CC BY
8УДК 658:004
Агиевич В.А., Скрипкин К.Г.
Agievich V.A., Skripkin K.G.
Формирование архитектурной дорожной карты на основе формальной модели взаимодействия архитектурных блоков
Formation of Architecture Roadmap based on Formal Model of Architecture Blocks' Interaction
Авторами предложен формальный подход к созданию и оптимизации архитектурной дорожной карты на основе теории комплементарных взаимодействий, позволяющей учесть взаимодействия между архитектурными блоками.
The authors propose a formal approach to creation and optimization of the architecture roadmap based on the theory of complementarities. The approach takes into account some interactions between architecture building blocks.
Ключевые слова: архитектура предприятия, дорожная карта, матрица изменений, модель взаимодействия.
Key words: enterprise architecture, roadmap, matrix of change, interaction model.
Несмотря на большое разнообразие методов и подходов к построению архитектуры предприятия, при их практическом применении проявляется ряд недостатков. Одним из наиболее существенных пробелов в этой области знаний является недостаточная проработка и слабая формализо-ванность методов планирования перехода от текущего состояния предприятия к целевому, т.е. формирование архитектурной дорожной карты. Это, по сути, творческий процесс, успех которого сильно зависит от опыта, интуиции, знания корпоративной культуры, истории предприятия. Кроме того, в крупных организациях процесс усложняется большим числом элементов архитектурных моделей, что делает затруднительным применение описанных в литературе методов.
Методы планирования перехода к целевой архитектуре предприятия
Анализ существующих методологий архитектуры предприятия и соответствующей специальной литературы [2; 3; 5; 7; 8; 9; 12; 13; 14; 15; 16; 17] показывает, что описание процессов внедрения целевой архитектуры (миграции) представлено, как правило, общими рекомендациями и факторами, которые необходимо учитывать при планировании миграции. Наиболее проработанный и формализованный процесс планирования перехода к целевой архитектуре описан в методологии TOGAF.
В качестве одного из наиболее значимых факторов планирования архитектурных изменений считают необходимость их планирования с учетом разного рода зависимостей. Однако не приводится достаточно строгих методов эффек-
тивной реализации данного указания на практике, что позволяет сделать вывод о необходимости применения соответствующих методов из смежных областей.
Построение модели взаимодействия архитектурных блоков
Модель взаимодействия архитектурных блоков строится на основе структурированных данных TOGAF (а именно: «Консолидированной матрицы различий, решений и зависимостей» и «Матрицы оценки факторов внедрения»). Для формализации зависимостей (взаимодействий) между архитектурными блоками и дальнейшей оценки последовательности архитектурных преобразований используются методы теории комплементарных активов [10; 11].
Комплементарные активы - это активы, дополняющие друг друга таким образом, что увеличение одного актива увеличивает эффект от инвестиций в другой. Таким образом, они взаимно увеличивают эффективность друг друга. Напротив, конкурирующие активы взаимно ослабляют друг друга, снижая эффективность друг друга при совместном использовании. Прямое следствие из теории комплементарности применительно к информационным технологиям состоит в том, что эффективность инвестиций в информационные технологии (ИТ) обусловлена не только самими инвестициями в ИТ, но и изменениями в комплементарных к ним активах, которые происходят (или не происходят) вместе с ИТ-проектом. Таким образом, для обеспечения эффективного развития информационных технологий на предприятии недостаточно сформиро-
вать хорошую целевую архитектуру предприятия, учитывающую все существующие проблемы, требования и перспективные возможности. Ключевым условием успешного применения архитектуры предприятия является обеспечение последовательных изменений (выполнение серии проектов) с учетом взаимодействия (взаимного дополнения и взаимного ослабления) архитектурных блоков.
Для планирования изменений на основе методов теории комплементарных активов применяется так называемая матрица изменений [6]. С помощью этой модели описываются комплементарные взаимодействия между активами (или «практиками») предприятия в его текущем и целевом состоянии, а также важность (ценность) отдельных активов (рис. 1).
Суть применения матрицы изменений состоит в нахождении такой последовательности преобразований, в которой отдельные изменения
учитывать важность практик, чтобы наиболее важные для предприятия изменения выполнялись как можно раньше. Нахождение подобного баланса является сложной задачей при визуально-интуитивном использовании матрицы, особенно если матрица имеет большую размерность. Как показывает практика, при размерности, превышающей 10 х 10, такое использование матрицы уже нецелесообразно.
Поскольку при формировании архитектурной дорожной карты на крупном предприятии число архитектурных блоков может измеряться десятками, применение теории комплементарных активов для планирования архитектурных изменений требует разработки формальных моделей и методов.
Одной из сложностей разработки формальных методов использования матрицы является отсутствие описания последовательности действий по ее применению. Рекомендации создателей
Рис. 1. Матрица изменений
выполняются при «поддержке» максимального числа комплементарных практик и «сопротивлении» минимального числа конкурирующих практик. Например, если текущая система практик содержит много практик, конкурирующих с внедряемой практикой, то сначала их следует исключить. С другой стороны, эти практики могут быть комплементарны большому числу практик базовой системы, следовательно, их исключение будет связано с высоким сопротивлением текущей системы. Кроме того, необходимо
матрицы изменений представляют собой не методику, а набор возможных сценариев использования данного инструмента, которые нужно научиться идентифицировать и применять. При этом на практике возможно появление новых сценариев, не учтенных в рекомендациях. Задача построения алгоритма по приведенным рекомендациям усложняется множеством нечетких критериев, таких как «крупный блок», «наихудшие сочетания», «более стабильна» и т.п.
С другой стороны, все рекомендации по выстраиванию порядка преобразований опираются на понятие легкости или трудности отдельных изменений (практики «легче внедряются», «легче ликвидируются» и т.п.). «Легкость» изменения зависит от взаимодействий внедряемой или исключаемой практики и практик «текущей» системы (системы практик, полученной из базовой выполнением всех изменений, предшествующих текущему (оцениваемому) изменению). Внедрение отдельной практики происходит тем легче, чем больше текущая система содержит практик, комплементарных внедряемой практике, и чем меньше она содержит практик, конкурирующих с внедряемой практикой. И наоборот, исключение отдельной практики происходит тем легче, чем меньше в текущей системе комплементарных практик и чем больше конкурирующих.
Граф G, иллюстрирующий модель взаимодействия архитектурных блоков, которая построена на базе матрицы изменений, изображен на рис. 2.
В графе О вершины Ь1 соответствуют исключаемым блокам базовой архитектуры, вершинам - внедряемым блокам целевой архитектуры, ы, - постоянным архитектурным блокам и факторам внешней и внутренней среды. Веса ребер соответствуют комплементарным взаимодействиям архитектурных блоков, а веса вершин -их важности (ценности для предприятия). Подграфы Оь и Gt отвечают базовой и целевой архитектурам предприятия.
Более подробно математическая модель взаимодействия архитектурных блоков описана в [1].
В работе на основе изучения предложенной математической модели взаимодействия архитектурных блоков поставлена задача оптимизации последовательности изменений как задача оптимальной трансформации графа Оь в граф
Рис. 2. Граф модели взаимодействия архитектурных блоков
1 Под траекторией понимается последовательность (упорядоченное множество) элементарных преобразований, состоящих в исключении существующих архитектурных блоков либо во внедрении новых.
через цепочку промежуточных графов путем последовательного исключения вершин Ь, и включения вершин Эта трансформация, отражающая последовательность изменений, и будет соответствовать архитектурной дорожной карте.
Метод оценки качества архитектурной дорожной карты
Авторами предложен метод оценки качества архитектурной дорожной карты, который базируется на методах математической статистики. При этом, во-первых, ставится цель обеспечения равномерной легкости элементарных преобразований в пределах траектории. Во-вторых - цель обеспечения близости траектории к последовательности преобразований, «идеальной» с точки зрения их важности, т.е. такой последовательности, при которой более важные преобразования выполняются раньше.
Для оценки равномерности легкости элементарных преобразований для заданной траек-тории1 вычисляется (аналогично показателю во-латильности в финансовом менеджменте) стандартное отклонение значений легкости отдельных архитектурных преобразований:
а
( М (Тг ) )
х21 (/(^) -1)
п+т
-\А
(1)
где п - число исключаемых практик (архитектурных блоков); т - число внедряемых практик; d1 - парное преобразование (Ь', задаваемое множеством пар явных замен практик 2; М(Тг) - метатраектория траектории Тг, определяемая как упорядоченное множество ее парных преобразований.
2
Для оценки близости траектории к последовательности преобразований, «идеальной» с точки зрения их важности, используется ковариация между элементами двух множеств:
- упорядоченного множества значений чистой добавленной ценности парных преобразований для оцениваемой траектории;
- упорядоченного множества значений чистой добавленной ценности, отсортированных по убыванию для «идеальной» траектории:
cov (Vd (M (Tr)), V.) =
i;:r|Z| (vd (d)-Vd) -V ) (2)
n+m - Z
где - чистая добавленная ценность парного преобразования
V и V - средние значения чистой добавленной ценности.
Задача построения оптимальной архитектурной дорожной карты сформулирована в работе следующим образом:
Определить траектории Тг* из соотношений:
>( M (Tr*))
= mm о
Tr eTr*(Gb, G,)
(M (T));
(3)
cov(vd (M(Tr*))) =
mm
Tr e Tr'(Gb, G,)
cov(Vd (M(Tr)),V ). (4)
Сформулированная задача относится к классу задач многокритериальной комбинаторной оптимизации.
Поскольку в содержательной постановке задачи отсутствует информация о предпочтениях лица, принимающего решения, относительно критериев оптимальности, принято решение искать множество Парето-оптимальных решений
P = {TR Tr*}.
По результатам вычислительного эксперимента и анализа ряда литературных источников для оптимизации архитектурной дорожной карты принято решение использовать генетический алгоритм NGSA-II [4]. Данный алгоритм использует ранжирование агентов популяции на основе метода недоминируемой сортировки (Non-Dominated Sorting, NDS).
Реализация программного комплекса
В целях построения оптимальных архитектурных дорожных карт была разработана база данных моделей взаимодействия архитектурных блоков, а также комплекс программ, реализующий функции оценки архитектурных дорожных карт и генетический алгоритм многокритериальной оптимизации NGSA-II.
База данных и комплекс программ разработаны в среде MS Access.
Прототип включает следующую функциональность:
1. Ввод данных о практиках (архитектурных блоках текущей и целевой архитектуры предприятия, а также о факторах внешней и внутренней среды предприятия) и группах практик.
2. Формирование наборов практик, соответствующих множествам исключаемых, внедряемых и постоянных практик.
3. Ввод данных о важности практик.
4. Ввод данных о комплементарности практик, а также о порядке выполнения изменений (для некоторых практик).
5. Визуализация модели взаимодействия архитектурных блоков в виде матрицы изменений.
6. Оценка допустимости и качества заданных пользователем архитектурных дорожных карт (функции (1) и (2)).
7. Построение множества Парето-оптималь-ных архитектурных дорожных карт с визуализацией функций (1) и (2) для поддержки принятия решения при выборе варианта лицом, принимающим решение.
Апробация прототипа выполнялась на данных проекта по построению корпоративной архитектуры по направлению деятельности «Капитальное строительство» в ОАО «Сургутнефтегаз». В дополнение к данным, полученным в этом проекте при использовании методологии TOGAF («Консолидированной матрицы различий, решений и зависимостей» и «Матрицы оценки факторов внедрения»), выполнен опрос специалистов предметной области для уточнения комплементарных взаимодействий и получения оценок важности архитектурных блоков.
Затем при помощи соответствующих программ выполнены следующие вычислительные эксперименты:
1. Оценка архитектурных дорожных карт, построенных архитекторами без использования прототипа.
2. Построение множества Парето-оптималь-ных архитектурных дорожных карт.
3. Выбор (совместно с архитекторами и специалистами предметной области) нескольких приоритетных вариантов архитектурной дорожной карты.
Оценка архитектурных дорожных карт, созданных архитекторами без использования прототипа, показала, что они в основном построены исходя из соображений приоритетности отдельных архитектурных блоков. В этих дорожных картах обнаружены отдельные архитектурные блоки, внедрение или исключение которых свя-
зано с потенциально высокой трудоемкостью либо затратностью.
Построено множество Парето-оптимальных архитектурных дорожных карт (субоптимальных решений). В результате анализа данных выбран ряд приоритетных решений, которые анализировались с точки зрения реализации соответствующих проектов (ориентировочный бюджет, потребность в специалистах и других ресурсах).
Выводы
Разработанный метод и комплекс программ многокритериальной оптимизации архитектурной дорожной карты обеспечивает лицо, принимающее решение, эффективным инструментом для планирования архитектурных преобразований и позволяет:
1) обосновать выбранный вариант архитектурной дорожной карты;
2) снизить трудоемкость оценки различных вариантов архитектурной карты;
3) быстро перестроить архитектурную дорожную карту при изменении факторов внешней и внутренней среды предприятия.
Предложенный метод и разработанная база данных являются универсальными, могут использоваться не только при построении архитектурной дорожной карты, но и при планировании любых масштабных изменений на предприятии. Для этого и была изначально предназначена матрица изменений, не получившая широкого распространения в силу ограничения размерности.
Для дальнейшего развития предложенного метода представляется необходимым проведение исследования и формализация в рамках модели реструктуризации архитектуры предприятия других факторов, влияющих на последовательность выполнения архитектурных преобразований (например, бюджеты, ресурсы, время выполнения работ). Подобные факторы могут сформировать либо дополнительные критерии оптимальности, либо дополнить ограничения задачи комбинаторной оптимизации.
Литература
1. Агиевич В. А., Скрипкин К. Г. Формализация задачи выбора оптимальной последовательности изменений архитектуры предприятия на основе матрицы изменений Бринйолфссона // Бизнес-информатика. 2014. № 1(27). С. 7-13.
2. Данилин А., Слюсаренко А. Архитектура и стратегия. «Инь» и «Янь» информационных технологий предприятия. М., 2005.
3. Карпенко С. В., Андрухович П. А. Структура и модель описания ИТ-архитектуры по методологии МЕТА GROUP // Моделювання та шформацшш технологи. 2010. № 56. С. 66-72.
4. A Fast and Elitist Multiobjective Genetic Algorithm: NGSA-II / K. Deb [et al.] // IEEE TRANSACTIONS ON EVOLUTIONARY COMPUTATION. 2002. V. 6, № 4. Р. 182-197.
5. Bernus P., Nemes L. A Framework to Define a Generic Enterprise Reference Architecture and Methodology // Computer Integrated Manufacturing Systems. 1996. V. 9, № 3. Р. 179-191.
6. Brynjolfsson E., Renshaw A., Alstyne M. The Matrix of Change // Sloan Management Review. 1997. V. 38, № 2.
7. Chief Infromation Officer Council. A Practical Guide to Federal Enterprise Architecture Framework [Электронный ресурс] // U.S. Government Accountability Office. 2001. URL: http://www.gao.gov/assets/ 590/588407.pdf (дата обращения: 03.08.2013).
8. Dube M., Dixit S. Comprehensive Measurement Frameworks for Enterprise Architectures // International Journal of Computer Science & Information Technology. 2011. V. 3, № 4. Р. 71-92.
9. IFAC/IFIP Task Force on Architectures for Enterprise Integration. GERAM: Generalised Enterprise Reference Architecture and Methodology Version 1.6.3 [Электронный ресурс] // School of Information and Communication Technology - Griffith University. 1999. URL: http://www.ict.griffith.edu.au/~bernus/ askforce/eram/ersions/geram1-6-3/GERAMv1.6.3.pdf (дата обращения: 17.08.2013).
10. Milgrom P., Roberts J. Complementarities and Fit: Strategy, Structure, and Organizational Change in Manufacturing // Journal of Accounting and Economics. 1993. P. 197.
11. Milgrom P., Roberts J. The Economics of Modern Manufacturing: Technology, Strategy and Organization // The American Economic Review. 1990. V. 80, № 3. Р. 511-528.
12. Sessions R. A Comparison of the Top Four Enterprise-Architecture Methodologies [Электронный ресурс] // Microsioft Developer Network. 2008. URL: http://msdn.microsoft.com/en-us/library/bb466232. aspx (дата обращения: 03.08.2013).
13. Sowa F., Zachman J. Extending and formalizing the framework for information systems architecture // IBM systems journal. 1992. V. 3, № 3. Р. 590-616.
14. Spewak S., Hill S. Enterprise architecture planning: developing a blueprint for data, applications, and technology. John Wiley & Sons, 1992.
15. The Open Group. TOGAF 9.1 [Электронный ресурс] // The Open Group Publications Server. 2011. URL: http://pubs.opengroup.org/architecture/togaf9-doc/arch/index.html (дата обращения: 03.08.2013).
16. Urbaczewski L., Mrdalj S. A Comparison of Enterprise Architecture Frameworks // Issues in Information Systems. 2006. V. 7, № 2. Р.18-3.
17. Zachman J. A Framework for Information Systems Architecture // IBM Systems Journal. 1987. V. 26, № 3.
