Введение к работе
Актуальность исследования. Железнодорожный транспорт (ЖТ) продолжает оставаться наиболее важной составной частью транспортной системы России. По данным информационного портала «РЖД-Партнер», в 2010 г. продолжался рост доли ЖТ в структуре коммерческих перевозок, и эта доля по грузообороту достигла 88% (для сравнения: доля автомобильного транспорта составляет 4% , а водного - 8%), причем эта доля продолжает расти. В части пассажирооборота железнодорожный, воздушный и автомобильный транспорт демонстрируют приблизительно одинаковые доли. ЖТ обладает мощной разветвленной инфраструктурой национального масштаба и во многих регионах России является градообразующим фактором.
Управление железнодорожным транспортом в России, как и во всем мире, осуществляется при помощи разнообразных информационных систем (ИС), в совокупности составляющих современную информационную систему поддержки функционирования железнодорожного транспорта (ИСПФ ЖТ), которая в значительной степени сохранила черты ИС ЖТ советского периода. При проектировании и разработке указанных ИС используются как новые, так и традиционные методы.
Анализ показывает, что вопросам проектирования ИС в современной научной литературе посвящено много работ. Укажем на труды таких известных ученых и специалистов, как Р.Л. Акофф, Ю.В. Крючков, В.Ф. Уткин, Г.Н. Охотников, А.В. Ильичев, В.Д. Волков, В.А. Грущанский, В.И. Николаев, В.М. Брук, Ф.П. Тарасенко, которые заложили основы теории разработки и проектирования сложных систем, опираясь на достижения системологии и схемотехники.
Большую работу по сбору, систематизации и обобщению общепризнанных международных официальных документов в области функциональной стандартизации и стандартизации жизненного цикла программных средств (ПС) для сложных информационных систем провели В.В. Липаев, Е.Н. Филинов, А.В. Бойченко.
Что же касается разработки самих ИС для нужд ЖТ, которые включают и программную, и аппаратную части, то тут положение несколько иное. В этой области существует большое количество разрозненных публикаций и стандартов. Большинство разработчиков ИС используют в своей работе основополагающие ГОСТы серий 19 и 34, некоторые международные (и закрепленные отечественными ГОСТами) стандарты, а также средства сопровождения проектов, такие как CASE-программы, язык UML, различные процедуры, связанные с необходимостью обеспечения качества. Нельзя не отметить большой вклад, внесенный в теорию разработки информационных систем, в том числе для нужд ЖТ, такими учеными как Е.М. Тишкин, Ю.В. Бородакий, Ю.Г. Лободин-ский, Е.Н. Хохлачев, Б.И. Глазов, А.В. Сухов, А.В. Бойченко, М.И. Ломакин.
Кроме того, в последнее время появились новые методы проектирования, учитывающие сравнимость темпов проектирования и темпов появления новых
информационных технологий (ИТ), которые было бы крайне желательно использовать в проектируемых ИС. Однако указанные методы пока еще получили лишь начальную проработку.
Все вышеизложенное определило цель работы - повышение эффективности информационной системы поддержки железнодорожного транспорта путем применения адаптивных методов проектирования и модернизации.
Для достижения поставленной цели в работе решена актуальная научная задача разработки путей совершенствования информационной системы поддержки функционирования железнодорожного транспорта (ИСПФ ЖТ) на основе внедрения средств и способов адаптивного проектирования и модернизации, а также оптимизации технологии обновления вычислительной и коммуникационной техники.
Указанная задача может быть декомпозирована на следующий набор частных задач диссертационного исследования:
-
Развитие понятийной модели предметной области «информационные технологии на ЖТ» для нужд совершенствования ИСПФ ЖТ.
-
Разработка методического инструментария системного и адаптивного проектирования ИС с учетом возможности инкорпорирования в них новых ИТ, появляющихся во время выполнения такого проектирования.
-
Разработка моделей модернизации ИС с оптимизацией стратегии двух-компонентного обновления.
-
Практическая апробация разработанного методического инструментария ИСПФ ЖТ и выработка рекомендаций по его практическому применению.
Решение указанных частных задач позволило получить следующие научные результаты, обладающих элементами научной новизны и выносимых на защиту:
-
Фрагменты понятийной модели предметной области «информационные технологии на ЖТ».
-
Методический инструментарий системного и адаптивного проектирования ИС с учетом возможности инкорпорирования в них новых ИТ, появляющихся во время выполнения такого проектирования.
-
Модели модернизации ИС с оптимизацией стратегии двухкомпонент-ного обновления.
-
Технические решения по ИСПФ ЖТ, реализующие разработанный методический инструментарий и доказывающие его рациональность по итогам практической апробации.
Объектом исследования является информационная система поддержки функционирования железнодорожного транспорта (ИСПФ ЖТ).
Предметом исследования являются методы разработки, оценки эффективности и оптимизации развития ИСПФ ЖТ.
Методологическую основу исследования составили приложения методологии научного познания и системного анализа в прикладных направлениях
теории цифровых сетей, функциональной стандартизации и стандартизации жизненного цикла ИС, системологии, теории эффективности и исследования операций, математической статистики и математической теории приближений.
Информационная и правовая база исследования. В работе использовались действующие законы, ГОСТы, рекомендации и стандарты международных организаций (в частности, Международной организации по стандартизации (МОС, ISO)), материалы научно-технических конференций, книги и иные публикации в профессиональных математических и научно-технических изданиях, ресурсы в сети Интернет.
Теоретической основой исследования явились труды зарубежных и отечественных ученых, указанные в перечне использованной литературы.
В работе использованы программные средства Microsoft Excel, Visio, MathCAD, Mathematica, Statistica, Maple.
Научная новизна исследования состоит в следующем:
разработан методический инструментарий для системного и адаптивного проектирования ИС при сокращенных сроках появления-нйвых ИТ (на основе теории проектирования ИС). Новизна состоит в концепции построении профиля системного проекта (СП) с таксономией необходимых нормативных документов, а также в методике комбинированного концептуального, компьютерного и натурного моделирования;
разработана игровая модель адаптивной реакции на появление новых ИТ в условиях природной неопределенности; указанная неопределенность обусловливается отсутствием знаний о моменте появления новой доступной ИТ;
разработан методический аппарат определения вероятностно-временных характеристик процесса модернизации ИС, позволяющий оптимизировать указанный процесс (с привлечением методов теории исследования операций и теории марковских цепей с дискретным и непрерывным временем); указанная оптимизация проведена для синхронной и асинхронной замены нескольких элементов ИС;
построена адекватная модель представления такой крупной информационной системы, какой является ИСПФ ЖТ (на основе более общей модели среды открытых систем); эта модель рационально систематизирует все программно-аппаратные средства ИСПФ ЖТ
Практическая значимость исследования состоит в том, что выработаны практические рекомендации по:
понятийной модели предметной области «информационные технологии на ЖТ»;
профилю СП ИС;
реализации отдельных ИС в составе ИСПФ ЖТ.
Апробация. Основные положения и результаты докладывались на следующих конференциях: 1-ая международная научно-практическая конференция
«Транспорт Евразии: взгляды в XXI век» (г. Алматы, 2000 г.); 1-ая Международная научно-практическая конференция «Научные итоги 2011 года: достижения, проекты, гипотезы» (г. Новосибирск, ЦРНС, 2011 г.); IX-ая Международная дистанционная научно-практическая конференция «Современные проблемы гуманитарных и естественных наук» (г. Москва, РИСИ, 2011 г.); VI Международная научно-практическая конференция «Перспективы развития информационных технологий» (г. Новосибирск, ЦРНС, 2011 г.).
Достоверность результатов исследования была обеспечена: " использованием системного подхода и достижений теории систем (во всей работе), современных математических методов, а также методов теории исследования и эффективности операций;
личным опытом участия в выполнении более 20 СП различных крупных ИС и, прежде всего, для нужд ЖТ (в качестве руководителя или постановщика задачи);
актуальными источниками государственной, научно-технической и экономической информации;
" целесообразным сочетанием комплекса теоретических и эмпирических методов исследования, адекватных его объекту и предмету;
подтверждением логической непротиворечивости использования методов,
соответствующих задачам и специфике этапа исследовательской работы.
Обоснованность научных результатов и выводов исследования обеспечивается исходными методологическими позициями, комплексом методов исследования, адекватных целям и задачам, опорой на достоверные данные, которые были взяты из личной практики разработки ИС.
Основные результаты работы опубликованы в 16 печатных трудах (личный объем 6,85 печатного листа), из которых 5 статей (личный объем 0,8 печатного листа) - в изданиях, входящих в соответствующий Перечень ВАК.
Внедрение результатов: результаты работы использованы при разработке и совершенствовании ИС в различных организациях и в учебном процессе.
Структура работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и трех приложений. Она включает 150 страниц основного машинописного текста и 60 страниц приложений, содержит 24 рисунка и 15 таблиц. Список литературы включает 110 наименований.
