Основные требования и принципы разработки ИРЗ и их комплексов

ИРЗ и их комплексы составляют основу любой АИС, определяют ее возможности по автоматизации профессиональной деятельности.

Требования к СПО. Ввиду особой важности и значимости этих элементов СПО их разработка организуется в соответствии с требованиями Федеральных законов, указов, циркуляров, директив, ГОСТов и других руководящих документов [13, 14]:

· достоверность результатов использования ИРЗ и их комплексов;

· оперативность получения результатов;

· соответствие ИРЗ и их комплексов уровню руководства;

· системный подход к созданию и применению СПО;

· обеспечение безопасности информации.

Достоверность результатов. Под достоверностью результатов использования ИРЗ (расчета, моделирования) будем понимать соответствие значений параметров, получаемых в результате решения задачи, их требуемым («истинным») значениям.

Возможными причинами недостоверности получаемых в процессе расчетов результатов являются:

· неадекватность применяемой математической модели операции (процесса, явления);

· низкая точность вычислений;

· ошибки в алгоритме переработки информации, в соответствии с которым работает задача;

· ошибки пользователя при проведении расчетов;

· ошибки (сбои) в работе ЭВМ.

Под адекватностью в теории систем понимается степень соответствия используемой ММ реальному процессу (системе, объекту). Следовательно, для оценки адекватности ММ необходимо провести реальную операцию, осуществить математическое моделирование этой же операции в тех же условиях и сравнить реальные результаты операции с результатами моделирования, используя некоторый показатель, например показатель эффективности операции. Если результаты реальной операции будут хорошо согласовываться с результатами моделирования, то это означает, что используемая ММ в данных условиях проведения операции является адекватной реальному процессу (системе, объекту). Важно отметить, что в этом случае можно количественно оценить адекватность модели в рамках суждений типа «результаты моделирования расходятся с реальными не более чем на 10 %».

Формально оценить адекватность модели не всегда удается, поскольку не всегда возможно проведение реальной операции для сравнения с результатами моделирования (например, для моделей операций, предусматривающих применение ядерного оружия, или крупномасштабных экономических моделей). В таких условиях под адекватностью принято понимать степень доверия должностного лица к результатам моделирования, используемым для принятия решений. При этом невозможно ввести показатель, объективно характеризующий степень адекватности модели. Модель может быть или адекватной, или неадекватной. Должностное лицо должно сделать вывод об адекватности модели на основании анализа существа модели и полноты учета всех факторов, влияющих на проведение операции в конкретных условиях.

Низкая точность вычислений также может стать причиной недостоверности получаемых результатов расчета. Существуют две возможные причины возникновения ошибок вычислений: методические ошибки и ошибки округления. Методические ошибки связаны с использованием приближенных численных методов (например, при использовании метода численного интегрирования или дифференцирования функций). Ошибки округлений связаны с тем, что числа в ЭВМ представляются всегда с некоторой точностью, определяемой количеством значащих цифр в записи числа (для современных ЭВМ такие ошибки практически всегда связаны с неверными действиями пользователей, в частности при программной реализации ИРЗ).

Ошибки в алгоритме переработки информации, в соответствии с которым работает ЭВМ, являются достаточно редким источником недостоверности результатов расчетов и, как правило, бывают связаны с неучетом в алгоритме задачи всех возможных вариантов исходных данных. При некоторых вариантах исходных данных могут возникнуть ситуации, когда алгоритм задачи работает с ошибками. Поэтому при создании алгоритма задачи необходимо тщательно проанализировать возможные значения исходных данных и определить их допустимые значения. Выявление ошибок в алгоритме переработки информации является одной из важнейших целей при проведении контрольных расчетов на этапе приемки ИРЗ.

Ошибки пользователя при проведении расчетов на первый взгляд невозможно исключить за счет создания специальных алгоритмических и программных средств. Тем не менее существуют способы уменьшения возможностей для появления таких ошибок (конечно, имеются в виду непреднамеренные, «случайные» ошибки). Речь идет о программном контроле вводимой пользователем информации. Эта информация может включать значения параметров или команды. Как правило, при вводе параметров можно программно проконтролировать допустимость значения вводимого параметра, причем ограничения на значения параметра могут быть как постоянными, так и изменяться в зависимости от значений других параметров. Например, в задаче планирования транспортной операции по доставке потребителям какой-либо продукции допустимые значения скорости движения зависят от типов транспортных средств, участвующих в операции, и состояния дорог на маршрутах движения.

Что касается контроля команд, вводимых пользователем, то он может включать проверку допустимости данной команды на конкретном этапе работы с задачей (например, проверка наличия всех необходимых исходных данных перед выполнением команды начала расчета), а также выдачу на экран монитора запроса для подтверждения пользователем намерения выполнить какую-либо важную команду (например, при уничтожении каких-либо данных на экран монитора выводится вопрос: «Вы действительно хотите уничтожить эти данные?» и требуется утвердительный ответ пользователя для выполнения команды). Кроме того, особо ответственные команды могут предусматривать запрос на подтверждение полномочий на их проведение (например, ввод пароля).

Ошибки (сбои) в работе ЭВМ могут повлиять на достоверность результатов расчетов, если они не селектируются техническими средствами и операционной системой. Единственным средством исключения неселектируемых ошибок (сбоев) в работе ЭВМ является повторное решение задачи. Поэтому наиболее ответственные расчеты должны дублироваться на другой ЭВМ и (или) с использованием другой задачи, имеющей аналогичный алгоритм.

Оперативность получения результатов. Под оперативностью получения результатов расчетов на ИРЗ понимается возможность практического использования результатов их решения (расчетов, моделирования) либо в реальном ритме работы, либо за заданное время. Задача обладает требуемой оперативностью решения, если время работы пользователя с ней обеспечивает своевременное применение получаемых результатов в профессиональной деятельности. Время работы с задачей включает время на настройку (при необходимости) ПО (а иногда и технических средств), подготовку исходных данных, ввод их в ЭВМ, проведение расчетов и выдачу результатов в виде, удобном для дальнейшего использования.

Таким образом, оперативность получения результатов расчетов является интегральной характеристикой, которая включает в себя не только скорость вычислений по алгоритму задачи, но и скорость ввода исходных данных, а также получение результатов в виде, не требующем какой-либо дополнительной обработки (переписывания, перепечатывания и т.д.). Поэтому при создании ИРЗ необходимо предусматривать минимально необходимый объем исходных данных, вводимый пользователем при использовании задачи, а также удобство их ввода.

Соответствие уровню руководства. Под требованием соответствия ИРЗ и их комплексов уровню руководства понимается:

· использование в них информации с детализацией и точностью, которыми располагает должностное лицо (лица), работающее с задачей;

· представление результатов в наглядном (привычном для пользователя) виде, соответствующем форме и содержанию реальных документов;

· применение показателей, имеющих для конкретного должностного лица ясный технический, оперативный и физический смысл (так называемых транспарентных показателей).

Системный подход. Требование системного подхода означает, что все создаваемые ИРЗ и их комплексы должны быть составными элементами общей системы задач и моделей, т. е. согласованы между собой по цели и назначению; составу учитываемых факторов и ограничений; содержанию и формам входных и выходных документов, показателей и критериев эффективности, нормативов; структуре и содержанию информационной базы, принципам защиты обрабатываемой информации.

Обеспечение безопасности информации. Требование обеспечения безопасности обрабатываемой информации заключается в исключении возможности уничтожения или искажения информации, обрабатываемой на ЭВМ, а также возможности несанкционированного получения этой информации не допущенными к ней лицами. Выполнение данного требования достигается осуществлением комплекса организационных мероприятий и технических мер.

Принципы разработки и использования СПО.Помимо основных требований к создаваемым ИРЗ и их комплексам, руководящими (нормативными) документами определены и основные принципы разработки и поддержания в работоспособном состоянии элементов СПО. Руководство данными принципами является обязательным и позволяет создавать и применять ИРЗ и их комплексы, отвечающие приведенным в подразд. 2.3 требованиям. Сформулируем эти принципы применительно к средствам автоматизации наиболее сложной области профессиональной деятельности — управлению сложными человеко-машинными системами экономического назначения:

· централизованная разработка по единому плану и замыслу на общих информационных и математических основах;

· конкретность предназначения создаваемых задач и их комплексов;

· непосредственное руководство и участие в создании задач предприятий и фирм (организаций), в интересах которых они создаются;

· обеспечение возможности перестройки задач в процессе их эксплуатации применительно к конкретной обстановке;

· непрерывное сопровождение разработанных ИРЗ и их комплексов представителями заказчика и разработчика.

Централизованная разработка. Принцип централизованной разработки по единому плану и замыслу на общих информационных и математических основах используется при создании ИРЗ и их комплексов в рамках единой АСУ. Этот принцип должен неукоснительно соблюдаться при создании задач, результаты решения которых используются во всех или нескольких звеньях АСУ (например, задач, используемых для автоматизации управления отраслью экономики в министерстве).

Для обеспечения централизованной разработки ИРЗ в вышестоящих организациях формируется и утверждается перспективный план создания элементов СПО. В перспективном плане указывается: название ИРЗ, ее заказчик и разработчик, а также срок создания задачи. Перспективный план, как правило, разрабатывается сроком на пять лет. На основании перспективных планов разрабатываются годовые планы создания ИРЗ.

Принцип централизованной разработки ИРЗ может не учитываться организациями и фирмами, создающими одноуровневые задачи, предназначенные для применения в рамках данной организации, и использующими автономные ЭВМ (например, персональные ЭВМ, не входящие в АСУ). При этом организации выступают в роли заказчика ССПО и осуществляют разработку (совершенствование) ИРЗ на основании своих перспективных планов. Отметим, что с насыщением аппаратов управления современной ЭВТ следовать этому принципу становится все труднее и на первое место при его реализации выдвигаются организационные мероприятия.

Конкретность предназначения. Принцип конкретности предназначения создаваемых задач и их комплексов предполагает необходимость разработки элементов СПО, специально предназначенных для автоматизации решения конкретных задач управления.

На практике достаточно часто встречаются ситуации, когда создается задача для проведения научных исследований или в учебных целях, а затем предпринимаются попытки внедрения этой задачи (как правило, с некоторыми доработками) в той или иной организации.

Однако, поскольку исследовательские и учебные задачи создаются в целях проведения научных исследований или обучения, они не могут эффективно использоваться, а зачастую являются просто непригодными для автоматизации управления предприятиями и фирмами. Исследовательские задачи, обладая обычно высокими показателями достоверности результатов, имеют плохую оперативность расчетов и слабую эргономичность (не отвечают требованиям удобства и простоты работы должностных лиц с задачей). Учебные задачи имеют высокую оперативность расчетов и эргономичность, но достоверность получаемых результатов, как правило, является недостаточной для использования при автоматизации управления на практике.

Таким образом, исследовательские и учебные задачи нуждаются в существенной переработке перед их внедрением в промышленность. Такая переработка является достаточно трудоемкой, причем затраты на доработку задачи соизмеримы с затратами на создание новой задачи.

Поэтому более правильным является путь, когда ИРЗ создается специально для автоматизации деятельности руководителя или должностных лиц предприятия или фирмы при решении конкретной задачи управления персоналом. При этом, конечно, необходимо использовать отдельные математические алгоритмы, фрагменты программ, а также опыт создания и использования исследовательских и учебных задач, являющихся прототипами разрабатываемых ИРЗ.

Непосредственное руководство заинтересованных предприятий и фирм (организаций). Принцип непосредственного руководства и участия в создании ИРЗ и их комплексов предприятий и фирм (организаций), в интересах которых они создаются, является важнейшим принципом, лежащим в основе всей технологии создания СПО и обеспечивающим создание качественных задач для автоматизации управления персоналом фирм (организаций).

Разработчики задачи, как правило, плохо представляют себе специфику управления персоналом, а также роль создаваемой задачи в процессе управления и предъявляемые к ней требования. Учет этой специфики и соответствующих требований к задаче должен проводиться в процессе разработки ее оперативной постановки, являющейся совместным документом заказчика и разработчика.

Непрерывный контроль со стороны заказчика на всех этапах создания ИРЗ позволяет избежать неправильного толкования разработчиком положений и требований оперативной постановки задачи, своевременно устранить недостатки и тем самым ускорить создание и улучшить качество создаваемых задач.

Кроме того, участие в разработке оперативной постановки и контроля результатов отдельных этапов создания ИРЗ позволит должностным лицам, для которых создается задача, глубже понять механизмы переработки информации в задаче. Понимание должностными лицами этих механизмов обеспечит грамотное и эффективное применение задач в процессе решения задач управления.

Возможность перестройки. Принцип обеспечения возможности перестройки задач в процессе их эксплуатации применительно к конкретной обстановке предполагает, что при создании ИРЗ необходимо более полно учесть возможные изменения обстановки, внешних условий, а также изменения характеристик и условий применения создаваемой продукции, которые вызовут необходимость корректировки алгоритмов и программ ИРЗ.

Конечно, заранее предусмотреть и оговорить какие-либо конкретные изменения (кроме плановых, например, модернизации продукции или договорных ограничений) невозможно. Тем не менее при разработке задач необходимо учитывать возможные направления изменения тех или иных параметров и создавать такие задачи, которые позволили бы с минимумом затрат проводить их корректировку.

Непрерывное сопровождение ИРЗ и их комплексов заказчиком и разработчиком. Непрерывное сопровождение разработанных ИРЗ и их комплексов представителями заказчика и разработчика является основным условием, обеспечивающим поддержание задач и их комплексов в готовности к применению. В функцию представителей заказчика при сопровождении ИРЗ и их комплексов входит обеспечение работоспособности используемых задач, а также анализ процесса их эксплуатации и выработка предложений по их совершенствованию. Представители разработчика при сопровождении ИРЗ устраняют недостатки, выявляемые в процессе эксплуатации, и проводят совершенствование задач в плане повышения их эксплуатационных характеристик.

Организационные мероприятия.Перечисленные выше основные принципы и основные требования являются нормативной базой при разработке и применении СПО в АИС.

Организационные мероприятия включают в себя следующие этапы:

· перспективное централизованное планирование;

· организация сопровождения ПО;

· применение современных технологий программирования;

· разработка полной документации;

· применение современных методов моделирования.

Конечно, уровни обеспечения всех требований существенно зависят от класса задачи, ее назначения и особенностей применения. В зависимости от существа и особенностей применения создаваемых задач перечень требований к ним может расширяться или сужаться. Формирование конкретных требований к создаваемым задачам осуществляется совместными усилиями представителей заказчика и разработчика на этапе разработки технического задания и утверждается заказчиком.

Содержание работ на этапах создания ИРЗ и их комплексов

Порядок создания ИРЗ и их комплексов определен законодательством Российской Федерации, а также ГОСТами. В создании задач и их комплексов участвуют две стороны: заказчик и разработчик. Если разработчиков несколько, то среди их определяется головной разработчик и соисполнители. Возможно также существование нескольких заказчиков. Тогда среди них выделяется головной заказчик, а остальные заказчики называются созаказчиками.

Процесс создания ИРЗ и их комплексов в принципе одинаков и включает следующие этапы [54]:

· разработка технического задания;

· эскизное проектирование;

· техническое проектирование;

· рабочее проектирование.

По решению заказчика, сформированному в техническом задании (ТЗ), допускается объединение отдельных этапов разработки, изменение их содержания или введение других этапов. Продолжительность этапов, а также уровень, с которого начинается разработка задач и их комплексов, определяется в каждом конкретном случае исходя из имеющегося научно-методического задела по данной проблеме. Каждый этап завершается в порядке, установленном ТЗ. В частности, итоги каждого этапа рассматриваются заказчиком.

Для повышения оперативности взаимодействия заказчика и разработчика, непрерывного контроля за деятельностью разработчика желательно из состава заказывающей организации выделить сотрудника, которому поручается научно-техническое и организационное сопровождение всех видов работ по созданию ИРЗ и их комплексов. Этот сотрудник называется сотрудником сопровождения.

Разработка технического задания.ТЗ является исходным документом, устанавливающим основное назначение, технические характеристики и требования, предъявляемые к создаваемым задачам и их комплексам, а также порядок работ на всех этапах и сроки их проведения. ТЗ формируется заказчиком совместно с разработчиком.

Для проведения работ на этом этапе заказчик может создавать рабочие группы из своих представителей, представителей разработчика и других специалистов (экспертов) в зависимости от характера создаваемых задач и моделей.

При разработке ТЗ осуществляется:

· проведение информационного обследования объекта автоматизации и уточнение функций и задач управления, подлежащих автоматизации;

· определение необходимого состава комплекса ИРЗ;

· разработка оперативных постановок задач;

· формирование задания (определение разработчиков, сроков и порядка создания задач и их комплексов) и исходных данных.

Проведение информационного обследования объекта автоматизации и уточнение функций и задач управления, подлежащих автоматизации, являются необходимым элементом этапа разработки ТЗ. При информационном обследовании анализируется процесс функционирования объекта автоматизации по переработке информации и определяются те элементы этого процесса, которые могут или должны быть возложены на ЭВМ. Одним из результатов информационного обследования является состав комплекса задач, которые должны быть разработаны.

Основным документом, содержащим всю информацию о создаваемой задаче (или комплексе задач), ее назначении и требованиях к ней, является оперативная постановка задачи (или комплекса задач), которая оформляется как обязательное приложение к ТЗ.

ТЗ в целом и оперативные постановки задач подписываются головным разработчиком, согласовываются с организациями-соисполнителями, аппаратом управления, на котором будет внедряться задача, и утверждаются заказчиком. Проведение разработки задач и их комплексов без утвержденного ТЗ не допускается. В процессе дальнейших работ по созданию АИС или ее элементов при невозможности выполнения требований оперативной постановки она может корректироваться с разрешения заказчика на любом этапе создания и внедрения ИРЗ и их комплексов.

Эскизное и техническое проектирования.После утверждения заказчиком ТЗ разработчик приступает к этапу эскизного проектирования, который часто объединяют с этапом технического проектирования. На этих этапах осуществляются следующие действия:

· определение принципов построения, состава и структуры технических и программных средств ИРЗ и их комплексов (этап эскизного проектирования);

· определение обобщенного алгоритма функционирования, назначения и порядка работы элементов задач и их комплексов (этап эскизного проектирования);

· определение содержания и общих характеристик информационных связей между элементами задач (комплексов задач) (этап эскизного проектирования);

· определение состава необходимого ПО для создания задач и их комплексов (этап эскизного проектирования);

· выбор используемых математических методов и математическое описание моделей экономических операций (этап эскизного проектирования);

· оценка возможности выполнения основных требований оперативной постановки задачи (этап эскизного проектирования);

· разработка детальных алгоритмов задач и комплексов, их информационного и лингвистического обеспечения (этап технического проектирования);

· проектирование и разработка необходимых БД (этап технического проектирования).

Алгоритмы ИРЗ и их комплексов разрабатываются в строгом соответствии с утвержденным ТЗ и оперативными постановками задач и являются определяющими документами для последующего написания программ. Схемы алгоритмов и программ выполняются в соответствии с нормативными требованиями.

Рабочее проектирование.На этом этапе в соответствии с разработанными ранее алгоритмами осуществляется разработка программ, их отладка и экспериментальная проверка (испытания) на ЭВМ и оформление документации по разработанной задаче (или комплексу задач).

Перед сдачей отлаженных программ заказчику разработчик проводит их испытания с целью проверки соответствия программного продукта требованиям ТЗ. В процессе испытаний проверяются:

· достоверность результатов расчетов в различных вариантах исходных данных и, в частности, адекватность ММ операций;

· характер влияния различных исходных данных на результаты расчета (моделирования);

· надежность применяемых технических и программных средств защиты данных;

· оперативность полученных результатов расчетов;

· удобство работы с ЭВМ в процессе расчета или моделирования;

· качество разработанных алгоритмов и программ и т.д.

Проверка достоверности результатов проводится на вариантах исходных данных с реальной или учебной информацией, обеспечивающих проведение всесторонней оценки получаемых результатов путем сравнения с результатами проведенных экономических операций. Для окончательной оценки достоверности результатов расчетов (моделирования) могут привлекаться компетентные эксперты.

Все работы по проверке готовности программного продукта проводятся на технической базе разработчика. В работе по проверке (испытанию) ИРЗ и их комплексов участвует сотрудник сопровождения. Обобщенные результаты экспериментальной проверки разработанных задач и комплексов представляются заказчику вместе с отчетными материалами по программному изделию, подготовленному к сдаче.

На каждую ИРЗ и в целом комплекс задач оформляется отчетная документация в четырех частях.

Часть 1. Оперативная постановка задачи.

Часть 2. Алгоритмы задачи.

Часть 3. Описание программы. Инструкция оператору-программисту по ее применению. Программы на магнитных носителях и их распечатки (тексты программ).

Часть 4. Инструкция должностному лицу по использованию задачи (комплекса задач).

Каждая часть документации оформляется отдельной книгой (или несколькими книгами). Части 1, 2, 4 используются специалистами аппарата управления при изучении сущности задачи и порядка работы с ней. В вычислительный центр (ВЦ) документация передается в полном объеме.

Помимо указанной отчетной документации, после завершения каждого этапа разработки задачи (комплекса) разработчик представляет заказчику отчет. Этим обеспечивается объективный контроль за ходом создания задач. Порядок, сроки выпуска и содержание таких отчетов оговариваются в ТЗ. Анализ отчетов и выдача заключений по результатам каждого этапа работ производятся, как правило, при активном участии сотрудника сопровождения.

Приведенная выше этапность создания задач (комплексов задач) и отчетность в процессе их создания не является строго обязательной (кроме документации по готовым задачам и комплексам задач) и зависит от объема и сложности создаваемой задачи (комплекса задач). В любом случае обязательным документом является ТЗ, в котором оговаривается как содержание этапов создания задач, так и состав документов, разрабатываемых на каждом этапе.