Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,931

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Клепов А.В. 1 Гузенко В.Л. 1 Миронов Е.А. 1 Шестопалова О.Л. 2
1 ФГКВОУ ВПО «Военно-космическая академия имени А.Ф.Можайского»
2 Филиал «Восход» ФГБОУ ВПО «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» в г. Байконуре
Решение проблемы обеспечения надёжности территориально-распределенных информационных систем неразрывно связано с решением частной задачи создания научно-методического аппарата для обоснования вариантов структурного построения и функционирования системы технической эксплуатации этих распределенных информационных систем. Необходимым начальным этапом обоснования и выбора вариантов построения и функционирования системы технической эксплуатации является выбор значимых управляемых параметров. Предлагается в качестве таких параметров использовать совокупность множеств, задающих структуру и характеристики объекта эксплуатации, структуру и алгоритмы функционирования подсистемы технического обслуживания и ремонта, а также характеризующих структуру и порядок функционирования подсистемы обеспечения запасами для данного объекта эксплуатации. Сформулированная в статье задача относится к классу задач векторной дискретной оптимизации. Перечислены основные этапы её решения.
управляемые параметры
информационная система
система эксплуатации
1. Зеленцов В.А., Гагин А.А. Надёжность, живучесть и техническое обслуживание сетей связи. – МО СССР, 1991.
2. Кокарев А.С., Птушкин А.И. Метод обоснования объема инвестиций в проекты внедрения типовых производств // Современные проблемы науки и образования. – 2013. – № 5; URL: www.science-education.ru/111-10516 (дата обращения: 12.02.2014).
3. Проектирование и техническая эксплуатация сетей передачи дискретных сообщений / М.М. Арипов, Г.П. Захаров, С.Т. Малиновский, Г.Г. Яновский: Под ред. Г.П. Захарова. – М.: Радио и связь, 1988.
4. Хомоненко А. Д. Численные методы анализа систем и сетей массового обслуживания. – МО СССР, 1991.
5. Шестопалова О.Л. Определение потребности в модернизации средств технического обеспечения распределенной системы сбора и обработки информации / А.Н.Дорохов, А.Н.Миронов, О.Л. Шестопалова // Информация и космос. – 2014. – № 1. – С.9–12.
6. Шестопалова О.Л. Пути и методы управления развитием системы информационного обеспечения эксплуатации космических средств / Д.А. Севастьянов, О.Л. Шестопалова // Информация и космос. – 2013. – № 1. – С. 6–9.

Введение

Решение проблемы обеспечения надёжности территориально-распределенных информационных систем (ИС) в условиях ресурсных ограничений предполагает обязательность проработки вопросов организации их технической эксплуатации. Решение этих вопросов целесообразно начинать на самых ранних этапах жизненного цикла распределенных ИС [6]. Подобные задачи возникают при изменении технического состояния, израсходовании технического ресурса, а также при модернизации и замене компонентов уже функционирующих распределенных ИС [2].

Решение этих задач требует разработки методов синтеза (определения значений параметров) систем технической эксплуатации (СТЭ) распределенных ИС [3].

Цель исследования

В рамках решения проблемы обеспечения надёжности территориально-распределенных ИС, необходимым является решение более частной задачи, связанной с созданием научно-методического аппарата для обоснования вариантов структурного построения и функционирования СТЭ территориально-распределенных ИС.

Материал и методы исследования

Необходимым начальным этапом обоснования и выбора вариантов построения и функционирования СТЭ является выбор значимых управляемых параметров.

Анализ показывает, что в качестве таких параметров целесообразно использовать совокупность множеств:

n(S) = {n1(S), n2(S)},

где множество S задаёт структуру и характеристики объекта эксплуатации;

- n1(S) – множество параметров, характеризующих структуры и алгоритмы функционирования подсистемы технического обслуживания и ремонта (топология системы, число и типы бригад обслуживающего персонала, их производительности, стратегии технического обслуживания и ремонта, распределение функций по ТО и ремонту между эксплуатирующим персоналом и специализированными организациями, число уровней в системе ремонта и т.п.) для данного объекта эксплуатации;

- п2(S) – множество параметров, характеризующих структуру и порядок функционирования подсистемы обеспечения запасами (распределение запасов по уровням обслуживаемой системы и системы ТО и ремонта, начальные уровни запасов, стратегии восполнения запасов и т.п.) для данного объекта эксплуатации.

Синтез СТЭ предполагает сравнение различных вариантов технической структуры СТЭ по ряду показателей, характеризующих величину затрат и достигаемые при этом полезные результаты. Анализ целей, задач, свойств и характеристик системы эксплуатации распределенных ИС показывает [1], что в качестве таких показателей целесообразно использовать следующие основные группы показателей, описываемые вектором

YáIñ = áGáI1ñ, QáI2ñ , CáI3ñ ñ ,

где G áI1ñ  – вектор показателей готовности распределенной ИС, её функциональных подсистем и отдельных средств;

QáI2ñ  – вектор временных показателей отдельных процессов эксплуатации средств и подсистем распределенной ИС;

C áI3ñ  – вектор стоимостных показателей, характеризующих затраты на построение и функционирование СТЭ распределенной ИС.

При обосновании структуры СТЭ следует ориентироваться на то [5], что основной задачей СТЭ на весь период эксплуатации распределенной ИС является обеспечение требуемой или максимальной технической готовности её средств и подсистем к применению по функциональному назначению в течение всего срока эксплуатации. Это наиболее общее требование к СТЭ, независимо от вида распределенной ИС, решаемых ею задач и выбранных для неё показателей эффективности.

Показатели готовности наиболее полно отражают степень достижения указанных требований, при этом показатели готовности YáI1ñ являются комплексными показателями и позволяют учесть как структуру и уровень надёжности средств и подсистем распределенной ИС, так и структуру и характеристики системы технического обслуживания и ремонта, а также степень обеспеченности необходимыми для эксплуатации запасами.

Вектор временных показателей QáI2ñ отражает оперативность отдельных процессов эксплуатации средств и подсистем распределенной ИС, в частности, продолжительности технического обслуживания, восстановления работоспособности, простои в ожидании обслуживания, простои из-за отсутствия необходимых ресурсов на эксплуатацию и др.

Свойства, характеризуемые показателями вида G áI1ñ и QáI2ñ, оказывают непосредственное влияние на эффективность функционирования распределенной ИС в целом и в значительной степени определяют возможности распределенной ИС по обеспечению требуемой производительности, вероятности выполнения задачи и другим целевым показателям.

Вектор стоимостных показателей C áI3ñ отражает уровень потребляемых ресурсов в стоимостном выражении и включает в себя компоненты, характеризующие стоимости как отдельных составляющих процесса эксплуатации распределенной ИС, так и затраты на создание СТЭ и эксплуатацию всей распределенной ИС в течение планового периода при заданной структуре системы эксплуатации.

Результаты исследования и их обсуждение

Таким образом, технико-экономическую эффективность функционирования СТЭ целесообразно оценивать целым рядом разнородных показателей, характеризующих отдельные существенные свойства данной системы.

Целесообразность выбора того или иного варианта построения и функционирования СТЭ обусловливается требованиями, предъявляемыми к распределенным ИС в целом. При этом задача определения значений параметров структуры СТЭ может решаться как в рамках более общей проблемы обеспечения надёжности распределенных ИС, так и представлять вполне самостоятельный научно-практический интерес.

Анализ показывает, что в общем случае при выборе структуры СТЭ стремятся к тому, чтобы обеспечивать как можно более лучшие значения по всем показателям качества и при этом, чтобы значения ни одного из показателей не оказались хуже заданных предельно допустимых значений.

Формальная запись такой постановки задачи выглядит следующим образом:

(1)

при ограничениях:

. (2)

Сформулированная в такой постановке задача относится к классу задач векторной дискретной оптимизации [4]. При решении данной задачи в рамках проблемы обеспечения надёжности распределенных ИС в постановке (1)–(2) целесообразно остановиться на этапе нахождения множества эффективных (Парето-оптимальных) решений с последующим выбором компромиссного варианта.

Как следует из приведённой постановки, решение задачи обоснования вариантов построения и функционирования СТЭ распределенных ИС требует последовательного решения ряда частных задач, к основным из которых относятся:

  • разработка математической модели функционирования СТЭ, позволяющей описать различные варианты организации эксплуатации;
  • разработка методического обеспечения для расчёта показателей готовности и временных показателей распределенных ИС с учётом параметров СТЭ;
  • разработка методического обеспечения для расчёта затрат на создание СТЭ и эксплуатацию распределенных ИС;
  • разработка методического обеспечения для решения задачи выбора вариантов построения и функционирования СТЭ распределенных ИС.

Особенности решения частных задач

1. Математическая модель функционирования СТЭ должна базироваться на основе совместного представления обслуживаемой распределенной системы сбора и обработки информации и системы ее технической эксплуатации в виде замкнутой неоднородной сети массового обслуживания.

Сеть массового обслуживания должна включать системы массового обслуживания двух типов: моделирования процесса возникновения заявок на ремонт и моделирования процессов функционирования ремонтных органов по удовлетворению этих заявок.

Знание стационарных вероятностей нахождения сети массового обслуживания в любом из возможных состояний позволяет совместно с использованием логико-вероятностных методов произвести расчёт показателей готовности и временных показателей как для отдельных средств, так и для заданной совокупности средств.

Значение показателя надежности при этом может быть получено в виде суммы вероятностей нахождения сети массового обслуживания во множестве состояний, в которых выполняется условие работоспособности для обслуживаемой системы.

Целесообразно рассмотреть два варианта: двухуровневую структуру системы технической эксплуатации «персонал – ремонтный орган» и трехуровневую структуру «персонал – ремонтный орган – специализированная ремонтная организация».

2. Методическое обеспечение для расчёта показателей готовности и временных показателей распределенных ИС с учётом параметров СТЭ должно обеспечивать решение следующих задач: описание структуры рассматриваемой обслуживаемой системы в виде графа и описание состава и типов элементов, составляющих рассматриваемую систему; определение интенсивностей потоков заявок на обслуживание с учётом интенсивностей отказов элементов и периодичностей проведения плановых мероприятий по поддержанию и восстановлению работоспособности элементов различных типов; описание структуры и состава обслуживающих (ремонтных) органов, а также распределения технических средств, обслуживаемых каждым органом СТЭ; определение средних интенсивностей обслуживания заявок (без учёта времени нахождения в очереди на обслуживание) в зависимости от алгоритмов функционирования обслуживающих органов; составление функций работоспособности рассматриваемой обслуживаемой системы; получение для каждой функции работоспособности с помощью одного из известных алгоритмов вероятностной функции в форме разделённых произведений; выделение сочетаний состояний элементов обслуживаемой системы, являющихся зависимыми через общую систему обслуживания, и расчёт стационарных вероятностей состояний для таких групп элементов с использованием математического аппарата сетей массового обслуживания; расчёт требуемых показателей готовности; обслуживаемой системы и её отдельных функциональных подсистем; расчёт среднего времени восстановления работоспособности элемента обслуживаемой сети; расчёт коэффициентов готовности отдельных элементов обслуживаемой системы.

3. Методическое обеспечение для расчёта затрат на создание СТЭ и эксплуатацию распределенных ИС должно учитывать наличие двух основных составляющих: капитальных затрат на построение СТЭ и затрат, расходуемых собственно в процессе эксплуатации ИС – эксплуатационных затрат.

Расчёт капитальных затрат на создание СТЭ должен быть основан на калькулировании составляющих. Расчёт затрат на эксплуатацию ИС должен базироваться на проведении прогноза себестоимости работ, выполняемых в процессе эксплуатации ИС.

4. Методическое обеспечение для решения задачи выбора вариантов построения и функционирования СТЭ распределенных ИС должно учитывать следующие свойства вариантов ИС: свойство готовности отдельных элементов и функциональных систем ИС; свойство оперативности основных эксплуатационных мероприятий; затраты на построение и функционирование системы.

СТЭ ИС должна быть построена и функционировать таким образом, чтобы стремиться при этом к наилучшим значениям по всем показателям качества, т.е. стремиться обеспечить максимум готовности средств и подсистем, минимальные продолжительности простоев средств и подсистем по причинам проведения ТО, ремонтов и в ожидании обслуживания; а также минимальные затраты на построение и функционирование СТЭ и др.

При этом значения частных показателей должны быть не хуже заданных, определяемых предъявляемыми к данной системе требованиями.

Одновременно достичь наилучших результатов по каждому показателю при такой постановке задачи невозможно, поэтому далее задача сводится к поиску в некотором смысле «компромиссного» решения с учётом возможности учёта требований по каждому из показателей.

При такой формулировке требований к анализируемым существующим и перспективным вариантам построения и функционирования СТЭ процедура формирования требований и выбора наиболее предпочтительного варианта СТЭ ИС должна включать в себя следующие основные этапы: определение вектора управляемых параметров; определение полного состава показателей качества функционирования СТЭ; формирование целевых функций и ограничений на основании требований, предъявленных к ИС по оперативности проведения основных мероприятий технической эксплуатации, по готовности отдельных средств и функциональных подсистем ИС и затратам на построение и функционирование СТЭ; формирование множества альтернативных вариантов построения и функционирования СТЭ; расчёт значений частных показателей качества функционирования СТЭ (показателей готовности, временных и стоимостных показателей) и проверка выполнения ограничений; формирование множества эффективных решений.

Заключение

В статье обсуждаются вопросы создания научно-методического аппарата для обоснования вариантов структурного построения и функционирования системы технической эксплуатации распределенных информационных систем. Предлагается в качестве значимых управляемых параметров использовать совокупность множеств, задающих структуру и характеристики объекта эксплуатации, структуру и алгоритмы функционирования подсистемы технического обслуживания и ремонта, а также характеризующих структуру и порядок функционирования подсистемы обеспечения запасами для данного объекта эксплуатации. Сформулированная в статье задача относится к классу задач векторной дискретной оптимизации. Перечислены особенности её решения.

Рецензенты:

Козлов В.В., д.т.н., профессор, профессор кафедры Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург.

Садин Д.В., д.т.н., профессор, профессор кафедры Военно-космической академии имени А.Ф. Можайского, г. Санкт-Петербург.


Библиографическая ссылка

Клепов А.В., Гузенко В.Л., Миронов Е.А., Шестопалова О.Л. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ОБЕСПЕЧЕНИЯ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 2.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=12361 (дата обращения: 16.06.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074