4. Автоматизированные информационные системы

(АИС). Базы и банки данных

В настоящее время наибольшее распространение получили АИС, основанные на технологиях баз данных (БД), текстового поиска и Web (отсюда известное из Интернет www - World Wide Web - всемирная "паутина"). Выбор какой-либо из них для реализации конкретной системы в существенной степени определяет её организацию функциональные возможности. Автоматизированной информационной системой (АИС) называется комплекс, включающий в себя вычислительное и коммуникационное оборудование, программное обеспечение (ПО), лингвистические средства и информационные ресурсы, а также системный персонал, обеспечивающий поддержку динамической компьютерной информационной модели некоторой части реального мира для удовлетворения

информационных потребностей пользователей. Часть реального мира, которая моделируется АИС, называется её предметной областью. Под динамической моделью части реального мира понимается изменяемость модели во времени. Это "живая", действующая модель, в которой отображаются изменения, происходящие в предметной области. Такая система должна обладать памятью, позволяющей ей сохранять не только сведения о текущем состоянии предметной области, но и в некоторых случаях предысторию. Поскольку модель предметной области, поддерживаемая АИС, материализуется в форме организованных необходимым образом информационных ресурсов, она называется информационной моделью. Один из наиболее авторитетных международных научных журналов в рассматриваемой области - "Information Systems" - определяет АИС как "аппаратно-программные системы,

которые поддерживают приложения с интенсивной обработкой данных (Data-Intensive Applications)".Под приложением АИС здесь понимается надстройка над информационной системой, обеспечивающая решение некоторого комплекса задач в интересах какой-либо деятельности.

Большинство определений АИС трактуют это понятие с функциональной точки зрения, а именно как "систему, предназначенную для сбора, передачи, обработки, хранения и выдачи информации потребителям и состоящую из следующих основных компонентов: программное обеспечение (ПО), информационное обеспечение, технические средства, обслуживающий персонал".

В приведённом определении делается акцент на главном назначении АИС, не на их функциях и ресурсах, которые они используют. Поддержка динамической компьютерной информационной предметной области - это то общее, что свойственно любой АИС независимо от характера информационных ресурсов, которыми она оперирует, и,

следовательно, от информационных технологий, на которых она основана. Именно такой подход является наиболее продуктивным при рассмотрении с единых позиций базовых направлений технологий современных АИС:

технологий баз данных (БД);

систем текстового поиска;

технологий Web.

В системах, основанных на технологиях баз данных, поддерживаются структурированные данные, организованные в виде таблиц или каких-либо иных структур данных. К информационным ресурсам систем баз данных относятся также и схемы баз данных. В таких системах они относятся к категории метаданных.

В текстовых системах информационные ресурсы включают в себя коллекции документов, представленных на естественных языках. Это информационные ресурсы для конечных пользователей. Кроме того, поддерживаются метаданные – тезаурусы, спецификации онтологий (сущностей) и т.п., которые являются информационными

ресурсами, используемыми самой системой. Пользовательские информационные ресурсы Web – это страницы Web-сайтов, ресурсы «скрытого» Web – базы данных (БД), а также различные доступные пользователям Web-

документы, представленные в форматах, отличных от HTML1. В Web нового поколения к информационным ресурсам, кроме того, относятся не только представленные на Web- сайтах XML2-документы, но и различные метаданные. Они описывают схемы XML- документов, их семантику, онтологии. Общая структура функционирования АИС при использовании технологии баз данных (БД) представлена на рис. 1. Наряду с компьютерной информационной моделью предметной области, отображаемой в базе данных (БД) - два верхних блока на рис. 1, для функционирования АИС необходимо реализовать на компьютере следующие основные

блоки (рис. 1):

блок расшифровки запросов пользователя;

блок поиска данных в БД;

блок пополнения и управления БД администратором БД.

Последние три блока принято относить к системе управления базой данных (СУБД),которая представляет собой специальный комплекс программных и языковых средств дляработы с данными, хранящимися в БД, реализованных в запоминающих устройствах (памяти) компьютеров.

Рис. 1. Общая структура функционирования АИС при использовании технологии баз данных (БД).Обращаясь к СУБД, пользователь может получить нужную ему информацию в удобной для него форме, откорректировать хранящиеся в базе данные, ввести новую информацию. Последние две функции могут быть выполнены под управлением администрации БД, которая несёт ответственность за корректность работы базы данных (БД) и СУБД. Администрация БД регистрирует подключение к АИС новых пользователей, устанавливает нормы и правила доступа к данным, создаёт копии хранимых данных, регулярно проверяет корректность хранимой информации и восстанавливает её в случае искажения. Она также собирает статистику работы АИС, анализирует использование и

обеспечивает развитие АИС. 1 HTML – Hyper Text Markup Language – язык гипертекстовой разметки. 2 XML – eXtensible Markup Language – расширяемый язык гипертекстовой разметки.

К основным функциям СУБД относятся ввод данных в БД, их обновление и поиск нужной информации. Современные СУБД выполняют также множество дополнительных функций, например, проверяют состояние БД, выдают справочную информацию, разграничивают доступ к данным. В результате для каждого пользователя может быть определён круг информации, которую он может просматривать и корректировать. Доступ к информации может осуществляться по паролю, установленному для каждого пользователя. Это исключает возможность пользователям БД мешать друг другу, гарантирует, что информация не будет испорчена. К наиболее известным СУБД относятся

MS Access, MS SQL Server и Oracle. БД и СУБД, функционирующие совместно и являющиеся многопользовательскими АИС, которые обеспечивают хранение данных, их обновление и выдачу по запросам

пользователей, называются банками данных. В зависимости от характера связей между данными в БД различают следующие типы БД:

иерархические;

сетевые;

реляционные.

В иерархических БД иерархия данных задаётся различными уровнями, для описания которых используются наборы указателей и признаков связей между данными,хранимыми в базе. Сетевой называется БД, в которой данные связаны друг с другом системой логическихотношений, образующих произвольную сеть. Реляционная БД – это база данных, в которой данные сгруппированы в двумерные таблицы. С использованием специальных приёмов одни и те же наборы данных могут представляться как в иерархических, так и в сетевых и реляционных базах данных (БД).

Как указывалось ранее, под банком данных или системой базы данных (более современная терминология) понимается СУБД с управляемой ей БД, возможно, уже наполненной. Важную роль в современных АИС играют приложения системы баз данных.Приложения системы базы данных – это надстройка над системой базы данных (банком данных), представляющая собой комплекс средств прикладного программного обеспечения, который служит для решения каких-либо задач на основе этой системы. В результате с помощью интерфейсов прикладного программирования (Application Programming Interface, API) в приложениях систем баз данных СУБД получает доступ к базе данных (БД) и использует содержащиеся в ней данные для решения необходимых

пользователям задач. Таким образом, в современных АИС с приложениями систем баз данных ставится дополнительная задача эффективной обработки этих данных с использованием пакетов моделирующих программ (ПМП). Поэтому информацию в этих АИС следует разделять на данные, хранящиеся в базе данных, и знания об эффективности методов обработки данных из БД, которые должны храниться в базах знаний (БЗ), включённых в системы баз данных. Речь идёт о накоплении знаний об эффективности методов обработки данных, пригодности алгоритмов расчётов при этом, критериев выбора коэффициентов математических моделей и др. В результате расширение возможностей АИС с помощью приложений систем баз данных приводит к их «интеллектуализации» и необходимости использования систем искусственного интеллекта (ИИ) и методологии экспертных систем (ЭС) в современных информационных системах. Характерной особенностьюформируемых при этом баз знаний (БЗ) является возможность применения для хранящихся в них знаний процедур обобщения и корректировки знаний, а также процедур формирования новых знаний на основании тех, которые уже имеются в БЗ, то есть по существу осуществляется компьютерное моделирование рассуждений специалистов, что является отличительной особенностью экспертных систем (ЭС). Так, например, в разработанной АИС с приложениями базы данных по физико- химическим свойствам индивидуальных веществ и их смесей информация разделена на два класса [13].

К первому классу относятся данные о перечне веществ и смесей, список их свойств, соответствующие фактографические данные по физико-химическим свойствам со ссылками на источники их получения. Вся эта информация содержится в БД разработанной АИС. Ко второму классу относится информация, знание которой отличает специалиста по расчёту физико-химических свойств. Это сведения о методах расчёта свойств, включающие оценки их применимости в целом и для решения конкретных задач; сведения об эффективности алгоритмов расчётов и критериев определения коэффициентов, аппроксимирующих зависимостей; сведения о физических величинах,

участвующих в вычислениях, их размерностях. Информация второго класса содержится в базе знаний (БЗ) АИС.

Разделение информации, необходимой для расчёта физико-химических свойств, на «данные» и «знания» в определённой степени условно, так как «данные» по мере усложнения их структуры могут переходить в «знания», а «знания», обрабатываемые компьютером, могут рассматриваться как «данные». Целесообразность такого разделения

обусловлена существенным различием обработки информации этих классов: для «данных» - с использованием вычислительных алгоритмов, а для «знаний» - с применением эвристически-эволюционных процедур. Предлагаемое разделение показывает также перспективы развития современных АИС, в частности, АИС по физико-

химическим свойствам, связанную с повышением уровня их «интеллектуальности».

Автоматизированные системы управления (АСУ)

Основное преимущество автоматизированных систем управления (АСУ) перед традиционными (ручными) методами управления состоит в том, что для принятия необходимых решений управленческому персоналу предоставляется более полная, своевременная и достоверная информация. АСУ — это автоматизированный сбор и

обработка информации, хранение ее в памяти компьютера, использование нормативно- справочной, промежуточной и выходной информации для автоматизированного управления. Качество управления непосредственно связано с применением математических методов управления. К математическим методам в первую очередь относятся оптимизационные методы, статистическая обработка информации, математическое моделирование и др. АСУ на базе локальных вычислительных сетей (ЛВС) позволяют вести управление в реальном масштабе времени без бумаг, создавать комплексные автоматизированные системы. К автоматизированным системам управления относятся:

• САР - системы автоматического регулирования;

• АСУТП – автоматизированные системы управления технологическимпроизводством;

• АСУП - автоматизированные системы управления предприятием;

• АСУК - автоматизированные системы управления компанией.

В управлении современной компанией широко используются на практике информационные технологии. Существуют две стороны управления предприятием, оказывающие взаимное влияние друг на друга: принципы управления организацией и информационные технологии (рис. 6). Управление предприятием и информационные

технологии тесно связаны с информационной системой (ИС). Рис. 6. Взаимосвязь управления и информационных технологий. Под информационной системой (ИС) понимается вся совокупность информации, циркулирующая в организации, порождаемая в процессе её деятельности и оказывающая влияние на результаты деятельности организации. При этом не важно, в каком виде присутствует информация: в электронном, в форме бумажных документов или в виде знаний и опыта сотрудников. Система предполагает учёт всех типов информации, присутствующей в компании в явном или неявном виде. Эти данные можно отслеживать и принимать решения на их основе. В противном случае решения принимаются без активного воздействия такой информации, с учётом сложившейся практики и сформировавшихся традиций. Информация существует независимо от того, доходит она

до управленческого персонала или не доходит, воспринимается им или не воспринимается. Информационная система включает в себя не только сведения внутреннего характера, но и всю внешнюю информацию, оказывающую влияние на деятельность фирмы. Сюда относятся регулирующее воздействие со стороны государственных органов, данные по товарным и финансовым рынкам. В информационной системе присутствуют данные особственников, поставщиков, и потребителей. Информационная система не безгранична, она конечна. К информационной системе предприятия относится информация, оказывающая воздействие на деятельность организации (рис. 7).

Рис. 7. Структура информационной системы. Часть информационной системы находится под контролем управленческого персонала и используется им для принятия решений. Такая информация называется контролируемой. Некая часть информационной системы остаётся вне поля зрения и подвергается контролю независимо от того, знает о ней кто-либо и обращают ли на неё внимание при принятии решений. Это область невостребованной информации. Собственно, одну из задач управленческого персонала можно сформулировать как

увеличение доли контролируемой информации. Один из способов получения необходимых данных предполагает покупку и установку автоматизированной (компьютерной) информационной системы. Однако для начала нужно выяснить, какой метод расчёта будет устраивать руководство, а потом продумать его реализацию. Таким образом, в первую очередь предстоит очертить круг задач, требующих решения, - другими словами, определить ту часть информации, которой недостаёт для более эффективной деятельности, а затем искать пути её накопления.

В какой-то мере информационный вакуум позволяют устранить автоматизированные (компьютерные) системы (АИС) (раздел 1). Они способны предоставить широкий спектр данных, как о внутренней деятельности предприятия, так и внешнего характера: запросы потребителей, состояние рынков, регулирующие положения и т.д.

Иногда у управленцев складывается впечатление, что программные продукты способны самостоятельно, без их активного участия, решить все проблемы компании. Как правило, такие проекты обречены на неудачу. Деятельность предприятия состоит не только из технологических процессов, которые в ряде организаций могут быть одинаковыми. Этим процессам сопутствуют множество факторов и условий, придающих своеобразие самому управлению предприятием, а не его технологической деятельности. И поэтому для каждой компании необходима своя система методов управления, которая позволяла бы решать сопутствующие проблемы.

Управленческая информация – это не только данные производственного характера, но и информация «вокруг предприятия», поступающая из экономической среды, в условиях которой действует фирма. Характерным для перечисленных систем (пожалуй, кроме САР), является то обстоятельство, что для принятия управленческих решений они располагают своевременной, полной и достоверной информацией, накапливаемой при её автоматизированном сборе, обработке и хранении в памяти компьютеров и используемой с учётом нормативно-справочной и технико-экономической информации. При этом качество управления на всех уровнях иерархии тесно связано с применяемыми методами:

• статистической обработки информации;

• компьютерного и математического моделирования;

• оптимизации процессов, по-возможности в режиме реального времени.

Как показано на рис. 8, связь между объектом и АСУ осуществляется посредством интерфейса – устройства сопряжения, представляющего собой программно-аппаратный комплекс, с использованием которого решаются управленческие задачи с минимальным участием специалистов. Следует подчеркнуть повышенные требования к корректности и надёжности программно-аппаратного комплекса АСУ (рис. 8). Рис. 8. Система автоматизированного управления химико-технологическими системами.

В общем случае принято выделять пять основных взаимосвязанных иерархических уровней автоматизированных систем управления (АСУ) в химической промышленности:

САР – системы автоматизированного регулирования отдельных типовых процессов химической технологии;

АСУТП – автоматизированные системы управления технологическими процессами, протекающими в комплексе (совокупности) аппаратов химической технологии;

АСОУ – автоматизированные системы оперативного управления информационными потоками из производственных участков в офисы компании и обратно в режиме реального времени;

АСУП – автоматизированные системы управления предприятиями;

АСУК - автоматизированные системы управления компаниями – совокупностью предприятий.

На базе перечисленных пяти иерархических систем автоматизированного управления

создаются современные автоматизированные системы оперативно-диспетчерского

управления (АСОДУ) и комплексные информационно-управляющие системы предприятия

(КИУС-П).__