Информационные модели и компьютер. Построение информационной системы

Модели визуализации

Базы данных

Модели, представленные в виде баз данных, разрабатывают­ся для описания состава и структуры исследуемого объекта, предметной области.

Примеры: база данных адресного стола города, специфика­ция всех узлов и деталей автомобиля, самолета и пр., каталог ал­горитмов и программных средств ОФАП (отраслевого фонда алгоритмов и программ).

6. Системы искусственного интеллекта

Модели этого класса предназначены для компьютерного мо­делирования интеллектуальных человеческих способностей. «Любая задача, для которой неизвестен алгоритм решения, мо­жет быть отнесена к сфере искусственного интеллекта».

Искусственный интеллект – это модель интеллектуальных человеческих способностей, которая, в свою очередь, делится на модели представления знаний (продукционные и логические модели, семантические сети, фреймы) и модели рассуждений (более детальное описание можно найти в книге.

Эти модели представляют собой широкий класс моделей, ко­торый может быть разделен на подклассы:

• иллюстративная графика, позволяющая увидеть простей­шие зависимости;

• деловая графика, позволяющая отобразить динамику процесса движения материальных, финансовых и пр. по­токов;

• инженерная графика, позволяющая проектировать слож­ные технические системы, такие как здания, механизмы, ускоряющие на порядок процесс получения готового ре­шения со спецификацией узлов и деталей;

• научная графика, позволяющая получить представление о деформации балки, о наличии или отсутствии опухоли в организме (томография), о структуре земной коры, о происходящем на планетах солнечной системы, за счет пред­варительного сканирования, математических моделей и последующей обработки на компьютере.

Исходя из определения информационной модели, приве­денной в предыдущем разделе, становится понятным, что ос­новным инструментом информационного моделирования яв­ляется компьютер и компьютерные сети.

Ha нынешнем этапе развития информатики, учитывая ре­шающую роль, которую играет компьютер в ней и других сферах деятельности, по-видимому, следует считать, что конечным эта­пом информационного моделирования является разработка компьютерных моделей. B связи с бурным развитием компью­терных сетей, появился класс задач, который можно решать только с помощью распределенных сетевых ресурсов и, следова­тельно, сетевых моделей. Разрабатываются модели локальных компьютерных сетей, корпоративных и глобальных. Стреми­тельно растет число моделей, используемых в Internet.

Конечной целью информационного моделирования является построение информационной системы. Информационная сис­тема создается для реализации целей, например, таких как: со­вершенствование управления организацией, автоматическое управление технологическим процессом непрерывного произ­водства, обеспечение управления процессом обучения, под­держка системы дистанционного обучения, сопровождение об­щеобразовательных процессов и т. п.

Итак, представим картину информационного моделирования на условном примере: проектирование и строительство жилого многоквартирного дома.

Начальные условия. Существует, как правило, несколько ор­ганизаций, участвующих в создании строительного объекта:

• заказчик, который должен знать, что он хочет получить после окончания работ;

• проектная организация, которая знает, как надо строить и выдает задание на производство работ в виде чертежей и спецификаций изделий, необходимых для строительства;

• генеральный подрядчик, который организует все строи­тельные и вспомогательные работы;

• много субподрядчиков, которые выполняют отдельные работы (роют котлован, забивают сваи, делают железобе­тонные изделия, монтируют железобетонные изделия, возводят кирпичную кладку, делают электрическую часть, производят сантехнические работы, проводят газ, телефон и пр.).

У заказчика появляется по той или иной причине идея – по­строить дом, приблизительно на сто квартир.

Это начальные условия, которые в реальных обстоятельствах могут быть несколько другими, например, заказчик хочет иметь определенную стоимость квадратного метра, или заданную этажность, определенную конструкцию и пр. Начальные усло­вия тоже входят в информационную модель этого строительно­го процесса.

Информационная модель начинает наполняться содержани­ем. Ha первом этапе это умозрительная модель в виде желания человека(группы людей), которое часто формулируется как – «хочу хороший дом». Эта формулировка не конкретна. Для ее конкретизации необходимо перейти к этапу разработки техни­ческого задания. Перед этим опять происходят неформализо­ванные действия (соображения, обдумывания) для того, чтобы выбрать, кому поручить разработку технического задания. Это интеллектуальная неформализованная часть работы заказчика. Наконец, выбор сделан – техническое задание поручено сде­лать некоторой проектной организации. Начинается интеллек­туальная неформализованная работа проектировщика. Необхо­димо выбрать место строительства, согласовать его по генераль­ному плану города с главным архитектором, а также согласовать этажность, внешний вид, потребности в электроснабжении, га­зоснабжении. При этом может возникнуть необходимость пост­роения материальной модели внешнего вида микрорайона (ма­кет), для демонстрации правильности выбранного места, этаж­ности и пр.

Разработанное и согласованное техническое задание являет­ся отчужденной моделью нормативного вида и представляется в виде текста, общих схем и подписей должностных лиц. Это информационная модель, входящая обязательной частью в ин­формационную модель «Проектирование и строительство жи­лого дома».

После разработки и согласования технического задания на­чинается техническое проектирование, заключающееся в разра­ботке конкретного проекта с рабочими чертежами и спецификацией изделий. Переход от технического задания к техническому проекту – не формальная задача, необходимы неотчуждаемые интеллектуальные усилия, потому что возможна неоднознач­ность проектирования. Интеллектуальная модель отчуждается в виде чертежей и пояснительных записок. Ho начавшееся строи­тельство показывает, что чего-то не учли, что-то забыли. Проис­ходит уточнение моделей, и интернальных, и экстернальных.

По окончании строительства сохраняются чертежи и пас­порта на изделия, которые тоже являются информационной моделью здания. По этим чертежам и паспортам, при необходи­мости, выясняется, где и кем была нарушена технология строи­тельства или изготовления деталей в случаях обвала здания или аварийных ситуациях, при возникновении потребности в изме­нении конструкции.

Информационная система состоит в общем случае из сле­дующих составляющих:

• персонала, который выполняет определенные функции в этой системе;

• инструкций и положений, которыми должен руководст­воваться персонал системы;

• аппаратуры системы, в которую входят и компьютеры, встроенные в систему;

• программного обеспечения для решения всего заплани­рованного комплекса задач.

Существуют системы, в которых отсутствует человек – это автоматические системы. Там, где человек присутствует, всегда есть информационные системы, интеллектуальные системы и интернальные модели.

Совокупность (иерархия) информационных моделей решает все задачи, возникающие от момента постановки задачи (про­блемы) до создания программ для компьютера. Процесс разра­ботки информационной системы можно разбить на этапы: по­становка задачи, разработка модели предметной области, разра­ботка структуры системы, построение объектно-ориентирован­ной модели системы, разработка программного обеспечения, отладка и тестирование системы.

Существует каноническая процедура моделирования, в ко­торой представлены уровни информационной модели абст­рактной предметной области.

Концептуальная модель обеспечивает интегральное представ­ление предметной области (например, технологические карты,

техническое задание, план производства и т. п.) и имеет слабо формализованный характер. Логическая модель формируется из концептуальной путем выделения конкретной части (скажем, подлежащей управлению), ее детализации и формализации. Ма­тематическая модель описывает взаимосвязи в выделенной пред­метной области на языке математики. Математическая модель с помощью математических методов преобразуется в алгоритмиче­скую модель, задающую последовательности действий, реализующих достижение поставленной цели управления. Ha основе ал­горитмической модели разрабатывается компьютерная модель в виде программы на некотором языке программирования. Воз­можна дальнейшая детализация до команд процессора.

Возникает вопрос, какие части разработки системы занима­ют больше всего времени, трудозатрат? Вопрос очень серьез­ный, сложный и интересный. Комплексно ответ на этот вопрос изучен Г.P. Громовым в его работах.

При ответе на этот вопрос следует учесть, что техническое обеспечение практически сразу после создания первых компьютеров было выделено в отдельную отрасль и развивалось само­стоятельно, не оглядываясь на состояние смежных отраслей. B результате получается картина, которую очень показательно ха­рактеризует лозунг-шутка, бытовавшая в середине 80-х годов среди разработчиков систем: «На компьютерах третьего поколе­ния, используя программное обеспечение второго поколения, – вперед к решению задач первого поколения!».

B настоящее время картина изменилась, и значительно. Это не связано с изменением принципиальной сложности перехода от неформального мышления к формализованным системам. Изменение к лучшему обеспечено следующими причинами:

• переходом от командной системы управления к рыноч­ной, что сделало задачи, решаемые информационными системами, более реальными;

• значительным увеличением парка относительно дешевых и достаточно надежных компьютеров с выходом в

Internet;

• введением дисциплины информатики в школах, в вузах, появлением разных курсов по изучению работы на ком­пьютерах, которое обеспечило достаточно большое коли­чество подготовленных пользователей;

• появлением возможности создания систем обработки текстов, расчетов с использованием «программирования без программирования» или приложений типа «killer-apps» – «убийц-приложений».