Тема №10: «Основні поняття інформаційних систем»

Мета: Вивчення основних понять інформаційних систем, ознайомлення з типами та класами інформаційних систем. Аксіоми керування інформаційними системи.

План

10.1. Визначення ІС

10.2. Інформаційна система керування

10.3. Основи системного проектування

10.4. Аксіоми керування ІС

10.5. Класифікація ІС

 

10.1. Визначення ІС

Інформація використовується для управління, але і сама вона піддається керуючим впливам. Основна мета цих дій - підтримка інформаційних потоків та магістралей, що сприяють досягненню поставлених цілей при обмежених матеріально-енергетичних, інформаційно-організаційних, просторово-часових ресурсах.

У багатьох областях і в системному аналізі важливе значення має поняття "інформаційна система". Така система ототожнюється часто з деякою системою підтримки (автоматизації) інтелектуальних робіт, зокрема, пошуку інформації, адміністрування, експертизи, прийняття рішень, управління, розпізнавання, накопичення знань, навчання тощо.

Інформаційна система - система, в якій її елементи, мета, ресурси, структура (організація) розглядаються, в основному, на інформаційному рівні.

Будь-яка інформаційна система має наступні типи основних підсистем:

- Підсистема інформаційного забезпечення (даних);

- Підсистема інтелектуального забезпечення (інформації, знань);

- Підсистема технічного забезпечення (апаратури);

- Підсистема технологічного забезпечення (технології);

- Підсистема комунікативного забезпечення (інтерфейсу);

- Підсистема аналізу і проектування;

- Підсистема оцінки адекватності та якості, верифікації;

Інформаційне середовище - це середовище (тобто система та її оточення) із взаємодіючих інформаційних систем, включаючи і інформацію, що актуалізуються в цих системах.

 

10.2. Інформаційна система керування

Інформаційна система керування - система, призначена для керування, - як іншою системою, так і всередині системи (тобто в якості керуючої підсистеми).

Розрізняють також основні 6 типів інформаційних систем керування (тип системи визначається метою, ресурсами, характером використання і предметною областю):

1. Діалогова система обробки запитів (Transaction Processing System) - для реалізації поточних, короткострокових, тактичного характеру, часто рутинних і жорстко структурованих та формалiзованих, процедур, наприклад, обробки накладних, відомостей, бухгалтерських рахунків, складських документів і тощо.

2. Система інформаційного забезпечення (Information Provision System) - для підготовки інформаційних повідомлень короткострокового (зазвичай) використання тактичного або стратегічного характеру, наприклад, з використанням даних з бази даних і структурованих, формалізованих процедур.

3. Система підтримки прийняття рішень (Decision Support System) - для аналізу (моделювання) реальної формалізованої ситуації, в якій менеджер повинен прийняти деяке рішення, можливо, прорахувавши різні варіанти потенційної поведінки системи (варіюючи її параметри); такі системи використовуються як в короткостроковому, так і в довгостроковому управлінні тактичного або стратегічного характеру в автоматизованому режимі.

4. Інтегрована, програмована система прийняття рішення (Programmed Decision System) призначена для автоматичного, відповідно до програмно реалізованими в системі, структурованими і формалізованими критеріями оцінки, відбору (вибору) рішень; використовуються як у короткостроковому, так і в довгостроковому управлінні тактичного (стратегічного) характеру .

5. Експертні системи (Expert System) - інформаційні консультуючі і (або) приймають рішення системи, які засновані на структурованих, часто погано формалізованих процедурах, що використовують досвід та інтуїцію, тобто підтримуючі та моделюючі роботу експертів, інтелектуальні особливості; системи використовуються як в довгостроковому, так і в короткостроковому оперативному прогнозуванні, управлінні.

6. Інтелектуальні системи, або системи, засновані на знаннях (Knowledge Based System) - підтримують задачі прийняття рішення в складних системах, де необхідне використання знань в досить широкому діапазоні, особливо в погано формалізованих і погано структурованих системах, нечітких системах і при нечітких критеріях прийняття рішення; ці системи найбільш ефективні і застосовувані для відомості проблем довгострокового, стратегічного управління до проблем тактичного і короткострокового характеру, підвищення керованості, особливо в умовах багатокритеріального. На відміну від експертних систем, в системах, заснованих на знаннях, слід по можливості уникати експертних та евристичних процедур і вдаватися до процедур мінімізації ризику. Тут більш істотний вплив професіоналізму персоналу, бо при розробці таких систем необхідна співпраця і взаєморозуміння не тільки розробників, але і користувачів, менеджерів, а сам процес розробки, як правило, відбувається ітераційно, ітераційними поліпшеннями, поступовим переходом від процедурних знань (як робити) - до непроцедурного (що робити).

 

10.3. Основи системного проектування

При побудові (виборі, адаптації) інформаційної системи можна використовувати дві основні концепції, два основних підходи (третя концепція - їх комбінація):

1) орієнтація на проблеми, які необхідно вирішувати за допомогою цієї інформаційної системи, тобто проблемно-орієнтований підхід (або індуктивний підхід);

2) орієнтація на технологію, яка доступна (актуалізована) в даній системі, середовищі, тобто технологічно-орієнтований підхід (або дедуктивний підхід).

Вибір концепції залежить від стратегічних (тактичних) та (або) довгострокових (короткострокових) критеріїв, проблем, ресурсів.

Якщо спочатку вивчаються можливості наявної технології, а потім визначаються актуальні проблеми, які можна вирішити з їх допомогою, то необхідно спиратися на технологічно-орієнтований підхід.

Якщо ж спочатку визначаються актуальні проблеми, а потім впроваджується технологія, достатня для вирішення цих проблем, то необхідно спиратися на проблемно-орієнтований підхід.

При цьому обидві концепції побудови інформаційної системи залежать один від одного: впровадження нових технологій змінює розв'язання проблеми, а зміна розв'язуваних проблем - призводить до необхідності впровадження нових технологій; і те, й інше впливає на прийняті рішення.

Системне проектування (розробка) та використання інформаційної системи повинно пройти наступний життєвий цикл інформаційної системи:

- Передпроектний аналіз (досвід створення інших аналогічних систем, прототипів, відмінності та особливості розроблюваної системи та ін), аналіз зовнішніх проявів системи;

- Внутрішньосистемний аналіз, внутрішній аналіз (аналіз підсистем системи);

- Системний (морфологічний) опис (подання) системи (опис системної мети, системних відносин і зв'язків з навколишнім середовищем, іншими системами і системних ресурсів - матеріальних, енергетичних, інформаційних, організаційних, людських, просторових і часових);

- Визначення критеріїв адекватності, ефективності та стійкості (надійності);

- Функціональний опис підсистем системи (опис моделей, алгоритмів функціонування підсистем);

- Макетування (макетний опис) системи, оцінка взаємодії підсистем системи (розробка макету - реалізації підсистем зі спрощеними функціональними описами, процедурами, та апробація взаємодії цих макетів з метою задоволення системної мети), при цьому можливе використання "макетів" критеріїв адекватності, стійкості, ефективності ;

- "Складання" та тестування системи - реалізація повноцінних функціональних підсистем і критеріїв, оцінка моделі за сформульованими критеріями;

- Функціонування системи;

- Визначення цілей подальшого розвитку системи та її додатків;

- Супровід системи - уточнення, модифікація, розширення можливостей системи в режимі її функціонування (з метою її еволюціонування).

Ці етапи – основні для інформаційного реінжинірингу систем.

 

10.4. Аксіоми керування ІС

Головне гасло розробки інформаційних систем: "Розробка інформаційної системи здійснюється не для впровадження (використання) інформаційної системи, а для забезпечення ефективного управління, функціонування, планування і прогнозування, еволюції системи, яку вона інформаційно підтримує".

Відповідність, що дозволяє переходити від абстракції "Інформація" до її конкретизації "Повідомлення", називається інтерпретацією інформації за допомогою певної знакової системи, деякого алфавіту, тобто системи, за допомогою якої представляється повідомлення. Інтерпретація інформації завжди пов'язана зі змістом (з семантикою) і з розумінням (з прагматикою). Відповідність такого типу завжди встановлюється при ототожненні даного повідомлення з інформацією, при актуалізації інформації.

Інформація, яка може бути актуалізована в деякій інформаційній системі, відбивається деякою математичною (алгебраїчної) структурою.

Інтерпретація інформації - перехід від представлення елементів цієї математичної структури до його семантичної суті.

Розуміння - це співвіднесення даної математичної структури з деякими елементами або системами реального світу (з'ясування прагматичного, наприклад, економічного сенсу).

 

10.5. Класифікація ІС

Системи поділяються на класи за різними ознаками, і залежно від розв'язуваної задачі можна вибрати різні принципи класифікації. При цьому систему можна охарактеризувати одним або декількома ознаками. Системи класифікуються наступним чином:

-                     по виду відображуваного об'єкта-технічні, біологічні тощо;

-                     по виду наукового напрямку - математичні, фізичні, хімічні і тощо;

-                     по виду формалізованого апарату представлення системи - детерміновані і стохастичні;

-                     за типом цілеспрямованості - відкриті та закриті;

-                     по складності структури і поведінки-прості і складні;

-                     за ступенем організованості - добре організовані, погано організовані (дифузні), самоорганізовуючі системи.

Класифікації завжди відносні. Так в детермінованій системі можна знайти елементи стохастичних систем.

Мета будь-якої класифікації обмежити вибір підходів до відображення системи і дати рекомендації з вибору методів.

1) По виду формалізованого апарату представлення

Детерміновані і стохастичні системи

Якщо зовнішні впливи, прикладені до системи (керуючі і збурючі) є певними відомими функціями часу u = f (t). У цьому випадку стан системи, яка описана звичайними диференціальними рівняннями, в будь-який момент часу t може бути однозначно описано за станом системи в попередній момент часу. Системи, для яких стан системи однозначно визначається початковими значеннями і може бути передбачене для будь-якого моменту часу називаються детермінованими.

Стохастичні системи - системи, зміни в яких мають випадковий характер. Наприклад, вплив на енергосистему різних користувачів.

При випадкових впливах даних про стан системи недостатньо для передбачення в наступний момент часу.

Випадкові дії можуть прикладатися до системи ззовні, або виникати всередині деяких елементів (внутрішні шуми). Дослідження систем при наявності випадкових впливів можна проводити звичайними методами, мінімізувавши крок моделювання, щоб не пропустити впливу випадкових параметрів. При цьому, так як максимальне значення випадкової величини зустрічається рідко (в основному в техніці переважає нормальний розподіл), то вибір мінімального кроку у більшості моментів часу не буде обгрунтований.

У переважній більшості випадків при проектуванні систем закладаються не максимальним, а найбільш вірогідним значенням випадкового параметра. У цьому випадку виходить більш раціональна система, заздалегідь припускаючи погіршення роботи системи в окремі проміжки часу.

Розрахунок систем при випадкових впливах проводиться за допомогою спеціальних статистичних методів. Вводяться оцінки випадкових параметрів, виконані на підставі безлічі випробувань.

Статистичні властивості випадкової величини визначають за її функцією розподілу або щільності ймовірності.

2) По складності структури і поведінки; за ступенем організованості

Добре організовані, погано організовані (дифузні), самоорганізовуючі системи.

Добре організовані системи. Уявити аналізований об'єкт або процес у вигляді «добре організованої системи» означає визначити елементи системи, їх взаємозв'язок, правила об'єднання в більші компоненти, тобто визначити зв'язки між всіма компонентами і цілями системи, з точки зору яких розглядається об'єкт або заради досягнення яких створюється система. Проблемна ситуація може бути описана у вигляді математичного виразу, що пов'язує мету з засобами, тобто у вигляді критерію ефективності, критерію функціонування системи, який може бути представлений складним рівнянням або системою рівнянь. Вирішення задачі при поданні її у вигляді добре організованої системи здійснюється аналітичними методами формалізованого представлення системи.

Опис об'єкта у вигляді добре організованої системи застосовується в тих випадках, коли можна запропонувати детермінований опис і експериментально довести правомірність його застосування, адекватність моделі реальному процесу. Спроби застосувати клас добре організованих систем для представлення складних багатокомпонентних об'єктів або багатокритеріальних задач погано вдаються: вони вимагають неприпустимо великих витрат часу, майже нереалізовані і неадекватні застосовуваним моделям.

Приклади добре організованих систем: сонячна система, що описує найбільш істотні закономірності руху планет навколо Сонця; відображення атома у вигляді планетарної системи, що складається з ядра і електронів; опис роботи складного електронного пристрою за допомогою системи рівнянь, що враховує особливості умов його роботи (наявність шумів, нестабільності джерел живлення і тощо).

Погано організовані системи. При поданні об'єкта у вигляді «погано організованою чи дифузійної системи» не ставиться завдання визначити всі враховані компоненти, їх властивості та зв'язки між ними і цілями системи. Система характеризується деяким набором макропараметрів і закономірностями, які знаходяться на основі дослідження не всього об'єкта або класу явищ, а на основі визначень за допомогою деяких правил вибірки компонентів, що характеризують досліджуваний об'єкт або процес. На основі такого вибіркового дослідження отримують характеристики чи закономірності (статистичні, економічні) і поширюють їх на всю систему в цілому. При цьому робляться відповідні застереження. Наприклад, при отриманні статистичних закономірностей їх поширюють на поведінку всієї системи з деякою довірчою ймовірністю.

Підхід до відображення об'єктів у вигляді дифузних систем широко застосовується при: описі систем масового обслуговування, визначенні чисельності штатів на підприємствах та установах, дослідженні документальних потоків інформації в системах управління і т. д

Самоорганізовуючі. Відображення об'єкта у вигляді само організовуючої системи - це підхід, що дозволяє досліджувати найменш вивчені об'єкти і процеси. Самоорганізовуючі, мають ознаки дифузних систем: стохастичність поведінки, нестаціонарністю окремих параметрів і процесів. До цього додаються такі ознаки, як непередбачуваність поведінки; здатність адаптуватися до мінливих умов середовища, змінювати структуру при взаємодії системи з середовищем, зберігаючи при цьому властивості цілісності; здатність формувати можливі варіанти поведінки і вибирати з них найкращий тощо. Іноді цей клас розбивають на підкласи , виділяючи адаптивні або самопристосовуючі системи, самовідновлювальні, самовідтворюються та інші підкласи, які відповідають різним властивостям систем, які  розвиваються.

При застосуванні відображення об'єкта у вигляді самоорганізовуючої системи задачі визначення цілей і вибору засобів, як правило, розділяються. При цьому завдання вибору цілей може бути, у свою чергу, описана у вигляді самоорганізовуючої системи, тобто структура функціональної частини АСУ, структура цілей, плану може розбиватися так само, як і структура забезпечуючої частині АСУ (комплекс технічних засобів АСУ) або організаційна структура системи управління. Більшість прикладів застосування системного аналізу грунтується виставі об'єктів у вигляді самоорганізованих систем.

Приклади: біологічні організації, колективна поведінка людей, організація управління на рівні підприємства, галузі, держава в цілому, тобто в тих системах, де обов'язково є людський фактор.

Динамічні системи характеризуються тим, що їх вихідні сигнали в даний момент часу визначаються характером вхідних впливів в минулому і сьогоденні (залежить від передісторії). В іншому випадку системи називають статичними.

Розрізняють системи лінійні і нелінійні. Для лінійних систем реакція на суму двох або більше різних впливів еквівалентна сумі реакцій на кожне обурення  окремо, для нелінійних - це не виконується.

Якщо параметри систем змінюються в часі, то вона називається нестаціонарної, протилежним поняттям є поняття стаціонарної системи.

Якщо вхід і вихід системи вимірюється або змінюється в часі дискретно, через крок х(t), то система називається дискретною. Протилежним поняттям є поняття безперервної системи.

 

Контрольні запитання.

1.  Що називають інформаційною системою?

2.  З яких підсистем складається ІС

3.  Які є типи інформаційних систем керування?

4.  В чому полягає системне проектування?

5.  Яка існує класифікація ІС?