ФОРМАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МНОГОКОНТУРНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЕМ

Щекочихин О.В.¹, Шведенко В.В.², Шведенко П.В.³

¹ORCID: 0000-0001-6681-8436, кандидат технических наук, ²ORCID: 0000-0002-9249-6116, кандидат экономических наук,

ООО «Регул+», Санкт-Петербург

³ORCID: 0000-0001-7003-8272

^1,3Костромской государственный университет

ФОРМАЛЬНОЕ ОПИСАНИЕ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ДЛЯ ОБЕСПЕЧЕНИЯ МНОГОКОНТУРНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПРЕДПРИЯТИЕМ

Аннотация

Рассмотрена модель производственной и информационной системы, которая ориентирована на достижение управленческого решения. Особенность информационной системы заключается в том, что она обладает свойством поведения, т.е. позволяет распознавать проблемную ситуацию, определять из моделей поведения наиболее подходящую и активизировать исполнение управленческих решений на соответствующих контурах производственной системы. Представлена алгебраическая системы, позволяющая по заданным условиям определять вид проблемной ситуации, модель поведения, бизнес-процесс и объект управления. На основе предложенной модели разработано программное обеспечение, позволяющее автоматически определить контур управления, который должен разрешить проблемную ситуацию, а так же определить центры ответственности, на которые подаются сигналы для автоматического или автоматизированного исполнения управленческого решения.

Ключевые слова: интеллектуальная обработка данных, информационная система с поведением, принятие управленческого решения, контуры управления.

Shchekochikhin O.V.¹, Shvedenko V.V.², Shvedenko P.V.³

¹ORCID: 0000-0001-6681-8436, PhD in Engineering, ²ORCID: 0000-0002-9249-6116, PhD in Economy,

«Regul+» JSC, St. Petersburg

³ORCID: 0000-0001-7003-8272

^1,3Kostroma State University

FORMAL DESCRIPTION OF INFORMATIONAL SYSTEM FOR ENSURING MULTILOOP ENTERPRISE MANAGEMENT 

Abstract

The productional and informational system model is considered, it is aimed at the achievement of a control decision. The peculiarity of the informational system lies in the fact that it has the property of behavior, i.e. allows to recognize a problem situation, to determine the most appropriate one from the behavior models and to activate the implementation of control decisions on the relevant contours of the production system. The algebraic system, allowing to determine the type of problem situation, the behavior model, the business process and the control object are presented. Based on the proposed model, a software has been developed automatically determining the control loop that should solve the problem situation, as well as define the centers of responsibility for which signals are sent for automatic or automated execution of the management decision.

Keywords: intellectual data processing, informational system with behavior, decision making in management, control loops.

Современное производство настолько сложно, что человек не в состоянии быстро и эффективно принимать управленческие решения. Поэтому наблюдается тенденция применения методов искусственного интеллекта для анализа целей управления и показателей текущего состояния производственной системы. Одним из методов интеллектуализации является создание информационных систем (ИС), наделенных свойством поведения [1], [2], [3]. ИС с поведением обеспечивают поддержку принятия управленческих решений в автоматическом и автоматизированном режимах. Автоматический режим предполагает интеллектуальный анализ данных, выбор наиболее подходящей модели поведения для достижения целей управления. Если опыт, накопленный в информационной системе недостаточен для принятия управленческого решения, то система обучается с помощью эксперта на новую модель поведения. Архитектура ИС, наделенной свойством поведения, ранее была рассмотрена в работах [4], [5], [6]. Интеллектуальная обработка данных и создание новой модели поведения рассматривалась в работах [7], [8], [9]. В настоящей работе предлагается формализованное описание многоконтурной ИС, которая позволяет в режиме близком к реальному времени, использовать и формировать модели поведения для подготовки и принятия управленческих решений.

В производственной системе можно выделить несколько контуров управления: оперативно-процессный, оперативно-функциональный, функционально-тактический, обще-тактический, стратегический и др. Передача управления и данных для поиска управленческих решений происходит между контурами управления.

Для информационного обеспечения логики принятия управленческих решений требуется его формальное математическое описание на основе теории множеств и предикатов первого порядка.

Фрагмент алгебраической системы представлен в работах [8,10].

Для формирования алгебраической системы управления предприятием введены структуры:

Множество контуров управления – M

Множество функциональных направлений – F

Множество лиц или устройств, принимающих решения (ЛПР /УПР) – P

Множество функций УПР/ЛПР – PF

Множество центров ответственности – CR

Цель управления бизнесом позволяет сформировать дерево целей, в соответствии со структурой управления. Структура управления состоит из ЛПР, наделенных функциями и системой показателей.

Множество УПР/ЛПР через показатели связаны с множеством функций, исполняемых УПР/ЛПР. Множество приложений связаны с УПР/ЛПР, через исполняемые функции.

Дерево целей может иметь несколько проекций – индикаторов текущего состояния производственной системы в различных аспектах, в которых наряду с нормативными значениями показателей содержатся их фактические значения, величина отклонения и степень значимости отклонения.

Проекция дерева целей на каждом контуре управления представляется следующим графом:

где Аⁱ – показатель, представляет собой кортеж:

(ID, Name, NV), где

ID – идентификатор показателя,

Name – наименование показателя,

NV – нормативное значение показателя.

Т – множество связей между показателями. Каждая связь определяет методы агрегирования показателя.

Индикатор текущего состояния системы представляется следующим графом:

G_B = (B,T), где B – состояние показателя, представляет собой кортеж информации:

(ID, FV, D, SD), где

ID – идентификатор показателя из графа G_A,

FV – фактическое значение показателя,

D – величина отклонения фактического значения от нормативного,

SD – степень значимости отклонения,

Т – множество связей между показателями.

Представленные алгебраические структуры достаточны для описания системы управления предприятием.

Для описания информационной системы предприятия заданы следующие алгебраические структуры:

множество объектов системы – О,

множество элементарных свойств – Н,

множества типов объектов – К,

типов свойств – Т,

множество бизнес-процессов (БП) – BP,

множество типов связей – L,

множество приложений, входящих в ИС – APP,

множество потоков данных – DS.

Конечное множество определяющее абсолютное и относительное значение даты и времени, которые используются в приложениях – DT.

Элементы ранее описанных множеств задают основное множество (Θ) алгебраической системы U и множество констант (С) сигнатуры (∑). Описание представленных множеств и констант происходит в соответствии с объявленными объектами и процессами предметной области.

Предикаты, задающие отношения представленных переменных описаны в работах [8,10].

Предикат, описывающий уникальный идентификатор информационного объекта, имеет следующий вид:

uiio(O,N,H,O,Y, DT)

, yμ – номер свойства, входящего в УИИО.

Предикат определен на множестве

Определив все объекты-сущности, объекты-справочники и объекты-показатели, следует говорить о процессе взаимодействия этих объектов посредством приложений в этапах БП.

Далее в модели выделены конструкты, описывающие структуры процессов:

struct_SBP(ВР, N, …) – предикат, описывающий единичный БП версии N.

Предикат определен на множестве:

БП представляет собой совокупность объектов управления и показателей, поэтому предикатом задается соответствие коду bp_j БП набора зафиксированных объектов , для которых o_j ∈OM+F.

Так как процесс имеет этапную структуру, вводится предикат, задающий для n`-ого этапа процесса набор из единственного объекта управления, приложений, которые обрабатывает поступающую информацию и преобразует её в данные, и одного или более объектов-показателей:

step_SBP(ВР,N, N, APP, …)

Множество истинности предиката имеет вид:

Взаимодействие приложений, работающих на этапах БП обеспечивается потоками данных в многослойной шине.

Предикат уникального идентификатора потока данных в шине имеет следующий вид:

Data_stream(BP, N, O, APP, DT)

Множество истинности предиката имеет вид:

Регламентное время исполнения процессов является аналогом связей в реляционной БД – по формуле предиката можно понять, как данные в потоках связаны между собой.

Модель поведения определяется набором показателей и их отклонений, вышедших за границы, состоит из набора функций ЛПР и входящего потока данных.

Предикат Модели поведения:

Behavior_model (A, B, PF, DS) Множество истинности предиката имеет следующий вид:

Модель поведения дает подмножество управленческих решений. По критерию достижению цели выбирается наиболее эффективное управленческое решение.

Степень значимости отклонения показателя связана с контуром управления. В зависимости от степени значимости показателя управленческое решение исполняется автоматически с запуском соответствующих БП и контролем их исполнения или автоматизировано с участием ЛПР.

Показатели связаны с контуром управления степенью значимости показателя по связи один ко многим.

Для моделирования предложенной системы разработано программное обеспечение, которое позволяет формировать метамодели материальной системы, ИС и системы принятия управленческих решений, а так же системы сбора информации от приложений и баз данных в многомерные структуры. На рис. показана структура информационного объекта «Приложение», которое интегрируется в ИС, в интерфейсе разработанного программного обеспечения.

Рис. – Окно проектирования информационного объекта «Приложение»

Предложенная система позволяет гибко настраивать наборы показателей, моделей поведения и контуров управления в зависимости от степени детализации представления производственной системы в информационной, учитывать инновации, изменения нормативной базы и т.п.

Таким образом получена формализованная модель ИС с поведением. На основе предложенной модели разработано программное обеспечение, позволяющее автоматически определить контур управления, который должен разрешить проблемную ситуацию, а так же определить центры ответственности, на которые подаются сигналы для автоматического или автоматизированного исполнения управленческого решения. Предложенная система позволяет гибко настраивать наборы показателей, моделей поведения и контуров управления в зависимости от степени детализации представления производственной системы в информационной.

Список литературы / References

1. Madraky A. Hair-oriented data model for spatio-temporal data representation / A. Madraky, Z.A. Othman, A.R. Hamdan // Expert Systems with Applications, 59. 2016, pp. 119-144. DOI: 10.1016/j.eswa.2016.04.028
2. Vasin Y.G. Object-oriented topological management system of spatially-distributed databases / Y.G. Vasin, Y.V.Yasakov // Pattern Recognition and Image Analysis, 2016, 26 (4), pp. 734-741. DOI: 10.1134/S1054661816040180
3. Khakpour N. Synthesizing structural and behavioral control for reconfigurations in component-based systems / N. Khakpour, F. Arbab, E. Rutten // Formal Aspects of Computing, 2016, 28(1), pp.21-43. DOI: 10.1007/s00165-015-0346-y
4. Шведенко В. Н. Вариант архитектуры управляющей информационной системы для разрешения проблемных ситуаций на предприятии / В. Н. Шведенко, О. В. Щекочихин, П. В. Шведенко // Информационно управляющие системы № 5, 2016 С. 86-90. doi:10.15217/issn1684-8853.2016.5.86
5. Schekochikhin O.V. Object-process data model in management information systems / O.V. Schekochikhin // Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2017, vol. 17, no. 2, pp. 318–323 (in Russian). doi: 10.17586/2226-1494-2017-17-2-318-323
6. Шведенко В.Н. Архитектура интегрированной информационной системы, обеспечивающая свойство поведения / В.Н. Шведенко, О.В. Щекочихин // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. Т. 16. № 6. С. 1078–1083. doi: 10.17586/2226-1494-2016-16-6-1078-1083
7. Щекочихин О.В. Методическое обеспечение подготовки и принятия управленческих решений в информационных системах, обладающих свойством поведения / В.Н. Шведенко, О.В. Щекочихин // Информатизация и связь. №3 2017г. –  Москва: АНО «Редакция журнала Информатизация и связь», 2017 ISNN 2078-8320
8. Сахарова Н.С. Анализ информационной поддержки бизнес-процессов с применением группы запросов модели метаданных / Н.С. Сахарова // Научно-технический вестник Поволжья, 2015. – № 5. – С.272-274.
9. Виноградова Г.Л. Методы и модели снижения сложности управления в организационно-технической системе / Г.Л. Виноградова. – Кострома: Изд. Костромского гос. технолог. ун-та, 2015
10. Андреев С.Б. Моделирование интегральных показателей объектно-процессной системы управления предприятием / С.Б. Андреев, В.В. Шведенко // Научно-технический вестник Поволжья, 2017. – № 1. – С.71-74.

Список литературы на английском языке / References in English

1. Madraky A. Hair-oriented data model for spatio-temporal data representation / A. Madraky, Z.A. Othman, A.R. Hamdan // Expert Systems with Applications, 59. 2016, pp. 119-144. DOI: 10.1016/j.eswa.2016.04.028 [in English]
2. Vasin Y.G. Object-oriented topological management system of spatially-distributed databases / Y.G. Vasin, Y.V.Yasakov // Pattern Recognition and Image Analysis, 2016, 26 (4), pp. 734-741. DOI: 10.1134/S1054661816040180 [in English]
3. Khakpour N. Synthesizing structural and behavioral control for reconfigurations in component-based systems / N. Khakpour, F. Arbab, E. Rutten // Formal Aspects of Computing, 2016, 28(1), pp.21-43. DOI: 10.1007/s00165-015-0346-y [in English]
4. Shvedenko V. N. Variant arhitektury upravljajushhej informacionnoj sistemy dlja razreshenija problemnyh situacij na predprijatii [Variant of the architecture of the management information system for resolving problem situations in the enterprise]/ V. N. Shvedenko, O. V. Shhekochihin, P. V. Shvedenko // Informacionno upravljajushhie sistemy [Information management systems] № 5, 2016 S. 86-90. doi:10.15217 / issn1684-8853.2016.5.86 [in Russian]
5. Schekochikhin O.V. Object-process data model in management information systems / O.V. Schekochikhin // Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2017, vol. 17, no. 2, pp. 318–323 (in Russian). doi: 10.17586/2226-1494-2017-17-2-318-323 [in Russian]
6. Shvedenko V.N. Arhitektura integrirovannoj informacionnoj sistemy, obespechivajushhaja svojstvo povedenija [The architecture of an integrated information system that provides a behavioral feature] / V.N. Shvedenko, O.V. Shhekochihin // Nauchno-tehnicheskij vestnik informacionnyh tehnologij, mehaniki i optiki [Scientific and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics]. 2016. T. 16. № 6. S. 1078–1083. doi: 10.17586/2226-1494-2016-16-6-1078-1083 [in Russian]
7. Shhekochihin O.V. Metodicheskoe obespechenie podgotovki i prinjatija upravlencheskih reshenij v informacionnyh sistemah, obladajushhih svojstvom povedenija [Methodical support of preparation and acceptance of administrative decisions in the information systems possessing property of behavior] / V.N. Shvedenko, O.V. Shhekochihin // Informatizacija i svjaz' [Informatization and communication]. №3 2017g. –  Moskva: ANO «Redakcija zhurnala Informatizacija i svjaz'», 2017 ISNN 2078-8320 [in Russian]
8. Saharova N.S. Analiz informacionnoj podderzhki biznes-processov s primeneniem gruppy zaprosov modeli metadannyh [Analysis of information support for business processes using the metadata model query group] / N.S. Saharova // Nauchno-tehnicheskij vestnik Povolzh'ja [Scientific and Technical Herald of the Volga Region], 2015. – № 5. – S.272-274. [in Russian]
9. Vinogradova G.L. Metody i modeli snizhenija slozhnosti upravlenija v organizacionno-tehnicheskoj sisteme [Methods and models for reducing the complexity of management in the organizational and technical system] / G.L. Vinogradova. – Kostroma: Izd. Kostromskogo gos. tehnolog. un-ta, 2015 [in Russian]
10. Andreev S.B. Modelirovanie integral'nyh pokazatelej ob#ektno-processnoj sistemy upravlenija predprijatiem / S.B. Andreev, V.V. Shvedenko // Nauchno-tehnicheskij vestnik Povolzh'ja, 2017. – № 1. – S.71-74. [in Russian]