CC BY
30
-►
Системный анализ и управление
УДК 004.89.
А.Ф. Галямов, А.Г. Абайтуллин, Д.В. Попов
ОНТОЛОГИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ ПОДДЕРЖКИ ПРИНЯТИЯ РЕШЕНИЙ В ПРОЦЕССЕ ИТ-КОНСУЛЬТИРОВАНИЯ
В условиях информационной экономики в России наблюдается увеличение спроса на услуги ИТ-консультирования (ИТК), в т. ч. в области оценки, развития и управления ИТ-инфраструктурой (ИТИ). Под развитием ИТИ понимается целенаправленное изменение её состава и структуры в соответствии со стратегией развития предприятия. Чтобы соответствовать необходимому уровню качества, предприятиям, предоставляющим услуги ИТК, равно как и клиентным предприятиям - заказчикам услуг, необходимо опираться на передовой международный опыт, представленный библиотекой 1ТЪ и методологией ИТ-аудита СоЬ1Т.
На многих предприятиях ИТИ характеризуется сложностью и разнородностью, несогласованностью её функционирования со стратегией развития предприятия. Это приводит к высоким затратам на обслуживание ИТИ, связанным, в т. ч., с информационными трансакционными издержками*. Также возникают трудности с повторным использованием опыта консультантов, которые уже решали подобные задачи консультирования, что особенно важно на предприятиях ИТК с высокой текучестью кадров. Динамичность изменения внешней среды клиентных предприятий, слабая структурированность предметной области и капитализация их знаний подразумевают применение новых способов ИТК, основанных на управлении знаниями, в котором одним из наиболее перспективных направлений является онтологическое.
* Издержками на поиск необходимой информации, нахождением именно тех компонент, которые нужны для решения поставленных задач.
Исходя из перечисленных выше проблем, можно сформулировать следующую задачу: обеспечение информационной поддержки принятия решений (ИППР) ИТ-консультирования для развития ИТ-инфраструктуры клиентных предприятий. В данной статье рассматривается онтологическая модель ИТ-инфраструктуры типового клиентского предприятия, основанная на концепции решения этой задачи в виде системы взглядов на процесс ИТ-консультирования.
На основании анализа существующих решений и их недостатков сформулированы требования к концепции: учитывать навыки персонала, работающего с компонентами ИТ-инфраструктуры; накапливать и повторно использовать опыт консультантов для применения в схожих ситуациях.
Модель представления ИТ-инфраструктуры
Для решения поставленной задачи сначала необходимо рассмотреть понятие ИТ-инфраструктуры [1] и определиться с моделью её представления. Существует два основных подхода к рассмотрению ИТ-инфраструктуры: как чисто технического объекта [2] и как социально-экономического [3]. В первом случае в ИТИ включают техническое обеспечение (компьютеры, периферию, комплектующие, сетевые устройства), программное обеспечение (прикладное, системное ПО и инструментальные программные средства) и информационное обеспечение (данные, форматы хранения, протоколы взаимодействия). Второй подход расширяет рассмотрение ИТИ добавлением персонала (условно её можно назвать кадровая ИТИ), обслуживающего техническое, программное и информационное обеспечение (условно её можно назвать техническая ИТИ). В данной статье предложена модель
ИТИ, базирующаяся на втором подходе. В соответствии с этим можно дать следующее определение ИТ-инфраструктуры, применительно к рассматриваемой задаче. ИТ-инфраструктура - это организационно-техническая система, элементы которой являются неделимым (целостным) объединением программных и технических компонент, связей между ними, навыков сотрудников по использованию компонент и реализуемых с помощью компонент ИТ-процедур (задач).
Основной функцией ИТИ является предоставление ИТ-услуг или реализация ИТ-процедур в рамках стратегии развития предприятия. Для того, чтобы увязать компоненты ИТИ со стратегией, необходимо:
декомпозировать стратегию развития предприятия до уровня ИТ-процедур, путём связывания стратегии развития предприятия с бизнес-задачами, бизнес-задач - с бизнес-процессами, а их, в свою очередь, с ИТ-процедурами;
определить те компоненты ИТИ, которые реализуют выявленные ИТ-процедуры.
Соответственно, деятельность предприятия в русле разработанной стратегии развития можно представить в виде ситуаций выбора, для каких ИТ-процедур какие компоненты могут подойти. В общем случае выбор необходимо делать с учётом навыков персонала, который будет их реализовывать. В связи с этим, формально ИТ-инфраструктуру ITI можно представить в виде четвёрки ITI = < C, ITP, P, R >, где C - конечное множество компонент технической ИТ-инфраструктуры; ITP - конечное множество существующих на предприятии ИТ-процедур; P - конечное множество сотрудников предприятия, которые будут реализовывать ИТ-процедуры из множества ITP с помощью компонент из множества C; R = {R R2, R3} - множество бинарных отношений вида R: C^C(i = 1,.., 3), где R1 - бинарное отношение, описывающее, какие компоненты в состав каких входят; например, какие комплектующие входят в состав компьютеров (персональные компьютеры, нетбуки и проч.); R2 - бинарное отношение, описывающее какие компоненты соединены с какими. Например, описание соединения периферии (сканер, принтер) с компьютерами, или описание топологии локальной вычислительной сети; R3 - бинарное отношение, которое описывает, работоспособность каких компонент от каких зависит. Например, для обеспечения работоспособности системы управления содержимым (CMS) Joomla 1.5 необходимо наличие веб-сервера
Apache/IIS, сервера приложений PHP и системы управления базами данных (СУБД) MySQL.
Из этого представления можно выделить тройку {компонента, ИТ-процедура, сотрудник}, в которой сотрудник может отсутствовать, если ИТ-процедура выполняется автоматически. Две другие составляющие тройки всегда должны присутствовать, т. к. не должно быть компонент, не задействованных в решении каких-то задач, равно как и не должно быть ИТ-процедур, не реализуемых с помощью каких-то компонент.
В общем случае развитие ИТ-инфраструктуры состоит из трёх составляющих: изменение структуры (реорганизация, реинжиниринг) бизнес-процессов, организационной структуры и структуры ИТИ. В данной статье акцент делается на исследовании последней составляющей при фиксации двух других. При этом некоторые изменения в организационной структуре, в виде возможности переобучения сотрудников по работе с компонентами ИТ-инфраструктуры, учитываются в правилах принятия решений.
Основные положения концепции ИППР
На основании предложенной модели ИТИ разработана концепция ИППР. Она является руководством для ИТ-консультанта и описывает способ реализации БД управления конфигурациями (configuration management database, CMDB) процесса ITIL "Управление конфигурациями" в виде онтологической базы знаний (ОБЗ). Суть концепции состоит в следующем: предлагается комплексное рассмотрение ИТИ клиентного предприятия как социально-экономического объекта, на базе разработанной модели представления, что позволяет учитывать навыки сотрудников, связывать компоненты ИТ-инфраструктуры с бизнес-процессами, а ИТ-стратегию - со стратегией развития основной деятельности предприятия;
консультанты представляют информацию об организации бизнес-процессов и ИТИ клиентно-го предприятия в виде онтологической модели, на основе которой создаётся ОБЗ. Это позволяет повторно использовать знания консультантов;
на основе информации из ОБЗ оценивается рентабельность компонент ИТИ*, их соответ-
* Методика расчёта рентабельности компонент зависит от степени зрелости (по методу CMM) предприятия: например, для уровня 3 может использоваться модель ROI от Gartner Group.
Консультационное агентство
Клиентное предприятие
| Общие понятия: , Бизнес-процесс, ИТ-| процедура, ... . роли: ИметьНавык, ...
Эксперты
ИТ-консультантй
Специфические понятия: аудитория, дисциплина,
Сотрудники ИТ-службы
Уровни описания информации о клиентном предприятии
ствие навыкам сотрудников, выявляются факты дублирования функций компонент и недостаточно автоматизированные, либо неавтоматизированные бизнес-процессы предприятия. Это позволяет формировать обоснованные решения об изменении состава ИТ-инфраструктуры в целях повышения её эффективности, а также подбирать наиболее подходящие компоненты для решения возникающих задач.
Предложенная концепция базируется на использовании онтологической модели представления знаний [4, С. 284-301] для описания и использует формализм дескриптивной логики (ДЛ). Использование этой модели представления имеет следующие преимущества, по сравнению с концептуальным описанием [5], продукционной моделью, текстом на естественном языке.
1. Представление семантики описания в формальном виде, что исключает неоднозначность трактовок и даёт возможность компьютерной обработки.
2. Свойство-ориентированность, как способ представления информации, позволяет повысить расширяемость и гибкость описаний.
3. Предположение об открытости мира, использование которого повышает расширяемость описания за счёт применения механизма логического вы-
вода и того, что при добавлении новых фактов не нарушается целостность и согласованность.
4. Наличие механизма логического вывода, использование которого позволяет достраивать описание на основе уже имеющейся информации.
5. Иерархичность описаний - удобный способ описания, близкий к человеческому мышлению, что упрощает моделирование.
Использование концепции подразумевает формирование описаний, по известному в онтологическом инжиниринге алгоритму [8], на трёх уровнях (см. рисунок).
1. Уровень общих понятий (по сути, онтология предметной области) подразумевает наиболее общее описание, которое не зависит от конкретного предприятия и решаемых на нём задач. Оно включает в себя такие понятия, как стратегия развития, бизнес-задача, бизнес-процесс, ИТ-процедура, компонента ИТ-инфраструктуры, их связи друг с другом. Составляется ИТ-консультантами.
2. Уровень специфики предприятия. На этом уровне общее описание, полученное на предыдущем, дополняется, на основании предварительно проделанного анализа деятельности предприятия, необходимыми понятиями и ролями. Например, для кафедры университета добавленными понятиями может быть аудитория, местоположение,
дисциплина, ролями - MAC-адрес, длина кабеля проектора. Описание на этом уровне реализуется консультантом при участии экспертов (аналитиков) клиентного предприятия.
3. Уровень конкретных экземпляров. На этом уровне решаются уже конкретные задачи, в связи с чем производится заполнение базы знаний конкретными экземплярами. Например, экземплярами конкретного программного обеспечения (ПО), используемого в ИТИ: Mozilla Firefox 3.5, the BAT 3.0 - компонент ИТИ, их взаимосвязей между собой (что где установлено, какие ИТ-процедуры реализует и т. д.). Этим занимаются сотрудники ИТ-службы клиентного предприятия либо же поставщики услуг ИТ-аутсорсинга.
Онтологическая модель
В рамках предложенной концепции разработана онтологическая модель ИТИ предприятия уровня общих понятий на языке ДЛ, которая формально является TBox [6, с. 13] - блоком терминологии как описания понятий предметной области (концептов) и связей между ними (ролей). С помощью данного описания может быть построена ОБЗ на языке OWL (например, [7]) конкретной задачи, которая состоит из блоков TBox и ABox. В ABox представлены конкретные индивиды, составляющие концепты (фактология), и отношения между ними, которые заполняются на стороне клиентного предприятия с помощью разработанного на основе, например, связки PHP и RAP (RDF API for PHP), интерфейса. Правила принятия решений формируются непосредственно в ОБЗ на основе данных описаний с помощью языка SWRL. Результаты решений формируются в виде концептов или ролей (консеквент правила на SWRL), которые затем выдаются ЛПР (например, в виде списка компонент, которые необходимо удалить).
Например, список контрольных вопросов для проверки достоверности предложенной модели может быть следующий. К какому классу обеспечения относится этот компонент? Какие нетбуки имеются в ИТИ? Кто из сотрудников умеет отправлять факсы с помощью Panasonic KX-FAT88A? Какие комплектующие входят в состав этого персонального компьютера?
Фрагменты описаний онтологической модели представлены ниже. Вводятся атомарные концепты, на основании которых и введения ролей определяются составные концепты. Введён
атомарный концепт БФ, обозначающий бизнес-функцию, которая является частью некоторой функциональности технического обеспечения (ТО) и ПО; другие виды обеспечения (лингвистическое, информационное) в рамках предложенной концепции не рассматриваются.
Для описания ТО и ПО в общем введён концепт ОБЕСПЕЧЕНИЕ. ОБЕСПЕЧЕНИЕ состоит из функционала в виде бизнес-функций, что задаётся при помощи роли Реализует следующим образом, определяя составной концепт:
ОБЕСПЕЧЕНИЕ = VРеализует. БФ
Заданы области определения и значения роли Реализует следующим образом:
Те VРеализует-.ОБЕСПЕЧЕНИЕ, т£ VРеализует.БФ
Для того, чтобы определить связь бизнес-функции с обеспечением, введено инверсное свойств Реализуется:
Реализуется = Реализует~
Зависимости между ПО и ТО (отношение R3) выражаются симметричными ролями Зави-ситОт, Совместимы. Например, тот факт, что работоспособность системы перехвата телефонных разговоров MoBill-Interception3.7 зависит от 16-канальной платы компьютерной телефонии "Ольха", записывается в ABox в виде факта: ЗависитОт(МоБШ-1^егсерйоп3.7, Ольха). При этом роль ЗависитОт является транзитивной:
Тгат(ЗависитОт)
Иерархия обеспечения, представленная в виде совокупности дочерних концептов, как раз задаёт принадлежность обеспечения определённому классу; это сделано, чтобы не усложнять описание ненужными концептами (класс обеспечения, класс ПО, класс ТО). При этом под обеспечением подразумевается некая марка производителя (например, Mozilla Firefox или же принтер Samsung ML-2015). Обеспечение состоит из двух концептов:
ОБЕСПЕЧЕНИЕ = ПО и ТО
В свою очередь, ПО состоит из системного, прикладного ПО и инструментальных программных средств:
ПО = СИСТЕМНОЕПО и и ПРИКЛАДНОЕПО и ИПС
ТО подразделяется на:
ТО = СРЕДСТВОСВЯЗИ и ПЕРИФЕРИЯ и и КОМПЛЕКТУЮЩИЙ
Соответственно, отношение R1 в онтологической модели описывается путём введения роли Вхо-дитьВСостав и инверсной роли ВключатьВСебя:
ВходитьВСостав = ВключатьВСебя'
Концепт ИТ-инфраструктура задаётся введением концепта ИТИ. При этом любая компонента является либо конкретным представителем обеспечения в данной ИТИ, либо же совокупностью обеспечений в виде комплектующих (в случае компьютера). Соответственно, компоненту можно определить путём вхождения в состав ИТИ:
КОМПОНЕНТА = V ПринадлежатьИТИ.ИТИ
Компонента описывается такими общими свойствами, в виде ролей, как ДатаВводаВЭк-сплуатацию, СовокупнаяСтоимостьВладения и др. Особо стоит отметить роль Рентабельность, значение рассчитывается, например, на основе модели общей стоимости владения (total cost owning, TCO), внедрённой на предприятии. В зависимости от специфики предприятия и выбранной методики оценки рентабельности список свойств компоненты может дополняться.
Бывает два вида компонент:
КОМПОНЕНТА = КОМПОНЕНТАПО и и КОМПОНЕНТАТО
При этом разделение компьютеров на нет-буки, персональные компьютеры, и другие разновидности компьютеров можно задать путём введения соответствующих концептов и наследования их от концепта КОМПОНЕНТА ТО. Тот факт, что каждая компонента ИТИ является либо ТО, либо ПО, а каждое обеспечение определяет компоненты ИТИ, задаётся функциональной* ролью ЯвляетсяОбеспечением и инверсной ролью ОпределятьКомпоненту:
КОМПОНЕНТАПО = V ЯвляетсяОбеспечениемЛО КОМПОНЕНТАТО = V ЯвляетсяОбеспечением.ТО,
< ЯвляетсяОбеспечением, ОпределятьКомпоненту = ЯвляетсяОбеспечением~
Обычно программная компонента установлена на какой-то компоненте ТО, что задаётся в виде функциональной роли УстановленаНа:
* То есть ролью, у которой допускается только одно значение.
т еУ УстановленаНа'. КОМПОНЕНТА ПО,
Т еУ УстановленаНа. КОМПОНЕНТА ТО, <1 УстановленаНа
На основе этой роли можно определить, какие компоненты ПО установлены на указанной компоненте ТО (например, персональном компьютере или нетбуке).
Отношение Я2 в онтологической модели описывается путём введения симметричной роли Со-единёнС, причём необходимо ввести ограничение на область определения и область значения, т. к. могут быть соединены только технические компоненты:
Т еУ СоединёнС'. КОМПОНЕНТА ТО, ТеУ СоединёнС.КОМПОНЕНТА ТО
Подобным описанием мы не нарушаем требования концепции, описывая отношения Я и Я3 в модели для обеспечения, а не для компонент, т. к. это семантически более правильно, и любая компонента является обеспечением.
Общее описание предприятия выражается концептами ПРЕДПРИЯТИЕ, ИТИ, СТРАТЕ-ГИЯРАЗВИТИЯ, БИЗНЕС-ЗАДАЧА, БИЗНЕС-ПРОЦЕСС, ИТ-ПРОЦЕДУРА, их ролями (например, ЮридическийАдрес для концепта ПРЕДПРИЯТИЕ) и взаимосвязями: например, роль Выполняет, связывающая концепты ИТ-ПРОЦЕДУРА и БИЗНЕС-ПРОЦЕСС; или роль ИмеетФункциональность, связывающая концепты ИТ-ПРОЦЕДУРА и БФ. Атомарный концепт ЧЕЛОВЕК является родительским концептом для концептов КОНСУЛЬТАНТ и СОТРУДНИК. Последний описывается ролью ИметьНавык, связывающей его с концептом НАВЫК, который, в свою очередь, связывает навык с концептами ИТ-ПРОЦЕДУРА и ОБЕСПЕЧЕНИЕ посредством ролей РеализовыватьИТП и Использова-тьОбеспечение. Таким образом, посредством ролей ИметьНавык, ИмеетФункциональность и Реализуется, сотрудники связываются с ИТ-процедурами, ИТ-процедуры - посредством бизнес-функций - с компонентами ИТИ, что позволяет выполнить одно из требований (учёт навыков сотрудников предприятия), поставленное перед разработкой концепции.
Аналогичным образом, введением ролей и определением на их основе составных концептов ТВох, описаны другие концепты. При таком описании получаем логику SIF(D), в которой
проверка выполнимости концепта имеет в худшем случае сложность PSpace-complete, а также обладает свойством полноты конечных моделей (finite model property), т. е. для данной логики просто строится разрешающая процедура, позволяющая существенно сократить время вывода.
Для проверки сформированного описания вводится тестовая выборка: нетбуки, факсы (в т. ч. Panasonic KX-FAT88A), персональные компьютеры и их комплектующие, навыки сотрудников по работе с ними и проч. Как можно видеть, такая онтологическая модель является адекватной контрольным вопросам.
На основании этой модели построена ОБЗ и информационная система [9] в виде веб-решения на базе PHP и RAP, которая внедрена в ООО "РА-ДЭК" в рамках договора № ИФ-ВК-24-09-ХК. Её использование позволило снизить время на поиск информации в среднем на 0,75 ч. в день, что было получено путём фиксации времени с использованием ОБЗ и без неё приблизительно в течение месяца и нахождения разницы между этими величинами (количество замеров сорок три). С учётом того, что зарплата сотрудника, который занимался поиском, составляет 16 тыс. руб. в месяц при пятидневной рабочей неделе, час работы стоит порядка 100 руб., можно сказать, что информационные трансакционные издержки снизились на 75 руб. в день или 75-20 = 1500 руб. в месяц. Измерения были сделаны в тестовом режиме, при реаль-
ном использовании число запросов, равно как и выгода от использования ОБЗ, возрастёт.
Предложена концепция ИППР ИТ-консультирования, основанная на онтологической модели представления знаний. Она использует представление ИТ-инфраструктуры, включающее не только компоненты, но и ИТ-процедуры, и сотрудников, применяющих эти компоненты для реализации ИТ-процедур. Использование предложенной концепции позволяет находить компоненты для решения задач в рамках предприятия, увязать изменения в ИТ-инфраструктуре со стратегией развития предприятия.
Разработанная в рамках предложенной концепции модель описания общих понятий предприятия, заказывающего услуги ИТ-консультирования, отличается от существующих тем, что базируется на онтологической модели представления знаний. Это позволяет представлять знания консультантов и экспертов в формальном виде для компьютерной обработки и последующего повторного использования.
Предложенная концепция является теоретической основой для построения информационной системы поддержки принятия решений в процессе ИТ-консультирования.
Интегрирование подобной системы на уровне данных в ужесуществующуюсистемууправленияИТ-инфраструктурой осуществлено в рамках договора № ИФ-ВК-24-09-ХК между УГАТУ и ООО "РАДЭК".
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Галямов А.Ф., Попов Д.В. Анализ информационной и ИТ-инфраструктур организации // Программные продукты и системы. 2009. Вып. 1. С. 91-93.
2. Криворуцкий Л.Д., Массель Л.В. Фрактальный подход к построению информационных технологий // Информационная технология исследований развития энергетики. Новосибирск: Наука. Сиб. Изд. фирма РАН. 1995.
3. Chung Sock H., Byrd T.A. etc. An empirical study of the relationships between IT infrastructure flexibility, mass customization, and business performance. URL: http://portal.acm.org/citation.cfm?id=1080394 (21.01.09).
4. Гаврилова Т.А., Хорошевский В.Ф. Базы знаний интеллектуальных систем: Учебник для вузов. СПб.: Питер. 2000. 384 с.
5. Когаловский М.Р., Калиниченко Л.А. Концептуальное моделирование в технологиях баз данных // Товар. Симпоз. "Онтологическое моделирование". Звенигород. 19-20 мая 2008. М.: ИПИ РАН. 2008. 303 с.
6. Baader F., Calvanese D. et al. The Description Logic Handbook. Theory, implementation, and applications. Cambridge University Press, 2003.
7. Галямов А.Ф. Онтологическая база знаний для поддержки принятия решений в процессе реализации ИТ-проекта // Товар. Всерос. зимней школы-семинара аспирантов и молодых учёных "Актуальные проблемы науки и техники". Уфа: УГАТУ, 2008. С. 117-128.
8. Noy N.F. and McGuinness D.L. Ontology Development 101: A Guide to Creating Your First Ontology // Stanford Knowledge Systems Laboratory Technical Report KSL-01-05 and Stanford Medical Informatics Technical Report SMI-2001-0880. March 2001.
9. Система поддержки принятия решений по развитию инфраструктуры организации / Попов Д.В., Галямов А.Ф. Свид. об офиц. рег. программы для ЭВМ № 2009611536. Роспатент. 19. 03. 2009.
