Новая информационная среда автоматизированного управления перевозками

Введение

За последнее десятилетие качественно изменились задачи и возможности автоматизированных систем управления, в частности, системы автоматизированного управления перевозками. Основные изменения, затрагивающие систему управления перевозками, таковы:

1. Значительно изменились условия и цели хозяйственной деятельности железнодорожного транспорта. Основными потребителями транспортных услуг стали независимые производители, формирующие нерегулярный поток заказов и более сложный набор условий осуществления перевозки. Более того, в принципе возможна и представляет взаимный интерес оперативная координация планов потребителя и железных дорог. Кроме того, как работа с потребителем услуг, так и общая эффективность работы транспорта оценивается через финансовые показатели.

Два этих обстоятельства значительно усложняют условия и меняют цели задачи оптимизации перевозок.

2. Значительная компьютеризация общества и, в частности, корпоративных систем приучила пользователя к мысли о том, что вся информация должна быть «на кончиках пальцев». Если системы 80-х годов были ориентированы на решение круга хорошо очерченных задач, то в настоящее время наличие любой задачи управления перевозками молчаливо предполагает наличие автоматизированных средств ее решения. Это явление существенно увеличивает требования к учету перевозок, шаг за шагом подвигая его к полному отражению перевозочного процесса.

3. Бурный рост технических возможностей, в частности, в отношении вычислительных мощностей, средств передачи данных,

оконечного оборудования и программных решений сделал возможным значительно более полный и своевременный учет и управление перевозками.

Под воздействием этих факторов в течение последнего времени происходит создание и внедрение новой совокупности программно-аппаратных средств, обеспечивающих управление процессом перевозок. Фактически, сейчас происходит формирование новой информационной среды автоматизированного управления перевозками.

Цель настоящей работы — вкратце очертить состояние формирования новой среды, описать ее желаемые характеристики и указать пути их достижения.

Обзор текущего состояния разработок

Легкомысленно было бы полагать, что новая среда ждет своего создателя. В настоящее время, в основном под воздействием факторов 2 и 3, она бурно формируется случайным образом из отдельных слабо связанных разработок. Точный их перечень определить весьма затруднительно. Наиболее интенсивно развиваются прикладные модули; связывающая же их инфраструктура обеспечивается системой, не претерпевшей радикальных изменений за последние 15 лет.

Оптимален ли этот путь развития? Обилие разрозненных программ многократно увеличивает расходы на их разработку и поддержку. Измельчание масштаба разработки приводит к деградации ее технического уровня и использованию более слабой платформы, что чревато увеличением частоты сбоев. Слабая координация разработок препятствует эффективному и согласованному использованию данных смежными приложениями.

Можно ли приостановить процесс развития? Очевидно, нет. Под воздействием указанных факторов формирование новой среды управления перевозками будет продолжаться, так или иначе.

Можно ли придать этому процессу разумные цели и формы? Неочевидно. Мало что в развитии информационных систем МПС за последние годы наталкивает на утвердительный ответ. Во всяком случае, в настоящее время эти надежды имеет смысл возлагать не только на административные рычаги, но и на проявление эффектов самоорганизации: острая необходимость формирования высокоорганизованной единой среды очевидна каждому разработчику.

Вопрос. Известно, что кристаллы льда образуют снежинки при падении температуры. Верно ли, что отдельные разработки вынуждены складываться в систему при сокращении финансирования? В последнем предположении, какова будет тогда ее форма?

Во всяком случае, необходимость более высокой координации разработок очевидна. Первым ее шагом должна стать формулировка требуемых характеристик новой среды.

Требуемые характеристики и структура новой среды

Основные желаемые характеристики новой среды определяются указанными задачами и условиями ее функционирования. Требования к среде таковы:

1. Среда должна обеспечивать возможность хранения более полного состава данных о перевозочном процессе, включая состав объектов, их состояния, историю операций над объектами и документарное отражение операций.

2. Среда должна отражать логику операций перевозочного процесса.

3. Среда должна обеспечивать средства управления перевозочным процессом. Более того, среда должна обеспечивать и наращивать возможности автоматизации процесса управления и принятия решений.

4. Среда должна поддерживать возможности работы с новым классом объектов управления — грузопотоком. Это понятие пред назначено для описания закономерностей, которые возникают при формировании плана и осуществлении процесса перевозок. Для эффективного управления процессом перевозок необходимо знать состояние грузопотоков и иметь модель их поведения.

5. Среда должна обеспечивать информационными средствами любую используемую систему управления.

6. Среда должна допускать относительно безболезненную модификацию, и по мере развития стремиться к полному отражению процесса перевозок.

7. Среда должна быть технологически открыта для доступа через набор стандартизованных мировой практикой средств обмена данными, а также тщательно документирована.

Структура среды в значительной степени уже определена сложившейся структурой программного обеспечения отрасли. Эта структура предполагает ядро и базирующиеся на нем функционально-ориентированные компоненты. Основные компоненты новой среды и их взаимосвязи отражены на рис. 1.

Ядром новой среды должна стать единая модель перевозочного прогресса (ЕМПП), то есть логически упорядоченная целостная и непротиворечивая совокупность текущих (оперативных), исторических (архивных) и прогнозных данных, правил и способов их ведения, предназначенная для организации, управления и осуществления перевозок.

ЕМПП должна удовлетворять следующим принципам построения:

• полнота, целостность и непротиворечивость данных;

• связность;

• открытость;

• преемственность;

• обеспечение сквозных управляющих технологий;

• однократность ввода информации о событиях, операциях;

• использование единой НСИ;

• полное представление жизненного цикла объектов перевозочного процесса для построения аналитических приложений; создание целостного корпоративного информационного хранилища на базе ЕМПП;

• процедурное построение системы ведения и объектный интерфейс доступа к данным.

Рис.1. Основные компоненты новой среды и их взаимосвязи

Охарактеризуем более подробно основные составляющие ЕМПП.

Система хранения данных предназначена для хранения данных о перевозочном процессе, используемых функционально-ориентированными компонентами. Сами компоненты могут и должны хранить лишь те данные, которые не используются другими компонентами.

В системе хранения предполагаются следующие логические разновидности данных:

• единая нормативно-справочная информация: система справочников об объектах перевозочного процесса, их типах и характеристиках типов. Отметим, что методы ведения НСИ и характер доступа к информации требуют выделения НСИ в отдельную подсистему;

• модель состояния, включая: данные о текущем и предшествующих состояниях перевозочного процесса; историю операций;

• модель ограничений: совокупность нормативных и плановых ограничений на операции перевозочного процесса;

• модель управления: набор директив, предписывающих операции, необходимые для осуществления перевозочного процесса;

• модель поведения: совокупность эмпирически вычисленных характеристик поведения процесса.

Система ведения — это совокупность алгоритмов, обеспечивающих обмен информацией, ее контроль, а также отражающих логику осуществления и управления перевозочным процессом.

Диаграмма основных потоков информации в новой информационной среде представлена на рис.2.

Сервисы доступа должны обеспечивать доступ функционально-ориентированных компонент и пользователей к системе ведения ЕМПП.

Организация работ

В указанной постановке задача о формировании новой среды автоматизированного управления перевозками весьма масштабна, предполагает реализацию на протяжении значительного периода времени и постоянное дальнейшее развитие среды. Соответственно, организованные формы ее решения предполагают дробление задачи между несколькими коллективами разработчиков и обеспечение механизма постоянного взаимодействия между ними. Отметим еще раз, что фактически дробление задачи уже произошло на конкурентной основе при отсутствии общей организации.

Рис.2. Основные потоки информации в новой информационной среде

Организованные формы разработки новой информационной среды предполагают наличие координирующего центра и набора документов, являющихся стандартами для всех разработок. Организованная разработка предполагает также наличие центрального коллектива разработчиков, создающих ядро системы.

Вместе с тем, в сложившихся условиях коллективы разработчиков компонент новой среды будут сохранять значительную самостоятельность. Некоторые из разработчиков предлагают равноправную модель взаимодействия, наподобие предлагаемой группой Object Management Group координаторов стандарта CORBA. Весьма сомнительно, чтобы эта модель быстро прижилась на местной почве программных разработок, да и успехи группы вдохновляют лишь отчасти. В то же время, используя объектно-ориентированный подход на уровне проектирования ядра новой среды, мы сможем подчинить разработку единым правилам, стандартам и спецификациям.

Проектирование

Широко используемый и, в целом, оправдавший себя подход к построению информационных систем состоит в построении объектной модели CASE-средствами. Поэтому целесообразным представляется создание и развитие объектной модели перевозочного процесса, включающей также основные архитектурные компоненты. В качестве инструментального средства разработки модели предполагается использовать Rational Rose.

Основные и вполне традиционные трудности ожидаются при описании предметной области. Наиболее полные имеющиеся описания унаследованы от системы АСОУП, однако они не детализируют процесс на станционном уровне. Значительное количество информации можно почерпнуть из нормативных документов и описаний отдельных систем, однако в значительной степени сложившаяся практика перевозочного процесса пока не описана.

Еще один традиционный вопрос, относящийся к архитектуре системы — оптимальное соотношение между автономией подсистем и целостностью данных по всей системе. Автономия подсистем позволяет им устойчиво функционировать независимо от поведения системы в целом, но неизбежно приводит к информационной обособленности и, как следствие, несогласованности подсистем по данным. Эта проблема возникает:

а) при определении степени централизации данных;

б) при выборе принципа обмена данными между различными мо дулями (асинхронный обмен сообщениями, или обмен в рамках одной транзакции, обеспеченной теми или иными системными средствами).

Выбор вариантов решений требует тщательного анализа объема потоков данных и требуемых времен отклика от разных компонент среды. Обсчитанные по АСОУП средние объемы данных и их потоков представлены на рис.3 в Kb/количестве транзакций за сутки. (На ней же указаны неизвестные объемы, представляющие интерес). Сплошные стрелки символизируют обновления данных, прерывистые — возврат данных по запросам. Среднее количество подчиненных объектов для каждого из подуровней таково (сверху вниз): 7,3,17,17.

Диаграмма отражает все существующие и планируемые уровни управления, но намеренно не отражает существующие системы, поскольку потоки данных между ними складываются не вполне рационально и часто дублируются.

Рис.3. Средние объемы данных и их потоков

В результате анализа имеющейся информации о потоках данных и планируемой организации управления были приняты следующие решения об архитектуре системы:

A) Серверы данных размещаются на центральном и региональном уровне. Размещение значительного количества серверов данных на линейном уровне может повлечь проблемы синхронизации данных. С другой стороны, по сравнению с одной централизованной базой данных, распределение данных между региональными серверами обеспечивает распределение нагрузки при запросах на чтение.

B) Данные синхронизируются между серверами при их вводе в рамках одной транзакции, обеспеченной монитором распределенных транзакций.

C) Серверы приложений размещаются на линейном и вышестоящих уровнях с целью распределения нагрузки при обработке данных.

Реализация

Вообще говоря, построение информационных систем — едва ли не самая традиционная задача компьютерных технологий. Количество разработанных для этого подходов и средств необозримо. Первый вопрос, который поэтому здесь возникает, — выбрать оптимальную платформу и набор инструментальных средств.

Масштаб решаемых задач — используемые сейчас на РЖД программно-аппаратные средства и опыт западных железных дорог склоняют к использованию аппаратной платформы IBM mainframe для размещения основных компонент среды. В качестве серверов младших моделей для прикладных систем возможно использование серверов Sun. Большая часть АРМ будет традиционно оснащаться персональными компьютерами бытового класса, хотя, казалось бы, клиент-серверная архитектура допускает использование более дешевых устройств.

Выбор аппаратной платформы IBM в значительной степени предопределяет выбор программной среды от ШМ: DB/2, CICS, MQ-Series, WebSphere, Visual Age. В соответствии с намерениями ШМ эта среда анонсируется как способная существовать на разных платформах и предназначенная для интеграции других программных сред.

Существующее разнообразие программно-аппаратных средств будет сохраняться еще в течение долгого времени, однако дальнейший его рост крайне нежелателен.

Заключение

Итак, новая информационная среда автоматизированного управления перевозками формируется уже сейчас как совокупность независимых разработок. Анализ истории этого процесса и аналогичных процессов в других отраслях заставляет смотреть на него как на объективный и управляемый лишь отчасти. Основной на сегодня является задача управления процессом формирования среды в максимально доступной степени в целях придания ей разумной архитектуры и обеспечения требуемой полноты, что требует создания ядра среды коллективом разработчиков, лидирующим как в программной, так и в технологической областях. Насколько эффективно будет решена задача централизации разработок, настолько эффективной и окажется новая среда.