Технологии и модели управления проектами создания и развития крупномасштабных информационно-коммуникационных систем
На правах рукописи
ДЁМИН БОРИС ЕВГЕНЬЕВИЧ
Технологии И модели управления проектами создания и развития крУПНОМАСШТАБНЫХ ИНФОРМАЦИОННО-КОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Специальность: 05.13.10 – Управление в социальных и экономических системах
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
МОСКВА – 2009
Работа выполнена в Федеральном государственном унитарном предприятии «Научно-исследовательский институт «Восход» (ФГУП НИИ «Восход»), г. Москва и в Московском государственном горном университете
Научный консультант: доктор технических наук, профессор
Редкозубов Сергей Алексеевич
Официальные оппоненты: доктор технических наук,
профессор Матвеев Михаил Григорьевич;
доктор физико-математических наук,
профессор Певзнер Леонид Давидович;
доктор технических наук,
профессор Макаров Валерий Фёдорович
Ведущая организация: Институт проблем управления им. В.А. Трапезникова Российской академии наук
Защита состоится «___» ____________ 2009 года в ____ час ____ мин на заседании диссертационного совета Д 212.128.02 при Московском государственном горном университете по адресу: 119991, Москва, Ленинский пр-т, 6
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского
государственного горного университета
Автореферат разослан «______» ______________ 2009 г.
Ученый секретарь диссертационного Совета
кандидат технических наук, доцент Адигамов А.Э.
Общая характеристика работы
Актуальность темы. В настоящее время крупномасштабные информационно-коммуникационные системы (ИКС), типичным представителем которых может служить Государственная автоматизированная система Российской Федерации «Выборы» (ГАС «Выборы»), стали не только неотъемлемой частью повседневной деятельности, но и способом достижения стратегических преимуществ в политике, бизнесе, производстве, военном деле, в других областях. Отличительными чертами этих систем являются:
- непосредственная социальная или экономическая направленность;
- глобальный пространственный размах (страна, регион, отрасль народного хозяйства);
- долговременный период существования, соизмеримый с жизнью целого поколения;
- большое количество разнородных составных компонентов (технических, математических, информационных, программных и др.);
- существенные экономические затраты на проектирование, разработку и эксплуатацию, ощутимые на уровне федерального бюджета;
- большое количество исполнителей (людей, организаций, фирм), привлекаемых для отработки и осуществления проекта;
- уникальность и неповторимость технических, программных и структурных решений, положенных в основу создания системы.
Внедрение проектов крупномасштабных ИКС невозможно осуществить одноактно, это эволюционный процесс комплексного постепенного наращивания их возможностей за счёт последовательной оптимизации структуры, поэтапного совершенствования программно-технической среды, а также перманентной модернизации программно-математического, лингвистического и информационного обеспечений. Оценить эффективность таких постоянно развивающихся проектов по критерию «выгоды – затраты» невозможно, а зачастую такая оценка и нецелесообразна. Проектирование крупномасштабных ИКС можно сравнить с фундаментальными научными изысканиями, эффект которых, как известно, не поддается точной экономической оценке, но тем не менее их существенное влияние на развитие социальной среды не вызывает сомнений.
Центральной из всего многообразия проблем, связанных с созданием и развитием проектов крупномасштабных ИКС, выступает проблема управления этим процессом, от качественного решения которой в значительной мере зависит социальная значимость проекта, а также эффективность и надежность функционирования ИКС.
Решение этой проблемы возможно только в том случае, если оно опирается на адекватную методологическую, технологическую, модельную и программно-инструментальную базу. Вместе с тем в настоящее время управление проектами создания и развития этих систем рассматривается скорее как искусство компьютерного программирования (в рамках линейной схемы проектирования), чем строгая наука, базирующаяся на системной идеологии и математических моделях анализа и оптимизации проектных решений. В результате проблема решается методом проб и ошибок с частичным привлечением оценочных моделей для расчёта отдельных показателей типа защищенности, надежности, своевременности, безошибочности и др.
Для рассматриваемого класса проектов пока не получили должного развития узловые вопросы интеллектуальной поддержки принятия управленческих проектных решений, в том числе такие, как: комплексная оценка их качества по критериям, позволяющим главному конструктору и заказчику судить о функциональной работоспособности системы; формирование целевой иерархии при управлении проектами создания и развития ИКС; оптимизация организационной структуры ИКС и планирование информационных потоков; организация баз знаний ИКС; оптимизация планов проведения регламентных и иных работ; разрешения многочисленных конфликтных ситуаций между участниками проекта. В результате этого затраты сил, средств и времени на разработку проектов создания и развития крупномасштабных ИКС непрерывно растут. Ведущая идея диссертационного исследования заключается в том, чтобы превратить управление проектами создания и развития крупномасштабных ИКС из искусства в системный технологический процесс обоснования оптимальных проектных решений, основанный на последних достижениях в области системного анализа, управления проектами и математического моделирования.
Диссертационное исследование выполнено в соответствии с планами научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ ФГУП НИИ «Восход» (г. Москва) в рамках Федеральной целевой программы развития ГАС «Выборы».
Цель диссертационного исследования состоит в разработке технологий и моделей интеллектуальной поддержки принятия решений по управлению проектами создания и развития крупномасштабных ИКС и в их практической реализации применительно к управлению проектом ГАС «Выборы».
Таким образом, объектом диссертационного исследования является процесс управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС (типа ГАС «Выборы»), а предметом – технологии, модели и программно-инструментальные средства, обеспечивающие интеллектуальную поддержку решений при управлении этим процессом. При этом, в отличие от традиционного подхода, объект исследования представляется не в виде планов и графиков и иных документов, регламентирующих выполнение проекта, а задаётся постоянно корректируемыми моделями. Иными словами, в качестве управляемого объекта рассматривается собственно проектируемая система, описываемая совокупностью моделей, а планы и графики выполнения работ рассматриваются в качестве документов, контролирующих сроки проведения работ.
Задачи диссертационного исследования:
1. Обосновать использование концепции системного гомеостаза в технологии управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС.
2. Разработать технологию управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС на основе системного гомеостаза, в том числе:
- технологию формирования целевой иерархии при управлении проектами создания и развития ИКС;
- технологию организации процесса проектирования базы знаний и методы её предметного наполнения;
- технологию разрешения неантагонистических конфликтов, возникающих в процессе проектирования ИКС.
3. Разработать комплекс математических моделей в виде диалоговой информационно-расчетной системы интеллектуальной поддержки принятия управленческих проектных решений, включающей:
- модель формирования целевой иерархии при управлении проектами создания и развития ИКС;
- модель анализа качества проекта (морфологическая модель; модель оптимизации организационной структуры проектируемой ИКС; модель анализа качества функциональной работоспособности);
- модель оптимизации планирования информационных потоков между компонентами проектируемой ИКС;
- модель оптимизации планов проведения организационно-технических мероприятий на объектах проектируемой ИКС;
- модель разрешения неантагонистических конфликтов, возникающих в процессе проектирования ИКС.
4. Реализовать теоретические положения и разработанные математические модели в процессе поиска проектных решений по совершенствованию и развитию ГАС «Выборы».
Методологическую базу диссертационного исследования составляют положения теории системного анализа, активных систем, управления проектами, кибернетики и конфликта с привлечением методов теории игр, теории графов и логико-лингвистического моделирования. При разработке диалоговой информационно-расчетной системы использованы принципы структурного программирования и положения теории искусственного интеллекта.
Научная новизна. В диссертационной работе проблема управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС впервые поставлена и решена на основе системно-гомеостатического подхода, что дало возможность разработать и реализовать цикличные итеративные технологии, позволяющие за счет четкой организации проектных циклов повысить обоснованность параметров проекта, сократить сроки отработки параметров и минимизировать затраты на проведение проектных работ.
Получены следующие результаты, обладающие научной новизной:
1. В направлении формализации процесса создания дерева целей и задач разработана технология формирования целевой иерархии на основе последовательной декомпозиции объекта проектирования с одновременной проверкой целей на измеримость, достижимость и существенность.
2. Учтены новые факторы и введены дополнительные критерии, позволяющие при разработке технологии управления проектами осуществить комплексную оценку функциональной работоспособности проектируемого объекта с точки зрения: отсутствия функционального дублирования и полноты функций, наличия информационной избыточности или недостаточности, ресурсной обеспеченности управленческих решений и их согласованности, структурной связанности компонентов.
3. Проблема оптимизации организационной структуры впервые сведена к имитации объекта дискретной ситуационной сетью с последующим поиском ее критического сечения, что позволило разработать простой алгоритм оптимизации структуры проектируемой ИКС по критерию минимума времени ее реакции, в котором аргументом целевой функции являются не числа, а морфология системы, заданная совокупностью бинарных матриц.
4. Разработан новый метод решения задач планирования информационных потоков в ИКС и оптимизации плана организационно-технических мероприятий, реализующий лингвистический вывод в исчислении предикатов первого порядка, что расширило возможности по учету логических ограничений и допущений по сравнению с классическими оптимизационными подходами в технологии управления проектами.
5. Развиты модели управления проектами в направлении учета конфликтов типа «заказчик - разработчик», «разработчик - конкуренты», «разработчик - соисполнители», и на основе использования теории активных систем и неантагонистических игр разработана технология разрешения неантагонистических конфликтов при управлении проектами создания и развития крупномасштабных ИКС.
6. Расширена область применения логико-лингвистического подхода применительно к организации процесса проектирования базы знаний ИКС. На основе комплексного использования языковых средств ролевых фреймов, модификаций -конверсий и семантических сетей разработана технология организации этого процесса, обладающая по сравнению с одноактной и спонтанно-итеративной процедурой «естественный язык компьютерная база» тем качеством, что позволяет заменить эвристические соображения строго формальными методами задания единиц знаний, снизить требования к языкам программирования, а также более полно использовать знания конечного пользователя о предметной области.
7. В процессе реализации теоретических положений применительно к проекту создания и развития ГАС «Выборы» получены обладающие патентной чистотой проектные решения в части принципов построения и алгоритмов функционирования системы в целом и её основных подсистем.
На защиту выносятся:
1. Технология управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС на основе концепции системного гомеостаза, в том числе:
- технология формирования целевой иерархии в процессе управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС;
- технология организации процесса проектирования базы знаний ИКС на основе сочетания языковых средств искусственного интеллекта;
- технология разрешения неантагонистических конфликтов.
2. Комплекс математических моделей, реализованных в виде диалоговой информационно-расчетной системы, обеспечивающей интеллектуальную поддержку проектных управленческих решений.
3. Проектные управленческие решения по развитию ГАС «Выборы» в целом и её подсистем.
Реализация результатов работы. Результаты диссертационного исследования послужили теоретической базой для проектирования, разработки и внедрения в практику работы ЦИК России проекта развития ГАС «Выборы». При этом реализованы мероприятия Программы развития ГАС «Выборы» в 2001-2004 годах и определена концепция дальнейшего развития системы.
Технологии, модели, выводы и положения, обоснованные в диссертации, использованы в Научно-исследовательском институте проблем управления, информатизации и моделирования Академии военных наук (г. Москва) и во ФГУП НИИ «Восход» (г. Москва) при проведении плановых научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Диалоговая информационно-расчетная система интеллектуальной поддержки принятия проектных решений включена в состав стенда Главного конструктора ГАС «Выборы» и использовалась на всех этапах управления данным проектом.
Эффект внедрения выразился в сокращении рутинной работы инженерного аппарата, в повышении обоснованности параметров проектируемых систем, а также в сокращении сроков выполнения научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Суммарный экономический эффект внедрения результатов диссертационного исследования составил около 2450 тыс. руб., что подтверждается актами.
Практическая значимость. Разработанные и реализованные в виде диалоговой информационно-расчетной системы модели поддержки процесса управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС целесообразно использовать при решении проблем информатизации предприятий и отраслей социально-экономического профиля.
Запатентованные проектные решения в части совершенствования принципов построения и алгоритмов функционирования ГАС «Выборы» и ее подсистем приняты как базовые при проектировании и разработке систем другого назначения, в частности ГАС «Правосудие», АС «Государственный регистр населения».
Кроме того, материалы диссертационной работы могут быть использованы студентами вузов в учебном процессе для выполнения курсовых и дипломных проектов, а также в ходе изучения таких дисциплин, как информационные технологии, управление проектами, теория систем и системный анализ, моделирование систем.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались и обсуждались на: научно-практической конференции «ГАС «Выборы» – 10 лет» (Москва, 2004); Всероссийской научно-технической конференции «Интеллектуальные информационные системы» (Воронеж, 2004); III и IV международных конференциях «Системы управления эволюцией организации» (CSOE-2005, 2007); Всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в моделировании, управлении и анализе данных» ИНТЕМ (Тула, 2005); V научно-практической конференции «Современные информационные технологии в управлении и образовании» (Москва, 2005); международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях – ММТТ-19» (Воронеж, 2006); ежегодных научно практических конференциях ФГУП НИИ «Восход» (Москва, 2000-2007); IV Всероссийской научно-технической конференции «Теория конфликта и ее приложения» (Воронеж, 2006).
Публикации. Основные результаты диссертационного исследования опубликованы в 40 работах, в том числе в четырех монографиях [1-4], в 11 статьях в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ [5-15] и в одиннадцати патентах на изобретения [16-26]. Из них 8 работ написаны без соавторов [1,5,7,28,33,38,39,40]. В работах, написанных в соавторстве, лично соискателю принадлежат: основные положения методологии гомеостатического управления проектами создания и развития ИКС, включая концепцию, принципы и технологическую схему их системного проектирования [2,10,29,30]; комплекс математических моделей, реализованный в виде диалоговой информационно-расчетной системы обоснования проектных решений в части анализа функциональной работоспособности ИКС [8,13], оптимизации их структуры и оценки качества функционирования ИКС [3,6], способов координации проектов и разрешения конфликтов, возникающих в процессе их обоснования [4,9,11,12,31,33]; метод расчета интегральной оценки состояния системы [14]; идея классификации решений [27,35]; направления развития и метод представления знаний в ИКС [15]; критерии потенциальной управляемости в многоуровневых иерархических системах [34]. В [16] лично соискателем предложена концепция информационного взаимодействия ГАС «Выборы», в [17] – технология анализа активности избирателей, в [18] – концепция построения системы участковой избирательной комиссии, в [19] – концепция построения электронного голосования без использования бумажных бюллетеней, в [20] – концепция информационно-справочной системы по имущественным данным кандидатов и депутатов, в [21] – технологическая схема обеспечения прозрачности контроля избирательных фондов, в [22, 37] – концепция и принципы построения ГАС «Выборы», в [23,24,25,26,36] – способы программно-аппаратной реализации основных компонентов системы.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, списка литературы из 125 наименований и приложения. Материал диссертации изложен на 267 страницах машинописного текста, включая 39 иллюстраций и 7 таблиц.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулированы цель и задачи исследования, отражена научная новизна и практическая значимость полученных результатов.
Первая глава посвящена разработке основных положений технологии управления проектами создания и развития, крупномасштабных ИКС.
В качестве основы управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС использована системная модель, предложенная
В.Н. Бурковым и Д.А. Новиковым, согласно которой управление проектами создания и развития систем данного класса представляется структурной композицией четырех компонентов: субъекта управления; объекта управления; процесса управления проектом и окружения проекта. Субъектами управления выступают активные участники проекта, взаимодействующие при выработке и принятии управленческих решений в процессе его осуществления: заказчик (инвестор), генеральный подрядчик, команда управления проектом (главный конструктор, его заместители, ответственные исполнители составных частей проекта). Объектом управления в нашем случае выступает информационно-коммуникационная система на проектной фазе ее жизненного цикла (от формирования направлений развития до приемки проекта включительно). Под процессом управления проектом понимается целенаправленное воздействие субъектов управления на объект управления посредством принятия и реализации решений в интересах достижения целей проекта с учетом существующих ограничений технического, экономического, организационного и технологического плана. Окружение проекта – это среда, порождающая внешние и внутренние силы, которые способствуют или мешают достижению целей проекта. Кроме того, следует учитывать силы, которые временно занимают нейтральную позицию по отношению к
данному проекту. Структура типовых
факторов окружения проекта крупномасштабной ИКС представлена на рис. 1.
Основные трудности управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС связаны с тем, что этому процессу, помимо большой размерности, свойственны еще несколько особенностей:
- «субъективность» (при задании целей и принятии решений), обусловленная наличием людей в узлах управления, обладающих определенной свободой в выборе своего поведения и своими собственными интересами, не всегда совпадающими с интересами системы;
- «изменчивость и противоречивость целей» – развитие и функционирование ИКС всегда определяется множеством целей (социальных, экономических, утилитарных и др.), часть из которых в силу объективных и субъективных причин оказываются противоречивыми и изменяющимися во времени;
- «неопределенность» – проектирование и функционирование ИКС всегда протекает при той или иной степени неопределенности, которая пронизывает всю сферу управления (неполная определенность внешней среды и внутренних свойств ИКС, неполная определенность целей и т.п.);
- «конфликтность», проявляющаяся не только во внутренней целевой противоречивости ИКС, но и в существовании многоплановых противоречий между заказчиком, пользователем, разработчиками, конкурентами, злоумышленниками и другими лицами, так или иначе связанными с процессом проектирования, разработки и эксплуатации ИКС;
- «парадоксальность», или известный в логике «замкнутый круг», в нашем случае выражающийся в том, что описание и анализ ИКС возможны только при условии, когда взаимодействующие компоненты определены в результате декомпозиции системы как целого; но ведь само такое разбиение системы на части возможно только при наличии описания данной системы как целого;
- «слабая формализуемость», выражающаяся в том, что многие сущностные свойства проекта ИКС выяснены не настолько хорошо и полно, чтобы их можно было выразить в числах или символах - приходится оперировать не только количественными, но и словесными (качественными) описаниями их аспектов, показателей и критериев функционирования.
В силу указанных особенностей проблема управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС требует разработки особой технологии, которая (помимо системной ориентации) должна предоставлять возможность преодолевать трудности, возникающие вследствие отмеченных особенностей. В наилучшей степени такому требованию отвечает гомеостатическая концепция управления сложными системами, основанная на принципах этапности, цикличности и итеративности, в совокупности позволяющих синтезировать известные подходы к управлению проектами на этапах: обследования, формирования облика системы, обоснования направлений развития, разработки технического задания (ТЗ) и частных технических заданий (ЧТЗ) на компоненты системы, технического и рабочего проектирования. Основная особенность гомеостатической концепции заключается в том, что проблемы на каждом этапе решаются не последовательно, а одновременно при непрерывном взаимодействии между собой. Такой процесс по аналогии с принятой в кибернетике терминологией назван системным гомеостазом. Но в отличие от кибернетического гомеостазиса системный гомеостаз имеет целевую ориентацию на решение проблемы. Гомеостатическая концепция управления проектом крупномасштабной ИКС приведена на рис. 2. Символами Р1- Р5 обозначены следующие операции: Р1 – концептуализация проблемы (определение общего облика проектируемого объекта); Р2 – установление критериев принятия проектных решений; Р3 – идеализация (упрощение облика объекта до уровня, допускающего формализацию на базе существующих методов или их модификаций); Р4 – расчленение на взаимосвязанные части (декомпозиция объекта при соблюдении условия, что выбран такой способ расчленения, при котором не происходит потеря признаков и сущностных свойств проектируемого объекта); Р5 – композиция результатов частных исследований, оформление и защита проектного решения.
Реализация системного гомеостаза выглядит следующим образом. Пусть проведено обследование и сформулированы основные требования. Необходимо разработать и выбрать вариант, удовлетворяющий требованиям заказчика, то есть в первом приближении иметь альтернативные варианты решения проблемы и вариации облика будущей ИКС (подсистемы), а для сопоставления альтернативных вариантов и хотя бы самого поверхностного выбора из них наиболее предпочтительного нужно установить соответствующие критерии. Таким образом, оказывается, что, приступив к решению проблемы Р1, нельзя получить никаких достаточно обоснованных результатов, не начав одновременно с ней выполнять Р2 и т.д. Но, получив для некоторой проблемы определенное решение, необходимо проверить, как такое решение может сказаться на выполнении предыдущих проблем. Изложенное поясняет смысл соединения на схеме рис. 2 всех проблем Р1- Р5 между собой разнонаправленными стрелками – по крайней мере, теоретически все они должны выполняться параллельно и во взаимосвязи, а это не что иное как организация и реализация разнообразных итерационных процедур из всего их многообразия и управление ими. В процессе системного гомеостаза реализуется взаимозависимость проблем и на этой основе находится оптимальное взаимно согласованное решение. При создании и развитии ГАС «Выборы», в частности на этапе рабочего проектирования подсистем автоматизации избирательного процесса, связи и передачи данных, обеспечения безопасности информации, была реализована концепция системного гомеостаза.
Гомеостатическая концепция реализуется в виде соответствующей технологии управления проектом развития ИКС (Рис. 3), где для сравнения жирными линиями выделена традиционная линейная схема управления.
Согласно этой технологии процесс управления проектом развития ИКС реализуется в виде поэтапного итерационного циклического поиска рационального проектного решения в заданных условиях и при заданных ограничениях. По времени он разделяется на стандартные этапы, каждый из которых соответствует определенной точке зрения на объект управления, причем с переходом от этапа к этапу происходит углубление в существо проблемы и повышение уровня детализации представления ИКС в исследовательских моделях. На каждом из выделенных этапов процесс управления проектом реализуется в виде совокупности типовых операций общесистемного (ОСП), функционального (ФП) и технического (ТП) проектирования, а также разработки облика технических средств и программирования (РиП), выполнение которых позволяет осуществить корректировку (К) ранее принятых решений по совокупности критериев. Перечень типовых критериев применительно к управлению проектом развития ГАС «Выборы» приведен в Табл. 1.
Рис. 3. Технологическая схема управления проектом создания и развития
крупномасштабной ИКС на основе системного гомеостаза
По сути, предложенная гомеостатическая технология задает генеральную линию развития самоорганизующегося многовариантного процесса управления проектом создания и развития ИКС и, будучи наложенной на конкретную организационную структуру участников проекта, служит основой для разработки содержательного, постоянно уточняемого сетевого план-графика выполнения НИОКР. Принципиальное преимущество данной технологии заключается в том, что она позволяет минимизировать исследовательские циклы и тем самым упорядочить работу исполнителей проекта и повысить качество проведения проектных работ.
Т а б л и ц а 1
Критерии, используемые при управлении проектами ИКС
(на примере проекта ГАС «Выборы»)
| Качественные | социальные | Рост доверия к результатам выборов; повышение активности избирателей; оперативность и достоверность подсчёта результатов; открытость промежуточных и окончательных результатов выборов для средств массовой информации и наблюдателей |
| функциональные | Функциональная полнота; структурная полнота; отсутствие структурного дублирования; отсутствие управленческого дублирования; информационная безызбыточность; информационная достаточность; ресурсная обеспеченность; ресурсная согласованность; структурная связность | |
| эргономические | Пользовательский интерфейс; комфортные условия работы | |
| прагматические | Степень удовлетворения ИКС своему предназначению | |
| технические | Уровень технического совершенства ИКС и ее компонентов (подсистем, комплексов) | |
| технологические | Уровень технологий, использованных при проектировании ИКС и ее компонентов, а также уровень технологичности разработки спроектированной системы | |
| экономические | Стоимость проекта и его составных частей, объемы кредита на выполнение проекта и др. | |
| эксплуатационные | Удобство проведения различных организационно-технических мероприятий (настроек, профилактик, регламентных работ и т.п.) | |
| Количест-венные | надежность и своевременность представления информации | |
| полнота выходной информации | ||
| достоверность информации | ||
| сохранение конфиденциальности информации | ||
| защищенность от несанкционированного доступа | ||
| защищенность от опасных программно-технических воздействий | ||
Во второй главе разрабатывается технология формирования целевой иерархии при управлении проектами создания и развития ИКС. В своей основе она отражает концепцию гомеостатического управления, принятую в данном исследовании и выражающуюся в пошаговой декомпозиции глобальной цели проекта и в итеративном формировании подцелей, обладающих свойствами достижимости, измеримости и релевантности.
Схема технологии представлена на рис. 4, а на рис 4 а) - результат её применения в виде фрагмента целевой декомпозиции проекта. На указанных рисунках выдержан следующий порядок индексации: – цели; индекс вверху, слева от – уровень членения, индекс вверху справа от - номер старшей по иерархии цели, которой принадлежит эта подцель, внизу, справа от – порядковый номер цели (подцели).
Первые 2 - 5 шаги делаются для того, чтобы определить, в каком смысле понимается «более совершенная ИКС». Допустим, что в результате изучения проблемы под более совершенной ИКС соглашаются понимать систему с меньшим (по сравнению с существующим прототипом) количеством управленческого персонала (подцель 11), с большей скоростью обработки информации (подцель 12), с большей надежностью (подцель 13) и меньшим временем реагирования на изменения экономической обстановки (подцель 14).
Важное условие первого уточнения цели 0 состоит в том, что на данном этапе исключаются из рассмотрения любые другие цели, уточняющие содержание 0 (то есть толкование понятия «более совершенная ИКС»).
Это условие не означает, что подобные уточнения недопустимы на последующих этапах, но делает однозначно определенным результат декомпозиции (шаги 2 и 3).
В описываемом примере этот результат – четыре подцели 101, 102, 103 и 104 на рис. 4 а). Совокупный учет названных выше подцелей (шаг 4) позволяет зафиксировать расширенное описание расчленявшейся цели. Если такое описание будет сочтено недостаточным, шаги 2, 3 и 4 повторяются (обратная связь 5-2). Каждая из подцелей 10j, выделенных в результате шагов 2 и 3, должна быть проверена на наличие критерия, ограничений, количественную измеримость, релевантность, возможность декомпозиции (шаги 6, 8, 9, 10 и 11).
Для подцели выделяемого уровня (на рис. 4 для 6-го и последующих шагов - это цель +1ij) может быть назван (шаг 6) или не назван, а затем сформирован (шаг 7) критерий оценки (в нашем случае: для 101 – количество штатных единиц, для 102 – количество документов, отрабатываемых в единицу времени и т.д.). Если такой критерий по соответствующей частной цели не может быть назван, то эта цель подлежит дальнейшему членению (на рис. 4 – обратная связь 6-2). В нашем примере таковой является 103; предписываемая алгоритмом ее декомпозиция направлена на определение того, что такое «большая надежность».
Каждая из невозвращенных после шага 6 для повторной декомпозиции целей 10j проверяется на релевантность, то есть на ее вклад в достижение 0. Если такой вклад пренебрежимо мал, 10j из рассмотрения (и из иерархии) исключается. Если по соответствующим целям и критерию ограничения не задаются (проверка на шаге 9), то некоторые из этих целей могут оказаться количественно измеримыми (проверка на шаге 10), а другие из них таким качеством обладать не будут. В нашем случае количественно измеримыми целями могут быть 101, 102 и 104, но таким качеством 103 обладать не может, так как не названы факторы, определяющие надежность ИКС (поэтому она снова должна быть «возвращена» для декомпозиции).
Количественно неизмеримые и связанные с ограничениями количественно измеримые цели подлежат следующему членению (обратные связи 9-2 и 10-2). Для первых это членение ориентировано на то, чтобы на нижележащих уровнях членения «выйти» на количественную измеримость, а для вторых – на учет ограничений. Допустим, что по частной цели 104 ограничения не ставятся, а по 101 и 102 заданы ограничения: по 101 – на количество используемой компьютерной техники; по 102 – на квалификацию обслуживающего персонала. Задавать ограничения по 101 можно только после декомпозиции 10j не менее чем до параметров быстродействия компьютеров (211), емкости запоминающих устройств (212), а также развитость периферии (213). Такая же ситуация характерна и для 102 (подробности опускаем).
Цели 21j, прошедшие до шага 11, подлежат проверке на возможность дальнейшей декомпозиции и последующей формализации (шаг 12). Шаг 11 рационален потому, что при последующей декомпозиции могут обнаружиться новые ограничения и нерелевантные подцели. Первое означает необходимость учета новых ограничений (обратная связь 11-2), а второе позволяет найти нижний уровень системной иерархии целей.
Заметим, что приведенный на рис. 4 а) фрагмент составлен при вполне определенных предположениях. Так, относительно подцелей предположено, что: после декомпозиции 101 (по указанным выше ограничениям) на 211, 212 и 213 только для 212 очередная декомпозиция ее на 3211 и 3212 (емкости оперативной и долговременной памяти) дала нужные для проектирования новые знания, при этом установлено, что дальнейшее членение целей 3211 и 3212 на данном этапе нецелесообразно; относительно подцелей 221 и 222 установлено, что дальнейшая их декомпозиция новых знаний, полезных для проектирования, не дает; декомпозиция релевантной количественно измеримой подцели 104 оказалась ненужной в связи с отсутствием ограничений, то есть предположено, что она «прошла» по технологии без необходимости ее членения. При сделанных предположениях набор целей нижнего уровня оказался полным (поскольку их реализация достаточна для достижения исходных целей) и неизбыточным (поскольку реализация каждой частной цели необходима для достижения исходных целей).
Формирование критериев на каждом шаге основывается на установлении лицом, принимающим решение (ЛПР), на множестве параметров проекта 0S по цели «» бинарных отношений 
или 
и определении такой вещественной упорядочивающей функции U(0S), которая удовлетворяется именно этими бинарными отношениями. Логика определения такой функции сводится к следующему. Если функция U(0S) по определению вещественная, то всегда можно найти положительные ( > 0) приращения этой функции и, следовательно, можно построить некоторую функцию f() от этих приращений. Если значения функции U(0S) определить так, что функция f() = B(0Si Ri 0Sj);
U(0Si) – U(0Sj) = позволяет вычислить для каждого > 0 вероятность В существования на множестве 0S определенного отношения Ri (либо 
, либо 
), или, иными словами, вероятность истинности для всех {0Si, 0Sj} 0S утверждения (U(0Si) – U(0Sj) = ) (0Si Ri 0Sj), то в таком случае U(0S) есть критерий, характеризующий соответствие параметров проекта 0Si и 0Sj цели «» (при этом необходимо, чтобы функция f() не убывала по ).
Третья глава посвящена разработке моделей анализа качества проектов по совокупности критериев, отражающих функциональную работоспособность проектируемых ИКС и оптимизации организационной структуры.
Модель анализа. Пусть имеется ИКС, состоящая из органов управления, датчиков информации и исполнительных элементов, соединенных между собой линиями связи. Каждый из указанных компонентов зададим набором структурных характеристик, а именно: выполняемыми функциями, информационными потребностями, принимаемыми решениями, добываемой информацией (кто и какую информацию добывает; кто, кому и какую информацию поставляет), согласованием решений и связностью. Пусть задана совокупность критериев, выполнение которых обязательно для того, чтобы данная ИКС была работоспособна, то есть не занималась «выяснением отношений» между своими компонентами и устранением противоречий в процессе своего функционирования:
К0, К1, К2, К3, К4, К5, К6, К7, К8, (1)
где: К0 – функциональная полнота; К1 – структурная полнота; К2 – отсутствие структурного дублирования; К3 – отсутствие управленческого дублирования; К4 – информационная безызбыточность; К5 – информационная достаточность; К6 – ресурсная обеспеченность; К7 – ресурсная согласованность; К8 – структурная связность. Необходимо проверить проект ИКС на соответствие критериям К0 – К8 и по результатам проверки скорректировать его так, чтобы обеспечивалась работоспособность системы в смысле указанных критериев.
Морфологическая модель ИКС. Все компоненты ИКС в зависимости от выполняемых ими функций объединим в функциональные подсистемы, между которыми установим отношения функциональной иерархии. К числу типовых функциональных подсистем ИКС относятся: подсистема принятия решения (РР), образованная совокупностью органов управления; подсистема получения информации (РИ), образованная совокупностью различных датчиков информации и устройств управления ими; подсистема связи (РС), образованная совокупностью устройств связи и средствами управления ими. Эти подсистемы образуют функциональные подсистемы первого порядка:
SИКС = РР, РИ, РС. (2)
В свою очередь, подсистемы первого порядка можно представить в виде совокупности функциональных подсистем второго порядка. Функциональная подсистема связи может быть представлена как совокупность подсистемы управления связью (
), подсистемы служебной связи (
), подсистемы контроля (
) и первичной сети связи (
):
РС = 
, 
, 
, 
. (3)
Функциональная подсистема получения информации может представляться как совокупность подсистемы управления информацией (
), подсистемы исполнительной информации (
), подсистемы общей информации (
), подсистемы информационной связи (
):
РИ = 
, 
, 
, 
. (4)
В итоге получаем общую морфологическую модель ИКС с точностью до функциональных подсистем третьего порядка:
SИКС = РР, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
. (5)
Далее проводится детализация модели (5). Для этого каждой функциональной подсистеме ставится в соответствие совокупность бинарных матриц, приведенных в Табл. 2.
Т а б л и ц а 2
Система матриц, описывающих морфологию ИКС
| Обозначение | Содержание |
 , f = 1 F, i = 1 IИ, |  = 1, если выполнение f-ой функции возложено на i-й исполнительный элемент, 0 – в противном случае; (1 IИ) – общий перечень исполнительных элементов в подсистеме, (1 F) – общий перечень функций, выполняемых данной подсистемой |
 , i = 1 IИ, j = 1 J | ij = 1, если i-й исполнительный элемент управляется по j-му параметру, 0 – в противном случае; (1 J) – общий перечень параметров управления |
 , i = 1 IУ, j = 1 J |  = 1, если принятие решения по выбору j-го параметра управления входит в функцию i-го управляющего элемента; 0 – в противном случае; (1 IУ) – общий перечень управляющих элементов в подсистеме |
 , i = 1 IУ, j = 1 J, r = 1 R |  = 1, если i-й управляющий элемент при принятии решения по j-му параметру располагает r-м ресурсом, 0 – в противном случае; (1 R) – общий перечень ресурсов, обеспечивающих принятие управленческих решений |
 , i,  = 1 IУ |  = 1, если при принятии решения по j-му параметру предусмотрено согласование между i-м и  -м управляющими элементами, 0 – в противном случае |
 , k = 1 K |  = 1, если i-му управляющему элементу для принятия решения по j-му параметру требуется k-я информация, 0 – в противном случае; (1 K) – полный перечень информации, необходимой для принятия управляющих решений |
 ,  = 1  |  = 1, если у i-го управляющего элемента для принятия решения по j-му параметру имеется  информация, 0 – в противном случае; (1  ) – полный перечень имеющейся информации |
 ,  |  = 1, если между i-м и  -м элементами имеется линия связи, 0 – в противном случае,  общий перечень всех элементов подсистемы (М = IИ + IУ) |
 | где  = 1, если k-ой информацией распоряжается i-й элемент, 0 – в противном случае |
 |  = 1, если k-я информация поступает от i-го элемента к  -му, 0 – в противном случае |
С учетом введенной системы матриц морфологическая модель ИКС записывается в виде следующей обобщенной конструкции:
SИКС = Р11,…, Р1W, Р21,…, Р2T,…, Рn1,…, РnE, (6)
где Рnl = 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
, 
.
В последующем, учитывая однотипность анализа, индексы «n» и «l», идентифицирующие функциональную подсистему, опускаются.
Алгоритм анализа. При заданной морфологической модели ИКС алгоритм анализа ее функциональной работоспособности заключается в последовательной проверке для каждой из выделенных подсистем следующих условий:
При несоблюдении условий (7)-(13) имеет место нарушение какого-либо из критериев К0 – К8. Например, если не выполняется условие (9), то в системе имеет место либо информационная избыточность (нарушение критерия К4), либо информационная недостаточность (нарушение критерия К5).
Модель оптимизации организационной структуры ИКС. Методологическую основу этой части исследований составляет положение о неразрывной связи объекта информатизации и обеспечивающей его функционирование ИКС. В методическом плане это положение выражается в том, что элементы организационно-управленческой структуры – объекта информатизации, включаются в состав проектируемой ИКС и рассматриваются в качестве ее неотъемлемой части. Это позволяет оценить качество проекта не по частным, а по более представительным функциональным показателям.
Пусть известен полный перечень управлений (1, 2,…, k,…), необходимых для достижения целей функционирования ИКС. Будем считать, что формальный процесс функционирования ИКС состоит в выполнении операций, переводящих каждое управленческое решение из некоторого начального состояния в некоторое конечное состояние. Естественно, что конечным является состояние: «решение исполнено, а результаты исполнения проконтролированы», которое обозначим символом 
. Начальным выступает состояние, фиксирующее необходимость принятия решения по данному вопросу, которое обозначим 
. Между 
и 
введем следующие промежуточные состояния: 
– «отдано распоряжение на подготовку решения»; 
– «предложения подготовлены»; 
– «предложения согласованы»; 
– «предложения рассмотрены»; 
– «решение принято предварительно»; 
– «решение принято»; 
– «решение утверждено»; 
– «решение доведено до исполнителей». С учетом введенных состояний время реакции ИКС (
) определяется выражением:
(14)
где 
(SИКС)– время перевода k-го управленческого решения из состояния Fi в состояние Fi + 1, (SИКС) – морфология ИКС.
Тогда задача оптимизации организационной структуры ИКС по критерию оперативности может быть сведена к следующей формальной постановке:
{
(SИКС)
}, (15)
при SИКС, удовлетворяющей критериям К0 – К8,
где 
– критическое время реакции ИКС по k-ой функции, с превышением которого отпадает необходимость в принятии управленческих решений по данной функции.
Основная трудность решения такой задачи заключается в том, что аргументом целевой функции (15) является морфология ИКС (SИКС), задаваемая в виде совокупности матриц, а функции 
(SИКС) имеют ситуативную структуру, определяемую тоже морфологией ИКС. Для решения задачи (15) предложено имитировать процесс функционирования ИКС дискретной ситуационной сетью SDSS(I, U), в которой вершины I = {i1, i2,…, iN}, интерпретируются как множество истоков и стоков, а дуги U = {(im, il)}, m = 1M, l = 1L – как множество преобразователей решений из одного состояния в другое (имеются в виду F1 – F10). Содержательная трактовка SDSS(I, U) заключается в следующем. Истоки соответствуют структурным элементам ИКС с решениями, находящимися в начальном (F1) и в промежуточных состояниях (F2 - F9), а стоки – структурным элементам с решениями, находящимися в конечном состоянии (F10). Преобразователи – это тоже структурные элементы, осуществляющие изменения состояний решений (F1 F2… F9 F10), причем каждый преобразователь (ik, il) U характеризуется величиной w (ik, il) = 1/
, которую будем называть пропускной способностью преобразователя.
Выделим на множестве I подмножества P и Q, такие, что p P соответствуют решениям, находящимся в состоянии F1, а q Q – находящимся в состоянии F10. Причем по условию задачи эти множества имеют равное число компонентов (1, 2, 3,…, k,…), определяемое количеством функций выполняемых данной ИКС в течение некоторого интервала времени.
Требуется таким образом коммутировать сеть SDSS(I, U), чтобы соответствующий такой коммутации граф Gk (P, Q) имел максимальную пропускную способность wi,j между элементами множеств P и Q. Тогда, согласно принятому формализму, время реакции ИКС, процесс функционирования которой имитируется такой сетью, будет минимальным.
Для решения сформулированной задачи предложено использовать теорему Форда-Фалькерсона, в соответствии с которой максимальная пропускная способность сети между произвольной парой вершин p и q определяется минимальным по пропускной способности сечением S{p, q}, разделяющим вершины p и q графа G, удаление которых из множества U разрывает все пути между ними. При этом минимальным сечением Smin{p, q} будет то, на котором достигается 
.
В четвёртой главе разрабатываются модели оптимального планирования информационных потоков в проектируемых ИКС и оптимизации плана проведения организационно-технических мероприятий (ОТМ) на технических средствах ИКС.
Модель оптимального планирования информационных потоков в проектируемых ИКС. Маршрутом движения порции информации Мk
будем называть полный перечень узлов, в которые она попадает, с указанием линий, по которым она проходит от источника до получателя. Будем исходить из того, что время обработки информации в узле зависит от типа узла и системотехнических условий, от типа и приоритета информации, а также от текущей загрузки узла и режима работы ИКС. Кроме того, будем учитывать, что могут существовать ограничения на возможность параллельной обработки разнотипной информации на узле, обусловленные, например, требованиями режима секретности информации.
Задача состоит в построении сетевого графика М = {M1,…, MK} движения информационных потоков, при котором каждая порция информации k дойдет от источника до получателя за время Тk, не превышающее наперед заданное критическое значение
:
(16)
при соблюдении ограничений на: пропускную способность узлов приема, обработки и передачи информации; системотехнические условия в узлах приема, обработки и передачи информации; приоритетность информации и возможность ее параллельной обработки.
Основная проблема при решении этой задачи состоит в том, что в силу сложности невозможно построить единую математическую модель, адекватно отражающую все многообразие информационных взаимоотношений между компонентами ИКС. Приходится прибегать к известному приему декомпозиции. Однако такой путь опасен тем, что необоснованное разделение сложного объекта лишает его целостности. При этом разрушается динамизм, – исследовательская модель становится неадекватной реальному процессу. В диссертации эта проблема решена путем введения двухрангового тензорного пространства = L,, где: L – техническое подпространство, в рамках которого проектируемый объект представляется как система, состоящая из узлов приема, обработки и передачи информации и линий связи между ними; – информационное подпространство, в рамках которого та же самая информационно-коммуникационная система представляется состоящей из динамических порций информации, заданных своими характеристиками (именем, типом, приоритетом, адресатом, источником и др.).
При планировании информационных потоков на техническом уровне задача сводится к определению такой топологии маршрутов, при которой обеспечивается минимум точек их пересечения на промежуточных узлах. Пусть модель ИКС в пространстве L задана графом G = (V, U), где v V – множество источников и получателей информации, u U – множество маршрутов между источниками и получателями информации. Тогда задача заключается в компланарном преобразовании G к виду с минимальным числом пересечений ребер.
Планирование информационных потоков на информационном уровне. Пусть в результате решения первой задачи определена такая топология маршрутов ИКС, которая обеспечивает минимум точек их пересечения на промежуточных узлах. Тогда модель ИКС в пространстве может быть задана алгебраической системой, отражающей чисто информационные процессы:
: 
= А, I, UNIT(Ai), CONNECT (Ai, Aj), I, G, P,
INFORM(I, G, P), OPER [INFORM(I, G, P), Ai, Aj], (17)
OPER (*) #> OPER (**), END(*),
которую определим следующими множествами и предикатами: А = {A1, A2,…, An} – узлы приема, обработки и передачи информации; UNIT(Ai) – узел Аi; CONNECT (Ai, Aj) – узел Ai связан узлом Аj; I = {I1, I2,…, Ik} – имена порций информации, движение которых от исходных к конечным узлам порождает информационные потоки в ИКС; G = {G1, G2,…, Gq) – тип порции информации; P = {P1, P2,…} – приоритет порции информации; INFORM(I, G, P) – порция информации с именем I имеет тип G и приоритет P; OPER [INFORM(I, G, P), Ai, Aj] – порция информации с именем I типа G приоритета P, пришедшая из узла Ai, обрабатывается на узле Аj; OPER (*) #> OPER (**) – операция (*) по обработке информации выполняется строго после операции (**); END(*) – завершение операции (*).
Отметим, что модель (17) обеспечивает корректное отображение пространства в пространство L, что достигается введением множества А V и предикатов UNIT(Ai), CONNECT (Ai, Aj). Согласно модели (17) прохождение информационных потоков через узлы ИКС будем характеризовать системотехническими условиями (СТУ) четырех групп: 
– СТУ, определяющие направления перехода порций информации из одного узла системы в другой; 
– СТУ, обусловливающие время обработки порций информации в узлах системы; – СТУ, устанавливающие запреты на одновременную обработку порций информации в узлах системы; Q – СТУ, фиксирующие завершение движения порций информации по системе. Дадим формальное определение указанных СТУ.
СТУ 
, определяющие направления перехода порций информации, формально будем задавать логическим выражением
= END(OPER (INFORM(I, G, P), UNIT Ai, UNIT Aj)), (18)
означающим, что порция информации INFOR(I, G, P), обработка которой завершилась на узле Аi, передается на ближайший свободный узел Аj. Если в текущий момент времени такого узла нет, то данная порция информации становится в очередь согласно своему приоритету.
Для формального задания СТУ 
, обусловливающих время обработки порций информации в узлах системы, будем использовать фрейм-функции, которые описывают порядок расчета параметра р некоторого объекта при заданной функции p(t) = f (a1, a2,…,aN), где aj – аргументы, к которым применяется функция f. В нашем случае фрейм-функция имеет вид: {(: D), (t: Dt), (f: Df), (a1:D1), (a2: D2) CALCULATE (res, t) = (vf, f) (arg1 a1, arg2 a2)}, где запись «x: Dx» означает, что переменная x имеет имя Dx; res – результат вычисления функции; arg – аргумент; vf – падежное отношение «вид функции»; D(i) – «продолжительность обработки i-й порции информации»; Dt – «текущее время»; Df – «вид функции (линейный, квадратичный и др.)»; D1 – «текущая загрузка узла»; D2 – «режим работы узла (нормальный, аварийный, критический)». Тогда, можно записать:
: OPER (INFORM (I, G, P), UNIT Ai, UNIT Aj) {.} (19)
СТУ, устанавливающие запреты на одновременную обработку порций информации в узлах системы, формально имеют вид:
: {(Pj > Pi) { OPER [INFORM (Ii, Gi, Pi)] #>
#> OPER [INFORM (Ij, Gj, Pj)] & [i(*) = (i + j)]} (20)
{(Pj = Pi) [OPER (
(INFORM (I, G, P))] & [i(*) = (i + j)]},
где i, j – нормативное время обработки порций информации на узлах с приоритетами Pi и Pj; i(*) – реальное время обработки порции информации с учетом задержки.
СТУ Q, фиксирующие завершение движения порций информации по системе, формально будем задавать импликацией вида:
Q: (Ai = AP) ЕND {OPER [INFORM(I, G, P), UNIT Ai]}, (21)
обозначающей, что данная порция информации дошла от источника Аi до получателя AP.
С учетом сказанного алгоритм решения задачи (16) выглядит так:
Шаг 1. Определение топологии маршрутов, обеспечивающей минимум точек их пересечения на промежуточных узлах.
Шаг 2. Проверка маршрутов на соответствие (18), (19), (20).
Шаг 3. Оценка времени обработки порций информации в узлах системы согласно (21).
Шаг 4. Подсчет суммарного времени прохождения порций информации по маршрутам (Тk) с последующей проверкой условия 
. При этом отбрасываются те маршруты, для которых данное условие не выполняется, а остальные маршруты образуют искомое множество М.
На Рис. 5 приведены результаты использования модели для оценки времени обработки сообщений на КСА ЦИК при проведении выборов в марте 2007 года (единый день голосования).
Модель оптимизации плана проведения ОТМ на технических средствах ИКС. Пусть имеется ИКС, состоящая из органов управления (ОУ) и центров коммутации сообщений (ЦКС), которые соединены прямыми линиями связи. Возникает задача определения плана проведения ОТМ, реализация которого позволит поддерживать работоспособность ИКС на должном уровне. В работе показано, что такой план должен удовлетворять следующим критериям: 1) функционального резервирования; 2) сохранения связности; 3) реализуемости; 4) непересекаемости. Тогда задача сводится к определению вариантов плановых ОТМ, удовлетворяющих 1) – 4) при условии, что известны перечень, нормативные сроки проведения ОТМ, согласованные с алгоритмом функционирования ИКС.
Рис.5. Результаты использования модели для оценки времени обработки сообщений на КСА ЦИК в единый день голосования (март 2007 г.).
Для решения поставленной задачи предложен метод, реализующий классическую схему логико-лингвистического вывода в исчислении предикатов первого порядка. В качестве математической модели ИКС с комплексом ОТМ предложено использовать алгебраическую систему М, удовлетворяющую системе аксиом, соответствующих критериям 1) – 4). Для этого зададим на М следующие множества: М1 = {O1, O2,…, OK} – множество объектов ИКС, то есть ОУ и ЦКС; М2 = {Р1, Р2,…, РL} – множество ОТМ; М3 = {Т1, Т2,…, ТМ} – множество типов ОТМ; М4 = {1, 2, 3,…, N} – множество натуральных чисел, интерпретируемых как период, для которого проводится планирование ОТМ.
Кроме того, зададим на этих множествах следующие предикаты и функции: OU(х) – одноместный предикат, выделяющий органы управления ИКС на множестве М1 (объект «х» является органом управления); CKS(х) – одноместный предикат, выделяющий центры коммутации сообщений на множестве М1 (объект «х» является центром коммутации сообщений); х = OBJECT (y) – одноместная функция, сопоставляющая ОТМ из М2 объектам из М1 (мероприятие «y» производится на объекте «х»); COMM (x, y) – двухместный предикат, означающий, что между объектами «x» и «y» из М1 существует прямая линия связи; х = TYPE(y) – одноместная функция, сопоставляющая ОТМ с ее типом (мероприятие y относится к типу «х»); х = QOD(y) – одноместная функция, сопоставляющая тип ОТМ с его нормативной продолжительностью (мероприятие типа «y» продолжается «х» дней); REALLY (x, y, z) – трехместный предикат, задающий реальное начало «y» и реальный конец «z» проведения ОТМ типа «x»; x >> y – двухместный предикат, означающий, что ОТМ «x» производится строго после ОТМ «y»; WORK (x, y) – двухместный предикат, означающий, что объект «х» является работающим в момент времени «y»; TIME (х) – одноместный предикат, выделяющий элементы «х» из М4; APPL (x) – одноместный предикат, означающий, что объект «х» находится в состоянии применения (то есть на нем не производятся ОТМ).
Все исходные данные, необходимые для решения задачи, будем считать частью алгебраической системы М, составленной только из атомарных формул, использующих следующую совокупность предикатов и функций: = {OU, CKS, OBJECT, TIME, APPL, COMM, TYPE, WORK, QOD}. Если обозначить эту часть диаграммы через Ф, то решением задачи планирования ОТМ будет построение формулы Фi, являющейся позитивной диаграммой алгебраической системы М в сигнатуре 
{REALLY}. При этом формуле Ф может соответствовать множество Фi (i = 1, 2,…, K), каждому элементу которого соответствует своя модель М1, М2,…, МK, являющаяся одним из возможных планов ОТМ. С учетом сказанного, задача решается следующим образом. Шаг 1. Формализация модели в соответствии с введенными предикатами, формулами и критериями. Шаг 2. Приведение модели к операбельному виду, ее процедурная интерпретация и уточнение сроков проведения ОТМ. Шаг 3. Отбор планов ОТМ, удовлетворяющих критериям функционального резервирования, реализуемости и непересекаемости. Шаг.4. Проверка условия связанности и формирование реальных планов проведения ОТМ. Пример интерфейса модели оптимизации плана проведения ОТМ на технических средствах ИКС приведен на Рис. 6.
В пятой главе рассматривается комплекс вопросов организации процесса проектирования одного из основных компонентов перспективных ИКС – базы знаний. Обосновывается технология организации этого процесса на основе сочетания языковых средств искусственного интеллекта, семантических сетей и ролевых фреймов (рис. 7).
По сути, эта технология отражает гомеостатическую концепцию управления проектами в части базы знаний и заключается в том, что процесс проектирования базы знаний осуществляется не одноактно, не методом спонтанных итераций (как это зачастую практикуется), а путем последовательной реализации следующих управляемых шагов: шаг 1 – переход от естественного языка к фреймовым описаниям; шаг 2 – переход от фреймового описания к концептуальной семантической сети; шаг 3 – переход от концептуальной семантической сети к терминальной семантической сети; шаг 4 – переход от терминальной семантической сети к процедуальной базе знаний.
Преимущества такой технологии по сравнению с одноактной и спонтанно-итеративной процедурой «естественный язык компьютерная база знаний» определяются следующими положениями. Во-первых, представляется возможным заменить интуитивные эвристические соображения строго формальными методами формирования единиц знаний. Во-вторых, существенно снижаются требования к программным языковым средствам (языкам программирования высокого уровня), используемым для компьютерной реализации базы знаний. В-третьих, поэтапная схема позволяет более полно использовать возможности и знания конечного пользователя, отводя ему не только роль контролера, но и непосредственного проектировщика базы знаний.
Рассмотрим содержание указанных операций.
Организация перехода от естественно-языкового описания предметной области к фреймовому описанию осуществляется с помощью расширенной модификации -конверсий (А.Church). Расширения достигаются за счет введения следующих дополнительных постулатов:
: (. (х.)) imc x. ; *: х. D imc B. [B/x] D, (22)
где – оператор функциональной абстракции; imc – отношение непосредственной конвертируемости;, – предикатные или функциональные символы одного сорта; B, D – правильно построенные формулы языка; х – переменная.
Для конструирования -выражений предложено использовать набор типовых фреймов включающий: фрейм-состав; фрейм-соединение; фрейм-назначение; фрейм-параметр и фрейм-функция.
Фрейм-состав (FC) отражает ситуацию: «объект х содержит объекты y1, y2,…, yn, которые имеются в объекте х в количествах c1, c2,…, cn, соответственно»:
FC = (...(x: Dx, y1:D1,…, yn: Dn. CONTAIN (ch, x, v, y1,…,
v, yn));: y1: D1, c1D1*. QUANTITY (ch, y1, v, c1))…yn:Dn,
cnDn*. QUANTITY (ch, yn, v, yn)) conv (23)
x: Dx. CONTAIN (ch, x, v, y1: D1, c1: D1*. QUANTITY ((ch, y1,
v, c1),…, v, yn: Dn, cn: Dn*. QUANTITY ((ch, yn, v, cn)),
где записи вида x:Dx (и аналогичные) означают, что переменная х имеет сорт Dx. Через ch и v обозначены падежные отношения («характеристика» и «значение характеристики», соответственно).
Фрейм-соединение (FS) отображает ситуацию «субъект x соединяет объект y с объектом z» и описывается -выражением вида:
FS = {x: Dx, y: Dy, z: Dz. connect (s, x, o, y, o, z)}, (24)
где s и o – падежные отношения, соответственно «кого соединяют» (то, что производит действие) и «с кем соединяют» (то, над чем совершается действие), D – имя или сорт объекта (субъекта). Нетрудно заметить, что фреймы типа (24) легко вкладываются друг в друга, что позволяет использовать их для описания иерархических структур.
Фрейм-назначение (FN) служит для представления знаний о предназначении объектов через их функции и описывается -выражением вида:
FN = R: DR, x: DX, y: DY, w: DW,z: DZ. R(s, x,o, y, u, w,d, z), (25)
где u и d – падежные отношения «быть входом» и «быть выходом».
Фрейм-параметры (FP) используются для представления знаний о параметрах какого-либо объекта в дискретные моменты времени. -выражение для этого вида фреймов аналогично (25) с добавлением падежного отношения «быть моментом времени».
Фрейм-функция (FF) описывает порядок расчета параметров рi некоторого объекта как функции pi(t) = f [(a1, a2, …,aN), t] от аргументов ai. Обобщенное -выражение для фреймов этого типа имеет вид:
FF = {p: Dp, t: Dt, f: Df, a1:D1,…, aN: DN. CALCULATE
(res, p,, t) = (vf, f) (arg1 a1,…, argN aN)}, (26)
где res – результат применения функции, arg – аргумент, vf – падежное отношение «вид функции», – падежное отношение «быть моментом времени», а запись x: Dx означает, что переменная x имеет имя или сорт Dx.
Для организации перехода от фреймовых описаний предметной области к концептуальным семантическим сетям введем ряд определений.
Определение 1. Концептуальной семантической сетью (КСС) будем называть граф, узлы которого принадлежат множеству Х = {x}, а дуги (то есть ориентированные бинарные связи) – множеству R = {r}. Элементы множества X соответствуют обобщенным семантическим категориям – описаниям абстрактных понятий. Элементы множества R относятся к отношениям типа «быть элементом», «содержать»», «иметь имя», «быть функцией», «быть агентом», «быть акцией» и другим, часть которых поясняется далее.
Определение 2. Окрестностью первого порядка (1-окрестностью) относительно xi X будем называть множество {ri,1, xi1} = 
, таких, что 
представляет собой множество исходящих из xi отношений, а 
– множество узлов КСС, присоединенных к xi связями 
. Тогда окрестность k-го порядка относительно xi (или k-окрестностью) будет объединение множеств узлов и отношений, входящих в k – 1- окрестность относительно xi со всеми 1- окрестностями узлов множества Xi, k-1: 
.
Определение 3. Фреймом-отображением fi назовем информационную структуру, соответствующую 1-окрестности узла xi в КСС.
Соответствие между xi и fi определим зависимостью fi = G(xi), задающей отображение множества узлов Х и отношений R, образующих КСС, на множество фреймов F, образующих фактуальную базу знаний G: (X, R) F.
Введем в рассмотрение предикат 
, принимающий значение TRUE, если в рассматриваемой КСС к узлу xi посредством отношения rk присоединен узел xj. Тогда соответствие между фреймами и узлами КСС выражается соотношениями 
, означающими, что фрейм fi, соотносимый с узлом xi, связывается с подмножеством фреймов Fi, элементы которого {fj} = Fi соответствуют узлам {xj} = Xj,1, 1-окрестности узла xj.
Организация перехода от концептуальной семантической сети к терминальной семантической сети. Для осуществления такой процедуры введем конъюнкцию предикатов 
где {ri} R, i = 1, 2,…,k – связи (отношения) в КСС, а элементы 
– терминальные величины, соответствующие либо наименованию объекта, либо числу, либо тексту, либо стандартной комбинации терминальных величин (множество, вектор, матрица, структурная запись из полей, заполненных терминальными величинами). Тогда представление новой единицы знаний есть активизация фрагментов КСС, выражающаяся в том, что вместо {xi} подставляются терминальные величины {
}. Очевидно, что при обработке очередной единицы знаний активизируемый участок КСС является связным компонентом графа (Х,R). В этом случае удобно из исходной КCС выделять активизируемые фрагменты и формировать из них так называемую терминальную семантическую сеть (ТСС), установив соответствие между узлами {xi} и конкретизирующими их значениями {
}. Такие соответствия предложено задавать специальными связями типа «иметь имя» и «иметь значения», которые присоединяют любую величину 
в ТСС к соответствующему узлу xi в КСС. Следовательно, можно ввести предикат 
, истинность которого указывает на наличие указанного типа связей между 
и xi. Учитывая эти связи, можно считать ТСС некоторым продолжением КСС и рассматривать ее как единую семантическую сеть, содержащую как абстрактные понятия, так и терминальные единицы. Однако удобнее рассматривать раздельно КСС и ТСС, имея в виду, что при решении задач информационного поиска множество терминальных единиц, описывающих предметную область, представляет собой некоторую базу данных в ее традиционном понимании.
Всякое входное сообщение ИКС содержит некоторое понятие – тему высказывания, которому соответствуют узел xi в КСС и фрейм fi в фактуальной базе знаний. Некоторые из фигурирующих в высказывании {
} указывают на xi либо непосредственно (с помощью связей «иметь имя» и «иметь значение»), либо косвенно, ссылаясь на узлы из окрестности 
. Будем говорить, что из таких {
} образуется экземпляр фрейма fi, обозначаемый 
.
Определение 4. Экземпляром фрейма fi назовем информационную структуру 
, которая образуется из терминальных {
} и связей {r}, соответствующих 1-окрестности узла 
(
i), где 
– функция, обратная G. Соответствие между fi и 
обозначается зависимостью 
Каждое высказывание о факте, событии или процессе можно представить в фактуальной базе знаний совокупностью взаимосвязанных экземпляров {
} 
, соответствующих подмножеству {fi} F. В конечном счете вся ТСС может быть представлена в базе знаний множеством экземпляров F, описывающих некоторый фрагмент предметной области. Таким образом, фактуальная база знаний состоит из совокупности взаимосвязанных фреймов-отображений, образующих пользовательский уровень базы знаний, и совокупности фреймов-экземпляров, образующих прагматический уровень, который может быть реализован в виде стандартной базы данных.
Организация перехода от терминальной семантической сети к процедуальной базе знаний. Представление предметной области в виде КСС и ТСС позволяет описывать статические отношения между объектами и терминальными величинами. Однако этого недостаточно, если требуется описать динамику процесса, в частности условия формирования новых фрагментов ТСС. Это становится возможным, если ввести правила привязки.
Определение 5. Правилом привязки назовем тройку c, s, d, в которой «с» – условие применимости данного правила, «s» – следствие, содержащее список операций, подлежащих выполнению в момент применения правила, «d» – задержанное действие, содержащее список операций, которые должны быть выполнены по окончании обработки всех правил.
Условие «с» формируется в терминах состояния ТСС. Оно предлагает выполнение некоторых характеристик терминальных величин или некоторых конъюнкций предикатов вида 
, позволяющих установить существование связей между объектами в КСС и терминальными величинами в ТСС. Следствие «s» задает последовательность операций, таких, как формирование или модификация фрагментов ТСС, инициирование новых правил и т.п. Задержанное действие «d» содержит последовательность операций другого рода. Они могут состоять в обращениях к некоторым программам из числа пакета прикладных модулей (ППМ), составляющих пользовательский уровень процедуальной базы знаний.
Все множество правил {} разбивается на подмножества i, связываемые с дугами ri в КСС. При обработке фрагмента сети, включающего дугу ri, происходит инициирование всех связанных с ней правил i. В результате этого порождаются два процесса. Первый, обусловленный обработкой пар {(c,s)}, приводит к дополнительной модификации ТСС. Второй – обусловлен накоплением задержанных действий {d}. В результате формируется некоторая траектория активации ППМ, соответствующая входному запросу.
Множество i отражается в процедуальной базе знаний информационными структурами, которые назовем фреймами-закономерностями 
. Каждый фрейм-закономерность 
объединяет группу правил i, связанных с дугой ri, и проецирует пары {(ri, i)} на множество следствий 
i) 
Si, где – квантор нечеткости, принимающий, например, значения «почти всегда», «иногда», «в исключительных случаях»; О – сигнал, информирующий пользователя о реализации данного правила.
В шестой главе рассматриваются модели управления проектами ИКС в направлении разрешения конфликтов типа «заказчик - разработчик», «разработчик - конкуренты», «разработчик - соисполнители». На основе гомеостатической концепции управления с использованием положений теории активных систем (В.Н.Бурков) и теории игр с непротиворечивыми интересами (Ю.Б.Гермейер) разрабатывается технология разрешения неантагонистических конфликтов, возникающих при управлении проектами развития крупномасштабных ИКС. Показано, что поиск компромисса может быть реализован в виде пошагового итеративного процесса (Рис. 8), заключающегося в последовательном нахождении парето-оптимальных управлений, которые одновременно являются устойчивыми в смысле Нэша и не хуже, чем гарантирующие:
, (27)
где xk – искомое компромиссное решение;
– множество гарантирующих решений (удовлетворяющих максиминному критерию); 
– множество решений, оптимальных по Парето; 
– множество решений, устойчивых в смысле Неша; 
– символ, означающий «не хуже, чем…».
Рекомендованы следующие способы повышения устойчивости достигнутых компромиссов (в смысле критерия Нэша).
Повышение устойчивости компромиссных управлений путем введения штрафных санкций, для которых справедливо условие 
, где Ur – стоимость убытка, который понесет нарушитель договоренностей в результате применения r-й санкции 
; R – общее количество санкций, предусмотренных данным договором; Z – суммарная стоимость прибыли, которую ожидает получить нарушитель в результате несоблюдения или ненадлежащего исполнения договоренностей.
Повышение устойчивости компромиссных управлений путем объединения участников проекта в коалиции, так что результаты деятельности каждой из них напрямую определяются результатами деятельности всех других групп. В этом случае нарушение договоренности означает наказание самого себя.
Повышение устойчивости компромиссных управлений путем реализации смешанных стратегий, когда участники проекта могут в определенные периоды совместной деятельности частично выходить за рамки достигнутых договоренностей, не нарушая при этом принципиальных договоренностей о сотрудничестве. При этом все партнеры обязаны заблаговременно информировать других участников проекта о возможных отклонениях от достигнутых ранее договоренностей, а последние должны учитывать эти обстоятельства.
Рис.8. Технология разрешения конфликтов при управлении проектами
развития крупномасштабных ИКС
Повышение устойчивости компромиссных управлений путем взаимного информирования и установления порядка ведения переговоров. Идея этого способа основывается на теореме Цермело. Показано, что уровень взаимной информированности можно повысить, организовав обмен информацией на переговорах так, что каждый из участников проекта сообщает другому не только свой текущий выбор, но и правило, которым он будет руководствоваться при том или ином выборе партнера, и, более того, гарантирует неизменность этого правила в ходе проектирования.
Седьмая глава посвящена разработке диалоговой информационно-расчетной системы, позволяющей на базе системно-гомеостатической концепции объединить отдельные модели в единый программный комплекс, обеспечивающий интеллектуальную поддержку процесса управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС. Укрупненная схема системы приведена на рис. 9. Система позволяет в реальном масштабе времени осуществлять интеллектуальную поддержку принятия управленческих решений при создании и развитии крупномасштабных ИКС в части: а) формирования дерева целей и задач проекта; анализа качества проекта по совокупности критериев (7-13); б) оценки и оптимизации структуры ИКС по критерию оперативности (15); в) оптимального планирования информационных потоков в ИКС по критерию (21); г) оптимизации планов проведения организационно-технических мероприятий на объектах ИКС по критериям функционального резервирования, сохранения связности, реализуемости и непересекаемости; д) разрешения конфликтов, возникающих в процессе проектирования ИКС по критерию (27). Причем, чем сложнее проект, тем конструктивнее становится применение данной системы.
Основные технические характеристики системы: требования к компьютеру – Pentium IV не менее 1,8 Ггц, не менее 512 Mбайт RAM, CD ROM, ОС Windows 2000 (XP), Office 2003, Аccess 2000; используемые системы программирования – Visual Basic, С++, Delphi; объем на CD-диске без загрузки оперативной информацией – 1540 Mбайт; форма отображения выходной информации – текстовая, табличная; тип баз данных – реляционные на основе Аccess 2000.
Восьмая глава посвящена практической реализации теоретических положений применительно к обоснованию проекта развития ГАС «Выборы». Даются функциональные характеристики усовершенствованной ГАС «Выборы» как уникальной отечественной информационной технологии организации избирательного процесса в России. Излагаются организационно-правовые начала создания и развития ГАС «Выборы». Рассматриваются вопросы формирования облика системы и основные технические решения. Описываются основные компоненты ГАС «Выборы», включая программное обеспечение, техническое обеспечение, информационное обеспечение и технические решения при создании комплексов средств автоматизации. При создании и развитии автоматизированных информационных систем управления в социальных и экономических областях должен обязательно учитываться социальный эффект, ведь именно обеспечение определённых социальных показателей может являться основной целью создания таких систем.
В качестве критериев социального эффекта для ГАС «Выборы» как для системы, охватывающей всю страну, можно назвать следующие критерии:
а) социально-политическая значимость (повышение доверия к результатам выборов, повышение активности избирателей, оперативность и достоверность подсчёта результатов, открытость промежуточных и окончательных результатов выборов для средств массовой информации и наблюдателей);
б) компьютеризация всей страны (автоматизированная система дала толчок развитию информационных технологий в регионах, а это означает расширение компьютерной грамотности, создание новых рабочих мест, увеличение спроса на рабочую силу и снижение уровня безработицы в регионах);
в) развитие инфраструктуры (развитие средств телекоммуникации, создание сети сервисных центров);
г) возможность интеграции с другими федеральными и региональными автоматизированными системами для создания единого информационного пространства Российской Федерации (в частности, для создания электронной России – постоянно развивающейся Базы знаний о стране и её регионах в различных аспектах для многочисленных применений, включая информационные системы органов власти и управления всех уровней).
На качественном уровне можно назвать достигнутые стратегические цели создания и развития ГАС «Выборы», такие как: информационная поддержка деятельности избирательных комиссий в интересах исполнения ими законодательства Российской Федерации о выборах; автоматизация трудоемких информационных работ на всех этапах проведения избирательной кампании по всем видам выборов и референдумов; сокращение сроков подведения итогов голосования; снижение финансовых затрат на проведение избирательной кампании; организация государственной регистрации избирателей; совершенствование информационного обеспечения системы избирательных комиссий, комиссий референдума; повышение уровня достоверности данных и информационной безопасности на всех этапах развития и использования ГАС «Выборы»; повышение информированности общества о ходе и итогах избирательных кампаний и референдумов; повышение эффективности системы управления, эксплуатации и сервисного обслуживания ГАС «Выборы»; повышение эффективности использования системы в межвыборный период.
Социальную направленность ГАС «Выборы» проиллюстрируем на примере отдельных подсистем.
Подсистема Регистра избирателей, участников референдумов реализует технологию сбора, обработки и хранения расширенной информации об избирателях России. Обладание такой важной информацией позволяет строить на соответствующей базе данных (~ 109 млн. избирателей) различные приложения по самому широкому кругу социально-политических срезов состояния нашего общества.
Подсистема Интернет-портал ЦИК России позволяет широко информировать общество (через средства массовой информации), заинтересованные структуры и организации о ходе и результатах избирательных кампаний. В рамках подсистемы Интернет-портал ЦИК России разработан комплекс электронных отчётных форм для публикации в сети Интернет на сайтах ЦИК России и избирательных комиссий субъектов Российской Федерации данных о проведении избирательных кампаний.
Информационно-справочная подсистема создана для пользовательского доступа к информационным ресурсам ГАС «Выборы» на основе Web-технологии. Одним из разделов сайта подсистемы является раздел сообщений в средствах массовой информации о выборах и референдумах.
Подсистема связи и передачи данных охватывает всю территорию России и объединяет цифровыми, спутниковыми и аналоговыми каналами связи в единое информационное пространство свыше 3-х тысяч объектов. Пропускная способность магистральной сети цифровых каналов связи дала возможность реализовать режим on-line по представлению средствам массовой информации данных о ходе голосования и предварительных итогов.
Подсистема отображения информации коллективного пользования обеспечивает наглядное отображение результатов избирательных кампаний и процесса их проведения в режиме реального времени, а также проведение различных видеоконференций, презентаций в повседневной деятельности ЦИК России и избирательных комиссий субъектов Российской Федерации.
В ходе управления проектом ГАС «Выборы» под руководством и при непосредственном участии автора были решены следующие задачи: осуществлено комплексное обследование объектов автоматизации и на этой основе разработаны концепция и принципы построения системы; с использованием описанных выше технологий и моделей проведено системное, техническое и рабочее проектирование и обоснованы технические решения построения функциональных и обеспечивающих подсистем; проведена оценка эффективности проекта; проведены государственные и межведомственные испытания, система сдана в эксплуатацию; разработан план развития на период до 2008 года.
Комплекс взаимоувязанных технологий и моделей управления проектами создания и развития крупномасштабных ИКС прошёл экспериментальную апробацию во ФГУП НИИ «Восход» при отработке проекта развития ГАС «Выборы». Результаты эксперимента показали, что комплекс адекватно отражает формирование дерева целей и задач проекта, анализ качества функциональной работоспособности, оптимизацию информационных потоков, поиск компромиссов при возникновении неантагонистических конфликтов, тем самым, позволив сократить сроки принятия проектных решений.
Показано, что реализация проекта ГАС «Выборы» позволила: а) обеспечить вероятность своевременной обработки результатов голосования (итогов выборов, референдумов) на уровне ЦИК России – 0,982, на уровне региональных избирательных комиссий – 0,988; б) практически исключить влияния субъективных человеческих факторов (непреднамеренные ошибки и др.) на результаты голосования; в) повысить доверие избирателя к системе голосования (за счёт оперативного представления избирателю информации по восприятию системой факта его волеизъявления и др.); г) примерно в 10 раз сократить численность привлекаемых к организации выборов исполнителей; д) более чем в 3 раза сократить сроки проведения выборных процедур, предусмотренных законодательством, в результате чего данные результатов выборов становятся известными всей стране практически в текущем режиме; е) создать условия для внедрения новых избирательных технологий (организации опросов и референдумов, on lain-мониторинга прохождения выборов и анализа избирательных процедур); ж) повысить качество исполнения всех процедур избирательного процесса (составления списков избирателей, обеспечения доступности справочной и юридической информации и т.п.).
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В диссертации поставлена и на основе концепции системного гомеостаза решена научная проблема разработки технологий и моделей интеллектуальной поддержки принятия решений при управлении проектами создания и развития крупномасштабных ИКС, осуществлена практическая реализация разработанных теоретических положений применительно к управлению проектом создания и развития ГАС «Выборы».
Основные результаты исследования, полученные лично автором, и отличающиеся научной новизной и практической значимостью, заключаются в следующем:
1. Проведен анализ особенностей проектирования современных крупномасштабных ИКС и на основе системно-гомеостатического подхода разработаны и реализованы цикличные итеративные технологии, позволяющие за счет четкой организации проектных циклов повысить обоснованность параметров проекта, сократить сроки отработки параметров и минимизировать затраты на проведение проектных работ.
2. На основе последовательной декомпозиции объекта проектирования с одновременной проверкой целей на измеримость, достижимость и существенность разработана технология формирования целевой иерархии.
3. На основе комплексного использования языковых средств ролевых фреймов, модификаций -конверсий и семантических сетей разработана технология организации процесса проектирования баз знаний ИКС, позволяющая заменить эвристические соображения строго формальными методами задания единиц знаний; снизить требования к языкам программирования; более полно использовать знания конечного пользователя о предметной области.
4. На основе использования методов теорий активных систем и неантагонистических игр разработана технология разрешения неантагонистических конфликтов, возникающих при управлении проектами создания и развития ИКС, и соответствующая модель.
5. Разработана модель формирования дерева целей и задач проекта, поддерживающая технологию формирования целевой иерархии.
6. Разработаны модель анализа качества проекта, включая морфологическую модель, модель анализа качества функциональной работоспособности, модель оптимизации организационной структуры.
7. В морфологической модели и в модели анализа качества функциональной работоспособности учтены новые факторы и введены дополнительные критерии, позволяющие осуществить комплексную оценку проекта с точки зрения: отсутствия функционального дублирования, полноты функций проектируемой системы, наличия информационной избыточности или недостаточности в её структуре, ресурсной обеспеченности управленческих решений и их согласованности, структурной связанности компонентов.
8. Модель оптимизации организационной структуры разработана с учетом особенностей организационного устройства объекта проектируемых ИКС. Эта задача впервые сведена к имитации процесса функционирования ИКС дискретной ситуационной сетью с последующим поиском её критического сечения, что позволило разработать достаточно простой алгоритм оценки проектируемой системы по минимуму времени её реакции.
9. Разработаны модели оптимизации информационных потоков в ИКС, оптимизации планов проведения организационно-технических мероприятий на объектах, поддерживающие технологию управления проектами крупномасштабных ИКС. Разработан метод, реализующий лингвистический вывод в исчислении предикатов первого порядка, позволивший, с одной стороны, уйти от практически труднореализуемого оптимизационного подхода, а с другой – существенно расширить возможности по учету логических ограничений.
10. Разработана и включена в состав стенда Главного конструктора ГАС «Выборы» диалоговая информационно-расчетная система в виде комплекса математических моделей, позволяющая осуществлять интеллектуальную поддержку принятия управленческих решений при проектировании крупномасштабных ИКС.
11. В процессе реализации теоретических положений применительно к развитию проекта ГАС «Выборы» получены обладающие патентной чистотой следующие проектные решения в части принципов построения и алгоритмов функционирования: автоматизированная система информационного взаимодействия объектов ГАС «Выборы» (патент РФ № 2287188); система выявления активности избирателей при проведении региональных и федеральных выборов (патент РФ № 2263955); автоматизированная система участковой избирательной комиссии (патент РФ № 49635); автоматизированная система учета результатов голосования на избирательном участке (патент РФ № 50692); информационно-справочная система по имущественным данным кандидатов и депутатов (патент РФ №58745); автоматизированная система контроля избирательных фондов (патент РФ № 55171); государственная автоматизированная система «Выборы» (патент РФ № 52213); система выявления активности избирателей при проведении электронного голосования (патент РФ № 56020); мобильный терминал электронного голосования (патент РФ № 56021); автоматизированная система сбора и обработки данных об итогах электронного голосования с использованием ЭЦП (патент РФ № 56023); система актуализации персональных данных кандидатов и депутатов в интегрированной базе данных избирательной системы (патент РФ №58744).
В целом результаты диссертационного исследования послужили теоретической базой для разработки, развития и внедрения в практику работы ЦИК России проекта ГАС «Выборы», успешно прошедшего государственные испытания. При этом были реализованы все мероприятия Программы развития ГАС «Выборы» в 2001-2004 годах и определена концепция её дальнейшего развития.
Основные результаты диссертационного исследования отражены в следующих работах:
Монографии:
- Дёмин Б.Е. Методологические основы и модели обоснования проектов крупномасштабных информационно-коммуникационных систем / Б.Е.Дёмин. – Воронеж: Изд-во «Научная книга», 2006. – 332 с.
- Дёмин Б.Е. Теоретические основы системного анализа / Б.Е.Дёмин, В.К.Голиков, В.И.Новосельцев, Б.В.Тарасов. – М.: Изд-во «Майор», 2006. – 592 с. (Лично автором выполнено 185 c.).
- Дёмин Б.Е. Моделирование систем / М.В.Аржаков, Н.В.Аржакова, В.К.Голиков, Б.Е.Дёмин, В.И. Новосельцев. – Воронеж: Изд-во «Научная книга», 2005. – 280 с. (Лично автором выполнено 88 c.).
- Дёмин Б.Е. Теория конфликта и ее приложения / М.В.Аржаков, Н.В.Аржакова, Б.Е.Дёмин, В.И.Новосельцев. – Воронеж: Изд-во «Кварта», 2005. – 252 с. (Лично автором выполнено 45 c.).
Статьи в изданиях, определенных ВАК РФ:
- Дёмин Б.Е. Модель оптимизации плана организационно-технических мероприятий на автоматизированных системах управления / Б.Е.Дёмин // Системы управления и информационные технологии.- 2006.- № 2(24)-С. 62-66.
- Дёмин Б.Е. Оптимизация организационно-управленческих структур по времени реакции / Б.Е.Дёмин, В.И.Новосельцев // Системы управления и информационные технологии.-2006.- № 1 (23)-С. 134-139. (Лично автором выполнено 3 c.).
- Дёмин Б.Е. Логико-лингвистический подход к представлению знаний в информационных системах / Б.Е.Дёмин // Системы управления и информационные технологии.-2006.- № 2(24)-С. 34-42.
- Дёмин Б.Е. Анализ функциональной работоспособности организационно-управленческих структур / М.В.Аржаков, Б.Е.Дёмин, В.И.Новосельцев // Системы управления и информационные технологии.- 2006.- № 1 (23)-С. 109-113. (Лично автором выполнено 3 c.).
- Дёмин Б.Е. Поиск и оценка компромиссов во взаимоотношениях «центр - предприятие» / Н.В.Аржакова, О.Н.Дегтярева, Б.Е.Дёмин // Системы управления и информационные технологии.-2006.- № 2(24)-С. 59-64. (Лично автором выполнено 2,5 c.).
- Дёмин Б.Е. ГАС «Выборы» – социальная система России. Опыт развития и сопровождения / Б.Е.Дёмин, В.В.Клочков // Информационные ресурсы России.-2006.- № 4(92)-С. 18-20. (Лично автором выполнено 2 c.).
- Дёмин Б.Е. Параметрическая координация в многоуровневой иерархической системе с активными компонентами / М.В.Аржаков, Б.Е.Дёмин, В.А.Сырцов // Системы управления и информационные технологии.-2006.- № 4(26)-С.8-12. (Лично автором выполнено 2 c.).
- Дёмин Б.Е. Модель квазирефлексивного управления с подражательным стохастическим механизмом / Б.Е.Дёмин, Ю.В.Полевой // Системы управления и информационные технологии.-2006.- № 5(93)-С. 34-39. (Лично автором выполнено 3,5 c.).
- Дёмин Б.Е. Анализ функциональной работоспособности организационно-управленческих систем / М.В.Аржаков, Б.Е.Дёмин, В.И.Новосельцев, А.К. Тарасов // Надежность.-2005-№ 3-С.18-24. (Лично автором выполнено 3 c.).
- Дёмин Б.Е. Экспертный метод интегральной оценки состояния системы / Н.В.Аржакова, Б.Е.Дёмин, С.А.Редкозубов // Системы управления и информационные технологии.-2007.- № 3 (98)-С.18-22. (Лично автором выполнено 2 c.).
- Дёмин Б.Е. Представление знаний в информационных системах с помощью тензоров Крона / Б.Е.Дёмин, В.А.Сырцов, С.А.Редкозубов // Системы управления и информационные технологии.-2007.- № 3(98)-С. 34-40. (Лично автором выполнено 2 c.).
Патенты на изобретения:
- Дёмин Б.Е. Автоматизированная система информационного взаимодействия объектов ГАС «Выборы» / В.И.Бурдаков, Б.Е.Дёмин, А.Н.Романов, А.В.Морозова, Л.А.Юхневич, В.В.Ященко // Патент РФ № 2287188 по заявке № 2005118868 от 20.06.05. (Лично автором выполнена 1/5 часть).
- Дёмин Б.Е. Система выявления активности избирателей при проведении региональных и федеральных выборов / В.Л.Арлазаров, Б.Е.Дёмин, А.Н.Романов, О.А.Славин // Патент РФ № 2263955 по заявке № 2003116295 от 03.06.03. (Лично автором выполнена 1/4 часть).
Патенты на полезные модели:
- Дёмин Б.Е. Автоматизированная система участковой избирательной комиссии / В.И.Бурдаков, Б.Е.Дёмин, А.Н.Романов, Л.А.Юхневич, В.В.Ященко // Патент РФ № 49635 по заявке № 2005123503 от 25.07.05. (Лично автором выполнена 1/5 часть).
- Дёмин Б.Е. Автоматизированная система учета результатов голосования на избирательном участке / В.И.Бурдаков, Б.Е.Дёмин, А.Н.Романов, Л.А.Юхневич, В.В.Ященко // Патент РФ № 50692 по заявке № 2005122611 от 18.07.05. (Лично автором выполнена 1/5 часть).
- Дёмин Б.Е. Информационно-справочная система по имущественным данным кандидатов и депутатов / В.И.Бурдаков, Б.Е.Дёмин, А.В.Морозова, А.В.Кабанов, А.Н.Романов, Л.А.Юхневич, В.В.Ященко // Патент РФ № 58745 по заявке № 2006122994 от 28.06.2006. (Лично автором выполнена 1/6 часть).
- Дёмин Б.Е. Автоматизированная система контроля избирательных фондов / В.И.Бурдаков, Б.Е.Дёмин, А.Н.Романов, Л.А.Юхневич, И.В.Никулин, Б.А.Бобровников // Патент РФ № 55171 по заявке № 2005130757 от 05.10.05. (Лично автором выполнена 1/6 часть).
- Дёмин Б.Е. Государственная автоматизированная система «Выборы» / В.И.Бурдаков, Б.Е.Дёмин, А.В.Морозова, А.Н.Романов, Л.А.Юхневич, В.В.Ященко // Патент РФ № 52213 по заявке № 20051211746 от 12.07.05.. (Лично автором выполнена 1/6 часть).
- Дёмин Б.Е. Система актуализации персональных данных кандидатов и депутатов в интегрированной базе данных избирательной системы / В.И.Бурдаков, Б.Е.Дёмин, А.В.Морозова, А.А.Габриелов, И.В.Иванов, А.Н.Романов, П.П.Нехорошева, А.В.Кабанов, Л.А.Юхневич // Патент РФ № 58744 по заявке № 2006121731 от 20.06.2006. (Лично автором выполнена 1/6 часть).
- Дёмин Б.Е. Система выявления активности избирателей при проведении электронного голосования // В.И.Бурдаков, Б.Е.Дёмин, А.Н.Романов, Л.А.Юхневич, В.В.Ященко // Патент РФ № 56020 по заявке № 2006105467 от 22.02.06. (Лично автором выполнена 1/5 часть).
- Дёмин Б.Е. Мобильный терминал электронного голосования / В.И.Бурдаков, Б.Е.Дёмин, Л.А.Юхневич, В.В.Ященко // Патент РФ № 56021 по заявке № 2006109192 от 23.03.06. (Лично автором выполнена 1/4 часть).
- Дёмин Б.Е. Автоматизированная система сбора и обработки данных об итогах электронного голосования с использованием электронной цифровой подписи / В.И.Бурдаков, Б.Е.Дёмин, А.Н.Романов, Л.А.Юхневич, В.В.Ященко // Патент РФ № 56023 по заявке № 2006113145 от 19.04.06. (Лично автором выполнена 1/5 часть).
Материалы конференций, публикации в прочих изданиях:
- Дёмин Б.Е. Системный взгляд на процесс принятия решений / О.Н. Дегтярева, Б.Е.Дёмин, В.И.Новосельцев // Тр. международной научной конференции «Математические методы в технике и технологиях (ММТТ-19)».Т.2. Секция 2. – Воронеж, ВГТА, 2006.-С. 52-55. (Лично автором выполнено 1,5 c.).
- Дёмин Б.Е. Основные положения методологии проектирования информационных систем на опыте ГАС «Выборы-М» / Б.Е.Дёмин // Тр. научно-технической конференции «Информационные технологии» (ИТ-2005). – Воронеж, ВГТУ, 2005.
- Дёмин Б.Е. Оценка эффективности общесистемных решений усовершенствованной ГАС «Выборы» и использование научно-технического потенциала для дальнейшего развития системы в 2005-2008 гг. / Б.Е.Дёмин, В.В.Клочков, // «Информатизация и связь».- 2004.-№4- С. 42-46. (Лично автором выполнено 2 c.).
- Дёмин Б.Е. Научно-технические аспекты создания Государственной автоматизированной системы Российской Федерации «Выборы» / Б.Е.Дёмин, В.В.Клочков // Сб. трудов V научно-практической конференции «Современные информационные технологии в управлении и образовании». – М.: ФГУП НИИ «Восход», МИРЭА, 2005.-С. 25-32. (Лично автором выполнено 4 c.).
- Дёмин Б.Е. Информационная технология поиска компромисса в конфликтных ситуациях / Б.Е.Дёмин, В.И.Новосельцев // Сб. трудов всероссийской научно-технической конференции «Информационные технологии в моделировании, управлении и анализе данных». – Тула: ТГУ, 2005.-С. 123-130. (Лично автором выполнено 4,5 c.).
- Дёмин Б.Е. Планирование информационных потоков в информационно-коммуникационных системах / Б.Е.Дёмин // Сб. трудов III международной конференции «Системы управления эволюцией организации (CSOE 2005)». – М.: ИПУ РАН, 2005.- С. 18-24.
- Дёмин Б.Е. Модель разрешения неантагонистических конфликтов при управлении проектами / М.В.Аржаков, Б.Е.Дёмин // Сб. трудов IV международной конференции «Системы управления эволюцией организации (CSOE 2007)». – М.: ИПУ РАН, 2007.-С. 24-32. (Лично автором выполнено 8 c.).
- Дёмин Б.Е. Формализация понятия потенциальной управляемости в многоуровневых иерархических системах / Б.Е.Дёмин, В.А.Сырцов // Материалы IV Всероссийской научно-технической конференции «Теория конфликта и ее приложения», часть I. – Воронеж: Научная книга, 2006.-С. 173-178. (Лично автором выполнено 3,5 c.).
- Дёмин Б.Е. Классификация решений / Б.Е.Дёмин, О.Н.Дегтярева, В.И.Новосельцев // Межвузовский сб. научных трудов «Моделирование систем и информационные технологии». – Вып. 3, часть 1: ВИВТ, РосНОУ. – Воронеж: Научная книга, 2006.-С 14-17. (Лично автором выполнено 1,5 c.).
- Дёмин Б.Е. Оценка возможности использования ресурсов ГАС «Выборы» для создания автоматизированной системы «Государственный регистр населения» / Е.В.Бойченко, Б.Е.Дёмин // Итоговый научно-технический отчёт о научно-исследовательской работе.– М.: БТД ФГУП НИИ «Восход», 2002. – 300 с. (Лично автором выполнено 150 с.).
- Дёмин Б.Е. «Государственная автоматизированная система Российской Федерации «Выборы-М» / О.А.Алёхна, Е.В.Бойченко, Л.И.Гуков, Б.Е.Дёмин, В.В.Клочков, В.И.Молчанов, В.В.Семенов и др.// Пояснительная записка к техническому проекту. Части 1-14. – М.: БТД ФГУП НИИ «Восход», 2002.- 1530 с. (Лично автором выполнено 250 с.).
- Дёмин Б.Е. Оптимизация информационных потоков в сложных территориально-распределенных системах / Б.Е.Дёмин // Сб. трудов IV международной конференции «Системы управления эволюцией организации (CSOE 2007)». – М.: ИПУ РАН, 2007.-С. 33-37.
- Дёмин Б.Е. Подсистема обеспечения информационной безопасности ГАС «Выборы» / Б.Е.Дёмин // Сб. трудов IV международной конференции «Системы управления эволюцией организации (CSOE 2007)». – М.: ИПУ РАН, 2007.- С. 37-41.
- Дёмин Б.Е. О социальной эффективности Государственной автоматизированной системы «Выборы» / Б.Е.Дёмин // Сб. трудов IV международной конференции «Системы управления эволюцией организации (CSOE 2007)». – М.: ИПУ РАН, 2007.- С. 136-141.
