Проектування інформаційного забезпечення
Інформаційне забезпечення АСУ - сукупність реалізованих рішень по об'єктах, розміщенню і формам організації інформації, що циркулює в автоматизованій системі управління при її функціонуванні. Воно включає в себе нормативно-довідкову інформацію; необхідні класифікатори техніко-економічної інформації; масиви даних, необхідних для вирішення завдань; уніфіковані документи, використовувані в АСУ (ГОСТ 24.003-84). Основне призначення інформаційного забезпечення - своєчасно видавати системі управління, зокрема, особам, які приймають рішення, достовірну інформацію, необхідну і достатню для прийняття оптимальних або близьких до них управлінських рішень.
Система автоматизованого управління має справу не з самим об'єктом, а з інформацією про нього. Тому основною функцією інформаційного забезпечення є створення і ведення динамічної інформаційної моделі об'єкта, яка в кожний момент часу містить дані, що відповідають фактичним значенням параметрів з мінімально допустимої затримкою в часі. Ці дані повинні видаватися будь-якому користувачеві, якому вони необхідні для прийняття рішень. Відповідність даних фактичним значенням параметрів із заданою точністю є важливою характеристикою інформаційного забезпечення. Для його реалізації застосовують спеціальні методи контролю і забезпечення достовірності.
Нормативно-довідкова інформація запозичується з нормативних документів і довідників. Її зміст визначається тими постійними або умовно-постійними даними, тобто що не змінюються, принаймні, протягом трьох-чотирьох циклів роботи, які є вихідними для вирішення завдань. Під даними в загальному випадку розуміють будь-які відомості, що є об'єктом обробки в АСУ. Введені в систему і збережені в ній дані представляють собою окремі значення параметрів об'єктів чи процесів у вигляді слів, буквених позначень, числових величин, таблиць, графіків або в іншій формі. Деяку сукупність або набір даних, використовуваних для певної мети, називають інформацією.
Класифікатори техніко-економічної інформації служать для уніфікації застосовуваних в АСУ найменувань і позначень з метою їх однозначного визначення. Кожна позиція класифікатора містить крім словесного найменування цифровий код, структура якого дозволяє більш чітко визначити ієрархічні рівні і угруповання класифікованої інформації.
Масиви даних містять в упорядкованому і систематизованому вигляді всі необхідні для функціонування АСУ дані. Це дозволяє швидко знаходити та впроваджувати систему потрібні дані, здійснювати перехресні посилання і т.п. Сукупність впорядкованої інформації, використовуваної при функціонуванні АСУ, називають її інформаційною базою.
Уніфіковані документи являють собою набір форм: організаційно-розподільчої інформації відповідно до стандартів; встановленої звітності, що подається у вищестоящі організації; підготовлених розробниками для внутрішньосистемного користування.
При проектуванні інформаційного забезпечення істотне значення має час доступу - інтервал часу від моменту надходження до системи запиту до моменту подання відповідної інформації користувачеві. Крім загального прагнення до скорочення непродуктивної витрати часу на очікування відповіді в окремих випадках цей параметр набуває особливого значення. Так, якщо після деякого критичного терміну вже неможливо встигнути прийняти і реалізувати рішення, відповідь втрачає сенс. Звичайно існує певний межа, до якого час доступу можна знижувати без будь-яких ускладнень і спеціально прийнятих заходів. Подальше зменшення часу доступу якщо і можливо, то вимагає додаткових ресурсів і витрат. Тут треба шукати компроміс між витратами на зниження часу доступу і втратами від того, якщо це не буде зроблено, тобто необхідна постановка і рішення оптимізаційної задачі.
Для систем реального часу з віддаленими терміналами використовується дещо інша характеристика - час відповіді, під яким розуміють інтервал часу від моменту закінчення формування запиту на терміналі до моменту індикації на ньому першого символу відповіді. Цей час складається з часу передачі по каналу запиту і відповіді, часу доступу до інформаційних масивів і процесорного часу, що витрачається на відповідь, з урахуванням обробки запитів інших користувачів.
У режимі колективного користування важливе значення мають психологічні особливості людини, що бере участь у діалозі. За даними спостережень психологів, у розмові двох осіб час очікування відповіді становить не більше 2 с. При більшій затримці відповіді другий учасник помічає це і починає перейматися бесідою. При діалозі людини з ЕОМ затримка відповіді ЕОМ понад 15 з виключає діалогове взаємодія, користувач незадоволений очікуванням і робить спроби переключитися на іншу діяльність; затримка від 4 до 15 з психологічно ускладнює прийняття рішень в режимі діалогу; від 2 до 4 с - звичайно прийнятна, але може виявитися надмірним в ситуаціях, що вимагають високої концентрації уваги користувача; від часток секунди до 2 з-найбільш ефективний час для користувача, особливо якщо йому треба пам'ятати інформацію, що міститься у попередніх відповідях; відповідь за частки секунди, миттєвий з точки зору користувача, в деяких ситуаціях надає переважна дію і повинен бути штучно затриманий.
Важливе значення має спосіб зберігання даних. Обсяг даних, що зберігаються в сучасних системах надзвичайно великий, він складає багато мільйонів алфавітно-цифрових знаків. Система динамічна, дані безперервно оновлюються, а використовуються відносно невеликі, але самі різні частини даних, що зберігаються, причому в різних комбінаціях. Управляти всім цим потоком досить складно. Завдяки введенню формалізації оновлення даних, переклад з однієї рівня пам'яті на інший і фізична перезапис на різні носії можуть бути запрограмовані і ці функції покладені на ЕОМ. Найбільшою мірою ця тенденція знайшла відображення в базах і банках даних, де користувач повністю звільнений від турботи про фізичне розміщення даних у пам'яті ЕОМ.
Форма представлення даних повинна забезпечити найбільшу зручність їх подальшого використання. У пакетному режимі роботи ЕОМ найбільш поширеною формою виведення даних були роздруківки, що містять алфавітно-цифрову інформацію у вигляді окремих рядків або таблиць, рідше - графічний висновок у вигляді графіків або креслень. Основним недоліком такого способу був висновок значно більшого обсягу даних, з тим щоб користувач сам вибрав з них потрібні в кожному конкретному випадку. Незручність користування об'ємними роздруківками призводить у багатьох випадках до того, що їх взагалі не використовують. Введення даних в пакетному режимі, зазвичай вимагає перфорації великого обсягу даних і отримання роздруківок, обіймав тривалий час, що також не сприяло успіху системи.
Сучасні можливості введення і виведення інформації з ЕОМ, що працює в режимі колективного користування, дозволяють будувати системи інформаційного забезпечення таким чином, щоб найбільшою мірою індивідуалізувати спілкування користувача з ЕОМ. Повинен бути забезпечений введення з клавіатури запиту в такому вигляді, який враховує ступінь підготовленості користувача і в максимальному ступені конкретизує запит. Відповідь, лаконічний і конкретний, виводиться в цьому режимі на дисплеї негайно після отримання запиту. Разом з тим діалоговий режим колективного користування вимагає від проектувальника обліку багатьох особливостей. Необхідно регламентувати доступ учасників системи до збережених даних. Навіть у довідковому режимі не всім користувачам дозволяється отримання будь-яких даних про функціонування АСУ. Тим більш обмежений доступ до введення змін в масиви.
Наявність непідготовлених користувачів вимагає особливої уваги при виборі методу побудови діалогу, враховуючи психології поведінки людини при спілкуванні з ЕОМ. У добре розробленій системі повинна бути налагоджена реєстрація дій користувачів у вигляді архівних протоколів, що дозволяють аналізувати роботу системи з користувачами.
Велике значення мають питання надійності і, зокрема, здатність системи до самовідновлення після випадкових виходів з ладу. Повинна бути передбачена можливість збереження найважливіших функцій системи при часткових виходах з ладу апаратури, при перевантаженнях та інших порушеннях режиму. Необроблені завдання також вимагають регламентації - обробка деяких втрачає сенс, інші, навпаки, повинні бути оброблені з найвищим пріоритетом відразу після відновлення системи. Відновлення системи, тобто перехід до виконання функцій у повному обсязі, не повинна вимагати спеціальних дій користувачів - співробітників АСУ.
Важливий етап проектування інформаційного забезпечення - аналіз інформаційних потоків, що проводиться на стадії передпроектного обстеження, його результати служать основою розробки моделі системи управління.
Розрізняють макро-і мікрорівень дослідження потоків інформації. Аналіз інформаційних потоків на макрорівні дозволяє зрозуміти загальну схему роботи об'єктів управління, провести вдосконалення документообігу. Аналіз на мікрорівні забезпечує виявлення елементів інформаційного відображення об'єкта управління, взаємозв'язків між ними, структури і динаміки інформаційних потоків.
Початковим етапом аналізу інформаційних потоків є складання програми дослідження. Намічається приблизний перелік питань, на які необхідно дати відповідь у процесі вивчення форм документації та недокументованих повідомлень. До цього переліку входять: призначення документа; кількість його примірників; найменування обов'язкових реквізитів і показників, а також вказівку посадових осіб, які їх заповнюють; значимість показників документів; частота формування документів і розробки показників.
Виділяють два методи аналізу вхідних і вихідних документів: інвентаризації і типових груп. Перший метод дозволяє отримати повну інформацію про всі документи і, таким чином, про рух інформації в існуючих системах управління. Однак цей метод дуже трудомісткий і тому застосовується досить рідко. Другий метод використовується значно частіше, оскільки передбачає реєстрацію не кожного документа, а лише представників однотипних груп. Метод типових груп найбільш ефективний при обстеженні систематизованих масових і повторюваних документів.
Безліч документів, пов'язаних з системою управління, можна розділити на наступні групи:
1) офіційні положення та інструкції, які регламентують функції підрозділів і визначають терміни і процедури обробки інформації та прийняття рішень;
2) вхідні документи, що виникають поза системою;
3) систематично оновлюються запису у вигляді картотек або книг, які використовуються в процесі роботи;
4) проміжні документи, що одержуються та (або) використовуються в процесі обробки даних;
5) вихідні документи.
Розглянемо більш детально деякі з використовуваних в даний час методів аналізу інформаційних потоків.
Графічний метод. Він застосовується для опису потоків інформації головним чином на макрорівні. Відносини між елементами потоку, в основному документів, зображують у вигляді описаної раніше графічної структурно-інформаційно-тимчасової схеми, на якій даються короткі пояснення, що описують рух інформації і матеріальних потоків.
Методи опису потоків інформації з використанням теорії графів. В даний час його використовують найбільш широко. Виділяють методи на основі використання мережевої моделі, графоаналітичний метод і метод з використанням графів типу "дерево".
Метод з використанням мережевої моделі базується на використанні традиційних методів аналізу. При цьому під подією розуміється певний документ, який є кінцевим подією, якщо він представляє собою результат виконання будь-якої роботи, або початковим, якщо буде використовуватися в подальшому ході виконання робіт. Під роботою розуміється певна завдання або функція, виконувана співробітниками органу управління.
Графоаналітичний метод заснований на аналізі матриці суміжності інформаційного графа. Вихідними для аналізу інформаційних потоків є дані про парних відносинах між наборами інформаційних елементів, формалiзуються, у вигляді матриці суміжності. Під інформаційними елементами розуміють різні типи вхідних, проміжних та вихідних даних.
Під матрицею суміжності У розуміють квадратну бінарну матрицю, проіндексовану по обох осях безліччю інформаційних елементів D = {d 1, d 2 ,..., d S}, де S - число цих елементів.
У позиції (i, j) матриці суміжності записують 1, якщо між інформаційними елементами d i та d j існує відношення R 0, таке, що для отримання значення інформаційного елемента d j необхідно звернення безпосередньо до елемента d i. Наявність такого відносини між d i та d j позначають у вигляді d i R 0 d j, а відсутність - d i 0 d j, чому відповідає запис О в позиції (i, j) матриці В. Для простоти подальших перетворень умовно приймають, що кожен інформаційний елемент недосяжний з самого себе:
Матриці В ставиться у відповідність граф інформаційних взаємозв'язків G (D, R 0). Безліччю вершин графа G (D, R 0) є множина D інформаційних елементів, а кожна дуга (d i, d j) відповідає умові d i R 0 d j, тобто запису 1 у позиції (i, j) матриці В. Структура графа G (D, R 0) внаслідок невпорядкованості складна для сприйняття та аналізу. Складена на основі первинного уявлення розробника про інформаційні елементи і їх взаємозв'язках, вона не гарантована від можливих неточностей і помилок. Для формального виділення вхідних, проміжних та вихідних даних, визначення послідовності процедур їх обробки, аналізу і уточнення взаємозв'язків на основі графа G (D, R 0) будують матрицю досяжності.
Матрицею досяжності М називають квадратну бінарну матрицю, проіндексовану по обох осях безліччю інформаційних елементів D, аналогічно матриці суміжності В. Запис 1 в кожній позиції (i, j) матриці досяжності М відповідає наявності для впорядкованої пари інформаційних елементів (d i, d j) смислового відносини досяжності R. Елемент d j досяжний з елемента d i, тобто виконується умова d i Rd j, якщо на графі G (D, R 0) існує спрямований шлях від вершини d i до вершини d j, або якщо в процесі отримання значення елемента d j використовується значення елемента d i. Якщо d i d j, то ставлення досяжності між елементами d i та d j відсутня і в позиції (i, j) матриці М записують 0. Відзначимо, що ставлення досяжності транзитивно, тобто якщо d i Rd k і d k Rd j, то d i Rd j; i, k, j =
Записи 1 в j-му стовпці матриці М відповідають інформаційним елементам, які необхідні для отримання значення елемента d i, відповідного розглядався стовпцю, і які утворюють безліч елементів передування A (d i) для цього елемента. Записи 1 в i-й рядку матриці М відповідають всім елементам, досяжним з даного елемента d j і утворює безліч досяжності R (d j) цього елемента. Інформаційні елементи, рядки яких в матриці М не містять одиницю (нульові рядки), є вихідними інформаційними елементами, а інформаційні елементи, відповідні нульовим стовпцях матриці М, є вхідними. Ця умова може слугувати перевіркою правильності заповнення матриць В та М, якщо набори вхідних і вихідних інформаційних елементів відомі. Інформаційні елементи, що не мають нульових рядка або стовпця, є проміжними.
Отриманий на основі матриці М граф інформаційних взаємозв'язків може бути структуризовано за рівнями з використанням ітераційної процедури; це дозволяє виділити основні етапи обробки даних, їх послідовність та цикли обробки на кожному рівні.
Вихідною інформацією для описаного вище та інших методів аналогічного призначення є переліки вхідних і вихідних елементів із зазначенням зв'язків між ними. Отримання цієї інформації є складною слабо формализуемой завданням, заснованої на вивченні інформаційних потоків. Загальна методика полягає в аналізі цих потоків від виходів до входів. Виходячи з функцій системи та її цілі, визначають безліч матеріальних виходів і для кожного з них - набір незалежних параметрів, повністю характеризують даний вихід по всій сукупності завдань управління. Зіставляючи набори параметрів, що характеризують виходи, з переліком інформаційних елементів, виділених з безлічі вихідних даних для вирішення завдань, визначають, чи міститься даний параметр в обох списках. Позитивний результат є підтвердженням необхідності включення даного інформаційного елемента до складу інформаційного забезпечення, а відсутність збігу вимагає більш ретельного аналізу.
Додатковий аналіз або виявить помилковий пропуск даного елемента в одному зі списків, або стане ясно, що даний параметр немає необхідності включати до складу інформаційного забезпечення. Накладаючи результати аналізу одного параметра на інші і виключаючи дублювання, отримують повний набір вихідних інформаційних елементів.
Аналогічним методом отримують набір вхідних інформаційних елементів. Парні взаємозв'язку між інформаційними елементами виявляють також двома способами для можливості перехресної перевірки - рухом вздовж інформаційного потоку, використовуючи методику одиничної нитки, і по постановкам завдань, розглядаючи аналітичні залежності між параметрами. В обох випадках слід мати на увазі можливість наявності проміжних інформаційних елементів.
Метод з використанням графів типу "дерево" використовують для опису системи потоків інформації. Будується граф взаємозв'язку показників (типу "дерево") і так звані графи розрахунків, що описують перетворення інформації в процесі формування окремих показників. При побудові дерева взаємозв'язку показників ребра орієнтують з урахуванням ієрархії від вихідних до результуючим, що дозволяє будувати графи з більш високим ступенем укрупнення.
Отриманий комплекс графів відображає процес руху і перетворення інформації в системі і може бути використаний для аналізу ефективності цього процесу. Застосування методу доцільно, коли є результуючий (головний) показник на кожному рівні. Обробку результатів вивчення інформаційних потоків та аналізу документообігу в ряді випадків зручно проводити за допомогою матричних інформаційних моделей.
Для аналізу різних інформаційних потоків з метою їх ув'язки використовують метод реквізитів. Основним елементом повідомлення, яке несе певне смислове навантаження, є показник, що складається з одного або декількох найменувань реквізитів. Значення в документах звичайно групуються за назвами реквізитів, і для аналізу документообігу зручно використовувати тільки найменування реквізитів. При цьому для полегшення вивчення документообігу створюють спеціальні картотеки реквізитів з використанням карт з крайової перфорацією. На картах кожному реквізиту ставиться у відповідність деякий шифр; ця процедура становить перший етап методу. Потім складається таблиця реквізитів проміжної, що зберігається та вихідної інформації. Після складання таблиці в картотеку вносять додаткові відомості про реквізити, які в подальшому використовуються для кількісної оцінки інформації. Даний метод дозволяє виявити ідентичні реквізити, дублювання документів, порядок потоки інформації, раціонально скомпонувати показники, уніфікувати реквізити.