несанкционированного доступа» являются тождественными;

- подчиненность (первая характеристика подчинена второй, если наличие первой означает и наличие второй, но не наоборот). Например, характеристика «достоверность данных» подчинена характеристике «качество данных», т.к. «достоверность» является одной из составляющих понятия «качество данных»;

- независимость (наличие одной характеристики никак не отражается на степени наличия другой). Например, независимы характеристики «наличие доступной документации» и «скорость выполнения операций» и т.д.

Окончательный перечень характеристик осуществляется:

1. исключением одной из каждой пары тождественных характеристик;

2. при наличии множества характеристик, подчиненных одной, из списка удаляется множество подчиненных ей характеристик.

В результате реализации этой процедуры в списке остается только множество из независимых характеристик.

3. Оценка важности характеристик сопоставляемых вариантов выбора

Для решения этой проблемы используется метод экспертного оценивания. Группе экспертов (из экспертов) предлагается проранжировать по степени важности характеристик (свойств, показателей) сопоставляемых технологий (вариантов выбора). Каждый эксперт, действуя независимо от других, должен приписать ранг «1» наиболее важной характеристике, ранг «2» - следующей по важности и т.д. Допускается приписывание двум или более характеристикам одного и того же ранга (это называется «совпадающие» ранги).

Пусть результатом экспертного опроса является табл. 3.1, где через обозначен ранг (целое число от 1 до ), присвоенный - ым экспертом - ой характеристике. Дальнейшая обработка результатов опроса с целью получения коэффициентов важности характеристик включает:

Таблица 3.1.

Результаты экспертного опроса

Эксперты	1	2	…
1 2 …	…	…	… … …	…
			…
			…
			…

1. расположение рангов в порядке возрастания и для рангов определяют номера мест,

2. приведение ранжировок экспертов к нормализованному виду (в случае совпадающих рангов). При этом характеристикам, имеющим в ранжировке какого-либо эксперта одинаковые ранги, приписывается ранг, равный среднему значению номеров мест, занимаемых этими характеристиками в ранжировке. Например, ранжировка 2; 1; 2; 3; 4 (здесь = 5) преобразуется в 2,5; 1; 2,5; 4; 5. Отметим, что сумма всех рангов после нормализации ранжировки равна ;

3. вычисление суммарных рангов (после нормализации):

;

4. вычисление коэффициента согласия (конкордации) , характеризующего степень согласованности экспертов:

= ,

здесь .

Отметим, что есть среднее значение суммарных рангов, и приобретает наибольщее значение, когда ранжировки всех экспертов одинаковы, и, наоборот, значение, близкое к нулю, когда одинаковы суммарные ранги характеристик (т.е. эксперты ставят ранги случайно). Знаменатель - это максимальное значение , имеющее место при совпадении ранжировок. Таким образом, коэффициент принимаетзначение от 0 до 1. Величина - это поправка к максимальному значению , введение которой необходимо при наличии совпадающих рангов

где - число повторений - го ранга в ранжировке - го эксперта.