Разработка информационной системы электронной отчетности на основе агентного подхода

УДК 681.3

РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ЭЛЕКТРОННОЙ ОТЧЕТНОСТИ

НА ОСНОВЕ АГЕНТНОГО ПОДХОДА

Н.Г. Новикова, С.В. Сапегин

Рассматриваются особенности построения систем гибкого документооборота на основе использования XML. Исследуются проблемы построения архитектур документальных систем на основе агентного подхода, использования онтологий и интеллектуальных программных систем в процессе конфигурирования корпоративных ИС

Ключевые слова: системы документооборота, XML, агентный подход, онтологии, корпоративные ИС

Одним из перспективных направлений информатизации в сфере здравоохранения является создание и внедрение систем управления электронными документами (EDMS), позволяющих реорганизовать работу сотрудников, сократить поток бумажных документов и хотя бы частично уменьшить сложности, возникающие в связи с их хранением, поиском и обработкой. Однако, в процессе разработки и внедрения систем электронного документооборота возникает целый ряд проблем, способных не только существенно затруднить проекты автоматизации организаций, но и привести их к полной неудаче.

Проблемы, связанные с процессом информатизации предприятий сферы здравоохранения обычно связаны со следующими факторами:

- отсутствие концепции развития

информатизации здравоохранения на федеральном уровне;

- недостатки системы обучения и повышения квалификации медицинского персонала в области использования компьютерных систем;

- отсутствие нормативных документов,

стандартизующих медицинские ИС в контексте сертификации используемых решений, защиты данных и т. д.;

- отсутствие общих стандартов хранения и обмена данными;

- экономические проблемы медицинских

учреждений.

Среди перечисленных факторов наиболее важным является отсутствие единых корпоративных стандартов национального уровня в сфере информатизации здравоохранения. Именно отсутствие стандартов серьезно усугубляет влияние вышеперечисленных факторов и является основной причиной сложностей в разработке, внедрении и использовании EDMS в области здравоохранения. При этом, под корпоративными стандартами понимаются соглашения о единых правилах организации, технологии или управления. Корпоративные стандарты должны образовать целостную систему, включающую в себя три вида стандартов:

1. Стандарты на продукты и услуги

Новикова Наталья Григорьевна - ВИВТ, канд. пед. наук, доцент, тел. (4732) 20-56-12

Сапегин Сергей Владимирович - ВИВТ, канд. техн. наук, e-mail: svsapegin@mail.ru

2. Стандарты на процессы и технологии

3. Стандарты на формы коллективной деятельности, или управленческие стандарты.

Практика показывает, что отсутствие корпоративных стандартов на этапе внедрения и использования медицинских ИС приводит к следующим закономерным трудностям:

1. Постоянные модификации организационной структуры, что приводит к изменению состава бизнес-процессов и набора используемых данных в каждом из бизнес-процессов.

2. Возрастающие потребности в обучении и переобучении пользователей в связи с частой сменой и модификацией используемых ИС, реорганизацией компонентов и бизнес-процессов.

3. Частая смена входных, выходных и рабочих форм документов, обусловленная как внутренними организационными процессами, так и изменением требований к отчетности со стороны контролирующих организаций регионального и федерального уровня.

Одной из наиболее успешных попыток решения задачи организации работы с документами в условиях постоянной смены стандартов является использование архитектуры CDA (Clinical Document Architecture), разработанной комитетом Health Level Seven. Первая версия архитектуры CDA была разработана в 2000 году и вызвала большой интерес со стороны разработчиков и заказчиков взаимодействующих медицинских информационных систем. Уже в 2003 году на смену ей пришла вторая версия, которая стала столь популярной, что в 2006 году даже была утверждена Международной организацией стандартизации ISO (ISO/HL7 27932:2009 Data Exchange Standards -- HL7 Clinical Document Architecture, Release 2).

Архитектура CDA построена на основе следующих принципов:

1. Электронный медицинский документ должен представляться на языке XML и отвечать определенной схеме.

2. Все схемы XML-представлений должны

генерироваться из единственной справочной информационной модели RIM (Reference Information Model) предметной области электронной передачи медицинских

данных.

3. Каждый электронный медицинский документ должен содержать человеко-

читаемые данные и в дополнение к ним может содержать данные, предназначенные для машинной обработки.

4. Поскольку разные ЛПУ располагают медицинскими информационными

системами разной степени сложности, необходимо предусмотреть возможность «приведения машиночитаемых данных к общему знаменателю», другими словами, простые информационные системы должны уметь обработать документ, полученный от сложной информационной системы, и наоборот.

Использование CDA в качестве основы для организации электронного документооборота медицинского учреждения является весьма перспективным направлением. Однако, реализация концепции CDA на основе традиционных подходов к построению информационных систем не дает возможности в полной мере использовать преимущества этой архитектуры. Практика показывает, что медицинские ИС, построенные на основе клиент-серверной архитектуры и принципах синхронного взаимодействия, обладают

следующими недостатками:

1. Высокие требования к оборудованию, в т. ч. к надежности каналов связи, что, с учетом финансового положения, серьезно ограничивает применимость систем, а также резко сужает возможности использования беспроводных технологий и, как следствие, затрудняет развертывание системы.

2. Необходимость серьезной проработки регламента работы с данными, хранящимися на едином сервере данных, преимущественно - с точки зрения обеспечения надежности, отказоустойчивости и защищенности.

3. Недостаточная гибкость клиент-серверных

систем, что существенно затрудняет процесс

внесения изменений и тем самым уменьшает срок их использования.

Решением указанных недостатков является

построение медицинских ИС на основе

распределенной архитектуры. Использование сервисно-ориентированных архитектур

позволяет эффективно решать проблемы интеграции компонентов ИС, а также осуществлять эффективное изменение отдельных компонентов системы и, как следствие, поддерживать ИС в рабочем состоянии с минимумом затрат. Выделяют следующие особенности приложений, построенных с использованием распределенной архитектуры:

1. Отдельные приложения в составе корпоративной ИС являются достаточно независимыми друг от друга, изменения в одном приложении никак не влияют на другие составляющие корпоративной ИС.

2. Асинхронный способ взаимодействия компонентов корпоративной ИС позволяет повысить качество работы приложений в условиях ненадежности линий связи, а также при наличии неполадок и дефектов в аппаратном и программном обеспечении.

3. Процесс обмена данными между

приложениями осуществляется на основе больших пакетов данных, что повышает эффективность использования сетевой пропускной способности. Для обмена данными используется язык ХМЬ, позволяющий осуществлять хранение и передачу структурированной информации.

Использование концепции распределенной архитектуры для построения медицинских ИС уровня учреждения является весьма перспективным выходом в условиях часто меняющихся требований к ИС и при недостатке финансирования проектов по информатизации, приводящим к поэтапным «лоскутным» решениям с высокой степенью разнородности компонентов. Из-за этого при эксплуатации и модернизации современных медицинских ИС специалисты в подавляющем большинстве случаев сталкиваются со следующими проблемами:

1. Избыточность функциональности. Задачи одной предметной области зачастую имеют общее множество подзадач. В случае, если для решения этих задач используются приложения различных производителей (или использующие различные технологии и подходы), в каждом из приложений могут присутствовать модули, решающие одни и те же подзадачи.

2. Несогласованность выполняемых функций. Связана с тем, что подзадачи, входящие в несколько задач, могут рассматриваться различными производителями с разных точек зрения или реализовываться с разными особенностями. В результате применение различных приложений, входящих в состав корпоративной ИС, к решению одних и тех же задач, может приводить к различным результатам, иногда противоречащим друг другу.

3. Недостаток информации о реализуемых функциях. С увеличением размера программных приложений, количества реализуемых задач, а также с расширением возможностей выбора поставщиков ПО увеличивается вероятность того, что каждая конкретная функция приложения не будет использована (или будет дублирована) другими приложениями из-за отсутствия информации об этой функции.

Решение этих проблем лежит в области построения компонентов распределенной ИС с использованием агентно-ориентированного подхода, имеющего принципиальные отличия от традиционных объектных и сервисных архитектур. Использование принципов агентного подхода позволяет создавать наборы компонентов ПО, обладающих гибкостью настройки, механизмами конфигурирования, самоконфигурирования и поиска эффективных вариантов взаимодействия с другими программными агентами.

Центральным понятием агентно-ориентированной методологии построения корпоративных ИС является понятие агента. Под агентом здесь понимается метаобъект, способный манипулировать другими объектами, формировать собственные программы действий, вызванные некоторыми потребностями и направленные на достижение определенных целей. Любой агент представляет собой открытую

систему, обладающую собственным поведением, способную воспринимать информацию из внешней среды, обрабатывать ее на основе собственных ресурсов, взаимодействовать с другими агентами и действовать на среду в течение некоторого времени, преследуя свои собственные цели. Минимальный набор базовых характеристик программных агентов включает следующие свойства:

1. Активность - способность к организации и реализации действий.

2. Реактивность - способность воспринимать состояние среды.

3. Автономность - относительная независимость от окружающей среды, возможность реализации собственного автономного поведения.

4. Общительность - способность агента взаимодействовать с другими агентами, обеспеченная развитыми протоколами межагентных коммуникаций.

5. Целенаправленность - наличие собственных источников мотивации деятельности.

С точки зрения пользователя агентом является объект или компонент, наделенный некими функциями и полномочиями и функционирующий в интересах представляемой сущности. Следует заметить, что в общем случае программный агент не обязательно должен являться интеллектуальным, хотя наличие в его составе модулей работы со знаниями, интеллектуальной интерпретации получаемой информации и принятия решений на основе имеющихся знаний позволяет во многих случаях упростить работу с системой для неподготовленного пользователя. В то же время, разработка интеллектуальных агентов, способных взять на себя большинство пользовательских функций, является достаточно дорогостоящим процессом. Альтернативным направлением является построение таких агентных сред, которые способны упростить и оптимизировать взаимодействие программных агентов, не обладающих

интеллектуальными функциями (по крайней мере, в большинстве случаев).

При разработке архитектуры медицинской ИС, автоматизирующей деятельность детской поликлиники, в качестве приоритетных свойств были выделены следующие:

1. Гибкость в организации бизнес-процессов. ИС должна обладать широкими возможностями в области перенастройки и реконфигурации, необходимость которых вызвана постоянными реформами в сфере здравоохранения.

2. Открытость архитектуры. ИС должна быть ориентирована на поэтапную разработку и внедрение новых компонентов в рамках работ по расширению области автоматизации. Компоненты могут быть разрабатываемы различными коллективами разработчиков и с использованием кардинально отличающихся технологий.

3. Максимальная легкость изменений форм электронной отчетности, набора хранимых в системе документов и данных.

Исходя из этого, в качестве отправной точки для разработки архитектуры ИС была принята 80Л

(Service-Oriented Architecture), а также

обеспечивающий ее работу стек протоколов и стандартов взаимодействия (SOAP - Simple Object Access Protocol, WSDL - Web Services Description Language, XML - Extended Markup Language). В качестве сетевой инфраструктуры ИС, таким образом, выступает сеть Intranet. Однако, в отличие от портальных Intranet-решений, архитектура медицинской ИС ориентирована на широкое

использование Desktop-приложений, лучше

подходящих для автоматизации рабочих мест специалистов разного профиля. Таким образом, общая архитектура системы показана на рис. i.

Программные агенты

Рис.1. Общая архитектура МИС

Web-сервисы, развернутые в сети учреждения на базе Web-серверов (Apache или IIS), фактически представляют собой среду деятельности агентов и предоставляют агентам следующие сервисы:

1. Информация о конфигурации системы. Каждый агент при запуске регистрируется на каком-либо из Web-серверов, а взамен может запросить список существующих в сети сервисов, а также других программных агентов.

2. Использование варианта онтологии, принадлежащего данному серверу и включающего в себя как онтологию предметной области (общую для всех), так и информацию о реализации функций предметной области и интерфейсах зарегистрированных программных агентов.

3 Возможность разместить на внутренних «досках объявлений» Web-сервера запросов на выполнение услуг, адресованных к другим агентам. Принятие решения о запросе услуг осуществляется агентом, исходя из информации о зарегистрированных агентах и выполняемых ими услугах в соответствии с предлагаемым способом манипулирования рейтингами агентов.

4. Возможность размещения на «досках объявлений» сервера информации о реализуемых агентом функциях.

5. Ведение рейтинга агентов. Рейтинг агентов вычисляется на основе показателей активности агентов, их полезности для других агентов, а также на основе их загруженности. Функциями самой

среды осуществляется только подсчет рейтинга в зависимости от поступающей от агентов информации (в т.ч. если возникают разногласия в информации от агентов насчет его изменения). Принятие решений о взаимодействии осуществляется самими агентами.

Реализация бизнес-процессов системы документооборота медицинского учреждения была осуществлена путем разработки программного агента, предназначенного для работы в среде сервисов МИС и реализующего функции генерирования отчетных документов произвольной формы на базе шаблонов XML и Microsoft Excel. Разработанный программный агент предназначен для решения следующих задач:

1. Хранение данных по сотрудникам отделения, ответственным за формирование определенных видов отчетных документов.

2. Организация базы данных типовых документов, которые необходимо предоставлять в органы Управления здравоохранением.

3. Формирование реестра документов, а также создание конкретных документов по шаблону, в соответствии с требованиями предоставления отчетности по медицинской статистике.

4. Создание разметки документа на основе нормативов, установленных стандартом формирования электронных документов медицинской статистики.

Принцип классификации медицинских документов, используемый в системе, показан на рис. 2. Согласно этому принципу, все медицинские документы делятся на учетные и отчетные, причем каждый отчетный документ обобщает содержание группы учетных. В свою очередь, учетные медицинские документы делятся на документы индивидуального и группового учета.

Ниже приведены ключевые сценарии работы с пользователем разработанного программного агента:

1. Формирование XML-схем документов, представляющих собой спецификации данных, используемых в документах.

2. Шаблонирование XML-документов путем сопоставления элементов XML-схем и ячеек документа Excel, который является шаблоном разметки данного типа документов.

3. Формирование готовых документов в формате Excel на основе существующих шаблонов и хранимых данных конкретного документа.

4. Управление документами в формате XML и их электронными копиями в Excel.

Воронежский институт высоких технологий

Медицинский

документ

t

Учетный 1..* 1 Отчетный

медицинский медицинскии

документ +обобщает документ

Медицинский Медицинский

документ документ

индивидуального группового

учета учета

+идентификация пациента [1] +идентификация пациента [0..*]

Рис. 2. Классификация медицинских документов

Помимо сценариев работы с пользователем, реализованы следующие сценарии работы программного компонента, как агента МИС:

1. Регистрация в сети Intranet на время работы агента. Осуществляется посредством HTTP-запроса по адресам Web-серверов, расположенных в конфигурационном файле.

2. Синхронизация XML-схем документов. В настоящий момент синхронизация заключается в распространении новых типов документов в системе. Модификация существующих документов не выполняется.

3. Синхронизация Excel-шаблонов.

Сценарии работы программного компонента,

как агента, выполняются вне зависимости желания пользователя в момент работы агента.

Программный агент разработан с использованием среды Delphi 7.0. Серверное ПО написано на PHP5/MySQL и работает под управлением HTTP-сервера Apache.

Литература

1. Гейтс Б. Бизнес со скоростью мысли/пер. с англ.

- М.:Эксмо-пресс, 2005. - 480 с.

2. Оптимизация бизнес-процессов. Дж.с Харрингтон, Э. Эсселинг, Х. ван Нимвеген— Издательство "Бизнес-микро", 320с- 2002 г

3. Трахтенгерц Э.А. Построение распределенных систем группового проектирования // Автоматика и телемеханика. - 1993 . - N9. - С . 154 - 174 с.

THE DEVELOPMENT OF ELECTRONIC REPORTING INFORMATION SYSTEM, BASED

ON AGENT APPROACH

N.G. Novikova, S.V. Sapegin

In article the features of flexible document circulation systems building, based on XML, are considered. The problems of architecture construction of documental systems, using agent approach are investigated. Principles of using of ontologies and intelligence program systems in corporative systems configuration process are described

Key words: document circulation systems, XML, agent approach, ontologies, corporative IS