Проектирование информационного обеспечения

Информационное обеспечение АСУ - совокупность реализованных решений по объектам, размещению и формам организации информации, циркулирующей в автоматизированной системе управления при ее функционировании. Оно включает в себя нормативно-справочную информацию; необходимые классификаторы технико-экономической информации; массивы данных, необходимых для решения задач; унифицированные документы, используемые в АСУ (ГОСТ 24.003-84). Основное назначение информационного обеспечения - своевременно выдавать системе управления, в частности, лицам, принимающим решения, достоверную информацию, необходимую и достаточную для принятия оптимальных или близких к ним управленческих решений.

Система автоматизированного управления имеет дело не с самим объектом, а с информацией о нем. Поэтому основной функцией информационного обеспечения является создание и ведение динамической информационной модели объекта, которая в каждый момент времени содержит данные, соответствующие фактическим значениям параметров с минимально допустимой задержкой во времени. Эти данные должны выдаваться любому пользователю, которому они необходимы для принятия решений. Соответствие данных фактическим значениям параметров с заданной точностью является важной характеристикой информационного обеспечения. Для его реализации применяют специальные методы контроля и обеспечения достоверности.

Нормативно-справочная информация заимствуется из нормативных документов и справочников. Ее содержание определяется теми постоянными или условно-постоянными данными, т.е. не изменяющимися, по крайней мере, в течение трех-четырех циклов работы, которые являются исходными для решения задач. Под данными в общем случае понимают любые сведения, являющиеся объектом обработки в АСУ. Вводимые в систему и хранимые в ней данные представляют собой отдельные значения параметров объектов или процессов в виде слов, буквенных обозначений, числовых величин, таблиц, графиков или в иной форме. Некоторую совокупность или набор данных, используемых для определенной цели, называют информацией.

Классификаторы технико-экономической информации служат для унификации применяемых в АСУ наименований и обозначений с целью их однозначного определения. Каждая позиция классификатора содержит кроме словесного наименования цифровой код, структура которого позволяет более четко определить иерархические уровни и группировки классифицируемой информации.

Массивы данных содержат в упорядоченном и систематизированном виде все необходимые для функционирования АСУ данные. Это позволяет быстро находить или вводить в систему нужные данные, осуществлять перекрестные ссылки и т.п. Совокупность упорядоченной информации, используемой при функционировании АСУ, называют ее информационной базой.

Унифицированные документы представляют собой набор форм: организационно-распределительной информации в соответствии со стандартами; установленной отчетности, направляемой в вышестоящие организации; подготовленных разработчиками для внутрисистемного пользования.

При проектировании информационного обеспечения существенное значение имеет время доступа - интервал времени от момента поступления в систему запроса до момента представления соответствующей информации пользователю. Помимо общего стремления к сокращению непроизводительной затраты времени на ожидание ответа в отдельных случаях этот параметр приобретает особое значение. Так, если после некоторого критического срока уже невозможно успеть принять и реализовать решение, ответ теряет смысл. Обычно существует некоторый предел, до которого время доступа можно снижать без каких-либо осложнений и специально принимаемых мер. Дальнейшее уменьшение времени доступа если и возможно, то требует дополнительных ресурсов и затрат. Здесь надо искать компромисс между затратами на снижение времени доступа и потерями от того, если это не будет сделано, т.е. необходима постановка и решение оптимизационной задачи.

Для систем реального времени с удаленными терминалами используется несколько иная характеристика - время ответа, под которым понимают интервал времени от момента окончания формирования запроса на терминале до момента индикации на нем первого символа ответа. Это время слагается из времени передачи по каналу запроса и ответа, времени доступа к информационным массивам и процессорного времени, затрачиваемого на ответ, с учетом обработки запросов других пользователей.

В режиме коллективного пользования важное значение имеют психологические особенности человека, участвующего в диалоге. По данным наблюдений психологов, в разговоре двух лиц время ожидания ответа составляет не более 2 с. При большей задержке ответа второй участник замечает это и начинает тяготиться беседой. При диалоге человека с ЭВМ задержка ответа ЭВМ свыше 15 с исключает диалоговое взаимодействие, пользователь недоволен ожиданием и делает попытки переключиться на другую деятельность; задержка от 4 до 15 с психологически затрудняет принятие решений в режиме диалога; от 2 до 4 с - обычно приемлема, но может оказаться чрезмерной в ситуациях, требующих высокой концентрации внимания пользователя; от долей секунды до 2 с -наиболее эффективное время для пользователя, особенно если ему надо помнить информацию, содержащуюся в предыдущих ответах; ответ за доли секунды, мгновенный с точки зрения пользователя, в некоторых ситуациях оказывает подавляющее действие и должен быть искусственно задержан.

Важное значение имеет способ хранения данных. Объем хранимых данных в современных системах чрезвычайно велик, он составляет многие миллионы алфавитно-цифровых знаков. Система динамична, данные непрерывно обновляются, а используются относительно небольшие, но самые различные части хранимых данных, причем в разных комбинациях. Управлять всем этим потоком достаточно сложно. Благодаря введению формализации обновление данных, перевод с одного уровня памяти на другой и физическая перезапись на разные носители могут быть запрограммированы и эти функции возложены на ЭВМ. В наибольшей степени эта тенденция нашла отражение в базах и банках данных, где пользователь полностью освобожден от заботы о физическом размещении данных в памяти ЭВМ.

Форма представления данных должна обеспечить наибольшее удобство их последующего использования. В пакетном режиме работы ЭВМ наиболее распространенной формой вывода данных были распечатки, содержащие алфавитно-цифровую информацию в виде отдельных строк или таблиц, реже - графический вывод в виде графиков или чертежей. Основным недостатком такого способа был вывод значительно большего объема данных, с тем чтобы пользователь сам выбрал из них нужные в каждом конкретном случае. Неудобство пользования объемными распечатками приводит во многих случаях к тому, что их вообще не используют. Ввод данных в пакетном режиме, обычно требующий перфорации большого объема данных и получения распечаток, занимал длительное время, что также не способствовало успеху системы.

Современные возможности ввода и вывода информации из ЭВМ, работающей в режиме коллективного пользования, позволяют строить системы информационного обеспечения таким образом, чтобы в наибольшей степени индивидуализировать общение пользователя с ЭВМ. Должен быть обеспечен ввод с клавиатуры запроса в таком виде, который учитывает степень подготовленности пользователя и в максимальной степени конкретизирует запрос. Ответ, лаконичный и конкретный, выводится в этом режиме на дисплей немедленно по получении запроса. Вместе с тем диалоговый режим коллективного пользования требует от проектировщика учета многих особенностей. Необходимо регламентировать доступ участников системы к хранимым данным. Даже в справочном режиме не всем пользователям разрешается получение любых данных о функционировании АСУ. Тем более ограничен доступ к введению изменений в массивы.

Наличие неподготовленных пользователей требует особого внимания при выборе метода построения диалога, учета психологии поведения человека при общении с ЭВМ. В хорошо разработанной системе должна быть налажена регистрация действий пользователей в виде архивных протоколов, позволяющих анализировать работу системы с пользователями.

Большое значение имеют вопросы надежности и, в частности, способность системы к самовосстановлению после случайных выходов из строя. Должна быть предусмотрена возможность сохранения важнейших функций системы при частичных выходах из строя аппаратуры, при перегрузках и других нарушениях режима. Необработанные задания также требуют регламентации - обработка некоторых теряет смысл, другие, наоборот, должны быть обработаны с наивысшим приоритетом сразу после восстановления системы. Восстановление системы, т.е. переход к выполнению функций в полном объеме, не должно требовать специальных действий пользователей - сотрудников АСУ.

Важный этап проектирования информационного обеспечения - анализ информационных потоков, проводимый на стадии предпроектного обследования, его результаты служат основой разработки модели системы управления.

Различают макро- и микроуровень исследования потоков информации. Анализ информационных потоков на макроуровне позволяет понять общую схему работы объектов управления, провести совершенствование документооборота. Анализ на микроуровне обеспечивает выявление элементов информационного отображения объекта управления, взаимосвязей между ними, структуры и динамики информационных потоков.

Начальным этапом анализа информационных потоков является составление программы исследования. Намечается примерный перечень вопросов, на которые необходимо дать ответ в процессе изучения форм документации и недокументированных сообщений. В этот перечень входят: назначение документа; количество его экземпляров; наименования обязательных реквизитов и показателей, а также указание должностных лиц, которые их заполняют; значимость показателей документов; частота формирования документов и разработки показателей.

Выделяют два метода анализа входящих и исходящих документов: инвентаризации и типических групп. Первый метод позволяет получить полную информацию обо всех документах и, таким образом, о потоках информации в существующих системах управления. Однако этот метод очень трудоемок и поэтому применяется достаточно редко. Второй метод используется значительно чаще, поскольку предусматривает регистрацию не каждого документа, а лишь представителей однотипных групп. Метод типических групп наиболее эффективен при обследовании систематизированных массовых и повторяющихся документов.

Множество документов, связанных с системой управления, можно разделить на следующие группы:

1) официальные положения и инструкции, регламентирующие функции подразделений и определяющие сроки и процедуры обработки информации и принятия решений;

2) входные документы, возникающие вне системы;

3) систематически обновляемые записи в виде картотек или книг, используемые в процессе работы;

4) промежуточные документы, получаемые и (или) используемые в процессе обработки данных;

5) выходные документы.

Рассмотрим более подробно некоторые из используемых в настоящее время методов анализа информационных потоков.

Графический метод. Он применяется для описания потоков информации главным образом на макроуровне. Отношения между элементами потока, в основном документов, изображают в виде описанной ранее графической структурно-информационно-временной схемы, на которой даются краткие пояснения, описывающие движение информации и материальных потоков.

Методы описания потоков информации с использованием теории графов. В настоящее время его используют наиболее широко. Выделяют методы на основе использования сетевой модели, графоаналитический метод и метод с использованием графов типа "дерево".

Метод с использованием сетевой модели базируется на использовании традиционных методов анализа. При этом под событием понимается определенный документ, являющийся конечным событием, если он представляет собой результат выполнения какой-либо работы, или начальным, если будет использоваться в дальнейшем ходе выполнения работ. Под работой понимается определенная задача или функция, выполняемая сотрудниками органа управления.

Графоаналитический метод основан на анализе матрицы смежности информационного графа. Исходными для анализа информационных потоков являются данные о парных отношениях между наборами информационных элементов, формализуемые в виде матрицы смежности. Под информационными элементами понимают различные типы входных, промежуточных и выходных данных.

Под матрицей смежности В понимают квадратную бинарную матрицу, проиндексированную по обеим осям множеством информационных элементов D = { d₁, d₂,..., d_S}, где S - число этих элементов.

В позиции (i, j) матрицы смежности записывают 1, если между информационными элементами d_i и d_j существует отношение R₀, такое, что для получения значения информационного элемента d_j необходимо обращение непосредственно к элементу d_i. Наличие такого отношения между d_i и d_j обозначают в виде d_iR₀d_j, а отсутствие - d_i0d_j, чему соответствует запись О в позиции (i, j) матрицы В. Для простоты дальнейших преобразований условно принимают, что каждый информационный элемент недостижим из самого себя:

Матрице В ставится в соответствие граф информационных взаимосвязей G(D, R₀). Множеством вершин графа G(D, R₀) является множество D информационных элементов, а каждая дуга (d_i, d_j) соответствует условию d_iR₀d_j, т.е. записи 1 в позиции (i, j) матрицы В. Структура графа G(D, R₀) вследствие неупорядоченности сложна для восприятия и анализа. Составленная на основе первичного представления разработчика об информационных элементах и их взаимосвязях, она не гарантирована от возможных неточностей и ошибок. Для формального выделения входных, промежуточных и выходных данных, определения последовательности процедур их обработки, анализа и уточнения взаимосвязей на основе графа G(D, R₀) строят матрицу достижимости.

Матрицей достижимости М называют квадратную бинарную матрицу, проиндексированную по обеим осям множеством информационных элементов D, аналогично матрице смежности В. Запись 1 в каждой позиции (i, j) матрицы достижимости М соответствует наличию для упорядоченной пары информационных элементов (d_i, d_j) смыслового отношения достижимости R. Элемент d_j достижим из элемента d_i, т.е. выполняется условие d_iRd_j, если на графе G(D, R₀) существует направленный путь от вершины d_i к вершине d_j, или если в процессе получения значения элемента d_j используется значение элемента d_i. Если d_id_j, то отношение достижимости между элементами d_i и d_j отсутствует и в позиции (i, j) матрицы М записывают 0. Отметим, что отношение достижимости транзитивно, т.е. если d_iRd_k и d_kRd_j, то d_iRd_j; i, k, j =

Записи 1 в j-м столбце матрицы М соответствуют информационным элементам, которые необходимы для получения значения элемента d_i, соответствующего рассматриваемому столбцу, и которые образуют множество элементов предшествования A(d_i) для этого элемента. Записи 1 в i-и строке матрицы М соответствуют всем элементам, достижимым из рассматриваемого элемента d_j и образующим множество достижимости R(d_j) этого элемента. Информационные элементы, строки которых в матрице М не содержат единицу (нулевые строки), являются выходными информационными элементами, а информационные элементы, соответствующие нулевым столбцам матрицы М, являются входными. Это условие может служить проверкой правильности заполнения матриц В и М, если наборы входных и выходных информационных элементов известны. Информационные элементы, не имеющие нулевых строки или столбца, являются промежуточными.

Полученный на основе матрицы М граф информационных взаимосвязей может быть структуризован по уровням с использованием итерационной процедуры; это позволяет выделить основные этапы обработки данных, их последовательность и циклы обработки на каждом уровне.

Исходной информацией для описанного выше и других методов аналогичного назначения являются перечни входных и выходных элементов с указанием связей между ними. Получение этой информации является сложной слабо формализуемой задачей, основанной на изучении информационных потоков. Общая методика заключается в анализе этих потоков от выходов к входам. Исходя из функций системы и ее цели, определяют множество материальных выходов и для каждого из них - набор независимых параметров, полностью характеризующих данный выход по всей совокупности задач управления. Сопоставляя наборы параметров, характеризующих выходы, с перечнем информационных элементов, выделенных из множества исходных данных для решения задач, определяют, содержится ли данный параметр в обоих списках. Положительный результат является подтверждением необходимости включения данного информационного элемента в состав информационного обеспечения, а отсутствие совпадения требует более тщательного анализа.

Дополнительный анализ либо выявит ошибочный пропуск данного элемента в одном из списков, либо станет ясно, что данный параметр нет необходимости включать в состав информационного обеспечения. Накладывая результаты анализа одного параметра на другие и исключая дублирование, получают полный набор выходных информационных элементов.

Аналогичным методом получают набор входных информационных элементов. Парные взаимосвязи между информационными элементами выявляют также двумя способами для возможности перекрестной проверки - движением вдоль информационного потока, используя методику единичной нити, и по постановкам задач, рассматривая аналитические зависимости между параметрами. В обоих случаях следует иметь в виду возможность наличия промежуточных информационных элементов.

Метод с использованием графов типа "дерево" используют для описания системы потоков информации. Строится граф взаимосвязи показателей (типа "дерево") и так называемые графы расчетов, описывающие преобразование информации в процессе формирования отдельных показателей. При построении дерева взаимосвязи показателей ребра ориентируют с учетом иерархии от исходных к результирующим, что позволяет строить графы с более высокой степенью укрупнения.

Полученный комплекс графов отражает процесс движения и преобразования информации в системе и может быть использован для анализа эффективности этого процесса. Применение метода целесообразно, когда имеется результирующий (главный) показатель на каждом уровне. Обработку результатов изучения информационных потоков и анализа документооборота в ряде случаев удобно проводить с помощью матричных информационных моделей.

Для анализа различных информационных потоков с целью их увязки используют метод реквизитов. Основным элементом сообщения, которое несет определенную смысловую нагрузку, является показатель, состоящий из одного или нескольких наименований реквизитов. Значения в документах обычно группируются по названиям реквизитов, и для анализа документооборота удобно использовать только наименования реквизитов. При этом для облегчения изучения документооборота создают специальные картотеки реквизитов с использованием карт с краевой перфорацией. На картах каждому реквизиту ставится в соответствие некоторый шифр; эта процедура составляет первый этап метода. Затем составляется таблица реквизитов промежуточной, хранимой и выходной информации. После составления таблицы в картотеку вносят дополнительные сведения о реквизитах, которые в дальнейшем используются для количественной оценки информации. Данный метод позволяет выявить идентичные реквизиты, дублирование документов, упорядочить потоки информации, рационально скомпоновать показатели, унифицировать реквизиты.