авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |

Теоретические принципы и методы повышения эффективности автоматизации образовательных учреждений на основе онтологического подхода

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

Шахгельдян Карина Иосифовна

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ АВТОМАТИЗАЦИИ ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УЧРЕЖДЕНИЙ НА ОСНОВЕ ОНТОЛОГИЧЕСКОГО ПОДХОДА

Специальность 05.13.06 – Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (образование)

Автореферат диссертации

на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва 2009

Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Владивостокский государственный университет экономики и сервиса»

Научный консультант: доктор физико-математических наук,

профессор Клещев Александр Сергеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Игнатова Ирина Гургеновна

доктор технических наук, профессор,

Куракин Дмитрий Владимирович

доктор технических наук, профессор,

Ретинская Ирина Владимировна

Ведущая организация: Восточно-Сибирский государственный технологический университет

Защита состоится 29 января 2010 г. в 13-00 часов на заседании объединенного совета по защите докторских и кандидатских диссертаций ДМ 008.004.02 при Учреждении Российской академии образования «Институт информатизации образования» по адресу: 119121, г. Москва, ул. Погодинская, д. 8.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии образования «Институт информатизации образования».

Автореферат разослан «28» декабря 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета ДМ 008.004.02 доктор педагогических наук, кандидат технических наук, профессор О.А. Козлов

Общая характеристика работы

Актуальность темы исследования. Основной задачей автоматизации высшего образовательного учреждения является разработка, внедрение, сопровождение и эксплуатация автоматизированной информационной системы (АИС). В настоящее время АИС является обязательным компонентом деятельности образовательного учреждения, поддерживает управление процессами, обеспечивает доступ к данным и принятие решений.

Основной задачей АИС является автоматизация ключевых областей деятельности вуза: управление учебным процессом, поддержка проведения образовательного процесса, управление научными исследованиями, административное управление, управление финансами и управленческий учет, управление информационными ресурсами.

Российские вузы в настоящее время функционируют в условиях модернизации отечественного образования и претерпевают кардинальные изменения, связанные с вхождением России в Болонский процесс, расширением деятельности вузов на области среднего, начального и дополнительного образования, внедрением ЕГЭ, модульной, кредитной и рейтинговой систем. Анализ процессов деятельности вуза позволяет выделить несколько закономерностей.

Во-первых, большинство процессов вуза подвержены постоянным изменениям, особенно остро эта задача стоит в управлении учебным процессом. Во-вторых, в вузе имеется большое число процессов, причем из разных областей, и они жестко связаны друг с другом по данным и по функциональности. В-третьих, активную роль в процессах вуза играют все сотрудники и студенты, а также абитуриенты и их родители, поэтому число пользователей АИС велико, и, кроме того, контингент пользователей постоянно меняется. В-четвертых, требования к срокам автоматизации являются достаточно жесткими и не могут быть изменены, что обусловлено производственной необходимостью (графиком учебного процесса, приказами Министерства образования и науки).





Основными требованиями к АИС вуза, исходя из анализа процессов, являются:

  • поддержка автоматизации широкого спектра процессов деятельности вуза, их постоянных изменений в ограниченные сроки;
  • поддержка интеграции данных и приложений, реализующих функциональность процессов, для обеспечения жестких взаимосвязей между процессами и данными;
  • поддержка управления большим числом часто меняющихся пользователей и правилами их доступа к ресурсам АИС;
  • обеспечение решения всех требований к АИС на основе единого подхода, позволяющего реализовать эффективные разработку, сопровождение (в том числе и модификацию) и эксплуатацию системы в ограниченные сроки.

Эти требования значительно повышают сложность АИС, а также сложность процессов ее разработки, сопровождения и эксплуатации, поэтому проблема эффективности процесса автоматизации вуза, включающего разработку, сопровождение и эксплуатацию АИС, приобретает особую важность. Эффективность автоматизации определяется объемом затрат (временных и людских ресурсов, а также программно-технических средств), необходимых для обеспечения процессов разработки, сопровождения и эксплуатации АИС вуза. Повышение эффективности возможно за счет снижения объема необходимых для реализации этих процессов затрат.

Большинство работ по методам повышения эффективности автоматизации связаны с проектированием и программированием информационных систем (ИС). Но как показали работы зарубежных ученых (C. Herring, C.В. Seaman, T.M. Pigosky) основные усилия (более 80%) тратятся на этапы сопровождения и эксплуатации ИС. Методы, которые рассматриваются в литературе для решения проблем сопровождения, связаны с эффективностью модификации кода программ, выявлением ошибок в программах. Но часто этого недостаточно для обеспечения эффективного сопровождения и эксплуатации АИС вуза.

Учеными В.Н. Васильев, И.Г. Игнатова, Л.А. Крукиер, Г.С. Курганская, Р.Л. Смелянский, A. Berg, J. Kohutkova исследуются особенности разработки АИС вузов: вопросы автоматизации в области административного управления вузом, управления учебным процессом и научными исследованиями. Как показал анализ, существующие АИС вузов далеки от вышеопределенных требований, и им свойственно основное противоречие: чем больше процессов автоматизировано, тем сложнее автоматизировать новые процессы, так как необходимы большие затраты по обеспечению функционирования (сопровождения и эксплуатации) уже автоматизированных процессов. Во многих случаях в хорошо развитой АИС (когда система является действительным инструментом труда сотрудников, средством обучения студентов, автоматизирует широкий спектр процессов вуза) автоматизация новых процессов прекращается ввиду отсутствия для этого ресурсов. Но даже в такой ситуации сопровождение и эксплуатация АИС вызывает большие затруднения, так как частота и масштаб необходимых изменений велики.

Чтобы снизить затраты на сопровождение и эксплуатацию, архитектура АИС вуза должна поддерживать быстрые изменения и расширения функциональности, а также позволять автоматически распределять нагрузку и обеспечивать высокую производительность, качество данных, безопасность доступа. В качестве подхода к построению адаптируемой архитектуры C. Herring предлагает использовать компонентную модель. Однако за рамками исследований остаются вопросы управления компонентами, реализующими функциональность, когда их количество делает невозможным ручное управление, распределения нагрузки в системе с компонентной архитектурой, обеспечения безопасного доступа к компонентам.

Важнейшей задачей обеспечения эффективного сопровождения АИС является обеспечение настраиваемых процессов. Для управления процессами предложены коммерческие решения класса BPMS. Тем не менее, не решена проблема полной настройки процессов на уровне пользователей (задачи маршрутизации, управления доступом и контроля исполнения).

В АИС вуза задача управления пользователями с точки зрения проблем сопровождения и эксплуатации стоит особенно остро, так как число пользователей и изменений не допускает ручного управления, поэтому несмотря на наличие ролевых моделей управления доступом, предложенных D. Ferraiolo, R. Sandhu, актуальным остается проблема управления доступом на основе правил и автоматизация поддержки актуальности прав доступа.

В АИС вуза проблема интеграции данных, обусловленная необходимостью поддержки жесткой интеграции между процессами, особенно остро стоит на этапах сопровождения и эксплуатации системы. В решение проблем интеграции данных и связанных с ними проблем качества данных большой вклад внесли такие ученые как: А.Н. Бездушный, Л.А. Калиниченко, В.А. Серебряков, A. Halevy, Y. Wand, R.Wang. Тем не менее, за рамками исследований остались отдельные вопросы автоматизации интеграции данных и поддержки качества.

В последние годы все больший интерес представляют методы описания предметной области, основанные на онтологиях. Большой вклад в разработку и использование таких методов внесли российские и зарубежные ученые А.Н. Бездушный, Т.А. Гаврилова, Л.А. Калиниченко, А.С. Клещев, В.А. Серебряков, T.R. Gruber, N. Guarion, L. Stojanovic, М. Uschold, Y. Wand, ученые компаний Hewlett Packard, Oracle, IBM, Microsoft, Sun Microsystems.

С точки зрения разработки эффективно сопровождаемой системы интерес к онтологическому подходу обусловлен следующими факторами: во-первых, онтологии позволяют формализовать описание предметной области, а также правил поведения системы, что в свою очередь позволяет легко их модифицировать. Во-вторых, онтологии являются адаптером между пользователем и системой, что позволяет автоматически менять поведение системы при изменении формальных описаний. В-третьих, онтологии позволяют описать любые взаимосвязи между компонентами, что в свою очередь позволит разработать комплексную модель системы, автоматизирующей деятельность образовательного учреждения, о необходимости которой свидетельствуют исследования некоторых ученых. Поэтому в качестве основного подхода построения модели автоматизированной системы, обеспечивающей решение основных задач, стоящих перед разработчиками эффективно сопровождаемой и эксплуатируемой АИС вуза, выбран онтологический подход.

Таким образом, проблема, решение которой рассматривается в работе, состоит в повышении эффективности автоматизации, а, следовательно, в снижение затрат, необходимых для разработки, сопровождения и эксплуатации автоматизированной информационной системы вуза.

Цель работы

Целью диссертационной работы является разработка теоретических принципов и методов повышения эффективности автоматизации учреждений высшего профессионального образования, обеспечивающих эффективные сопровождение, эксплуатацию и разработку автоматизированной информационной системы вуза: методов автоматизации процессов, доступа к ресурсам вуза, интеграции данных и приложений, а также единой комплексной модели системы.

Основные задачи исследования

Для достижения цели работы поставлены и решены следующие основные задачи.

  1. Разработать теоретические принципы повышения эффективности автоматизации учреждения высшего профессионального образования.
  2. Разработать комплексную онтологическую модель автоматизированной информационной системы вуза, обеспечивающую одновременное решение задач управления процессами, интеграции данных, управления функциональными компонентами и доступом к ресурсам системы.
  3. Разработать метод управления процессами, обеспечивающий их эффективное исполнение, изменение и настройку, а также контроль исполнения и безопасность доступа.
  4. Разработать методы интеграции данных, включающие автоматизацию репликации данных, интеграции данных по требованию, поддержки качества данных.
  5. Разработать структурную схему управления функциональными компонентами автоматизированной информационной системы вуза.
  6. Разработать модель системы автоматизированного управления правами доступа к ресурсам информационной системы.
  7. Разработать эффективно сопровождаемую информационную систему вуза, автоматизирующую основные процессы деятельности вуза из разных предметных областей (управление учебным процессом, поддержка учебного процесса, управление научными исследованиями, административное управление, управление ИТ).

Объект исследования

Объектом исследования является процесс автоматизации деятельности вуза.

Предмет исследования

Предметом исследования являются методы, модели и алгоритмы повышения эффективности автоматизации вуза.

Методы исследования

В работе используются онтологический подход, методы теории множеств и матричная алгебра, логика предикатов, системный анализ, теория графов, теория принятия решений, технологии функционального проектирования IDEF0, объектно-ориентированного программирования.

На защиту выносятся

  1. Теоретические принципы повышения эффективности автоматизации образовательного учреждения, обеспечивающие эффективные разработку, сопровождение и эксплуатацию автоматизированной информационной системы вуза.
  2. Комплексная онтологическая модель автоматизированной информационной системы вуза, обеспечивающая реализацию предложенных в работе методов, моделей, алгоритмов и схемы.
  3. Метод управления процессами, обеспечивающий их эффективное исполнение, изменение и настройку, в том числе позволяющий формировать на основе онтологических представлений составные процессы, реализовывать их выполнение, обеспечивать доступ к их реализации и контроль исполнения.
  4. Методы интеграции данных, включающие автоматизацию репликации данных, интеграции данных по требованию, поддержки качества данных.
  5. Структурная схема управления функциональными компонентами автоматизированной информационной системы вуза, включающая алгоритм автоматической маршрутизации запросов к компонентам, схему безопасного доступа, алгоритм автоматического распределения нагрузки.
  6. Модель системы автоматизированного управления правами доступа к ресурсам информационной системы, включающая автоматическое назначение прав доступа на основе настраиваемых правил.
  7. Методы разработки информационных систем и встраивания сторонних приложений в автоматизированную информационную систему вуза, разработанная и апробированная информационная система вуза, автоматизирующая ключевые области деятельности, и результаты оценки повышения эффективности автоматизации.

Научная новизна

Научная новизна работы представлена следующими результатами.

  1. Разработаны теоретические принципы повышения эффективности процесса автоматизации деятельности образовательного учреждения на основе онтологического подхода, включающие методы управления автоматизированными процессами деятельности вуза, интеграции данных и обеспечения их качества, схему управления функциональными компонентами, модель автоматизированного управления правами доступа в АИС вуза. Принципы универсальны как для стадии разработки, так и для стадий сопровождения и эксплуатации.
  2. Разработана комплексная онтологическая модель автоматизированной информационной системы вуза, которая включает онтологии предметной, ИТ-области, области управления процессами деятельности вуза, предложена также математическая модель системы, описывающая взаимосвязи между всеми ее элементами. В рамках единой онтологической модели предлагается, во-первых, решить одновременно проблему сопровождения и эксплуатации за счет настраиваемого описания понятий, процессов, правил поведения системы, условий, требований, во-вторых, интегрировать все элементы АИС, обеспечивая единый взгляд на систему.
  3. Разработан метод управления автоматизированными процессами, включающий алгоритмы формирования составных процессов, контроля исполнения процессов, управления доступом к элементарным процессам на основе описания понятий и отношений между ними, отличающийся возможностью полной настройки, адаптации и управления процессами специалистами-предметниками.
  4. Разработаны алгоритмы поддержки качества данных в распределенной гетерогенной среде, отличительной особенностью которых является автоматизация мониторинга и обеспечения качества, выполненная на основе онтологической модели.
  5. На основе онтологического подхода разработана структурная схема управления функциональными компонентами, включающая алгоритм маршрутизации запросов, автоматизацию управления доступом к функциональным компонентам, алгоритм баланса нагрузки.
  6. Разработана модель системы управления правами доступа к ресурсам АИС, которая расширяет модель ролевого доступа для автоматизации назначения прав доступа и поддержки их в актуальном состоянии.

Практическая значимость

Практическая значимость диссертационной работы заключается в автоматизированной информационной системе вуза, базирующейся на предложенных в работе моделях, методах и алгоритмах. Разработанная АИС является эффективно сопровождаемой и эксплуатируемой, т.е. обеспечивает

  • эффективную автоматизацию процессов по различным направлениям деятельности вуза (управление учебным процессом, поддержка учебного процесса, административное управление, управление финансами, управление ИТ), что позволяет поддерживать интенсивный путь развития АИС и обеспечивает масштабируемость системы на уровнях пользователей, данных, систем, функциональных компонентов, инфраструктуры;
  • создание новых, изменение существующих понятий предметной области деятельности вуза и внедрение их в АИС в ограниченные сроки;
  • автоматизированное управление пользователями и их правами на основе правил, что позволяет сформировать среду «для всех» с актуальными правами доступа;
  • автоматическое выполнение процедур поддержки качества данных, в том числе и автоматическую репликацию данных, что снижает потребности в ручной корректировки данных, настройки и ручном управлении репликациями;
  • автоматическое управление функциональными компонентами с целью повышения производительности, поддержки масштабирования по серверам, базам данных, компонентам, системам;
  • объединение информационных систем, технологий, СУБД в единую АИС, что позволяет использовать унаследованные и сторонние приложения, которые не были специально разработаны для АИС;

Результаты внедрения показывают, что, несмотря на рост числа автоматизированных процессов в 12 раз, число разработчиков не увеличилось. Время автоматизации процессов сократилось в 5 раза, время внесения изменений сократилось в 5 раз.

Результаты работы используются в преподавании курсов «Объектно-ориентированное программирование», «Распределенные информационные системы», читаемых во Владивостокском государственном университете экономики и сервиса (ВГУЭС), «Системы реального времени», читаемого в Дальневосточном государственном университете.

Достоверность и обоснованность



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |
 



Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.