Методы оценки эффективности функционирования автоматизированных систем

Развитие автоматизированных информационных систем (АИС) характеризуется значительным увеличением их сложности и возрастанием важности решаемых функциональных задач. Важность решаемых задач АИС порождает ряд проблемы, связанных с оценкой их параметров. Круг таких параметров весьма широк: параметры назначения, надежности, защиты информации, экономические параметры и т. д. Среди этих параметров параметры или показатели эффективности в силу их общности и интегральности занимают особое место. Широкое использование АИС во всех сферах народного хозяйства и всех сферах человеческой деятельности приводит к необходимости совершенствования методов оценки эффективности их функционирования.

Актуальность разработки методов оценки функционирования АИС определяется следующими основными обстоятельствами.

Во-первых, процессы функционирования АИС определяются многими объективными и субъективными факторами. Выделяют три группы факторов определяющих эффективность функционирования технических систем: качества технических систем, условия функционирования, способы использования. Учет факторов этих групп в рамках одной модели не представляется и возможным. Это может привести к недостоверным оценкам показателей эффективности в рамках традиционных подходов, основанных на применении моделей классических методов теории вероятностей и математической статистики.

Во-вторых, так как функционирование АИС определяется, во многом, воздействием на АИС большого количества факторов внешнего и внутреннего происхождения, то процесс смены различных состояний или процесс функционирования может быть в общем случае представлен некоторым случайным процессом. Вероятностные характеристики этого случайного процесса для этапа опытной эксплуатации или испытаний АИС не полностью неизвестны, что вызывает необходимость применения таких методов оценки эффективности функционирования АИС, чтобы были исключены ошибочные результаты при оценке показателей эффективности.

В-третьих, высокая цена ошибок оценки показателей эффективности функционирования АИСотсутствие методов оценки показателей эффективности функционирования АИС в условиях неполных данныхнеобходимость использования в практике эксплуатации АИС методов оценки показателей эффективности функционирования АИС для принятия обоснованных решений по организации и обеспечению проектирования, разработки и эксплуатации АИС требует разработки соответствующих методов.

Степень научной разработанности проблемы оценки эффективности функционирования АИС в условиях неполных данных. Неполнота исходных данных о процессах функционирования требует использования принципа гарантированного результата при оценке эффективности АИС. Это объясняется стремлением совместить в рамках единого подхода реально существующую неопределенность (неполноту) в исходных данных с требованием исключения ошибочных выводов о значениях показателей эффективности. Получаемая оценка показателя эффективности функционирования АИС должна быть гарантированной или нижней оценкой при заданных исходных данных.

В настоящей работе под эффективностью функционирования АИС понимается степень соответствия реального результата функционирования АИС требуемому. В качестве показателя эффективности функционирования АИС рассматривается вероятностный функционал, определяемый соотношением.

XV = Р (А) = Р{ у > Утр }, (1) в котором случайная величина у характеризует процесс функционирования АИС, а случайная величина у^ характеризует требования к результатам функционирования. Применительно к вероятностному функционалу вида (1) отдельные экстремальные оценки получены в работах Андреева В. И. [6,7], Гермейера Ю. Б. [37,38], Каштанова В. А., [59], Коваленко И. Н. [62,63 ], КрейнаМ.Г. [67], Ломакина М. Щ72−75], ПетуховаГ.Б. [88,89], БарлоуР. и Прошана Ф. [ 16,17] и др. Однако общего решения задачи определения нижних оценок вероятностного функционала вида (1), а соответственно и общего решения задачи оценки эффективности функционирования АИС, для случаев, когда функции распределения результатов функционирования и требований к ним являются стареющими и известны до моментов распределения не получено.

Актуальность, недостаточная научная разработанность и практическая значимость задачи оценки эффективности функционирования АИС обусловили выбор темы диссертации.

Объектом исследования в диссертации являются процессы функционирования АИС, а предметом исследования явились теоретические, методические и практические вопросы гарантированного оценивания эффективности функционирования АИС.

Пелью диссертации является разработка методического обеспечения оценки эффективности функционирования АИС.

Цель диссертации определила основные задачи исследования: 1. Анализ процессов функционирования АИС, определение и учет основных особенностей при оценке эффективности функционирования.

2. Разработка методов оценки эффективности функционирования АИС при стареющей функции распределения результатов функционирования, известной до моментов.

3. Разработка методов оценки эффективности функционирования АИС при стареющей функции распределения требований к результатам функционирования, известной до моментов.

4. Разработка методик оценки показателей эффективности АИС в условиях неполных данных.

Общетеоретическую и методологическую основу диссертационного исследования составили труды отечественных и зарубежных ученых, посвященные проблеме оценивания вероятностных функционалов.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в следующем:

1. Разработаны методы определения нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС при условии, что стареющие функции распределения результатов функционирования известны до моментов для случаев: функция распределения требований к результатам функционирования известна полностьюфункция распределения требований к результатам функционирования является произвольной и известна до моментов.

2. Разработаны методы определения нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС при условии, что стареющие функций распределения требований к результатам функционирования известны до моментов для случаев: функция распределения результатов функционирования известна полностьюфункция распределения результатов функционирования является произвольной и известна до моментовфункции распределения результатов функционирования является стареющей и известна до моментов.

По итогам диссертационного исследования на защиту выносятся следующие положения:

1. Методы определение нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС при стареющих функциях распределения результатов функционирования, известных до моментов.

2. Методы определения нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС при стареющих функциях распределения требований к результатам функционирования, известных до моментов.

3. Методики определения нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС.

Практическая значимость исследования состоит в том, что полученные научные результаты позволяют разработать единую методическую и универсальную алгоритмическую базу для оценки эффективности функционирования АИС в условиях неполных данных.

Эти результаты позволили:

1. Разработать методическое, алгоритмическое и программное обеспечение определения нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС при стареющих функциях распределения результатов функционирования, известных до моментов.

2. Разработать методическое, алгоритмическое и программное обеспечение определения нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС при стареющих функциях распределения требований к результатам функционирования, известных до моментов.

Апробация работы. Основные теоретические положения и выводы диссертации получили свое отражение в публикациях автора общим объемом 9.1 пл. а также предоставлены диссертантом в научных сообщениях на заседаниях кафедры Информационных систем управления и вычислительной техники Академии труда и социальных отношений, а также докладывались на ряде научных конференций и семинаров.

Публикации по теме диссертации, основные результаты диссертации опубликованы в одиннадцати статьях.

Структура диссертации: Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы.

ВЫВОДЫ.

1. В настоящем разделе представлены методики и алгоритмы определения нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС: методика определения нижней оценки показателей эффективности при известной функции распределения требований к результатам функционированияметодика определения нижней оценки показателей эффективности при произвольной функции распределения требований к результатам функционирования, известной до моментовметодика определения нижней оценки показателей эффективности при известной функции распределения результатов функционированияметодика определения нижней оценки показателей эффективности при произвольной функции распределения результатов функционирования, известной до моментовметодика определения нижней оценки показателей эффективности при стареющих функциях распределения результатов функционирования и требований к ним. При этом для случаев, когда известны первые моменты распределений нижние оценки получены в аналитическом виде, для остальных случаев предложена вычислительная схема для нахождения нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС.

2. В результате вычислительного эксперимента на модельных данных установлено, что разработанные методы оценки показателей эффективности имеют достаточно высокую достоверность, получаемые с помощью данных методов оценки всегда ниже истинных оценок. Они являются гарантированными оценками в случае малых выборок и обеспечивают приемлемую для практики точность в оценках в пределах пяти процентов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

В ходе выполненного диссертационного исследования поставлена и решена научная задача разработки методов оценки эффективности функционирования АИС при этом получены следующие основные теоретические и практические результаты:

1. Процессы функционирования АИС определяются большим количеством факторов. При этом большая доля этих факторов не контролируется. Это приводит к тому, что задача оценивания эффективности функционирования АИС является задачей с неполной информацией, для решения которой использование классических методов теории надежности, эксплуатации и эффективности нецелесообразно.

Анализ научной литературы по проблематике оценивания эффективности сложных систем показал, что общего законченного решения научной задачи для случаев, когда функции распределения результатов функционирования и требований к ним являются стареющими и известны до моментов, нет.

2. Разработаны методы определения нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС при стареющих функциях распределения результатов функционирования, известных до моментов. При этом рассмотрены случаи, когда функция распределения требований к результатам функционирования известна полностью и неизвестна, но известны ее моменты распределения. Для случаев, когда известны первые моменты функции распределения результатов функционирования нижние оценки найдены в аналитическом виде, для остальных случаев предложена общая схема нахождения нижних оценок.

3. Разработаны методы определения нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС при стареющих функциях распределения требований к результатам функционирования, известных до моментов. При этом рассмотрены случаи, когда функция распределения результатов функционирования известна полностью, является произвольной, известной до моментов и стареющей, известной до моментов. Для случаев, когда известны первые моменты функции распределения результатов функционирования нижние оценки найдены в аналитическом виде, для остальных случаев предложена общая схема нахождения нижних оценок.

4. Разработаны методики определения нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС: методика определения нижней оценки показателей эффективности при известной функции распределения требований к результатам функционированияметодика определения нижней оценки показателей эффективности при произвольной функции распределения требований к результатам функционирования, известной до моментовметодика определения нижней оценки показателей эффективности при известной функции распределения результатов функционированияметодика определения нижней оценки показателей эффективности при произвольной функции распределения результатов функционирования, известной до моментовметодика определения нижней оценки показателей эффективности при стареющих функциях распределения результатов функционирования и требований к ним. При этом для случаев, когда известны первые моменты распределений нижние оценки получены в аналитическом виде, для остальных случаев предложена вычислительная схема для нахождения нижних оценок показателей эффективности функционирования АИС.

5. Проведен вычислительный эксперимент на модельных данных, который позволил установить, что разработанные методы оценки показателей эффективности имеют достаточно высокую достоверность, получаемые с помощью данных методов оценки всегда ниже истинных оценок. Они являются гарантированными оценками в случае малых выборок и обеспечивают приемлемую для практики точность в оценках в пределах пяти процентов.