CC BY
24УДК 004.78:658
СТРАТИФИКАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Р. Д. Гимранов
ОАО «Сургутнефтегаз», gimranov_rd@surgutneftegaz.ru
Сложность существующих информационных систем (ИС) крупных предприятий требует изменения архитектурных подходов к созданию и развитию ИС. В основе каждого архитектурного подхода (например, модель Захмана, TOGAF или SAM) лежит верхнеуровневая структуризация, которая определяет все дальнейшие метамодели, их сложность и взаимосвязи. В статье предложен оригинальный подход к структуризации, с применением принципов стратификации иерархических систем и выделения эмерджентных свойств каждой страты. На основе эмерджентного подхода разработана модель стратификации ИС.
Ключевые слова: стратификация, архитектурный подход.
ON STRATIFICATION OF AN INFORMATIONAL SYSTEMS
R. D. Gimranov
OJSC "Surgutneftegas", gimranov_rd@surgutneftegaz.ru
The approaches to information system (IS) architecture development and evolution have to be changed due to high complexity of modern large enterprise IS. Each architecture development approach (i.e., the Zachman model, TOGAF, or SAM) is based on a certain top-level structuring that manages all the subsequent meta-models, define their complexity, and relations. The paper proposes a new approach to structuring using the hierarchical system stratification principles an identifying emergent properties for each stratum. An IS stratification model has been developed with the emergent approach.
Keywords: stratification, approach to architecture development.
Информационные системы крупных предприятий за два десятилетия активного развития достигли существенного уровня зрелости - обеспечено основное функциональное покрытие бизнес-требований, имеется арсенал средств для самых различных применений и развитая система межсистемного обмена, успешно проведены несколько технологических изменений с целью снижения совокупной стоимости владения. От набора простых программ, выполняющих расчёты ИС, развились в сложную многокомпонентную систему. В составе такой системы на каждом среднем и крупном предприятии имеется множество серверов и других аппаратных компонент, большое количество баз данных и систем ими управляющих, многочисленные прикладные программные комплексы, связанные сквозными бизнес-процессами, средства мониторинга, анализа и управления бизнес-процессами.
Вместе с тем развитая совокупность разнообразных систем сама по себе не может не порождать проблемы, связанные с масштабностью и структурной сложностью. Например:
- чем больше систем, тем больше нормативно-справочных данных необходимо синхронизировать;
- выполнение различных участков бизнес-процессов в различных системах требует развитой среды надежного обмена транзакционными данными;
- большое количество хранилищ данных и аналитических приложений требует богатого функционала очистки, загрузки, преобразования данных.
Различные попытки решить такие проблемы привели к появлению систем, вторичных по отношению к основным бизнес-функциям, ради которых создавались информационные системы. Для обеспечения слаженного взаимодействия всех систем, включая вторичные, были созданы другие системы и методологии. Сегодня мы имеем несколько различных подходов к формализации сложного устройства современных информационных многокомпонентных систем, помогающих управлять бизнесом и принимать решения. Данные подходы имеют в основе различные структурные иерархические модели. Наиболее распространенная технологическая парадигма подобного рода - сервисно-ориентированная архитектура, а ярким примером методологических подходов является TOGAF. Современное крупное
предприятие уже не может обойтись без специального архитектурного подхода к развитию своей информационной системы.
Стратификация
ИС крупного предприятия представляет собой сложную открытую иерархическую многоуровневую развивающуюся систему диффузного типа. Различные уровни описания информационных систем в реальности представляют собой иерархию различных моделей - моделей бизнес-процессов, приложений, данных, серверов, ролей, процедур, потоков и т.п.
В работе М. Месаровича, Д. Мако, И. Такахары [5] предложен подход к описанию иерархии любых сложных систем - стратификация. Стратифицированная система - это система, которая задаётся семейством моделей, а страта есть уровень абстрагирования, заданный конкретной моделью.
Каждая страта системы 5 : X У - это система, представленная как отображение 5г:
1) 5г : Хг х ^ У , если г = п,
2) 5г : XI х Ег xWi ^ У, если 1 < г < п,
3) : Хг х Ег Уi, если i = 1.
Семейство систем 5г, 1 < i < п, называется стратификацией 5, если существует два семейства отображений Нг : У —> Щ+1, 1 < г' < п, и сг : У —> Ег_ 1, 1 < г' < п, такие, что для каждого элемента х из X и у = 5(х):
1) Уп = 5п(Хп, Нп- 1(Уп-1)),
2) у г = 5i (хi, С'+1 (у+1), Н-1 (уi_ 1)),
3) у1 = 51 (Х1, с2(у2)).
На основании такого определения можно применить качественно различные подходы к стратифицированию систем, поэтому в работе предложен математический аппарат для расчётов степени стратификации.
Определено, что система может быть полностью стратифицированной и устойчиво стратифицированной.
В полностью стратифицированной системе 5 каждая страта 5i, 1 < i < п такова, что для любой пары (ег, Шг) из Е х У и любых двух элементов хг и х' из Хг :
Н 5 (хг , у г , шг)) = Н 5 (Х, у г , шг )), с (5г (хг, у г, ш) = с (5г (х[, у г, Шг)).
Для устойчиво стратифицированной системы не требуется независимость страт для любой пары «воздействие - обратная связь», но считается необходимым существование некоторых состояний, для которых отклики оказываются локализованными в соответствующих стратах.
В работе предложены следующие характеристики стратифицированного описания систем:
1) выбор страт, в терминах которых описывается данная система, зависит от наблюдателя, его знаний и заинтересованности в деятельности системы;
2) аспекты описания функционирования системы на различных стратах в общем случае не связаны между собой, поэтому принципы и законы, используемые для характеристики системы на любой страте, в общем случае не могут быть выведены из принципов, используемых на других стратах;
3) существует асимметричная зависимость между условиями функционирования системы на различных стратах; требования, предъявляемые к работе системы на любой страте, выступают как условия или ограничения деятельности на нижестоящих стратах;
4) на каждой страте имеется свой собственный набор терминов, концепций и принципов; то, что является объектом рассмотрения на данной страте, более подробно раскрывается на нижерасположенной страте; элемент становится набором; подсистема данной страты является системой для нижестоящей (рис. 1) [5];
5) понимание назначения системы возрастает при последовательном переходе от одной страты к другой: чем ниже мы спускаемся по иерархии, тем более детальным становится раскрытие системы, чем выше поднимаемся, тем яснее становится смысл и значение всей системы.
Рис. 1. Взаимосвязь между стратами: система для данной страты является подсистемой для следующей более высокой страты
Предложенные характеристики можно рассматривать как принципы стратификации:
- целенаправленность описания;
- независимость описания;
- зависимость требований сверху-вниз;
- иерархическая вложенность;
- повышение детализации сверху-вниз.
Исходя из принципа иерархической вложенности и независимости описания можно сделать предположение, что наиболее эффективным подходом к построению полностью стратифицированной модели системы будет определение эмерджентных свойств1 по подсистемам, и разделение на уровни абстрагирования - страты - соответственно, группировке наиболее чётко дифференцируемых эмерджентных свойств. Назовем это эмержентным подходом к стратификации.
Стратификация информационных систем
Для информационных систем до сих пор нет четких критериев, по которым необходимо определять страты для информационных систем и, соответственно, степень стратификации не определялась.
По цели создания информационных систем - управление бизнесом - верхняя страта должна быть экономической моделью предприятия. По физической реализации нижняя страта - техническая аппаратная инфраструктура.
Рассмотрим некоторые из имеющихся в научной литературе моделей, которые можно рассматривать как стратифицированное описание.
По экономической страте различные варианты предложены В.М. Глушковым [4], И.Н. Сини-цыным [6].
По стратам, имеющим непосредственное отношение к информационной системе, в отечественной и зарубежной литературе предложены различные подходы, например:
- экономические факторы, обработка информации и управление, физические процессы [5];
- бизнес-архитектура, логическая архитектура, технологическая архитектура [1];
- бизнес-архитектура, ИТ-архитектура, архитектура данных, программная архитектура, техническая архитектура [2].
1 Эмерджентные свойства системы - новые качества системы, не присущие ее компонентам в отдельности [3].
Стратификация в вышеприведенных примерах выполнена «явочным порядком», путём фиксации сложившейся к определенному моменту практики. То есть открыто не была поставлена задача определить какой-либо подход и выполнить стратификацию. Таким образом, до сих пор не предложено стройной стратифицированной модели информационной системы крупного предприятия с обозначенными входами и выходами каждой страты и взаимосвязями между стратами, с оценкой степени стратификации.
Ниже предлагается вариант стратификации ИС с использованием «эмерджентного» подхода. При этом следует учесть, что построение детальной стратифицированной модели с поэлементным описанием каждого уровня каждой страты - отдельная сложная задача, с учётом многообразия архитектурных подходов.
Страта 1. Аппаратные ресурсы
Эмерджентные свойства данной страты - способность обрабатывать и хранить данные, которая измеряется в производительности (процессорной мощности, флопсах), объёме оперативной памяти, объёме дисковой (твердотельной) памяти. Входом данной страты являются сигналы, цифровые (биты) либо аналоговые. Для сложных Центров обработки данных уровни детализации внутри страты будут располагаться от кластерных аппаратных комплексов до компонентов отдельного сервера.
Страта 2. Обработка информации
Эмерджентные свойства - способность обеспечить хранение, обработку, доступность информации (структурированных, осмысленных данных). Это уровень СУБД. Входом страты являются данные. На верхнем уровне страты - распределенные клиент-серверные 2, 3-уровневые системы, на нижнем -конкретная СУБД и БД, запускаемая и размещаемая соответственно на конкретных аппаратных ресурсах.
Страта 3. Приложения
Эмерджентные свойства - способность исполнять бизнес-процессы и осуществлять поддержку принятия управленческих решений. Входами данной страты является информация (данные, имеющие бизнес-значение), поставляемая в связи или благодаря какому-то событию. Моделью данной страты будет ИТ-архитектура, например, предлагаемая в архитектурном подходе ОАО «Сургутнефтегаз» [6], когда элементами архитектурной модели являются ИТ-решения2, что и является функциональным ИТ-приложением.
Страта 4. Бизнес
Эмерджентное свойство этой главной капиталистической страты - получение прибыли. Сама страта представляет собой бизнес-модели предприятия, входами являются затраты - ресурсы, расходные материалы, электроэнергия и прочие.
Страта 5. Стратегия
Эмерджентное свойство - достижение целей. На данной страте осуществляется целеполагание всей системы (предприятия) - от миссии до конкретных целей и ставятся основные задачи по их достижению. Входами страты являются ценности владельцев и информация стратегического значения как внешняя, так и внутренняя (рис. 2).
Реализация принципов стратифивации при эмедржентном подходе:
1. Принцип целенаправленности описания: стратифицированное описание ИС выполнено в основном с ИТ-шной точки зрения, содержит как назначение системы на страте 5, так и последовательное детальное её описание до аппаратных компонент.
2. Принцип независимости описания: на каждой страте действуют свои законы и принципы, физические на страте 1, информационные - на страте 2, процессные - на страте 3, экономические - на страте 4, стратегические - на страте 5. То же самое можно сказать о применении различных типов моделей, информационных и математических, для каждой страты в отдельности.
3. Принцип зависимости требований сверху-вниз: объёмные показатели эмерджентных свойств каждой страты являются главными входными требованиями для определения конкретной модели нижестоящей страты. Для страты 4 цели деятельности компании определяют бизнес-модели, для страты 3 входными требованиями являются бизнес-процессы предприятия страты 4, для страты 2 входными требованиями являются взаимосвязанные ИТ-решения, в свою очередь количество, объём и скорость
2 ИТ-решение - реализованный с помощью информационной системы бизнес-процесс или часть бизнес-процесса.
Страта 5. Стратегия.
Рис. 2. Схема стратификации ИС с использованием эмерджентного подхода
работы баз данных страты 2 являются основанием для определения конфигурации и расчёта производительности оборудования страты 1.
4. Принцип иерархической вложенности: строгое следование этому принципу возможно, но не обязательно будет реализовано при эмерджентном подходе. Для сложных на всех стратах моделях однозначного отношения 1 : п вряд ли удастся достигнуть, однако общие подходы к реализации принципа сохраняются - цели определяют бизнес-модели, конкретные бизнес-процессы реализуются с помощью ИТ-решений, которые определяют объекты данных и программные процедуры, реализуемые конкретной СУБД, которая в свою очередь запускается на конкретном составе оборудования.
5. Принцип повышения детализации сверху-вниз: количество объектов, описывающих систему в целом на каждой нижестоящей страте до страты 1, увеличивается, если на страте 5 десятки целей определяют около 1000 бизнес-процессов страты 4, то на страте 3 мы получим до 10 000 приложений, на страте 2 - более миллиона объектов данных и процедур, однако на страте 1 будет меньшее число аппаратных составляющих - около 1 000, что свидетельствует о том, что это граница стратификации, являющаяся верхним уровнем другого стратифицированного описания (от кластеров и серверов до транзисторных переходов). Аналогично следующей за стратой 5 в сторону укрупнения будет страта отрасли или рынка, содержащая миллионы предприятий, что также говорит о достигнутой границе.
Приведенный «эмерджентный» подход к стратификации и выполненная стратификация информационных систем крупного предприятия позволяют для ИТ-проектов разрабатывать целевую стратифицированную архитектуру информационной системы, определять адекватные каждой страте модели и инструменты, детализировать цели и задачи, формировать требования к компетенциям членов проектной команды. При моделировании и проектировании по конкретным стратам при достижении достаточной степени стратификации обеспечивается адекватность и точность выбора математических и информационных моделей. Это приводит к повышению эффективности ИТ-проектов, созданию качественных информационных систем для решения различных бизнес-задач.
ЛИТЕРАТУРА
1. Агиевич В. А., Гимранов Р. Д. Архитектурный подход в управлением развитием ИТ и средства его реализации // Управление жизненным циклом информационных бизнес-систем. Архитектура предприятия : сб. ст. ; под ред. Р. Д. Гимранова, В. А. Агиевича. Сургут, 2014. С. 6-14.
2. Архитектура информационных систем : учебник для студ. Учрежд. высш. проф. образования / сост. : Б. Я. Советов, А. И. Водяхо, В. А. Дубенецкий, В. В. Цехановский. М. : Академия, 2012. 288 с.
3. Волкова В. Н., Денисов А. А. Основы теории систем и системного анализа. СПб. : Изд-во СПбГТУ, 2001. 512 с.
4. Глушков В. М. Макроэкономические модели и принципы построения ОГАС. М. : Статистика, 1975. 160 с.
5. Месарович М., Мако Д., Такахара И. Теория иерархических многоуровневых систем. М. : МИР, 1973. С. 61.
6. Синицын И. Н., Шаламов А. С. Методическое обеспечение информационных технологий стохастического моделирования процессов организационно-технико-экономических систем на «малых» рынках финансов, товаров и услуг // Исследования по экономике информационных систем : мат-лы науч.-практ. конф. «Экономическая эффективность информационных бизнес-систем» / под ред. В. Л. Макарова, М. И. Лугачева, К. Г. Скрипкина. М. : Экономический факультет МГУ им. М. В. Ломоносова, 2015. 248 с.
7. Управление жизненным циклом информационных бизнес-систем. Real-time Enterprise 2.0. : сб. ст. ; под ред. Р. Д. Гимранова. СПб. ; Сургут, 2014.
8. Управление архитектурой предприятия. Опыт применения для развития ИТ: сб. ст. / под ред. И. В. Чалей, Р. Д. Гимранов. М. : Открытые системы, 2013. 96 с.
