Голицына О.Л., Максимов Н.В. Информационные системы

Подождите немного. Документ загружается.

Функциональные подсистемы ИС реализуют и поддерживают

модели, методы и алгоритмы получения управляющей информации. Со-

став функциональных подсистем зависит от предметной области ис-

пользования ИС. Их назначение достаточно очевидно. Отметим только,

что подсистема научно-технической подготовки отвечает за выполнение

научно-исследовательских (в том числе маркетинговых) работ, конст-

рукторскую и технологическую подготовку производства.

Состав обеспечивающих систем достаточно стабилен и по боль-

шей части мало зависит от предметной области использования ИС. От-

метим следующие компоненты:

− Программное обеспечение – совокупность программ регулярного

применения, необходимых для решения функциональных задач, и про-

грамм, позволяющих наиболее эффективно использовать вычислитель-

ную технику, обеспечивая пользователям наибольшие удобства в работе.

− Математическое обеспечение – совокупность методов, моделей

и алгоритмов обработки информации, используемых в системе.

− Лингвистическое обеспечение – совокупность языковых средств.

Обычно включает комплекс языков, отражающий многоуровневость

представления информации в АИС, и в том числе язык запросов и отче-

Информационная система

Функциональные

подсистемы

Обеспечивающие

подсистемы

Организационные

подсистемы

Научно-техническая

Информационная

поддержка

Бизнес-планирование

Оперативное

управление

Финансовый

менеджмент

Бухгалтерский учет

Прочие

Информационное

обеспечение

Техническое

обеспечение

Программное

обеспечение

Математическое

обеспечение

Лингвистическое

обеспечение

Прочие

Кадровое

обеспечение

Эргономическое

обеспечение

Правовое

обеспечение

Организационное

обеспечение

Рис. 2.1. Организационно-функциональный состав ИС

тов, обеспечивающий удобство работы конечному пользователю, специ-

альные языки определения и управления данными, обеспечивающие

адекватность внутреннего представления и согласование внутреннего и

внешнего представлений. В наибольшей степени определяется особен-

ностями предметной области.

Организационные подсистемы также относятся к обеспечиваю-

щим подсистемам, но направлены в первую очередь на обеспечение эф-

фективной работы персонала и поэтому могут быть выделены отдельно.

Отметим, что разработка ИС должна начинаться именно с созда-

ния организационного обеспечения: экономического обоснования целе-

сообразности системы, состава экономических показателей, опреде-

ляющих ее деятельность, состава функциональных подсистем, организа-

ционной структуры управления, технологических схем преобразования

информации, порядка проведения работ и т.д.

2.2. Информационные компоненты в системах управления

Управление – это процесс обработки информации, направленный

на достижение определенной цели. С другой стороны, управление – это

функция системы, обеспечивающая либо сохранение ее основных

свойств, либо ее развитие в заданном направлении. Управление осуще-

ствляется для достижения определенной цели, вполне конкретной для

каждого отдельного объекта управления и связанной с состояниями объ-

екта и среды, в которой он находится. Обобщенная схема информацион-

ных потоков и место ИС в процессе управления представлены на рис.

2.2.

Для исследования характера взаимодействия управляемого про-

цесса и информационной системы через определение структуры и ха-

рактера информационных потоков между ними будем рассматривать эти

элементы с позиции системного подхода, принимая, что «…система

представляет собой отражение материального образования с точки зре-

ния единства его поведения и строения, обусловленность поведения это-

го целого определяется спецификой внутреннего строения, спецификой

его элементов и особенностями взаимодействия между ними. Т.е., сис-

тема это такое строение, которое осуществляет преобразование причин-

ных воздействий из окружающей среды и изнутри системы в соответст-

вующие изменения объекта как целого» [Смирнов1978]. Здесь понятие

«поведение» отражает связь изменений в окружающей среде и/или са-

мой системе с внешними или внутренними причинными воздействиями,

вызвавшими эти изменения, а «строение» системы, как противополож-

ное свойство, определяется единством множества элементов и структу-

ры, осуществляющей их интеграцию в целостное образование.

2.2.1. Информационная модель управления в системах материаль-

ных преобразований

На основании результатов анализа генезиса механизма управле-

ния, представленных в [Дружинин1976, Криницкий1982, Поспелов1975],

обобщенная информационная модель механизма управления, как сред-

ства, реализующего «поведение» системы в сфере материальных преоб-

разований, может быть представлена в виде, приведенном на рис. 2.3.

Рис. 2.2. Место ИС в процессе управления

Информационная система

(управляющая система – субъект управления)

Объект управления

(управляемый процесс)

Внешняя управляющая информация (вышестоящих ИС),

в том числе целевая функция управления

Управляющая

информация

Информация о со-

стоянии объекта

Информация

о результатах

деятельности

(обратная связь)

Информация

о предмете

обработки

Предмет обработки

Рез-т обработки

Рис. 2.3. Информация в системах управления

Целевой

фильтр

Стимулы

Сенсор

′

Преобразователь

Отклики

Эффектор

Решатель

Организатор

Память

Материально-энергетическая среда

Информационная среда

Здесь система - это часть реального мира (среды), реализующая

целенаправленное взаимодействие с объектами ближней среды, и не

совпадающая с ней. Результатом взаимодействия является изменение

ближней среды.

К ближней среде относится та часть среды, которая существенно

воздействует на систему и/или подвергается существенному воздейст-

вию со стороны системы. Средой могут быть и другие системы, в том

числе и более высокого уровня. С этой точки зрения вход трактуется как

причина, а выход - как следствие взаимодействия.

Состоянием системы будем называть множество существенных

свойств, которыми обладает система, а структурой – ту их часть, кото-

рая остается в системе неизменной при изменении ее состояния.

В системе выделяются входной, преобразующий и выходной ком-

поненты. Для систем, реализующих целенаправленное поведение, пре-

образующий компонент включает (или зависит от) компонента управле-

ния, который обеспечивает посредством управляющих сигналов измене-

ние свойств преобразователя, т.е. характер преобразования объектов

среды.

Входной компонент - это обобщенное средство восприятия среды,

будь то активное ее воздействие на систему или, например, активное из-

мерение системой параметров, характеризующих состояние среды.

Аналогично, выходной компонент - это обобщенное средство воз-

действия на среду или изменения соотношения с ней (в том числе, на-

пример, изменение самой системы по отношению к среде).

Преобразователь осуществляет изменение объекта, поступающего

через входной компонент. Таким объектом может быть элемент среды,

либо изменяемый компонент самой системы. Можно сказать, что пер-

вый случай соответствует системам, целью которых является преобразо-

вание среды или сохранение себя в условиях изменяющейся среды, а

второй – саморазвивающимся системам, конечной целью которых явля-

ется построение новой системы или новых взаимосвязей со средой.

Решатель осуществляет по фиксированным правилам (например,

на уровне соответствий) выбор преобразования (например, через уста-

новку значений соответствующих параметров). Т.е., решатель осуществ-

ляет регулирование преобразования на уровне оперативного управления,

которое реализуется в виде отдельной реакции на отдельное текущее

воздействие. В том случае, когда решатель реализует принцип «обрат-

ной связи», т.е. вырабатывает сигналы управления на основе измерения

параметров изменяемых объектов (как результата взаимодействия с сис-

темой), система может реализовать задачу «самосохранения».

Системы, имеющие первый контур управления, могут быть отне-

сены к саморегулирующимся и представляют собой класс детерминиро-

ванных систем с управлением, не предвосхищающим будущие состоя-

ния, т.е. реагирующими только на случившиеся входные воздействия, а

не на их будущие значения. Для рассматриваемых реальных систем ма-

териальность преобразования предопределяет единственность процесса

с предопределенным разнообразием состояний. А в том случае, если для

процесса выполняется некоторый принцип «самосохранения», управле-

ние может рассматриваться как задача оптимального управления (на-

пример, как максимизация эффекта при минимуме затрат).

Такого рода замкнутость и предопределенность условий предпола-

гает наличие субъекта управления, имеющего целевые установки и вы-

бирающего или определяющего пределы функционирования не только

«решателя-преобразователя», но и всей системы в целом. Компонент,

обеспечивающий выполнение таких функций, представлен в схеме орга-

низатором, собственно и осуществляющим выбор цели, а также опреде-

ление методов и принципов ее достижения. Для этого (второго) контура

управления характерны сигналы, представленные преимущественно в

информационной форме. Кроме того, поскольку задачи прогнозирования

поведения, обеспечивающего достижение цели, базируются на знании

причинно-следственных связей, организатор должен обладать свойством

памяти для хранения и выборочного использования данных о состояни-

ях среды и «опыта» системы.

Рассматриваемая обобщенная модель объекта деятельности как

управляемой системы, взаимодействующей со средой на уровне обмена

веществом и энергией, уже включает в явной форме информационные

компоненты, что собственно и обеспечивает саму возможность управле-

ния. Причем для систем человеко-машинных и социальных выделяют

[Урсул1973] две формы информации

: материальную и идеальную. Под

материальной информацией здесь понимается отражение разнообразия

вне сознания человека и независимо от него. Отражение же в сознании

человека есть идеальная информация, которая в свою очередь может ма-

териализоваться в виде разнообразия управляющих воздействий или

знания, фиксирующего это разнообразие в документальной форме. То

есть, информация изначально не создается системой, а только отобража-

ется. Однако при наличии второго контура возникает необходимость (и

целесообразность) создания новой информации, отражающей сам про-

цесс управления, например, в виде результатов, принципов и методов.

Особенностью такой информации является языковая форма ее пред-

ставления, что и обеспечивает возможности коммуникации в науке и

обществе.

Выбор целей, принципов и методов решения представляет собой

реализацию стратегии управления как способа распределения ресурсов в

течение всего периода взаимодействия со средой и по существу является

«…процессом отбора из всех возможностей системы одной или не-

скольких близких возможностей, которые и реализуются в действитель-

ности или, по крайней мере, осознаются как оптимальные» [Разумов-

ский1983]. Здесь «оптимальность» представляется как своеобразный

Здесь информация - это отраженное (системой) разнообразие (среды), влияющее на поведение или

изменение состояния системы.

принцип сохранения, указывающий, что никакой результат не может

быть получен «из ничего». Кроме того, свойственное человеко-

машинным системам научное мышление «..не ограничивается фиксаци-

ей эмпирических фактов, а также частных и специфических законов.

Оно с необходимостью, в ходе развития теорий, выходит на уровень

обобщающих специфических и неспецифических научных принципов,

отражающих в своем содержании объективно общее и всеобщее...

Принципы науки суть фиксация опыта, и доказуемы они только опытом.

Поэтому сфера их действия, а также сфера действия построенных на их

основе теорий имеет те же границы, что и научная эмпирия. Применение

тех или иных принципов вне сферы этого опыта, в частности обобщение

специфических научных принципов до уровня неспецифических, проис-

ходит на основе предположения и последующего обнаружения общно-

сти и единства формы новых классов явлений с углублением в сущность

на базе новой эмпирии. Такая экстраполяция носит гипотетический ха-

рактер, но опирается на принцип материального единства мира, единст-

ва пространственно-временных отношений. Конкретные способы такого

обобщения многообразны» [Разумовский1983]. Таким образом, функция

оснований любой теории – это, прежде всего, организация наличного

знания с целью удобного получения следствий. Но, даже имея некото-

рый минимум твердо установленных принципов, трудно априори утвер-

ждать, что к нему нельзя еще добавить какой-нибудь новый принцип.

Схема, представленная на рис. 2.3, отражает наблюдаемое в при-

роде и человеческой деятельности стремление так распределять задачи,

чтобы была обеспечена физическая реализуемость решения и миними-

зирована полная работа. Это выражается в принципе выделения блоков,

ориентируемых на реализацию одной функции, с однородными опера-

ционными (входными) объектами или, по крайней мере, имеющими од-

ну форму существования

. Для блоков компонента управления этот

принцип реализуется в стремлении минимизировать количество управ-

ляющих сигналов и количество отслеживаемых параметров и показате-

лей (т.е., хорошо структурированная система – это «один вход – один вы-

ход – один управляющий параметр»). Это позволяет минимизировать

потери точности (адекватности), которые привносят многокритериаль-

ные методы.

В случае систем обработки однородных объектов большой размерности аналогичные рассуждения

применимы скорее не к самой системе, а к процессу ее создания через приведение операционных

объектов строительства к размерности, соответствующей операционным возможностям субъекта.

2.2.2. Информация в системах обработки и генерации знания

Рассмотрим обобщенную информационную схему деятельности в

научной сфере (рис. 2.4), где обрабатываемые (преобразуемые) объекты

(в частности и сама среда) имеют преимущественно абстрактную приро-

ду (идеальное, а не материальное происхождение). Имея ту же инфор-

мационно-функциональную структуру, такие системы принципиально

отличаются по характеру взаимоотношения с окружающей средой.

Рассмотренные выше системы имеют преимущественно цель са-

мосохранения, вырабатывая отклик в ответ на изменение ближней сре-

ды. Цель вторых – преобразование среды или самой системы (самосо-

вершенствование) для изменения (к лучшему) условий взаимодействия

со средой. В этом смысле термин «научный поиск» наилучшим образом

отражает активный характер системы (по отношению к среде). Для сис-

тем такого типа стимул – это неопределенность как свойство, характери-

зующее, но еще не выражающее проблемную ситуацию [Дорож-

кин1995]. Состояние неопределенности (взаимодействие внутреннего

знания и внешнего по отношению к системе стимула) – симптом воз-

можного противоречия, которое, если будет выявлено в процессе разви-

тия (исследования), формализуется в виде проблемы – состоявшегося,

признанного противоречия, которое, тем не менее, еще не имеет реше-

ния и/или может иметь неоднозначные решения. Причем, решение мо-

жет быть найдено рациональным способом (сведением к решаемым за-

дачам – через уменьшение размерности), так и иррациональным, т.е. вы-

ходом за пределы существующего знания. В первом случае проблемной

ситуации может быть сопоставлен ряд средств, обеспечивающих реше-

ние, причем для задач исходными данными являются как сама обраба-

тываемая (входная) информация, так и методы ее обработки. Именно

здесь появляется возможность множественности решения проблемы. В

зависимости от цели решение, например, может находиться путем эли-

минирования факторов и сведения к типовым случаям. То есть, в кон-

тексте понятия «цель», «задача имеет актуально достижимую цель, а

проблема – потенциально достижимую» [Дорожкин1995].

Таким образом, решение проблемы (в том числе и постановка) –

это отыскание форм и условий взаимодействия нового элемента знания

(стимула, породившего неопределенность) с существующим знанием.

Для процесса постановки–решения задачи (как ситуации опреде-

ленного выбора) характерно наличие следующих четырех компонентов:

- субъект, осуществляющий выбор;

- среда решения – принятые в качестве рабочих понятия, гипотезы,

законы, парадигмы и т.п.;

- доступные средства решения и практических действий;

- возможные результаты.

Проблема выбора (как частного случая нахождения) решения за-

дачи тесно связана с методологической проблемой выбора критерия

оценки альтернатив, где существуют различные точки зрения и основа-

ния, такие, как простота, обоснование правдоподобности, синтаксиче-

ские, семантические и другие критерии.

Существенной особенностью ситуации выбора является то, что

«выбираемые основания - это еще и средство организации наличного

знания субъекта с целью удобного получения следствий» [Разумов-

ский1983], при этом, сам процесс включает следующие взаимосвязанные

и взаимообуславливающие этапы:

− определение потенциально или актуально достижимой цели

(путем систематизации фактов и гипотез);

− определение основных законов и принципов (как решения, так

и применения решения);

− постановку задачи – определение известных и неизвестных па-

раметров, определение методов решения и критериев оценки решения.

Причем взаимосвязь принципов, целей и задач при их выборе обу-

славливается требованием «конструктивности» (разрешимости задач и

достижимости цели), что допускает их вариантность и комбинативность.

Компоненты взаимодействия со средой обеспечивают как выделе-

ние (в том числе активными методами) тех объектов предметной облас-

ти, которые в совокупности своей или взаимосвязи порождают неопре-

деленность – стимул (проблемную ситуацию), так и обратную связь

(управление) – оценку полученного решения как результата включения

(вписывания) вновь полученного элемента среды в существующую

структуру.

Так же, как и в рассмотренном выше случае модели управления

(рис. 2.3), здесь в компоненте преобразования присутствуют три уровня:

1) генерация актуального результата как реализация предопреде-

ленного метода преобразования текущего входа (фиксированного набо-

ра значимых параметров в пространстве возможных состояний);

2) управление реализацией преобразования (и обеспечение его

эффективности) в соответствии с предопределенными принципами и

критериями – оперативное управление процессом достижения цели;

3) выбор целей (порождение гипотез), а также формирование ос-

нований (теорий, принципов, законов) и критериев оценки применимо-

сти и эффективности преобразования – целеполагание и стратегическое

управление.

Рис. 2.4. Информация в системе воспроизводства знания

Информационная среда (модели предметной области)

′

ДМ

Восприятие

проблемы

(стимул)

Обнаружение

состояния

неопределен-

ности

Определение

характера не-

определен-

ности

Решения в рамках кон-

структивной модели

«пробл. ситуации»

Внедрение

решения

проблемной

ситуации

Систематизация данных

(известное-неизвестное)

и определение методов

решения

Формирование осно-

ваний (принципов, тео-

рий, законов).

Определение критериев

(применимости и эффек-

тивности решения)

Постановка задачи

Фо

мализация п

облемы

Типовые мо-

дели, методы

Данные Данные