Информационные системы и технологии предприятия Тема 6 ВИДЫ

Информационные системы и технологии предприятия Тема 6. ВИДЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ: 1. 2. 3. 4. ИТ Экспертных см ИТ OLAP CALS-технологии CASE-технологии 1

Характеристика и назначение ЭС n n Среди компьютерных информационных систем наибольший прогресс отмечен в области разработки экспертных систем. Они основаны на использовании искусственного интеллекта и дают возможность менеджеру или специалисту получать консультации экспертов по любым проблемам, по которым этими системами накоплены знания. Экспе ртная систе ма (ЭС, expert system) — компьютерная программа, способная частично заменить специалиста-эксперта в разрешении проблемной ситуации. Такие системы стали возможны в результате развития систем с искусственным интеллектом. Необходимость их создания была вызвана острой нехваткой специалистов-экспертов, которые смогли бы в любой момент квалифицированно отвечать на многочисленные вопросы в своей области знаний. Под искусственным интеллектом обычно понимают способности компьютерных систем к таким действиям, которые назывались бы интеллектуальными, если бы исходили от человека. 2

Главная идея ЭС n n Не каждая компания может себе позволить держать в своем штате экспертов по всем связанным с ее работой проблемам или даже приглашать их каждый раз, когда проблема возникла. Главная идея использования технологии экспертных систем заключается в том, чтобы получить от эксперта его знания и, загрузив их в память компьютера, использовать всякий раз, когда в этом возникнет необходимость. ЭС представляют собой компьютерные программы, трансформирующие опыт экспертов в какой-либо области знаний в форму эвристических правил (эвристик). Эвристики не гарантируют получения оптимального результата с такой же уверенностью, как обычные алгоритмы, используемые для решения задач в рамках технологии поддержки принятия решений. Однако часто они дают в достаточной степени приемлемые решения для их практического использования. Все это делает возможным использовать технологию экспертных систем в качестве советующих систем 3

Отличия ЭС от ИТ ППР n n n Сходство экспертных систем и систем поддержки принятия решений, состоит в том, что обе они обеспечивают высокий уровень поддержки принятия решений. Однако имеются три существенных различия. Первое отличие связано с тем, что решение проблемы в рамках систем поддержки принятия решений отражает уровень ее понимания пользователем и его возможности получить и осмыслить решение. Технология экспертных систем, наоборот, предлагает пользователю принять решение, превосходящее его возможности. Второе отличие указанных технологий выражается в способности экспертных систем пояснять свои рассуждения в процессе получения решения. Очень часто эти пояснения оказываются более важными для пользователя, чем само решение. Третье отличие связано с использованием нового компонента информационной технологии — базы знаний. 4

Основные компоненты технологии ЭС n Экспертная система Пользователь Интерфейс пользователя База знаний Интерпретатор Проблемная область Модуль создания системы Эксперт и специалист по знаниям Инструкции и информация решение и объяснения знания 5

Интерфейс пользователя n n n Менеджер (специалист) использует интерфейс для ввода информации и команд в экспертную систему и получения выходной информации из нее. Команды включают в себя параметры, направляющие процесс обработки знаний. Информация обычно выдается в форме значений, присваиваемых определенным переменным. Менеджер может использовать четыре метода ввода информации: меню, команды, естественный язык и собственный интерфейс. Технология экспертных систем предусматривает возможность получать в качестве выходной информации не только решение, но и необходимые объяснения. Различают два вида объяснений: 6

Два вида объяснений в ЭС n n n - объяснения, выдаваемые по запросам. Пользователь в любой момент может потребовать от экспертной системы объяснения своих действий; - объяснения полученного решения проблемы. После получения решения пользователь может потребовать объяснений того, как оно было получено. Система должна пояснить каждый шаг своих рассуждений, ведущих к решению задачи. Хотя технология работы с экспертной системой не является простой, пользовательский интерфейс этих систем является дружественным и обычно не вызывает трудностей при ведении диалога. 7

База знаний n n n Это факты, которые описывают проблемную область, а также логическую взаимосвязь между фактами. Главное место в базе знаний принадлежит правилам. Они определяют, что следует делать в данной ситуации, и состоит из двух частей: условия, которое может выполняться или нет; действия, которое следует произвести, если условие выполняется. Все используемые в экспертной системе правила образуют систему правил, которая даже для сравнительно простой системы может содержать несколько тысяч правил. Все виды знаний в зависимости от специфики предметной области и квалификации проектировщика (инженера по знаниям) с той или иной степенью адекватности могут быть представлены с помощью одной либо нескольких семантических моделей. К наиболее распространенным моделям относятся логические, продукционные, фреймовые и семантические сети. 8

Интерпретатор n n n Это часть экспертной системы, производящая в определенном порядке обработку знаний ( «мышление» ), находящихся в базе знаний. Технология работы интерпретатора сводится к последовательному рассмотрению совокупности правил (правило за правилом). Если условие, содержащееся в правиле, соблюдается, выполняется определенное действие, и пользователю предоставляется вариант решения его проблемы. Кроме того, во многих экспертных системах вводятся дополнительные блоки: база данных, блок расчета, блок ввода и корректировки данных. Блок расчета необходим в ситуациях, связанных с принятием управленческих решений. При этом важную роль играет база данных, где содержатся плановые, физические, расчетные, отчетные и другие постоянные или оперативные показатели. Блок ввода и корректировки данных используется для оперативного и своевременного отражения текущих изменений в базе данных. 9

Модуль создания системы n n n Он служит для создания набора (иерархии) правил. Существуют два подхода, которые могут быть положены в основу модуля создания системы: использование алгоритмических языков программирования и использование оболочек экспертных систем. Для представления базы знаний специально разработаны языки Лисп и Пролог, хотя можно использовать и любой известный алгоритмический язык. Оболочка экспертных систем представляет собой готовую программную среду, которая может быть приспособлена к решению определенной проблемы путем создания соответствующей базы знаний. В большинстве случаев использование оболочек позволяет создавать экспертные системы быстрее и легче в сравнении с программированием. 10

ИНФОРМАЦИОННАЯ ТЕХНОЛОГИЯ OLAP n n n OLAP - аббревиатура от английского On-Line Analytical Processing это название не конкретного продукта, а целой технологии. Порусски удобнее всего называть OLAP оперативной аналитической обработкой. Хотя в некоторых изданиях аналитическую обработку называют и онлайновой, и интерактивной, однако прилагательное “оперативная” как нельзя более точно отражает смысл технологии OLAP— технология обработки информации, включающая составление и динамическую публикацию отчётов и документов. Используется аналитиками для быстрой обработки сложных запросов к базе данных. OLAP служит для подготовки бизнес-отчётов по продажам, маркетингу, в целях управления, т. н. data mining — добыча данных (способ анализа информации в базе данных с целью отыскания аномалий и трендов без выяснения смыслового значения записей. 11

Принципы построения СУБД n n n n n Основу OLAP -систем обеспечивают системы управления реляционными базами данных (РСУБД). Понятие реляционный (англ. relation — отношение) связано с разработками известного английского специалиста в области систем баз данных Эдгара Кодда (Edgar Codd). Реляционная модель ориентирована на организацию данных в виде двумерных таблиц. Таблицы связаны между собой множеством связей. Каждая реляционная таблица представляет собой двумерный массив и обладает следующими свойствами: каждый элемент таблицы — один элемент данных; все ячейки в столбце таблицы однородные, то есть все элементы в столбце имеют одинаковый тип (числовой, символьный и т. д. ); каждый столбец имеет уникальное имя; одинаковые строки в таблице отсутствуют; порядок следования строк и столбцов может быть произвольным 12

Многомерность мышления n n Главным отличием систем OLAP является представление данных в виде многомерных кубов. Вся информация бизнес-процесса систематизируется и разбивается на категории, а они, в свою очередь, преобразовываются в оси (измерения) кубов. Наше мышление многомерно уже по определению. Если человек задает вопросы, то он налагает определенные ограничения, чем формулирует вопросы во многих измерениях, следовательно анализ происходящий в многомерной модели очень приближен к реальности человеческого мышления. 13

Многомерная модель OLAP n n По измерениям в многомерной модели откладывают факторы, влияющие на деятельность предприятия (например: время, продукты, отделения компании, географию и т. п. ). Таким образом получают гиперкуб (конечно, название не очень удачно, поскольку под кубом обычно понимают фигуру с равными ребрами, что, в данном случае, далеко не так), который затем наполняется показателями деятельности предприятия (цены, продажи, план, прибыли, убытки и т. п. ). Наполнение это может вестись как реальными данными оперативных систем, так и прогнозируемыми на основе исторических данных. Измерения гиперкуба могут носить сложный характер, быть иерархическими, между ними могут быть 14 установлены отношения.

Структурный OLAP-отчет 15

Принципы построения OLAP-систем n n n 1. В качестве внешнего интерфейса они предоставляют управляемую динамическую таблицу. На вход динамической таблицы подается многомерный массив. Массив состоит из данных двух типов: измерений и фактов. Измерения становятся колонками и строками динамической таблицы. В них отображаются члены измерений. На пересечении колонок и строк размещены факты. 2. Колонки и строки являются основными инструментами управления таблицей. С их помощью пользователь может манипулировать исходными данными: менять местами строки и колонки, устанавливать фильтры по измерениям, детализировать информацию или наоборот обобщать ее. При этом промежуточные и окончательные итоги по фактам автоматически пересчитываются. Выполнение этих операций обеспечивается OLAP-машиной (или машиной OLAP-вычислений). Сами манипуляции с данными носят название OLAPопераций. 3. Еще одной важной стороной OLAP-анализа является графическое отображение данных. График синхронизирован с динамической таблицей. После выполнения любой OLAP-операции данные пересчитываются, а график перерисовывается. 16

Графическое отображение данных с динамической таблицей 17

Классификация OLAPпродуктов n n По способу хранения данных делятся на три категории: В случае MOLAP, исходные и многомерные данные хранятся в многомерной БД или в многомерном локальном кубе. Такой способ хранения обеспечивает высокую скорость выполнения OLAP-операций. Но многомерная база в этом случае чаще всего будет избыточной. Куб, построенный на ее основе, будет сильно зависеть от числа измерений. При увеличении количества измерений объем куба будет экспоненциально расти. Иногда это может привести к "взрывному росту" объема данных. В ROLAP-продуктах исходные данные хранятся в реляционных БД или в плоских локальных таблицах на файл-сервере. Агрегатные данные могут помещаться в служебные таблицы в той же БД. Преобразование данных из реляционной БД в многомерные кубы происходит по запросу OLAPсредства. При этом скорость построения куба будет сильно зависеть от типа источника данных. В случае использования Гибридной архитектуры исходные данные остаются в реляционной базе, а агрегаты размещаются в многомерной. Построение OLAP-куба выполняется на по запросу OLAP-средства на основе реляционных и многомерных данных. Такой подход позволяет избежать взрывного роста данных. При этом можно достичь 18 оптимального времени исполнения клиентских запросов.

По месту размещения OLAP-продукты подразделяются на OLAP-серверы и OLAP-клиенты. n n n В серверных OLAP-средствах вычисления и хранение агрегатных данных выполняются отдельным процессом - сервером. Клиентское приложение получает только результаты запросов к многомерным кубам, которые хранятся на сервере. Некоторые OLAPсерверы поддерживают хранение данных только в реляционных базах, некоторые - только в многомерных. Многие современные OLAP-серверы поддерживают все три способа хранения данных: MOLAP, ROLAP и HOLAP. Самым известным серверным решением является Microsoft Analysis Services - OLAP-сервер компании Microsoft. OLAP-клиент устроен по-другому. Построение многомерного куба и OLAP -вычисления выполняются в памяти клиентского компьютера (в кэше внутри адресного пространства такого OLAP-средства). OLAP-клиенты также делятся на ROLAP и MOLAP. А некоторые могут поддерживать оба варианта хранения данных. Среди популярных клиентских OLAP-средств можно назвать Oracle Discoverer (Pivot Table Service, доступ к реляционным БД через OLE DB for OLAP или к многомерным базам через ADO MD). У каждого из этих подходов, есть свои "плюсы" и "минусы". На практике такой выбор является результатом компромисса эксплуатационных показателей и стоимости программного обеспечения. 19

ПОНЯТИЕ О ИНФОРМАЦИОННОЙ CALSТЕХНОЛОГИИ n n CALS-технологии (англ. Continuous Acquisition and Life cycle Support — непрерывная информационная поддержка поставок и жизненного цикла) — современный подход к проектированию и производству высокотехнологичной и наукоёмкой продукции. Она заключается в использовании компьютерной техники и современных информационных технологий на всех стадиях жизненного цикла изделия. Это обеспечивает единообразные способы управления процессами и взаимодействия всех участников этого цикла: заказчиков продукции, поставщиков/производителей продукции, эксплуатационного и ремонтного персонала, реализованные в соответствии с требованиями системы международных стандартов, регламентирующих правила указанного взаимодействия преимущественно посредством электронного обмена данными. Технология CALS – это технология непрерывной информационной поддержки поставок и жизненного цикла изделия. 20

Сущность CALS технологий n n CALS – это совокупность передовых технологий и подходов, используемых на всех этапах жизненного цикла сложной и наукоемкой продукции начиная с проектирования и производства и заканчивая поддержкой изделия в процессе его эксплуатации и последующей утилизации. К таким продуктам относятся: программное обеспечение, компьютерная техника, различное сложное оборудование, транспортные объекты и т д. 21

Единое информационное пространство CALS n n Для эффективного взаимодействия производственных подразделений предприятия (или группы предприятий) CALS предусматривает их интеграцию в единое информационное пространство, в рамках которого эти подразделения будут обмениваться информацией из различных информационных систем. Это могут быть различные системы проектирования, инженерных расчетов, инструменты для автоматизированной технологической подготовки производства, системы подготовки эксплуатационной документации и т. д. 22

Принципы функционирования технологии CALS n n Все данные об изделии, бизнес-процессах и ресурсах хранятся, управляются и взаимодействуют в группе предприятий в электронном виде. Подлинность документов обеспечивается использованием электронно -цифровой подписи; Все данные, используемые группой предприятий в рамках единого информационного пространства, являются единым источником информации для взаимодействующих подразделении и используются многократно. Данный подход позволяет существенно сократить потери на всех стадиях жизненного цикла продукта; деятельность в рамках системы производится параллельно (параллельный инжиниринг); данные доступны всем потребителям исходя из уровня доступа. 23

Модели CALS-технологий n n В результате использования CALSтехнологий создаются и взаимодействуют три интегрированные модели: информационная модель самого продукта (цифровой прототип изделия) модель жизненного цикла этого изделия модель среды его производства и эксплуатации. 24

Модель ЖЦ изделия 25

Что позволяет технология CALS n n Эта технология позволяет существенно сократить объёмы проектных работ, поскольку описания многих составных частей оборудования, машин и систем, проектировавшихся ранее, хранятся в унифицированных форматах данных сетевых серверов, доступных любому пользователю технологий CALS. Существенно облегчается решение проблем ремонтопригодности, интеграции продукции в различные системы и среды, адаптации к меняющимся условиям эксплуатации, специализации проектных организаций и т. п. 26

Программные продукты, используемые в CALS-технологиях n n n Все программные продукты, используемые в CALSтехнологиях, можно разделить на две большие группы: программные продукты, используемые для создания и преобразования информации об изделиях, производственной среде и производственных процессах, применение которых не зависит от реализации CALS-технологий; программные продукты, применение которых непосредственно связано с CALS-технологиями и требованиями соответствующих стандартов. 27

К первой группе принадлежат следующие программные средства и системы: n n n Системы подготовки текстовой и табличной документации различного назначения (текстовые редакторы, электронные таблицы и т. д. - офисные системы); Системы автоматизации инженерных расчетов и эскизного проектирования (САЕ-системы); Системы автоматизации конструирования и изготовления рабочей конструкторской документации (CAD-системы); Системы автоматизации технологической подготовки производства (САМ-системы); Системы автоматизации планирования производства и управления процессами изготовления изделий, запасами, производственными ресурсами, транспортом и т. д. (системы MRP/ERP); Системы идентификации и аутентификации информации (средства ЭЦП). 28

Ко второй группе принадлежат программные средства и системы: n n n n Ко второй группе принадлежат программные средства и системы: управления данными об изделии и его конфигурации (системы PDM - Product Data Management); управления проектами (Project Management); управления потоками заданий при создании и изменении технической документации (системы WF - Work Flow); обеспечения информационной поддержки изделий на постпроизводственных стадиях ЖЦ; функционального моделирования, анализа и реинжиниринга бизнес-процессов. Успех на рынке сложной технической продукции недостижим без технологий CALS. 29

ПОНЯТИЕ О CASEТЕХНОЛОГИИ: 1 -сложность ИС n n n n Тенденции развития современных ИТ приводят к постоянному возрастанию сложности ИС создаваемых в различных областях. Современные крупные проекты характеризуются, следующими особенностями: сложность описания (достаточно большое количество функций, процессов, элементов данных и сложные взаимосвязи между ними), требующая тщательного моделирования и анализа данных и процессов; наличие совокупности тесно взаимодействующих компонентов (подсистем), имеющих свои локальные задачи и цели функционирования отсутствие прямых аналогов, ограничивающее возможность использования каких-либо типовых проектных решений и прикладных систем; необходимость интеграции существующих и вновь разрабатываемых приложений; функционирование в неоднородной среде на нескольких аппаратных платформах; разобщенность и разнородность отдельных групп разработчиков по уровню квалификации и сложившимся традициям использования тех или иных инструментальных средств; существенная временная протяженность проекта, обусловленная, с одной стороны, ограниченными возможностями коллектива разработчиков, и, с другой стороны, масштабами организации-заказчика и различной степенью готовности отдельных ее подразделений к внедрению ИС. 30

Проблемы разработки сложных ИС n n n n Для успешной реализации проекта объект проектирования должен быть прежде всего адекватно описан, должны быть построены полные и непротиворечивые функциональные и информационные модели ИС. Накопленный к настоящему времени опыт проектирования информационных систем показывает, что это логически сложная, трудоемкая и длительная по времени работа, требующая высокой квалификации участвующих в ней специалистов. Ручная разработка программных продуктов обычно порождает следующие проблемы: неадекватная спецификация требований; неспособность обнаруживать ошибки в проектных решениях; низкое качество документации, снижающее эксплуатационные качества; затяжной цикл разработки и неудовлетворительные результаты тестирования. 31

Термин CASE n n n Перечисленные факторы способствовали появлению программно-технологических средств специального класса - CASE-средств, реализующих CASE-технологию создания и сопровождения ИС. Термин CASE (Computer Aided Software Engineering) используется в настоящее время в весьма широком смысле. Первоначальное значение термина CASE, ограниченное вопросами автоматизации разработки только лишь программного обеспечения (ПО), в настоящее время приобрело новый смысл, охватывающий процесс разработки сложных ИС в целом. 32

Определение CASE n n Теперь под термином CASE-средства понимаются программные средства, поддерживающие процессы создания и сопровождения ИС, включая анализ и формулировку требований, проектирование прикладного ПО (приложений) и баз данных, генерацию кода, тестирование, документирование, обеспечение качества, конфигурационное управление и управление проектом, а также другие процессы. CASE-средства вместе с системным ПО и техническими средствами образуют полную среду разработки ИС. Если дать короткое определение, то CASEтехнология это программный комплекс, автоматизирующий технологический процесс анализа, проектирования, разработки и сопровождения сложных программных систем. 33

Преимущества CASEтехнологий n n n CASE-технология поддерживает эффективную коллективную работу над проектом за счет: - использования возможностей локальной сети; - экспорта/импорта любых фрагментов проекта; - организованного управления проектами. Большинство существующих CASE-средств основано на методологиях структурного или объектноориентированного анализа и проектирования, использующих спецификации в виде диаграмм или текстов для описания внешних требований, связей между моделями системы, динамики поведения системы и архитектуры программных средств. 34

Преимущества CASEтехнологий n n n Согласно обзору передовых технологий (Survey of Advanced Technology), составленному фирмой Systems Development Inc. в 1996 г. по результатам анкетирования более 1000 американских фирм, CASE-технология в настоящее время попала в разряд наиболее стабильных информационных технологий (ее использовала половина всех опрошенных пользователей более чем в трети своих проектов, из них 85% завершились успешно). Однако, несмотря на все потенциальные возможности CASE-средств, существует множество примеров их неудачного внедрения, в результате которых CASE-средства становятся "полочным" ПО (shelfware). В связи с этим необходимо отметить следующее: CASE-средства не обязательно дают немедленный эффект; он может быть получен только спустя какое-то время; реальные затраты на внедрение CASE-средств обычно намного превышают затраты на их приобретение; CASE-средства обеспечивают возможности для получения существенной выгоды только после успешного завершения процесса их внедрения. 35

Необходимые качества для внедрения CASE-средств n n n n Для успешного внедрения CASE-средств организация должна обладать следующими качествами: Технология. Понимание ограниченности существующих возможностей и способность принять новую технологию; Культура. Готовность к внедрению новых процессов и взаимоотношений между разработчиками и пользователями; Управление. Четкое руководство и организованность по отношению к наиболее важным этапам и процессам внедрения. Применение CASE-технологий и CASE-средств позволяет: 1) в несколько раз сократить время разработки ИС, 2) значительно снизить вероятность появления ошибок за счет автоматизации начальных этапов разработки, 3) повысить качество планирования, проектирования и разработки, и в результате – повысить ффективность и качество разрабатываемой ИС. 36

Информационные системы и технологии предприятия Спасибо за внимание. Ваши вопросы? Тема 6. ВИДЫ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ: 1. 2. 3. 4. ИТ Экспертных см ИТ OLAP CALS-технологии 37 CASE-технологии