- •1 Методологические основы моделирования сложных систем
- •1.1 Системность
- •Понятия общей теории систем
- •Определение понятия системы
- •Основные свойства, обязательные для любой системы.
- •Взаимодействие и взаимозависимость системы и внешней среды.
- •Определение понятий элементов, связей, функций, внешней среды системы. Элемент
- •Внешняя среда
- •Функции системы
- •Сложность систем
- •Системный подход
- •Классификация систем
- •Развитие искусственной системы и ее жизненный цикл
- •1.2 Моделирование
- •Общая методология моделирования
- •Основные принципы моделирования:
- •Процесс моделирования
- •Анализ и синтез в моделировании
- •Примеры сложных систем Космическая система наблюдения Земли как сложная техническая система Задачи космической системы наблюдения Земли
- •Состав и структура космической системы наблюдения Земли
- •2 Построение математических моделей
- •2.1 Математическая модель, математическое моделирование – основные понятия, термины и определения
- •Цели математического моделирования
- •2.2 Общие методы построения математической модели
- •Микроподход и макроподход в исследованиях системы.
- •Формальная запись модели системы
- •Понятие вариационных принципов
- •Модульное построение моделей
- •2.3 Требования к построению модели
- •Адекватность и достоверность модели
- •Равнозначимость внешнего и внутреннего правдоподобия
- •Анализ чувствительности модели
- •Пример анализа на чувствительность экономической задачи
- •3 Математические модели состояния и структуры системы
- •3.1 Модель состояния системы Состояние системы и ее функционирование
- •Формализация процесса функционирования системы
- •3.2 Модель структуры системы Основные понятия структуры системы
- •Модель состава и структуры системы
- •Методология моделирования структуры системы
- •Виды структур
- •Формирование структуры модели с позиций структурного моделирования.
- •Построение структурных моделей
- •3.3 Модель процесса функционирования
- •Установление функциональных зависимостей
- •Неопределенность функционирования системы
- •Пути уменьшения неопределенностей
- •Основные требования к модели процесса функционирования
- •Анализ функционирования, анализ структуры технической системы
- •Функционально – физический анализ технических объектов.
- •Пример разработки моделей деятельности организации
- •Пример функционально – физического анализа технических объектов
- •Конструкция бытовой электроплитки
- •Функционально стоимостной анализ.
- •4 Этапы построения моделей
- •4.1 Постановка задачи моделирования
- •Разработка содержательной модели
- •Разработка концептуальной модели
- •Описание внешних воздействий
- •Декомпозиция системы
- •Подготовка исходных данных для математической модели
- •Содержание концептуальной модели
- •4.2 Разработка математической модели
- •Разработка функциональных соотношений
- •Выбор метода решения задачи
- •Проверка и корректировка модели
- •Анализ чувствительности модели
- •Проверка адекватности модели
- •Контроль модели
- •Корректировка модели
- •Уточнение модели проектируемого объекта
- •Реализация математической модели в виде программ для эвм
- •4.3 Практическое использование построенной модели и анализ результатов моделирования
- •Примеры построения моделей Математическая реставрация Тунгусского феномена
- •1. Сбор информации о явлении, выдвижение гипотез.
- •2. Содержательная постановка задачи исследования явления.
- •3. Математическая постановка задачи.
- •4. Анализ результатов.
- •5. Проверка адекватности модели – сравнение с натурным экспериментом.
- •6. Анализ результатов.
- •Прогноз климатических изменений
- •1. Содержательная постановка задачи
- •2. Концептуальная постановка. Построение математической модели.
- •3. Проведение вычислительного эксперимента.
- •4. Анализ результатов вычислительного эксперимента.
- •5 Виды математических моделей
- •5.1 Классификация математических моделей
- •Пример представления модели различной сложности и классификации.
- •5.2 Классификация математических моделей в зависимости от оператора модели
- •Линейные и нелинейные модели
- •Обыкновенные дифференциальные модели
- •5.3 Классификация математических моделей в зависимости от параметров модели Непрерывные и дискретные модели
- •Детерминированные и неопределенные модели
- •Дискретно-детерминированная модель
- •Статические и динамические модели
- •Стационарные и нестационарные модели.
- •Формализация системы в виде автомата
- •Формализация системы в виде агрегата
- •Моделирование процесса функционирования агрегата
- •Моделирование агрегативных систем
- •Модель сопряжения элементов
- •6 Математические модели распределения ресурсов в исследовании операций
- •6.1 Моделирование операций распределения ресурсов
- •Формулировка задачи математического программирования
- •6.2 Модели линейного программирования
- •Формулировка общей задачи линейного программирования.
- •Типовые задачи линейного программирования
- •Транспортная задача.
- •Задача коммивояжера.
- •Задача о ранце.
- •Общая задача теории расписаний.
- •Примеры сведения практических задач к канонической транспортной задаче
- •6.3 Распределительные задачи линейного программирования
- •Примеры распределительных задач.
- •Распределение транспортных единиц по линиям
- •Выбор средств доставки грузов.
- •Задача о назначениях
- •Экономическая интерпретация задач линейного программирования.
- •Перевозки взаимозаменяемых продуктов
- •Перевозка неоднородного продукта на разнородном транспорте.
- •7 Математические модели физических явлений и процессов. Универсальность моделей
- •7.1 Математические модели на основе фундаментальных законов
- •Теоретический метод составления математических моделей
- •Основные фундаментальные законы механики
- •Работа, энергия, мощность
- •7.2 Уравнения движения
- •Динамика поступательного движения.
- •7.3 Уравнения состояния
- •Термодинамическая система.
- •Упругие свойства твердых тел.
- •Жидкости.
- •7.4 Универсальность моделей
- •Модели на основе аналогий
- •Типовые математические модели элементов и подсистем
- •Модель колебательного процесса
- •Модель консервативной системы.
- •Электрическая подсистема.
- •Модели элементов гидравлических систем
- •Модели элементов пневматических систем
- •8 Моделирование производственных процессов
- •8.1 Модели систем массового обслуживания
- •Основные элементы систем массового обслуживания.
- •Характеристики потока
- •Классификация смо
- •Оценка эффективности смо
- •Аналитические и статистические модели
- •8.2 Модели производственных процессов
- •Дискретный производственный процесс
- •Непрерывный производственный процесс
- •Агрегатное представление производственного процесса
- •Имитационное моделирование процессов функционирования
- •Формализация основных операций производственного процесса Формализованная схема дискретного производственного процесса.
- •Формализация отклонения течения производственного процесса от нормального
- •Моделирование комплексного процесса обработки, сборки и управления при поточном производстве
- •Формализованная схема непрерывного производственного процесса.
- •9 Синтез модели (проекта) системы
- •9.1 Проектирование системы как процесс создания (синтеза) ее модели
- •9.2 Методология проектирования
- •Типовые проектные процедуры формирования облика системы
- •9.3 Эффективность системы Понятие эффективности системы
- •Формирование модели цели системы
- •Выбор критериев и показателей эффективности
- •Основные принципы выбора критериев эффективности:
- •Проблемы многокритериальности
- •9.4 Технология проектирования
- •9.5 Принятие решений в проектировании
- •Выбор в условиях неопределенности
- •Моделирование принятия решения
- •Прогнозирование в принятии решений
- •9.6 Анализ инвестиционной привлекательности системы Основные типы инвестиций.
- •Основные экономические концепции инвестиционного анализа.
- •Состав работ при инвестиционном проектировании
- •Конкурентоспособность проектируемой системы Оценка потенциальной емкости рынка и потенциального объема продаж
- •Оценка конкурентоспособности
- •Методы оценки эффективности инвестиций
- •Метод определения чистой текущей стоимости.
- •Метод расчета рентабельности инвестиций
- •Метод расчета внутренней нормы прибыли
- •Расчет периода окупаемости инвестиций
- •Маркетинг и управление проектом
- •Задачи управления проектами
- •9.7 Особенности синтеза модели (проекта) технических систем Этапы проектирования
- •Особенности проектирования адаптивных систем
- •Моделирование функционирования технической системы Особенности построения моделей при проектировании
- •Формирование технического облика системы
- •Формирование структуры системы
- •Выбор основных проектных параметров системы
- •Формирование множества вариантов системы
- •10 Информационное обеспечение синтеза системы
- •10.1 Основные задачи и типы информационных систем Общие свойства информационных систем
- •Файл-серверные информационные системы
- •Клиент-серверные информационные системы
- •Архитектура Интернет/Интранет
- •Хранилища данных и системы оперативной аналитической обработки данных
- •10.2 Особенности проектирования информационных систем
- •Схемы разработки проекта
- •1. Предпроектные исследования
- •2 Постановка задачи
- •3 Проектирование системы
- •Архитектура программного обеспечения
- •Подсистема администрирования.
- •Техническая архитектура
- •Организационное обеспечение системы
- •4 Реализация и внедрение системы
- •10.3 Концепции автоматизации проектирования
- •История развития сапр
- •Классификация сапр
- •Стратегическое развитие сапр Современное состояние сапр
- •Направления разработки проектной составляющей сапр
- •Разновидности сапр
- •Математическое и информационное обеспечение сапр
- •11 Моделирование процесса управления
- •11.1 Основные определения
- •Формальная запись системы с управлением
- •11.2 Модели систем автоматического управления
- •Устойчивость движения систем
- •Определение программного движения и управление движением
- •11.3 Модели автоматизированных систем управления
- •Модели автоматизированных систем управления производственными процессами
- •Модели автоматизированных систем управления предприятием
Схемы разработки проекта
1. Предпроектные исследования
Проектирование системы начинается с предпроектных исследований, в результате которых определяются цели системы, объем работ, вырабатываются критерии успешности проекта, оцениваются риски. В результате предпроектных исследований определяются рамки проекта.
Рамки проекта включает определение объема работ, формирование организационной структуры проекта и формирование управления ним.
Объем работ определяется исходя из главных целей создания информационной системы - получение аналитической информации для формирования аналитических отчетов и принятия решений.
Объем работ определяют следующие факторы:
- количество и сложность аналитической информации;
- количество источников информации и объем данных;
сложность преобразований информации.
Пример: ориентировочная стоимость разработки проекта хранилища данных – от 0,5 до 15 млн. долл. – для небольших подразделений и крупных корпораций.
План работ предполагает определение для каждого этапа (постановка задачи, проектирование, реализация, внедрение) состава работ и сроков их выполнения – от полугода до двух лет. При сроках более года проект разделяется на очереди.
Формирование организационной структуры проекта предполагает создание проектной группы в составе специалистов исполнителя и заказчика. На этапе постановки задачи обязательно должны участвовать будущие пользователи системы.
2 Постановка задачи
Стадия постановки задачи включает: проведение системно-аналитического обследования и выработка концепции системы, разработка технического задания на проект.
Системно-аналитическое обследование
Цель обследования – получение моделей данных и описание процедур принятия проектных и управленческих решений. Эта стадия носит неформальный характер, широко привлекаются эксперты.
Основные задачи предпроектного обследования информатизируемых процессов:
- анализ существующей системы обработки информации – ответ на вопрос "что информатизировать?" (описание участников проекта и распределение задач между ними, определение потоков данных, оценка объемов информации), описание программно-технических средств (аппаратная платформа, операционная система, средства разработки), перспективы развития и предложения по доработке и замене;
- выявление потребностей, которые должны удовлетворяться системой: описание маршрутов движения информации, описание аналитических задач для принятия решений, описание информационного обеспечения (состав, содержание и форматы данных);
- построение функциональной и информационной модели – представление в виде схем существующей системы обработки и передачи информации с подробным описанием содержания ее составных частей;
- определение представляемых данных: классификация пользователей системы (по функциям, по доступу к данным), описание типов представлений данных (таблицы, графики и др.), описание пользовательских интерфейсов, описание процедур обработки данных;
- разработка рекомендаций по организации процесса информатизации в условиях перехода к работе с информационной системой.
Выбор состава информатизируемых процессов и соизмерение получаемого эффекта с затратами на его достижение осуществляется на основании анализа экономической целесообразности информатизации процесса (эффективности) и степени подготовленности предприятия.
В результате предпроектного обследования формируется список функциональных задач, подлежащих информатизации, выделяются основные задачи, наиболее полно удовлетворяющие целям информатизации и определяющие эффективность информатизируемой системы.
Разработка концепции системы
Концепция разрабатывается на основе предпроектного обследования процесса информатизации. Основная задача при этом – выявить существенные, доминирующие процессы, определяющие эффективность функционирования информатизируемой системы, и на них ориентироваться при формировании концепции информационной системы, обеспечивающей процесс информатизации.
Формирование концепции осуществляется на основании системного подхода (в единстве выступают анализ и синтез, целостность рассмотрения системы):
- система разрабатывается на основе целостной картины информации с учетом развития той предметной области, которую она описывает;
- части и целое выступают в единстве и взаимоопределяются (часть нельзя рассматривать в отрыве от целого, целое нельзя понять, не поняв сути частей – это и есть требование параллельного ведения работ) - отдельные подсистемы могут создаваться независимо, но на основании целостной концепции системы.
Разрабатываются альтернативные варианты основных подходов к созданию информационной системы, планы реализации, оценка необходимых ресурсов на реализацию каждого варианта, оценка преимуществ и недостатков каждого варианта. Критерии сравнения вариантов определяются исходя из общей цели разработки информационной системы (повышение эффективности функционирования информатизируемого предприятия).
Разработка концепции системы также является процессом, и логическая схема этого процесса исходя из целей и задач системы в целом и всего процесса ее проектирования.
Цель разработки информационной системы – повышение эффективности работы организации (предприятия).
Обобщенные задачи информатизации:
- обеспечение необходимого объема и качества информации для принятия проектных решений;
- сокращение трудозатрат при выполнении типовых информационных процессов: сбора, обработки, регистрации, передачи данных по различным каналам связи, хранения, поиска и выдачи информации.
Информатизация может осуществляться в различных масштабах – от отдельных информационных процессов и процедур обработки данных до создания функционально полных автоматизированных информационных систем.
Различные подходы к решению проблемы информатизации процесса проектирования:
- развитие (доработка) существующей информационной системы для решения новых задач и переход на новые информационные технологии существующих информационных систем;
- создание новой информационной системы в полном наборе подсистем, функций и комплексов задач.
От этого зависят цели и концепции построения информационной системы, методология выполнения проектных работ, применяемые средства автоматизации.
Поскольку информатизируемая система создается в изменяющейся среде, постоянно развивается, изменяет свои функции и структуру, и информационная система должна отслеживать эти изменения.
Информационная система никогда не будет разработана окончательно, поскольку она эксплуатируется в постоянно меняющихся условиях, отсюда – системно-аналитическое обследование предметной области должно проводиться постоянно.
Основное требование к процессу проектирования информационной системы – непрерывное протекание процесса, пока существует информатизируемая система (организация). Это предполагает: выявление новых процессов, нуждающихся в информатизации, доработку информационной системы и на основании этого перепроектирование процессов (реинжениринг), изменение структуры предприятия и т.д.
Отсюда особенность проектирование информационной системы – параллельное сосуществование и развитие трех взаимодействующих друг с другом процессов:
- анализ текущих информационных процессов и структуры предприятия;
- проектирование информационной системы обеспечения процесса проектирования;
- изменение информационных процессов и структуры предприятия.
В таком случае процесс проектирования не должен быть строго структурирован. Структурируются:
- объекты и понятия, которые требуют последовательного уточнения, но последовательность их рассмотрения не регламентируется:
- крупные уровни архитектуры системы.
Основное содержание концепции:
- общие положения: цели и задачи создания системы, основные методические и технологические принципы построения;
- описание объектов информатизации: описание автоматизируемых процессов и декомпозиция их на функции и задачи, информационные потоки;
- укрупненная архитектура системы и виды обеспечений: архитектура процессов, компонентов, техническая архитектура, описание информационного, программного, технического, организационного обеспечений;
- план создания системы: стратегия создания системы, стадии и этапы работ;
- обоснование выбора поставщиков программно-технического обеспечения: определение требований к программно-техническому обеспечению и критериев его выбора, анализ рынка и выбор поставщиков программно-технического обеспечения;
- технико-экономическое обоснование создания системы: оценка затратной части проекта (закупка общего программного обеспечения и технических средств, разработка специального программного обеспечения, затраты на эксплуатацию и сопровождение), оценка эффективности системы.
Выбор состава информатизируемых процессов и соизмерение получаемого эффекта с затратами на его достижение осуществляется на основании анализа экономической целесообразности информатизации процессов и степени подготовленности предприятия.
Разработка технического задания
Результаты работы над концепцией оформляются в виде технического задания на разработку информационной системы.
Типовые сведения, содержащиеся в техническом задании: цель разработки системы, требования к системе, назначение системы, состав автоматизированных рабочих мест, состав документов или иных информационных объектов в результате ее работы.
В процессе анализа и планирования требований пользователи системы определяют функции, которые она должна выполнять, выделяют наиболее приоритетные из них, требующие проработки в первую очередь, описывают информационные потребности. Определение требований выполняется в основном силами пользователей под руководством специалистов-разработчиков.