Полимодельное описание процесса модернизации унаследованной информационной системы на основе сервис-ориентированного подхода

СИСТЕМНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ПРОЦЕССОВ

УДК. 519.8

Э. А. Э. Дилоу-Рагиня, М. А. Колпин, К. Л. Григорьев, Б. В. Соколов

ПОЛИМОДЕЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССА МОДЕРНИЗАЦИИ УНАСЛЕДОВАННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ СЕРВИС-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПОДХОДА

Приводится полимодельное описание процесса модернизации унаследованной информационной системы, которое предлагается использовать при многокритериальном оценивании экономической и технико-технологической эффективности создания и использования соответствующих информационных технологий.

Ключевые слова: динамические модели программного управления модернизацией, многокритериальное оценивание эффективности.

Введение. В настоящее время в условиях мирового финансового кризиса и острой конкурентной борьбы любые государственные и коммерческие организации стараются укрепить свои позиции на рынке, стремясь к улучшению качества предоставляемых товаров и услуг, внедряя инновации и повышая эффективность ведения бизнеса. Одним из важнейших факторов, существенно влияющих на успешное достижение вышеперечисленных целей, является тесная интеграция бизнес-систем (БС) с информационными технологиями и информационными ресурсами (ИТ и ИР), в том числе, и с корпоративными информационными системами (ИС). В этой связи особую актуальность приобретают вопросы оценивания экономической и технико-технологической эффективности внедрения (модернизации) ИТ и ИР применительно к каждой конкретной бизнес-системе или государственной организации [1].

В настоящей статье предлагается полимодельное описание процессов модернизации унаследованной информационной системы (УИС), которое можно использовать при решении широкого спектра задач многокритериального оценивания, анализа и выбора соответствующих программ модернизации. Под унаследованной информационной системой будем понимать ИС, для которой используется эволюционный путь развития: т.е. переход от их „старой" архитектуры к „новой" архитектуре осуществляется в течение определенных периодов времени и состоит в плановой замене отдельных подсистем и элементов функционирующей ИС в целях повышения производительности и снижения затрат на эксплуатацию. Данный этап жизненного цикла ИС называют этапом модернизации. Традиционно для принятия решения о проведении модернизации необходимо решить следующие задачи: создание облика модернизируемой ИС (поиск ответа на вопрос — что и когда надо модернизировать); определение срока (момента времени), к которому надо завершить модернизацию; создание технологии модернизации (поиск ответа на вопрос — в какой последовательности надо проводить модернизацию); разработка плана проведения модернизации.

Главное достоинство разрабатываемого подхода к формализации и решению перечисленных задач заключается в их интегративно-управленческо-стоимостной интерпретации, базирующейся на оригинальном сервис-ориентированном описании и соответствующих исследованиях. В рамках этих исследований на конструктивном уровне удается одновременно зафиксировать в стоимостной форме объем услуг, оказываемых УИС бизнес-структурам на различных этапах их жизненного цикла, а каждую услугу (сервис) непосредственно связать с ИР, которые необходимы для ее реализации.

Содержательная постановка задачи. В основу построения полимодельного комплекса, предназначенного для описания процесса модернизации УИС, положим концепцию сервис-ориентированного подхода. Под сервисом ИТ будем понимать услугу, оказываемую УИС бизнес-процессу (БП) (бизнес-подразделению) с использованием соответствующих ИТ [1]. Сервис ИТ принято характеризовать следующими параметрами [1]:

— содержанием (функциональностью) — составом решаемых задач и набором средств для их решения;

— доступностью — периодом времени, в течение которого УИС поддерживает данный сервис;

— уровнем — периодом времени, в течение которого необходимо решать возникшую проблему;

— производительностью — объемом операций определенной категории в единицу времени;

— стоимостью сервиса для бизнес-подразделений.

В дальнейшем при построении конкретных моделей УИС постараемся учесть перечисленные параметры.

Основное достоинство сервис-ориентированного подхода состоит в том, что использование сервисов ИТ позволяет, с одной стороны, связать финансовые показатели, получаемые при реализации бизнес-продукта, с объемом услуг, предоставляемых данными сервисами, а с другой — на конструктивном уровне оценить потоки расходов, обусловленных разработкой, внедрением, сопровождением и эксплуатацией информационных ресурсов, являющихся материальной основой сервисов. Таким образом, определенный сервис (внешний и/или внутренний) оказывается своего рода „посредником" между затратами ИР и объемом выпускаемой продукции (предоставленных услуг) на уровне конкретных БП. Это позволяет при финансовых расчетах отношение „многие ко многим" (на уровне БП—ИР) заменить на два отношения „один ко многим" (на уровнях БП—сервис (функция), сервис (функция)—ИР) [1].

На рис.1 для автоматизированной системы управления складом показан возможный вариант установления связи между БП, сервисами ИТ и ИР.

Полимодельное описание процесса модернизации УИС. Для проведения конкретных расчетов и оценивания взаимовлияния перечисленных концептов построим модели программного управления сервисами и информационными ресурсами при модернизации УИС. При этом данные модели будут обобщать ранее разработанные авторами модели, представленные в работах [2—7].

Описание предлагаемого полимодельного комплекса начнем с введения базисных множеств, с использованием которых будут построены конкретные модели. К указанным множествам относятся: ; у = 1,...,п,-} — множество БП, выполняемых в узле (подсистеме) В; УИС; В={В;; ; = 1,...,т} — множество подсистем (узлов) УИС;

) = {В(гУ';); г = 1,...,ру} — множество ИР, модернизируемых в узле В; и обеспечивающих

реализацию БП ); = / = 1,...,ку} — множество операций, входящих в БП )

и выполняемых в узле В,- с использованием сервисов ИТ, предоставляемых УИС;

Бизнес-процессы

Сервисы

Функции

Ресурсы

с > Прием груза г \ Размещение

груза

Отгрузка товара

Получение данных о новом поступлении груза

Ввод документов поставщиков

Получение данных о месте размещения партии поступившего груза

Получение данных о месте размещения партии груза

Получение

данных об отгрузке товара

Выдача документов об отгрузке товара

Вызов события на терминале

Поддержка соединения с ИС

Формирование запроса данных

Выполнение запроса данных

Печать документа

Модуль корпоративной ИС — управление закупками

Терминалы

Модуль корпоративной ИС— управление продажами

Сервер приложения и сервер базы данных

Принтер

Рис. 1

— множество сервисов УИС, обеспечивающих выполнение операций входящих в БП Л((°']); Е) = {ЕХ(^1); % = 1,...,£/} — множество функций (видов дея-

тельности),

обеспечивающих

реализацию

сервисов

£(v);

^^^) = I=1,. .,dj,Х = 1,. .,} — множество операций, обеспечивающих реализацию

функции Е^'1) и связанных со сбором, обработкой, хранением, передачей и защитой соответствующей информации и данных; ) = {D<(Гp'kj>i; к = 1,. .,^</')} — множество операций,

входящих в технологический цикл управления модернизацией ИР В^'1.

Используя введенные множества, построим конкретные модели модернизации УИС. Рассмотрим математическую модель программного управления сервисами ИТ, предоставляемыми УИС.

Математическая модель управляемых процессов представляется выражениями

Лх^)

dt

dt

=п

ж " ' л 'и '

Ограничения, накладываемые на компоненты вектора состояний и управляющих воздействий, определяются следующим образом:

.

Лх

0^2)

- = ^2)

!>£>(0<^ VI; ¿идо<^

V/;

/=1

I=1

I

I=1

и

I

Р^ 2

аеГ,,

= ° Vv:

9(;х(;1)='-2) (*<;•') - XV•1) )=° V,, VI, и(;'l(t)е{°,1), 8(;'>(()е(°,1}.

Краевые условия описываются выражениями

t = t°1): 1))=у(У>(41)) = х^)(t°1)) = 0;

t = Ц): х^ (Ц)) = ^; у™ (Ц)); хг^) (Ц)) е м\

а показатели качества управления — соотношениями

к Л,

V ;

4м =11 УН ^ Ц));

к Л,

"V 1

42 =11

/=11=1 1

t( 1) V

м 1=1 $ )) )

\ ^'2)(тМт,

, Л *

К Л1 гг

4 =

II Д)(т) + #'2)(т)] и$}(т)Лт .

,=1 I=1 Л1) 1°

Л

0 — в противоположном случае; и^ (^) — управляющее воздействие, принимающее значе

В соотношениях (1)—(12) переменные и константы интерпретируются следующим образом: х^'1^) — переменная, характеризующая состояние выполнения операции П>}у); а^^) — заданная величина, характеризующая требуемый объем выполнения операции £>}у) с использованием сервиса ; гц ^) — заданная функция времени, принимающая значение 1, если сервис в момент времени I доступен для реализации операции П~у), и значение

.(V И

ние 1, если на выполнение операции £>)-у) в момент времени I выделен сервис , в противоположном случае и(у)(^) = 0; — переменная, характеризующая текущие временные потери, вызванные прерыванием (невыполнением) операции £>}у) ввиду недоступности сервиса ¿1У); (^) —интенсивность материальных и временных потерь БП вследствие прерывания операции £>}у), входящей в состав указанного процесса; $(/'1) ^), (^) — соответственно вспомогательные управляющие воздействия, принимающие значение 1, если операция П>}у) еще не начала выполняться либо операция £>}у) выполнена, в противоположном случае соответственно имеем ) = 0, В^'2^) = 0; х^'1^) — переменная, характеризующая текущее состояние первой вспомогательной операции: ее значение численно равняется временному интервалу от момента начала планирования ^ до момента начала выполнения операции

П ; х1 у) — переменная, характеризующая текущее состояние второй вспомогательной операции: ее значение численно равняется временному интервалу от момента окончания операции до момента окончания планирования ¿у^; а^'1), а^'1) — заданные величины, характеризующие соответственно требуемые объемы выполнения операций П((у), ПрУ), кото-

пМ

рые непосредственно предшествуют операции П) , ^^ — заданная величина, определяющая количество операций , которые одновременно могут обслуживаться сервисом у); И}у) — заданная величина, определяющая количество сервисов у), которые одновременно

могут использоваться при выполнении операции £>}у); с(у,1) (^), с(у'2) (¿) — известные функции времени, с помощью которых соответственно задаются текущие капитальные и эксплуа-

о

тационные расходы, связанные с созданием и применением сервиса , используемого при

выполнении операции П- '.

Ограничения вида (4) определяют возможности по одновременному использованию

(

I

^^^^ ^^^^^^^^итти лтглпаттии П

сервиса у) при выполнении g(¡v> операций £>}у) и соответственно возможности параллель

ного использования И) ' сервисов при выполнении операции П- '. Ограничения вида

'Р

ич

скими операциями И и ИЛИ; ограничения (6) определяют условия начала выполнения вспо-

непосредственно предшествующих операций П- ' и связанных с ней соответственно логиче-

могательных операций, процесс выполнения которых описывается соотношениями (3). Ограничения (7) задают область изменения возможных значений управляющих воздействий

и

(V),

^), »1 ^ ^). Соотношения

(V),

Уи ^), х/1' ()) в моменты времени ?°л и , определяющие начало и окончание временного

интервала, на котором осуществляется модернизация УИС.

На рис. 2 проиллюстрирована динамика взаимодействия основных и вспомогательных операций и управляющих воздействий в соответствии с соотношениями (1)—(7).

(V),

Л1)

)'

У,1

.

в™ 1

„

»(Г)=1

.

(t)=1

.

^)=°

а)=1

.

0)=°| иц )(t)=1

»(V -2)«)=1

А1)

А1)

Рис. 2

Показатель качества процесса программного управления (планирования) модернизацией вида (1°) позволяет оценить суммарные потери от простаивания сервисов " ), выделяемых

на выполнение операций . Интегральный показатель качества управления вида (11) позволяет оценить в момент времени t = Ц) общее число выполненных операций , входящих в состав БП. С помощью критериальной функции вида (12) можно провести оценивание суммарных капитальных и эксплуатационных затрат, связанных с созданием, внедрением,

сопровождением и эксплуатацией сервисов , выделяемых модернизируемой УИС для

выполнения операций Д

г

t

г

t

t

Перейдем к рассмотрению второй модели, входящей в состав предлагаемого полимодельного комплекса, а именно динамической модели программного управления функционированием элементов и подсистем УИС, располагаемых в ее узле В..

Математическая модель управляемых процессов представляется выражениями

X

Ж

X г '

Ж

w.

сЬр!)

X г

-_Ш е

Ж ^

г_1 х_1

Ограничения на управляющие воздействия определяются следующим образом:

0 < ) <

А-З^/)) + ^,2)

w,

(V,/) • Xг '

И/ X

1 kJV

Е 2 Уг] ^) < [ К( 1) (1 - 3(/'2) (Г)) + Гг(1) (Г) ] .;

_1 х_1

П] ^ г .) -, ЕЕи(у/\>)<|_Ф)(1 -3(.р'2)(/)) + Ф; )3(.р>2)(Г)].; V=1 х_1

Pv

Е

г _1

w,

X г

Е (() -))+ П (

^^ з Це^

(V,/) - „(V,/Г "ц ЛЦ ,

_ 0;

Pv

Е wiV'/Ч>) ^х; Е w%.>')(>) <ф; V; ;

г _1

(- Г)_ 0;

wlV'/) е{0,и(У)}; ^'2)(>), е{0,1}; ^(О; #,2)(>)е[0,1]

Краевые условия описываются выражениями

/ _ >0j):*<v•') (/0'))_ х1;--') (4»)_ %) (>0'))_ 0;

У):х^)(>У))_«Г), xív•')(>.); #'(>У))еК',

> _ >

а показатели качества управления — соотношениями

Pv-1 Pv Г.

_Е Е К )(т) - х^1 )(т) )т;

г _1 ?1 _г+1 >( 1) 1 >0

^ X/ >У)

^ _ЕЕ|5&'/)(т)wivг'/)(т)Жт;

г_1 х_1 >01)

Л _

2 Е

'х_1

X/ Pv >/

^ _ЕЕ I [^(т) + ^(т)] wiVг'/)(т)dт .

Х_1 г _1 >01)

В соотношениях (13)—(26) переменные, с учетом обозначений, принятых в работе [4], интерпретируются следующим образом: х^) — переменная, характеризующая состояние

выполнения операции [т.е. текущий объем обработанной (либо переданной, либо ана-

лизируемой, хранимой, отображаемой и т.п.) информации (либо данных)]; а^'1) — заданный объем информации (данных), который необходимо обработать в ходе реализации функции Е^1) (внутреннего сервиса) УИС; хГ''1) — переменная, текущее значение которой численно

равно общей продолжительности использования ИР В^'1), входящего в состав узла Ву УИС; щ г' ) — интенсивность обработки на

ИР В?'1 информации, необходимой для выполнения операции Д</'Х>, обеспечивающей реализацию функции (внутреннего сервиса) еХ^1 ); ) — управляющее воздействие, принимающее значение 1, если ИР ВГ^1) выделяется для

выполнения операции -Д/'Х>, в противоположном случае ^Х/ )(t) = °; в^), УГ1), ФГ1) — заданные величины, характеризующие соответственно максимально возможную интенсивность выполнения операции Д</'Х> на ресурсе В^' '1), максимально возможный объем доступной

оперативной памяти и производительность УИС в узле В1 до его модернизации; вГ'), VГ),

Ф 1)

Фг — величины, имеющие аналогичную интерпретацию, но соответствующие ситуациям, когда модернизация (либо восстановление работоспособности) проведена; х^ ^) — вспомогательная переменная, значение которой численно равняется временному интервалу от момента окончания операции -ДГ'з'^ до текущего момента времени t; ю^'')(t) — вспомогательное управляющее воздействие, принимающее значение 1, если операция D<V'S^> завершена или, другими словами, полностью выполнена технология обработки информации для реализации функции Е^1), в противоположном случае ю^1 )(t) = °; ) — вспомогательное управляющее воздействие, принимающее значение 1 в момент времени t, если осуществлен переход от „прежних" параметров ИР ( вХГ, VГ1), ФГ1)) к „новым" параметрам ИР ( вГ),

V Г), фГ1 )) в узле В.1; ^Х" — объем оперативной памяти, которая выделяется для выполне-

J Л

ния операции Д</'Х>; ^Х^'1) (т) — заданная функция, определяющая качество выполнения соответствующей операции; сХ1Д)(т), с-(г1Г2^ (т) — известные функции времени, с помощью которых соответственно задаются текущие капитальные и эксплуатационные расходы, связанные с созданием и использованием ИР В^ '1, необходимого при выполнении операций

Д<Г'Х> для реализации функции Е^'1) (внутреннего сервиса) рассматриваемой УИС.

С помощью функций °<^г!'1)(t)<1 и °<Z>ГJ'2\t)<1 в предлагаемых моделях можно задать интервальные возмущающие воздействия на параметры существующих и модернизируемых ИР вида

ВГУ,1). Ограничения (14)—(16) определяют возможности по обработке

информации на ресурсе В^'1 до и после модернизации. Ограничения (17) определяют очередность выполнения операций, связанных с обработкой информации. Их интерпретация подобна интерпретации ограничений вида (5), но применительно к рассматриваемому типу операций. Ограничения вида (18), так же как и ограничения вида (4), определяют возможность

одновременного использования нескольких ресурсов для выполнения некоторой фиксированной функции и, напротив, использования одного ресурса для одновременного выполнения

нескольких функций (предполагается, что и фг — известные числа); с помощью соотношений (21) и (22) задаются значения переменных х^'1 )(t), x^'1 )(t), х^'' \t) в начальный и

конечный моменты времени. Показатель качества вида (23) предназначен для оценивания степени равномерности использования ИР Bivj) и Bl 'j), r,r1 е{1,...,pv}. Критериальная

функция вида (24) позволяет оценить суммарное качество выполнения всех операций D.

Показатели вида (25) вводятся в том случае, если необходимо оценить точность выполнения краевых условий (22) либо минимизировать потери, вызванные невыполнением соответствующих операций. С помощью критериальной функции вида (26) можно оценить суммарные капитальные и эксплуатационные затраты, связанные с созданием, внедрением, сопровождением и эксплуатацией ИР B^ '3).

Обсуждение полученных результатов. Разработанный полимодельный комплекс (см. формулы (1)—(26)), включающий в себя динамические модели программного управления сервисами ИТ, предоставляемыми УИС, и модели программного управления функционированием элементов и подсистем УИС, располагаемых в ее узле Bj, должен быть дополнен еще

целым рядом моделей [2—4, 6]: динамическими моделями управления собственно процессами модернизации УИС, моделями параметрической и структурной адаптации всех перечисленных моделей, отдельные параметры которых представлены в соотношениях (1)—(26).

Так, например, с помощью управляющих воздействий Q(rp'2\t) (см. соотношения (14)—(16)) задаются возможные программы управления модернизацией УИС, а возмущающие воздействия вида ^rj1)(t), ^ Г3'2)(t) используются при оценивании робастности сформированных программ функционирования и модернизации, что более подробно описано в работах [6, 7].

Кратко остановимся на том, как построенные динамические модели взаимодействуют друг с другом. Указанные механизмы (алгоритмы, процедуры, методики) обеспечивают необходимую координацию моделей в рамках разработанного полимодельного комплекса [1—26]. Ранее отмечалось, что взаимодействие моделей управления функционированием элементов и подсистем УИС осуществляется в рамках смешанных ограничений вида (6). В свою очередь, модель программного управления сервисами ИТ влияет на модель (13)—(26) посредством ограничений вида (14) и (20).

На основе соотношений (1)—(26) с дополнительным использованием моделей, представленных в работах [4, 6], можно корректно с формальной точки зрения сформулировать и решить ряд интересных и актуальных научно-практических задач анализа и синтеза программ создания и развития УИС в различных условиях изменения внешней обстановки. Основное достоинство предлагаемого полимодельного многокритериального описания рассматриваемой предметной области состоит в том, что разработка конкретных методов, алгоритмов и методик создания и применения унаследованных информационных систем базируется на использовании фундаментальных и прикладных результатов, полученных к настоящему времени в современной теории управления, в исследовании операций, теории принятия решений и теории систем [6].

Междисциплинарные исследования по рассматриваемой тематике проводились при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (гранты 10-0700311, 10-08-90027, 09-07-00066, 08-08-00403, 09-07-11004) и Отделения нанотехнологий и информационных технологий РАН (проект № 2.3).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Скрипкин К. Г. Экономическая эффективность информационных систем. М.: ДМК Пресс, 2002. 256 с.

2. Соколов Б. В., Охтилев М. Ю., Петрова И. А., Иконникова А. В. Модели и алгоритмы комплексного планирования процессов модернизации и функционирования катастрофоустойчивых информационных систем // Тр. IV Междунар. конф. „Параллельные вычисления и задачи управления" (РАСО'2008), Москва, 27—29 окт. 2008 г. М.: ИПУ РАН, 2008; [Электронный ресурс]: <www.paco.sicpro.org>.

3. Соколов Б. В., Зайчик Е. М., Охтилев М. Ю., Тарасов О. М. Комбинированные модели и алгоритмы многокритериального выбора структуры технической системы // Изв. вузов. Приборостроение. 2008. Т. 51, № 5. С. 10—15.

4. Иконникова А. В., Петрова И. А., Потрясаев С. А., Соколов Б. В. Динамическая модель комплексного планирования модернизации и функционирования информационной системы // Там же. 2008. Т. 51, № 11. С. 62—69.

5. Соколов Б. В., Потрясаев С. А., Иконникова А. В., Иванов Д. А. Модель и алгоритм оперативного перераспределения функций управления между узлами катастрофоустойчивой информационной системы // Тр. Междунар. науч. школы „Моделирование и анализ безопасности и риска в сложных системах (МА БР—2007)", Санкт-Петербург, 4—8 сент. 2007 г. СПб: СПб ГУАП, 2007. С. 440—445.

6. Охтилев М. Ю., Соколов Б. В., Юсупов Р. М. Интеллектуальные технологии мониторинга и управления структурной динамикой сложных технических объектов. М.: Наука, 2006. 410 с.

7. Ivanov D., Sokolov B. Adaptive Supply Chain Management. London — Dordrech — Heidelberg — New York: Springer, 2010. 269 p.

Сведения об авторах

Эвелио Антонио Эвелиевич Дилоу-Рагиня — аспирант; СПИИРАН, лаборатория информационных технологий в системном анализе и моделировании

Михаил Александрович Колпин — адъюнкт; Военно-космическая академия им. А. Ф. Можай-

ского, кафедра автоматизированных систем управления космическими аппаратами, Санкт-Петербург; E-mail: kolpin-ma@mail.ru

Кирилл Леонидович Григорьев — Военно-космическая академия им. А. Ф. Можайского, ка-

федра автоматизации систем управления, Санкт-Петербург; преподаватель

Борис Владимирович Соколов — д-р техн. наук, профессор; СПИИРАН; зам. директора по

научным вопросам; E-mail: sokol@iias.spb.su

Рекомендована СПИИРАН Поступила в редакцию

09.07.10 г.