Методичні підходи щодо оцінки ефективності системи підтримки прийняття рішень на охорону державного кордону

Размещено на http://www.allbest.ru/

Методичні підходи щодо оцінки ефективності системи підтримки прийняття рішень на охорону державного кордону

Микола Овчар

старший викладач кафедри загальновійськових дисциплін, Національна академія Державної прикордонної служби України імені Богдана Хмельницького, м. Хмельницький, Україна

Василь Серватюк

доктор військових наук, професор, професор кафедри оперативного мистецтва, Національний університет оборони України імені Івана Черняховського, м. Київ, Україна

Геннадій Магась

доктор наук з державного управління, доцент, заступник начальника кафедри прикордонної безпеки, Національна академія Державної прикордонної служби України імені Богдана Хмельницького, м. Хмельницький, Україна

Іван Катеринчук

доктор технічних наук, професор, професор кафедри комунікаційних та інформаційних систем, Національна академія Державної прикордонної служби України імені Богдана Хмельницького, м. Хмельницький, Україна

Анотація

Вибір показників та критеріїв оцінювання якості програмних засобів визначають: призначення та функції інформаційної системи; функціональні можливості; вихідні дані; ресурси інформаційно-технічного забезпечення; якість процесу розробки; якість алгоритмів - надійність (відмовостійкість), швидкодія, наявність можливості інтегрування з іншими системами (гнучкість), можливість використання тільки того функціонального блоку, який необхідний у поточний момент часу; підтримку можливості налагоджування системи користувачем. Якість програмних засобів знаходиться у прямій залежності від якості розробки алгоритмів і програмного коду.

Синтез структури автоматизованої системи підтримки прийняття рішень здійснено у таких напрямах: вибір за функціональною ознакою комплексу задач, які будуть вирішуватися на програмно-технічних засобах системи управління; розробка та реалізація алгоритмів; формування загальної структури інформаційно-розрахункової системи; розподіл інформаційно-аналітичного забезпечення між елементами багаторівневої системи управління; визначення комплекту технічних засобів автоматизованої системи підтримки прийняття рішень та взаємозв'язків між ними. Метою синтезу автоматизованої системи підтримки прийняття рішень є забезпечення оперативності та достовірності вирішення задач мінімальним ресурсом обчислювальних засобів та засобів комунікації.

В основу проєктування функціонально-структурного розподілу інформаційно-аналітичного забезпечення та програмно-технічних компонентів автоматизованої системи підтримки прийняття рішень покладено такі принципи: використання програмно-технічних комплексів та засобів комунікацій сучасної інфраструктури інтегрованої інформаційно-телекомунікаційної системи "Гарт" Державної прикордонної служби України; територіальний розподіл засобів автоматизованої системи підтримки прийняття рішень відповідно до побудови системи управління Державної прикордонної служби України; функціонально-структурний розподіл здійснюється з урахуванням напрямів та видів діяльності підрозділів Державної прикордонної служби України з деталізацією інформаційно-аналітичних задач, що автоматизують конкретні способи оперативно-службової діяльності.

Ключові слова: автоматизована система підтримки прийняття рішень; критерій; оперативно-службова діяльність; охорона державного кордону; показник; програмне забезпечення; якість.

Ovchar M., Servatyuk V., Mahas' H., Katerynchuk I. METHODICAL APPROACHES TO THE EVALUATION OF THE EFFECTIVENESS OF THE DECISION-MAKING SUPPORT SYSTEM FOR THE PROTECTION OF THE STATE BORDER

The choice of indicators and criteria for software quality assessment criteria is determined by: the purpose and functions of the information system; functional capabilities; output data; resources of information and technical support; quality of the development process; the quality of the algorithms - reliability (reliability), speed of operation, the possibility of integration with other systems (flexibility), the possibility of using only the functional block that is needed at the current moment; support for the ability to debug the system by the user. The quality of software is directly dependent on the quality of the development of algorithms and software code. комунікація обчислювальний оперативність

The synthesis of the structure of the automated decision-making support system was carried out in the following directions: selection by functional feature of the set of tasks that will be solved by the software and technical means of the management system; development and implementation of algorithms; formation of the general structure of the information and accounting system; distribution of information and analytical support between elements of a multi-level management system; definition of a set of technical means of an automated decision support system and the relationships between them. The purpose of the synthesis of an automated decision support system is to ensure the efficiency and reliability of solving problems with a minimum resource of computing and communication tools.

The design of the functional and structural distribution of information and analytical support and software and technical components of the automated decision support system is based on the following principles: the use of software and technical complexes and means of communication of the existing infrastructure of the integrated information and telecommunication system "Hart" of the State Border Service of Ukraine; territorial distribution of means of the automated decision support system in accordance with the construction of the management system of the State Border Service of Ukraine; the functional-structural division is carried out taking into account the directions and types of activities of the units of the State Border Service of Ukraine with the detailing of informational and analytical tasks that automate specific methods of operational and service activity.

Key words: automated decision support system; criterion; operational service activity; protection of the state border; indicator; Software; quality.

Вступ

Важливою складовою будь-якої інформаційної системи є система підтримки прийняття рішень (СППР). Прийняття рішення являє собою усвідомлений вибір між наявними варіантами та альтернативами напряму дій. З точки зору організаційних аспектів у прийнятті рішень, незалежно від технічної бази, області використання й апарату підтримки прийняття рішень, важливими є структура функціональних підсистем СППР та якість програмно-алгоритмічного забезпечення (ПАЗ) [1].

Постановка проблеми. Ускладнення інформаційних систем спонукає необхідність постійного удосконалення якості програмно-алгоритмічного забезпечення. Похибки або недостатня якість програм або даних можуть нанести збиток, який значно перевищуватиме позитивний ефект від 'їхнього використання. Ефективність використання інформаційних технологій у процесах обґрунтування способів дій органів охорони кордону напряму залежить від якості двох взаємопов'язаних процесів: алгоритмізації і програмування. Питання оцінки ефективності програмно-алгоритмічного забезпечення, незважаючи на велику кількість публікацій, потребують доопрацювання й розвитку з метою впорядкування і розробки єдиних поглядів на застосування показників і критеріїв ефективності.

Аналіз останніх досліджень і публікацій. У теперішній час розроблено широке коло метрик якості програмно-алгоритмічного забезпечення загального призначення, таких як складність, модуль- ність, тестованість тощо. Використання цих метрик, безумовно, дуже корисно, разом з тим, варто враховувати, що універсальні метрики в сукупності не дають повного чисельного опису рівня якості. Зокрема, внаслідок універсальності їм притаманні такі недоліки: вони базуються здебільшого на лексичних і синтаксичних характеристиках і не враховують семантичну складову продукту; вони сконструйовані без обліку особливостей необхідної предметної області, операційного оточення і методології розробки. Традиційні метрики не враховують якість оброблюваних даних і взаємодію даних з потоком обчислень. Однією з головних проблем забезпечення якості програмних засобів є формалізація характеристик якості та методики 'їхнього оцінювання. Основними стандартами, що регламентують якість програмних засобів на усіх життєвих циклах, є стандарти Міжнародної організації з стандартів ISO 9126-1-4 [2] та ISO 14598-1-6 [3]. Системи інформаційного забезпечення пропонується оцінювати показниками, запропонованими авторами [4]-[9]. До них слід віднести: показники якості структури системи (кількість елементів за типами, характеристики технічних засобів, ефективність застосовуваних моделей і задач, складність структури інформаційної мережі); можливості інформаційних систем щодо оброблення та передавання інформації (пропускна здатність каналів передачі інформації, продуктивність обчислювальних систем тощо). Дослідженням інформаційного забезпечення процесу прийняття управлінських рішень присвячено праці [10] - [13]. Методичні підходи щодо застосування та оцінки ефективності інформаційних систем і технологій в охороні державного кордону розглянуто у працях [14]-[17]. Однак питання комплексної оцінки за множиною показників системи підтримки прийняття рішень на охорону державного кордону залишається актуальним.

Мета статті - наукове обґрунтування методів, показників і критеріїв оцінювання ефективності системи підтримки прийняття рішень на охорону державного кордону.

Результати дослідження

Одним із засобів забезпечення високої якості комплексів програмних засобів є дотримання протягом усього їхнього життєвого циклу вимог стандартів як вітчизняних, так і провідних країн світу. За останні роки розроблено велику кількість стандартів, що регламентують розроблення, впровадження та використання програмно-алгоритмічного забезпечення. Під якістю програмних засобів будемо розуміти повноту властивостей і характеристик, які забезпечують 'їхню здатність задовольняти вимоги на усіх життєвих циклах, що висуваються до них (визначення ISO [2]). До складових якості інформаційної системи слід відносити [2]-[9]: якість інфраструктури: якість апаратного і підтримуючого програмного забезпечення (наприклад, якість операційних систем, комп'ютерних мереж тощо); якість програмного забезпечення: якість програмного забезпечення інформаційної системи; якість даних: якість даних, що використовуються інформаційною системою на вході; якість інформації: якість інформації, яка виробляється інформаційною системою; якість адміністративного керування - якість менеджменту, з урахуванням якості фінансування, планування і календарного контролю; якість сервісу - якість навчання, системної підтримки тощо.

Реалізація процесів оцінки має корелювати з етапами життєвого циклу конкретного проєкту програмного засобу [3]. Для кожної характеристики якості необхідно визначити межі необхідних, припустимих і незадовільних значень. Необхідний рівень якості забезпечення програмних продуктів має бути таким, щоб задовольнити основні вимоги, що висуваються до комплексів ПАЗ [2]-[9]:

- функціональні можливості - здатність програмного засобу забезпечувати вирішення задач, що задовольняють сформульовані потреби замовників і користувачів під час застосування комплексу програм у заданих умовах;

- функціональна придатність - набір і описи характеристик і її атрибутів, що визначають призначення, номенклатуру, основні, необхідні і достатні функції програмного засобу, що відповідають технічному завданню і вимогам замовника і користувачів. Найбільш неви- значена й об'єктивно важко оцінювана характеристика програмного засобу. Області застосування, номенклатура і функції комплексів програм охоплюють настільки різноманітні сфери діяльності, що неможливо виділити й уніфікувати невелику кількість атрибутів для оцінки і порівняння цієї характеристики в різних комплексах програм;

- коректність (правильність) програмних засобів - здатність програмного засобу забезпечувати правильні чи прийнятні для користувача результати та зовнішні ефекти. Складається у формальному визначенні ступеня відповідності комплексу реалізованих програм вихідним вимогам контракту, технічного завдання і специфікацій на програмний засіб і його компоненти. Шляхом верифікації має бути визначено відповідність вихідним вимогам усієї сукупності до компонентів комплексу програм, включно аж до модулів і текстів програм і описів даних;

- здатність до взаємодії - властивість програмних засобів і 'їхніх компонентів взаємодіяти з одним або багатьма компонентами внутрішнього та зовнішнього середовища. Складається у визначенні якості спільної роботи компонентів програмних модулів і баз даних з іншими прикладними системами та компонентами на різних обчислювальних платформах, а також взаємодії з користувачами у зручному стилі;

- захищеність програмних засобів - здатність компонентів програмного засобу захищати програми й інформацію від будь-яких негативних впливів. Містить визначення повноти використання доступних методів і засобів захисту програмного засобу від потенційних загроз і досягнутої при цьому безпеки функціонування інформаційної системи. Найбільш широко і детально методологічні і системні задачі оцінювання комплексного захисту інформаційних систем викладено у трьох частинах стандарту ISO 15408:1999-1-3 [2];

- надійність - забезпечення комплексом програм досить низької імовірності збоїв у процесі функціонування програмного засобу в реальному часі. Кількісні значення характеристик, які забезпечуються завершеністю програмного продукту, його стійкістю до дефектів, можливістю відновлюватися, доступністю і готовністю до використання;

- ефективність - властивості програмного засобу, що забезпечують необхідну продуктивність вирішення функціональних задач, з урахуванням кількості використовуваних обчислювальних ресурсів у встановлених умовах;

- потреби в ресурсах пам'яті і продуктивності обчислювальної системи в процесі вирішення задач залежно від складу й обсягу вихідних даних;

- практичність програмних засобів - містить визначення зрозумілості, простоти використання, можливості до вивчення, зручності в користуванні програмним засобом. В основному це якісна (і суб'єктивна) оцінка в балах, які визначають, зазвичай експерти, однак деякі атрибути можна оцінити кількісно через трудомісткість і тривалість виконання операцій під час використання програмного засобу, а також за обсягом документації, необхідної для 'їхнього вивчення;

- супроводжуваність - пристосованість програмного засобу до модифікації і зміни конфігурації і функцій. Супроводжуваність можна оцінювати повнотою і вірогідністю документації на програмні компоненти, усі передбачувані зміни, модифікацію і розвиток програмного засобу;

- мобільність - підготовленість програмного засобу до переносу з одного апаратно-операційного середовища в інше. Оцінка мобільності означає якісне визначення експертами адаптованості, простоти установки, сумісності і замінюваності програм і окремих модулів. Кількісно цю характеристику програмного засобу і сукупність її атрибутів можна (і доцільно) оцінити в економічних показниках: вартості, трудомісткості і тривалості реалізації процедур переносу на інші платформи визначеної сукупності програм і даних;

- розподільність - модульна архітектура програмної системи, яка дозволяє користуватися нею на декількох АРМ (станціях).

Вибір характеристик і оцінка якості програмних засобів - лише одна із задач у сфері забезпечення якості програмної продукції. Комплексне вирішення задач забезпечення якості програмних засобів припускає розробку та впровадження тієї чи іншої системи керування якістю. У світовій практиці найбільше поширення одержала система, заснована на міжнародних стандартах серії ISO 9000, що містить більше десятка документів, зокрема стандарту, що регламентує забезпечення якості програмного забезпечення (ISO 9000-3 [18]).

Усі характеристики якості програмних засобів може бути об'єднано у три групи: категорійні (описові або номінальні), їм найбільш адекватні функціональні можливості програмних засобів; кількісні характеристики, які застосовуються для виміру надійності й ефективності складних комплексів. Важливою складовою процесу забезпечення якості програмного продукту є ефективність алгоритмів (рис. 1).

Рис. 1. Концептуальнамодельякостіпрограмно-алгоритмічного забезпечення

Зазвичай програмувальники у процесі опрацювання програмного забезпечення пропускають етап розроблення алгоритмів і безпосередньо втілюють задум у програмний код. Такий підхід може бути виправданим тільки для розробки нескладних програм або окремих процедур і функцій, які стосуються програмування оболонок моделей, дизайну, супроводжувальних ефектів тощо. Що стосується розробки математичних моделей оперативно-тактичних розрахунків, в яких використовуються складний математичний апарат, ітераційні процеси, багатоетапні логічні операції, то наявність етапу розробки алгоритмів є обов'язковою. Зважаючи на це, необхідно виробити вимоги до алгоритмічного забезпечення.

Під час побудови математичних моделей і їхньої подальшою реалізації у вигляді алгоритмів і програм для обчислювальних систем можуть виникати помилки як принципові, так і суто технічні. До принципових помилок слід відносити неправильний вибір множини вихідних даних або методів, що 'їх зв'язують, а до технічних - помилки, що припущено у процесі розробки алгоритмів і програмування.

Насамперед алгоритми мають відповідати загальним властивостям [14]: масовості, визначеності, дискретності, результативності, формальності, скінченності. У процесі розробки алгоритмів необхідно прагнути зробити їх такими, які б гарантували незниження якості програмних модулів за рахунок забезпечення таких важливих факторів, як надійність, рівень складності, можливість багаторазового використання. Надійність забезпечується відповідністю між реальними процесами, що моделюються, і 'їхніми програмними (алгоритмічними) реалізаціями. Рівень складності алгоритмів має забезпечувати його розуміння і простоту програмної реалізації. Можливість багаторазового використання алгоритмічних проєктів характеризується ступенем 'їхньої застосовності для різних умов і вихідних даних типової задачі. До того ж життєвий цикл програмного забезпечення можна значно продовжити, якщо алгоритми передбачають можливість виправлення помилок, нарощування і модифікації для розв'язування розширеного класу задач.

Найбільш поширеними підходами щодо оцінки ефективності алгоритмів є імовірнісні і статистичні. Імовірнісний аналіз будується на аналізі алгоритму (без його реалізації), ґрунтуючись на імовірнісних характеристиках вхідних даних. Статистичний аналіз - на підставі результатів багаторазового виконання реалізованого на ЕОМ алгоритму статистичними методами. Авторами [5]-[9], [14] у якості основного критерію імовірнісної оцінки алгоритмів пропонується використовувати тимчасову складність алгоритмів залежно від обсягу вихідних даних. Однак імовірнісний підхід має ряд суттєвих недоліків [19], а саме: тимчасова складність алгоритмів залежить не тільки від обсягу вихідних даних, але від самих даних і 'їх типу. Відомо, що, частіше усього, імовірність появи помилок у результатах обчислень залежить від неточності вихідних даних. Тимчасова складність алгоритмів залежить від самої структури алгоритмів. І, як було визначено у роботі [16], використання цього показника недостатньо для прогнозу часу виконання програм і, як наслідок, це обмежує його використання для вибору алгоритму з декількох конкурентоспроможних.

Справедливо вважається, що статистична оцінка теж має похибки, які пов'язані з архітектурою комп'ютера, компілятора, кваліфікацією програміста, вибором для дослідження сукупності вхідних даних. Автор [19] довів, що реалізації двох різних алгоритмів сортування у разі тих самих вихідних даних на однотипних ЕОМ, але з різною архітектурою можуть змінювати факт переваги одного алгоритму над іншим.

Пропонується застосовувати статистичну оцінку тимчасової ефективності алгоритмів залежно від таких параметрів: множини можливих значень обсягів вихідних даних; множини можливих типів даних; множини можливих значень даних; множини застосовуваних трансляторів програм; множини можливих архітектур обчислювальних систем, на яких можлива реалізація алгоритмів. Для цього необхідно провести виміри часу виконання програм з випадковим вибором значень із перерахованих вище п'яти множин значень. У якості статистичних оцінок пропонуються показники: ступінь переваги одного алгоритму над іншим, як середнє значення різниці тривалості виконання до максимального з них; область переваги, як середня кількість переваги у проведених чисельних експериментах; перевага в межах - тенденція зміни ступеня переваги у разі максимального збільшення обсягу даних.

Єдиним критерієм придатності до використання ПАЗ, реалізованих у математичних моделях, може служити практична цінність і можливість використовувати результати, що отримані у процесі моделювання. Одним зі способів перевірки алгоритмів є дослідження динаміки результатів залежно від зміни, у припустимих межах, вихідних даних. Якщо ця динаміка відповідає характеру і гіпотезам досліджуваного процесу, то можна зробити висновок щодо придатності алгоритмів і моделі загалом. До того ж вихідні дані можуть визначатися наближено, з деякими припущеннями та допусками. І якщо виявиться, що незначні зміни вихідних даних (у межах допуску) призводять до значних змін у результатах, то необхідно виявити, за рахунок чого виникають похибки і внести відповідні зміни до алгоритму. Для конкретних типів алгоритмів можуть застосовуватися специфічні критерії і методи перевірки. Так, для алгоритмів нелінійного математичного програмування, які використовуються в АСППР для оптимізації планів розподілу ресурсів, автором [19] пропонується методика аналізу алгоритмів на стійкість від збоїв, що можуть виникати під час обчислень. Використання методики [19] дозволяє визначити вплив на значення цільової функції від того, на якому кроці оптимізації виникли збої у призначенні параметра керування.

З урахуванням основних положень концептуальної моделі забезпечення якості програмних модулів (рис. 1), а також викладеного вище, можна узагальнити фактори та показники, які визначають ефективність процесу алгоритмізації. Таке узагальнення зручно подати у вигляді схеми (рис. 2).

Висновки та перспективи подальших досліджень

Автоматизована СППР охорони державного кордону забезпечує органи управління вихідними даними для прийняття рішень на усіх ланках ієрархічної побудови системи управління Держприкордонслужби та надає можливості здійснювати збір, накопичення, оброблення і обмін інформацією та вихідним даними, необхідними для вироблення варіантів рішення, оцінювання, порівняння і вибору раціонального варіанта із декількох альтернатив. Ці процеси побудовано на основі сучасних інформаційних технологій із використанням перспективного технічного та програмного забезпечення. Програмне та алгоритмічне забезпечення відповідає вимогам вітчизняних і зарубіжних стандартів. В основу побудови ПАЗ було покладено такі принципи: функціональні можливості, функціональна придатність, коректність (правильність) програмних засобів, здатність до взаємодії, захищеність, надійність, ефективність, практичність, супроводжуваність, мобільність, розподільність. На основі результатів аналізу теорії та практики побудови та оцінювання програмного забезпечення СППР у дослідження обґрунтовано вимоги та методичні підходи до оцінювання якості програмноалгоритмічного забезпечення СППР на охорону державного кордону Перспективним напрямом досліджень є розроблення методики інтегрованої оцінки алгоритмів з метою їхнього порівняння і вибору кращого серед конкурентоспроможних.

Рис. 2. Фактори ефективності та показники якості алгоритмів

Список використаних джерел