Основы теоретического обеспечения свойств защищенности и конкурентоспособности информационных систем. Особенности производственных систем

 

Суханов Андрей Вячеславович,

кандидат технических наук,

начальник управления специальных работ ЗАО «ЭВРИКА», г. Санкт – Петербург.

 

Свойства защищенности и конкурентоспособности (КZ-свойство) является важным для маркетинга средств мониторинга безопасности и продвижения информационных систем (ИС) на рынке. Причем, добиваясь высоких значений параметров защищенности  ИС, микросистема обеспечивает возрастание как свойства качества (R-свойство), так и конкурентоспособности (К-свойства).

Организационные особенности производственных систем.

В системологии выделяют базовые классы систем: биологические, физические, технические, социальные, формальные [2]. Широко распространены экономические и организационные системы. Производственные микросистемы не выделены в отдельный класс, т. к. являются искусственными и представляют собой совокупность систем базовых классов:

·                    социальная система трактует производство как необходимое условие существования и развития общества путем удовлетворения потребностей Y ,

·                    экономическая система - как средство получения прибыли Δ,

·                    технические системы - как место эффективного использования техники для преобразования информации, энергии, материалов.

Микросистема S_i является сложной системой и порождает ИС U(Q), которая является сложной системой. Микросистема вместе с ИС и другими микросистемами, находящимися в среде , образуют макросистему, которая является кибернетической системой. Существует иерархия сложных систем: U (Q)→ S_i → .

В системологии закон единства информационных и материальных объектов постулирует, что сложная система может существовать и развиваться в нестационарной среде, если она имеет информационную модель и образец, соответствующий модели. То есть, иерархия сложных систем должна иметь локальные и общую информационные модели большой сложности (Q>10⁶).

Модели микросистемы имеют особенности: большое количество переменных Q>10⁶; иерархическую структуру, описываемую общей моделью Д^CП(Q) и множеством локальных моделей различного уровня абстрагирования; прозрачностью на всех уровнях иерархии; единством модели Д^СП(Q), достоверность которой подтверждена техпроцессом Д^W.

Известны естественные сложные системы, обладающие способностью производить сложные ИС. Например, биологические системы, которые производят себе подобные объекты. Клетка содержит информационную модель Д^ХУ(Q), которая транслируется в материальный объект Q. Связь между Д^ХУ(Q)→U^ХУ(Q) осуществляется за счёт репликации информационного объекта – молекулы ДНК.

В социальных системах элементом является субъект, способный к труду. Над сложной биологической системой (Q>10¹²) формируется звено, обладающее «гибким» психическим отражением, способное продуцировать образы: среды , субъекта в составе среды, орудия U(Q) для изменения среды и технологию, способную воспроизвести орудия. Процесс труда инициирован потребностью субъекта изменить среду и заканчивается, если «образец» (изделие) соответствует «образу» (документу) [4].

Системой управления микросистемы решается два вида задач:

·                    изменение количества выпускаемых изделий (производственная функция), которая решается организационно-экономическими методами,

·                    достижения превосходства над изделием-конкурентом (информационная задача изменения информационных моделей микросистемы, макросреды).

Вторая задача - предмет дальнейшего рассмотрения на основе системотехнических принципов, для решения которой необходима разработка системотехнической теоретической базы.

Основы теории организационных систем.

Пусть задан фрагмент среды  в границах G (рис. 1), в котором присутствуют объект S_i и наблюдатель Н, способный задать описание среды  и объекта S_i в информационном пространстве [7].

Наблюдатель определяет объект S_i как систему, которая является векторным произведением двух множеств: , где  и – конечные множества компонентов и отношений, между ними.

Компоненты системы А (А₁…А_n). Каждый элемент А_i множества А обладает набором атрибутов. Конечный набор А_i свойств м.б. упорядочен и представлен в виде вектора: А_i = | a_j… a_j… a_m | , где a_j – j-е свойство упорядоченного множества свойств элемента А_i.

 

Рис. 1. Фрагмент среды , содержащей наблюдателя Н.

 

Составная часть А_i м.б. системной и представлена в следующем виде: А_i = ^А ´^В, где ^А, ^В – множества компонентов А_i и отношений между компонентами множества В.

Последовательное описание составных частей →А_i→В_j→ּּּ→С_к, входящих одна в другую, м.б. продолжено, пока наблюдатель Н не дошел до элементарной составной части С_к, которая не разлагается на более простые части (рис. 2). С_к имеет только внешнее описание в виде вектора: С_к= С^к₁… С ^к_j… С^к_р, где С^к_j – j –й атрибут элемента С^к.

 

Рис. 2. Схема сложной системы: целое и составные части.

 

Отношения и связи системы R. Составные части системы взаимосвязаны, поэтому система S_i по отношению к среде  ведет себя как целое. Если среда воздействует на элемент системы, то воздействие передается и на другие элементы, и ответная реакция будет со стороны системы в целом.

В системе существуют связи различной природы: механические, электромагнитные и др., задаваемые в информационном пространстве в виде сил, потоков, полей, сигналов, а также отношения: тождества (А_iºA_j), эквивалентности (А_i≈A_j), порядка (A_i>A_j) и др.

Функции системы. Наблюдатель, анализирующий процессы взаимодействия системы S_i и среды , может выявить, что среди множества свойств системы S_i есть свойство Ф, которое является полезным и способно удовлетворять его потребности - свойство назначения (функциональное свойство). Свойство Ф проявляется в процессе взаимодействия системы со средой: (S_ix)→Ф,

Функции системы Ф будут определяться свойствами составных частей  и отношений, существующих между ними Ф(,). Наблюдатель может перейти от задачи анализа к задаче синтеза и построить систему, в которой элементы и связи приводили бы к росту значения Ф. Такая система будет направленной, т. к. все ее составные части связаны с функцией Ф.

Структура системы Г(,) - типовая конфигурация элементов и связей между элементами. Часто встречаются следующие структуры: линейная, сетевая, иерархическая, матричная (многосвязная), спиральная.

Топологическая граница системы G необходима наблюдателю для выделения системы S_i из среды . Снаружи топологии – среда , внутри – внутренняя среда ^˚. При изменениях внешней среды система стремится сохранить топологию и постоянство внутренней среды. Среда поглотит систему, если обладает энергией, достаточной для разрушения границы системы.

Открытая система - система, которая совершает со средой ресурсный UV-обмен. Система S_i в процессе взаимодействия со средой  может поддерживать свои функции за счет обмена ресурсами. Система S_i берет у среды ресурс V , в процессе активности Ф производит новый ресурс U и возвращает его в среду, т.е. в процессе (S_ixS)-взаимодействия осуществляет преобразование ресурсов: W:, где W – технологический процесс, осуществляющий преобразование множества ресурсов на входе системы во множество ресурсов на ее выходе.

Эквивалентные системы. Пусть микросистема выпускала ИС U(Q₁ t₁), а сейчас – ИС U(Q₂ t₂), которая по свойствам Q отличается от ИС U(Q₁ t₁). Формально U(Q₁ t₁) и U(Q₂ t₂) эквивалентны U(Q₁ t₁) ≈ U(Q₂ t₂). Среди множества свойств Q₁ и Q₂ существует подмножество Q₃, не изменившееся с течением времени, - признаки ИС: Q₁∩Q₂ = Q₃

Системы с субъективными звеньями. В состав системы в качестве составных частей могут входить субъекты. Для системы субъект является звеном, свойства которого заданы вектором А_i и используются при синтезе показателя активности системы. Субъективные звенья могут приводить как к росту активности, так и к его снижению.

Описание среды. Наблюдатель может задавать в формализованном виде описание среды , совместное описание (S_i)→Ф→U:

1) наблюдатель практически не информирован о среде, среда – стихия, которая характеризуется неопределенностью по времени наступления и неоднозначностью последствий наблюдаемых событий;

2) наблюдатель имеет описание среды в виде набора свойств и закона распределения свойств во времени. Например, в виде матрицы-столбца атрибутов S_i, каждый из которых отражает i-е свойство среды:  = |S₁… S_m |;

3). наблюдатель имеет топологию среды, которая включает топологическую границу G и предельные отношения, которые существуют между физическими объектами, находящимися в ее пределах: → G.

Среда  - система более высокого уровня иерархии, чем система S_i. Среда  отдает системе S_i свой ресурс  только в том случае, если произведенный системой ресурс  имеет большую ценность ∆, чем исходные ресурсы среды: ∆=- . Среда платит системе S_i за ее эффективные действия.

Проектирование – процесс, вызывающий изменения среды, и проектировщик осуществляет совместное проектирование ИС, техпроцесса, порождающего ИС, микросистемы, выпускающей ИС, среды, в которой функционирует ИС [9]. Прежде чем приступить к проектированию ИС (технологии, микросистемы, среды) необходимо сформировать упорядоченную информационную среду, содержащую формализованную информацию [5, 3] и воспользоваться языком описания процесса [5, 10].

Система должна включать звенья управления, которые формируют, измеряют показатели свойств «качество», «защищенность», «конкурентоспособность» и проектируют ИС, обладающее этим свойствами.

Балансно-организационная модель технического объекта.

Сложный технический объект содержит множество компонентов. При объединении компонентов в целое происходит не простое суммирование их атрибутов, а возникает свойство эмерджентности, между целым и компонентами устанавливаются отношение баланса. В соответствии с законом единства и борьбы противоположностей в целом компоненты сбалансированы [3].

Физический баланс технических объектов. Физические процессы, происходящие в ИС, сбалансированы. В технологической системе:  w:v → u.

Если в процессе эксплуатации ИС элементы изнашиваются, то для поддержания баланса их заменяют. Баланс определяет порядок в ИС при взаимодействии со средой. В ИС также присутствует беспорядок (энтропия).

В соответствии с теоремой о неравновесности диссипативных систем, энтропия, порождаемая системой, пропорциональна уровню нестационарности среды. Из теоремы следует, что эффективность системы можно повышать, либо увеличивая порядок в системе, либо упорядочивая среду.

Информационный баланс технического объекта [10]. В соответствии с первым законом диалектики система устойчива, если её противоположные стороны уравновешены. Если физическая система находится в равновесии со средой, то информационные модели объекта и среды - в уравновешенном состоянии. Например, если микросистема производит ИС, то среда должна эти ИС приобрести. Различают два вида информационного баланса:

·                    внешний  Д̃ [(S_i х S̃) → Ф];                        

·                    внутренний   Д [Г(,) → Ф].                                        

Формирование информационного пространства. В среде существует множество объектов и наблюдателей, которые отра­жают объекты в виде информационных объектов. Материальные объекты образуют материальное пространство, а информационные объекты - информационное пространство.

Энтропия - мера неопределенности системы. Функции системы Ф зависят от ее структуры Г(,). Наличие структуры позволяет обеспечить высокие значения функциональных показателей, исключить неопределенность.

Энергетический баланс системы. Ресурсный UV-обмен системы S_i в ходе технологического процесса W является энергозатратным. Поэтому в системе S_i необходима системы энергообеспечения.

Формальные законы энергоэнтропии [1].

1. Закон энергетического баланса системы S_i. Количество энергии, которое система S_i потребляет из внешней среды и которое она тратит на поддержание эффективного функционирования, д. б. одинаковым. Энергетический баланс системы можно представить в виде: Э^S=Э^W + Э^СУ + Э^∆, где Э^S – энергия, потребляемая системой из среды, Э^W – энергия на поддержание техпроцесса, Э^СУ – энергия, обеспечивающая поддержание системы управления, Э^∆ - потери энергии в энергетической системе.

2. Закон деградации системы. В замкнутой системе, которая не потребляет энергетические ресурсы из среды, эффективность системы падает за счет энтропии. В условиях дефицита ресурсов система управления экономит и отключает от системы энергоснабжения функциональные звенья.

3. Закон развития системы. Открытая система, в которой энергопотребление определяется ее активностью, способна тратить энергоресурсы на поддержание техпроцесса W и совершенствование системы управления (СУ), эффективность и активность системы повышаются.

4. Закон предельной эффективности. При экономии энергии и снижении энтропии существует физический предел энергетической эффективности системы Ф(Э), который обусловлен законами преобразования энергии. Для системы существуют предельные показатели активности Ф(W,Э) и эффективности ∆Ф(W,Э), после достижения которых дальнейшее повышение эффективности становится невозможным и необходимо изменять либо техпроцесс W, либо физический принцип функционирования системы.

5. Закон преимущественного развития системы. Пусть даны эквивалентные системы S₁ и S₂, с одинаковой активностью Ф, которые находятся в конкурентных отношениях. Превосходство в конкурентной борьбе имеет та система, которая тратит на выполнение своих функций меньше ресурсов S₁(Ф, Э₁) > S₂(Ф, Э₂) при Э₂>Э_1.

Морфологический баланс [2]. ИС в процессе жизненного цикла проходит множество стадий, на которых взаимодействует с рядом субъектов. Любая кибернетическая система - иерархия элементов, в которых достигается единство физических функций и человека.

Экономический баланс [8]. Микросистема производит ИС, если они приносят прибыль. Уравнение экономического баланса имеет вид: С^и = С^v + С^Δ + С^н, где С^и – стоимость ИС, С^v – стоимость ресурсов, затраченных на производство ИС, С^Δ – прибыль получаемая микросистемой от продажи ИС, С^н – налоги, отчисляемые макросистеме - прибыль макросистемы.

Экономические свойства ИС определяет не только микросистема, но и макросистема, влияющая на его стоимость. Макросистема несёт ответственность за конкурентоспособность и защищенность изделий, выпускаемых в её топологическом пространстве.

Социальный баланс [4]. Микросистема выпускает ИС, которые покрывают потребности общества, определяющие ресурсы, необходимые обществу для развития. Потребности последующих состояний общества задаются социальными моделями. Социальная система – это система с последующими состояниями, каждое состояние имеет социальную модель.

Учитывая избыточность моделей и ограниченность ресурсов, социальная система выбрала механизм конкурентного покрытия потребностей. Социальная система отдаёт свои ресурсы микросистемам, которые предлагают эффективные варианты решения социальных проблем. Социальная система через социальные механизмы нарушают балансы складывающиеся в технологических микросистемах и инициируют их на конкурентное совершенствование. В результате конкуренции складывается единый социально-экономический баланс, интегральным показателем которого является ВВП.

Таким образом:

1. Сложной технической системе соответствует сложная модель, использующая множество предметных и формальных теорий.

2. Оценочной инстанцией для информационных систем является социальная система (насколько эффективно новая ИС покрывает её потребности).

3. Социальная система строит перспективные модели потребностей, которые избыточны, т. к. потребности превышают средства, которые социальная система имеет для их удовлетворения. Потребитель выбирает объекты, которые наилучшим образом покрывают потребности.

4. Система имеет звено социального проектирования, которое отображает модель развития социальной системы применительно к своим условиям и в рамках этой модели задаёт свойства изделий с учетом рефлексивного управления (наличия конкурента).

 

Литература

 

1. Алексеев Г. Н. Энергоэнтропика. – М.: Знание, 1983. – 192 с.

2. Дружинин В. В., Канторов Д. С. Проблемы системологии. М.: Сов. радио, 1976 г. – 296 с.

3. Дружинин И.В. Информационно-технологические основы конку­рентоспособности производственных систем. – Ростов-н/Д: Изд.центр ДГТУ, 2001.

4. Клике Ф. Пробуждающееся мышление. У истоков человеческого интеллекта: пер. с нем. – М.: Прогресс, 1983 г. – 302 с.

5. Клир Дж. Системология. Автоматизация решения системных задач: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1990 – 544 с.

6. Корячко В. П., Курейчик В. М., Норенков И. П. Технические основы САПР. Учебник для вузов. – М.: Энергоиздат, 1987 – 400 с.

7. Кузнецов О. П., Адельсон-Вельский Г. М. Дискретная математика для инженера. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат, 1989г. – 480 с.

8. Макконел К. Р., Брю С. Л. Экономикс: Принципы, проблемы и политика: Пер. с англ. 2-го изд.: в 2 т. – М.: Республика, 1992. – Т1 – 399 с.

9. Новосельцев В.Н. Организм в мире техники: кибернетический аспект. – М.: Наука, 1989.-240 с.

10. Эванс Дж. Р., Берман Б. Маркетинг: Сокр. пер. с англ. /Авт. предисл. и науч. ред. А.А. Горячев. – М.: Экономика, 1993. – 335 с.

 

Поступила в редакцию 02.07.2008 г.