1

На правах рукописи

СТАРЦЕВ Геннадий Владимирович

ПРОГРАММНО-ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА

ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ДАННЫМИ

В УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

(на примере технического вуза)

Специальность 05.13.11 – «Математическое и программное

обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Уфа 2006 2

Работа выполнена на кафедре автоматизированных систем управления Уфимского государственного авиационного технического университета

Научный руководитель: д-р техн. наук, проф.

КУЛИКОВ Геннадий Григорьевич

Официальные оппоненты: д-р физ.-мат. наук, проф.

ЖИТНИКОВ Владимир Павлович канд. техн. наук, доцент ЧАРИКОВ Павел Николаевич Ведущее предприятие: Башкирская академия государственной службы и управления при Президенте Республики Башкортостан

Защита диссертации состоится «12» декабря 2006 г. в 1000 часов на заседании диссертационного совета К–212.288. в Уфимском государственном авиационном техническом университете по адресу: 450000, г. Уфа, ул. К. Маркса,

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Уфимского государственного авиационного технического университета

Автореферат разослан «» ноября 2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета канд. ф.-м. наук, доцент Гараев Р.А.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Организационное проектирование или создание структуры системы управления учебными процессами, поддерживающей выбранную стратегию обучения, до недавнего времени относилось к слабо формализуемым областям менеджмента. И только в девяностые годы прошлого столетия появились методы, позволяющие осуществлять как процесс реструктуризации, так и процессы нового проектирования системы управления обучением.

Применение программных инструментариев бизнес – моделирования, структурного моделирования, семантического моделирования, математического моделирования и др. позволяет создать множество моделей бизнес-процессов и их информационного окружения и, тем самым, структурировать информационную среду вуза для повышения качества обучения. Для решения данной проблемы в работе предложено использовать подходы создания CASE-технологии и на их базе разработать автоматизированную организационнофункциональную модель управления учебно-методическими процессами, интегрирующую в себе все данные, необходимые системе управления вузом.

В своей работе автор опирается на труды отечественных и зарубежных ученых, в том числе ученых УГАТУ:

- в области теории организации АСУ: В.М. Глушков, А.Г. Мамиконов, В.В. Кульба, И.Ю. Юсупов, Г.Г. Куликов и др.;

- в области исследования методов управления сложными системами и проектирования информационных систем: И.В. Прангишвили, А.А.

Емельянов, Б.Г. Ильясов, В.В. Кульба, Ю.Ф. Тельнов и др.

- в области исследования систем управления учебными процессами: М.Б.

Гузаиров, Н.И. Юсупова, Ю.С. Кабальнов и др.

- в области менеджмента качества: В.А. Лапидус, С. Д Ильенков., У.Э.

Деминг, У. Л. Шухарт, К. Исикава и др.;

Диссертация является результатом исследований, проводимых на кафедре АСУ УГАТУ по проблемам разработки методологии системного моделирования организационных процессов управления в техническом вузе, а так же в рамках гранта Федерального агентства по образованию «Разработка концепции комплексной подготовки специалистов в области CALS-технологий и ее апробация на базе УГАТУ» в 2006 году.

программно-инструментальных средств для организации управления данными в аспекте их семантического применения в учебно-методических процессах для обеспечивания высокого качества обучения.

Задачи исследования. Для достижения цели работы поставлены и решены следующие задачи:

1. Разработать и обосновать многоуровневую архитектуру программного обеспечения для организации управления данными (CASE-технологии) по созданию организационно-функциональной модели управления учебным процессом, отвечающей требованиям международных стандартов ISO серии 9000.

2. Разработать методику и интерактивный алгоритм создания организационно-функциональной модели управления учебнометодическими процессами на основе классификации и структурирования объектов, определяющих базис информационного пространства обучения.

3. Разработать модели типовых образовательных бизнес-процессов на основе анализа и обобщения существующих положений об организационной структуре, организационно-штатном расписании, справочников функций и операций вуза.

4. Разработать структуру хранилища данных: на семантическом уровне сохраняющую связи между информационными объектами, штатными единицами и их ролями и функциями в бизнес-процессе; на интерфейсном уровне - связи между соответствующими сценариями; на уровне хранения - технологические связи между различными структурами данных.

5. Разработать программное обеспечение для организации управления данными на основе комплексного использования известных структурированными и неструктурированными данными и интерактивных скриптовых модулей.

Методы исследования. В работе использованы методы системного анализа, теории организационного управления, теории процессных методов управления, теории автоматизированного проектирования информационных систем, теории организации баз данных и баз знаний, технологии высокоуровневого программирования.

На защиту выносятся:

1. Трехуровневая архитектура организации программноинструментальных средств для управления данными и для создания организационно-функциональной модели управления учебным процессом, отвечающей требованиям международных стандартов ISO серии 9000. Система управления включает: управление в предметной области, управление в информационной среде, управление в компьютерной среде.

2. Разработанная, доведенная до интерактивного алгоритма, методика проектирования организационно-функциональной модели учебным процессом на основе классификации и структурирования информационных объектов (КИО), процессов их жизненного цикла (КЖЦ), штатов сотрудников (КШС) и их ролей (КР), множества функций управления (КФ) и множества бизнес-процессов (КБП). Полученные экспертные оценки развития выпускающей кафедры по показателям:

КИО=39, КЖЦ=9, КШС=12, КР=60, КФ=350, КБП=22.

3. Результаты анализа и обобщения существующих положений о структуре подразделений, организационно-штатного расписания, перечня операций для учебного процесса, на основе которых разработаны структуры более 20 типовых бизнес-процессов для выпускающей кафедры технического вуза. Для указанных бизнеспроцессов на основе справочника норм выполнения основных операций показана возможность оценивать трудоемкость бизнес-процесса.

4. Схема реализации программно-инструментальных средств для организации управления данными (CASE-технологии) и ее информационного окружения. Показано, что это позволяет эффективно организовать автоматизированное управление горизонтальными и вертикальными бизнес-процессами на основе портал – технологии.

5. Разработанное программное обеспечение на основе комплексного применения инструментариев: SQL-сервера, модифицированного MSC Back Office, Intranet-технологии и PHP и JavaScript интерактивных модулей.

Научная новизна работы.

1. Впервые разработана трехуровневая архитектура программного обеспечения как программно-инструментального средства для управления данными на основе организационно-функциональной модели управления учебным процессом.

2. Разработана, доведенная до интерактивного алгоритма, методика проектирования организационно-функциональной модели учебнометодическими процессами, не применявшаяся ранее в данной предметной области.

Практическую ценность работы составляют: программноинструментальные средства для разработки и сопровождения организационно-функциональной модели основных бизнес-процессов, методические материалы по созданию организационно-функциональной модели, репозиторий моделей бизнес-процессов для выпускающей кафедры технического вуза.

Внедрение результатов. Основные результаты диссертационной работы внедрены в организации и управлении учебным процессом УГАТУ (включая филиалы в 3-х городах).

Апробация работы. Положения диссертации и результаты исследований докладывались на следующих научно-практических конференциях:

- Международная молодежная научно-техническая конференция «Интеллектуальные системы управления и обработки информации», 2001 г., Уфа.

- Научно-практическая конференция «Развитие инновационной деятельности среднего профессионального образования Республики Башкортостан», 2002 г., Уфа.

- II Всероссийская научно-практическая конференция «Образовательная среда сегодня и завтра», Москва, ВВЦ, 2005 г.

- Международные научно-практические конференции «Computer Science & Information Technology, CSIT 2005» г. Уфа, УГАТУ,. и «CSIT 2006», г.Карлсруэ (Германия).

- XII Всероссийская научно-методической конференции «Проблемы качества образования» 2002 г., 2003 г., 2004 г., 2005 г., 2006 г. Уфа – Москва.

Публикации. Список публикаций по теме диссертации содержит работ, в том числе 3 статьи, из них 2 из списка рекомендованного ВАК.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, результатов и выводов, списка литературы, содержит 118 листов и включает 45 рисунков, 2 таблицы, наименований использованной литературы.

Автор выражает благодарность коллективу кафедры АСУ УГАТУ, а также доценту Сулеймановой А.М. за консультации по вопросам классификации и структурирования учебного процесса.

Во введении дается общая характеристика работы: цель исследований, актуальность решаемых задач, определяется научная новизна и практическая значимость защищаемых результатов.

В первой главе рассмотрена проблема организации и структурирования информационной среды и создания программноинструментальных средства для организации управления данными, необходимых при построении и сопровождении организационнофункциональной модели управления вузом. Далее на основе этой модели разрабатываются модели бизнес-процессов и процессов управления. Показано, что главной задачей управления вузом является формализация управленческой деятельности на основе организационнофункциональной модели, объединяющей в себе данные об информационных объектах вуза, процессах их жизненного цикла, функциях управления, штатной и организационной структуре вуза.

Формирование множества бизнес-процессов на основе организационно-функциональной модели базируется на методике определения жизненного цикла информационных объектов, список которых определяется эволюционно сложившейся классификацией. Для идентификации бизнес-процессов вуза используется структурная референтная модель бизнес-процессов, которая раскрывает структуру информационных объектов и процессов, характерных для конкретного вуза. Определено также место бизнес-процессов кафедры в системе управления университетом. Отмечается, что в типовом регламенте управления формализуются, прежде всего, административно управленческие связи. Но в реальных условиях могут устанавливаться множество других локальных информационных связей, которые составляют основу вертикальных бизнес-процессов.

Рисунок 1 - Многоуровневая распределенная система управления с четковыраженными «горизонтальными» и «вертикальными» бизнес-процессами На рис. 1 приведена трехуровневая распределенная система управления с характерными информационными связями, которые могут реализоваться посредством соответствующих управляющих бизнеспроцессов. Следует отметить, что при управлении вузом количество «неформализованных», но объективно существующих информационных процессов, существенно превышает количество процессов, определяемых административной структурой управления. На основе проведенного анализа определены основные требования к количеству и качеству управления организационно-методическими процессами, прежде всего, для уровня основных структурных подразделений вуза (для удовлетворения требований международных стандартов ISO серии 9000).

Во второй главе описана методика создания и применения организационно-функциональной модели управления учебным процессом на основе классификации и структурирования информационного пространства образовательного учреждения.

информационных объектов в дополнение к классификатору информационных ресурсов (по аналогии с классификаторами ресурсов в производственных системах) на основе следующих признаков:

• объект должен обладать свойствами целостности (сохранять свою структуру) в течение жизненного цикла в каком-либо бизнес-процессе;

• объект должен обладать идентифицирующими и информационными характеристиками;

• объект может взаимодействовать с другими объектами через посредство бизнес-процессов;

• изменение характеристик объекта может быть только авторизованным в бизнес-процессе.

В таблице 1 в качестве примера приведены основные информационные объекты, используемые в бизнес-процессах структурного подразделения.

Для информационного объекта или информационного ресурса определяется структура его жизненного цикла, далее назначаются роли и их исполнители в соответствии с организационной структурой и штатным расписанием.

Таблица 1.Фрагмент матрицы операций над ресурсами Первичные учебно-методические процессы Информационные объекты (Ресурсы) Информационные объекты Документы Планы Ресурсы Для инициализации и управления исполнением бизнес-процессов он дополняется необходимыми функциями управления (нормирование, планирование, регулирование, учет) и соответственно ролями и исполнителями этих функций. Таким образом, за каждым бизнеспроцессом с информационным объектом закрепляется процесс управления, в соответствии с моделью (1):

МОР={ИО} U {ПУМП} МУР= {Роли} U {ФУ } где ИО – множество информационных объектов и информационных ресурсов, ПУМП – множество первичных учебно-методических процессов, ФУ – множество функции управления, МОР – матрица операций над ресурсами, МУФ – матрица функций управления информационными объектами, МУР – матрица ролей для функции управления, U - операция объединения.

Рисунок 2 - Взаимосвязь организационной структуры и бизнес-процессов На рис. 2 показана схема формирования бизнес-процесса и процессов управления. Таким образом, бизнес-процесс представляется триадой процесс управления ШС – множество штатных единиц (штатная структура).

Примечание: табличное представление определяет множество ИО, ПУМП, и др., а также позволяет использовать их в качестве сценария для автоматизированного проектирования бизнес-процессов и управляющих процессов.

В третьей главе представлен алгоритм формирования структурной и параметрической модели типового бизнес-процесса и соответствующих ему процессов управления для уровня структурного подразделения технического вуза.

На рисунке 3 приведена блок-схема алгоритма и его описание. Для реализации данного алгоритма формируется CASE-технология, использующая модифицированный программный инструментарий MSC BackOffice, который интегрирует в себе ряд систем: BPWin, MS WORD, MS EXCEL и MS SQL. В результате формируется репозиторий организационно-функциональных моделей в нотации IDEF0, IDEF1X, IDEF-CPN.

Предложена схема интеграции формализованных выше информационных объектов, бизнес-процессов, процессов управления, инструментариев их классификации, формализации и программной реализации в форме референтной модели, на основе которой формируется логическая схема хранилища данных.

Рисунок 3 - Алгоритм формирования организационно-функциональной модели управления образовательным процессом (множеством бизнес-процессов) на основе классификации объектов и структурирования В четвертой главе описаны особенности программной реализации инструментария для разработки и поддержки организационно-функциональной модели управления учебнометодическими процессами.

Программное обеспечение предложено реализовать в 3-х уровневой архитектуре состоящей из:

1) навигационного управления предметной областью реализованного множеством моделей бизнес-процессов, осуществляющее как детерминированное управление данными так и навигационное управление данными;

2) множества правил (или сценариев) для взаимодействия моделей и хранилища данных, реализованных через веб-портал, где происходит управление, как структурированными данными, так и неструктурированными данными;

3) хранилища данных, имеющего в своей структуре как четко формализованные данные, так и слабоформализованные объекты.

На рисунке 4 показано взаимодействие программных средств и моделей.

Используя программные средства All Fusion BPWin и MSC BackOffice, можно строить и дополнять модели предметной области.

Программные средства Model Mart, MS SQL Server, а так же веб-портал, реализованный с использованием языков JavaScript и PHP, поддерживают модели информационной среды. Определен перечень интерактивных скриптовых модулей, используемых для интеграции программных средств состоящий из:

• модуля синхронизации по наименованиям информационных объектов, первичных учебно-методических процессов, функций управления, ролей, моделью бизнес-процесса и справочниками;

• модуль поиска документов - прецедентов для исследуемого информационного объекта применяемого в бизнес-процессе;

• модуль анализа целостности и состояния бизнес-процесса;

• модуль синхронизации отчетов по бизнес-процессу;

• модуль автоматизации взаимодействия между гипертекстовой базой данных и файловой структурой (http и ftp);

• модуль для репликации файлового хранилища информации;

• модуль антивирусной проверки файлового хранилища информации;

• и других.

В качестве примера приводятся основные параметры хранилища данных выпускающей кафедры. Общий объем хранилища 5 гигабайт, в которых хранятся более 20 бизнес-процессов и процессов управления в нотации IDEF, более 20 предметно-ориентированных сервисных программ, более 1000 страниц информационно-справочной, регламентирующей и другой документации, более 3500 файлов и папок (архив дипломов, фотографии, аудио- и видеозаписи…. ).

Рисунок 4 - Структура хранилища данных корпоративной системы Показано, что предлагаемый подход позволяет решать одновременно и проблему, связанную с хранением и доступом к большим объемам корпоративной информации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

В работе решена задача, имеющая научно-практическое значение, заключающаяся в разработке программно-инструментальных средств для организации управления данными (CASE-технологии) системы автоматизированной формализации и управления учебнометодическими процессами (на примере технического вуза), и получены следующие результаты:

1. Трехуровневая архитектура программного обеспечения для управления хранилищем данных.

2. Методика проектирования организационно-функциональной модели учебно-методическими процессами на основе классификации и структурирования информационных объектов (КИО), процессов их жизненного цикла (КЖЦ), штатов сотрудников (КШС) и их ролей (КР), множества функций управления (КФ) и множества бизнес-процессов (КБП) определяющих базис информационного пространства для проектирования программного обеспечения. Получена экспертная оценка развития выпускающей кафедры по показателям: КИО=39, КЖЦ=9, КШС=12, КР=60, КФ=350, КБП=22.

3. Обобщены и формализованы результаты анализа положений о структуре подразделений, организационно-штатного расписания, перечня операций для учебного процесса вуза. Разработаны модели более 20 типовых бизнес-процессов для выпускающей кафедры.

Показано, что для указанных бизнес-процессов на основе справочника норм выполнения основных операций, можно оценивать их трудоемкость. Разработана технология автоматизированного формирования локального хранилища данных необходимых документов для бизнес-процесса.

4. Разработаны программно-инструментальные средства для организации управления данными (CASE-технологии) для горизонтальных и вертикальных бизнес-процессов.

5. Разработано программное обеспечение для интегрирования инструментариев: SQL-сервера, модифицированного MSC Back Office, Intranet-технологии, Intranet- техногии с помощью более 10-и PHP и JavaScript интерактивных модулей, позволяющее реализовать различные сервисы взаимодействия пользователя и хранилища данных.

ПУБЛИКАЦИИ, ОТРАЖАЮЩИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Информационная автоматизированная система отдела организационно-методического обеспечения вуза / Старцев Г.В., Еникеев Р.Р., Рахимкулов Ш.А. // Развитие инновационной деятельности среднего профессионального образования Республики Башкортостан :Материалы научно-практической конференции Уфа. 2002. - С. 87-90.

2. Управление качеством образования в техническом вузе / Старцев Г.В., Еникеев Р.Р., Рахимкулов Ш.А. // Развитие инновационной деятельности среднего профессионального образования Республики Башкортостан :Материалы научно-практической конференции Уфа.

2002. - С. 91-94.

3. Совершенствование образовательного процесса / Старцев Г.В., Еникеев Р.Р., Рахимкулов Ш.А. // Проблемы качества образования :Материалы Всероссийского совещания Уфа-Москва. 2002. -С.71-72.

4. Разработка эталонной модели показателей качества / Старцев Г.В., образования:Материалы XIII Всероссийской научно-методической конференции Уфа-Москва. 2003. -С. 58-59.

профессиональных образовательных программ высшего образования на международный стандарт обучения / Старцев Г.В., Еникеев Р.Р., Рахимкулов Ш.А. // Проблемы качества образования в свете Болонских соглашений :Материалы XIV Всероссийской научно-методической конференции Уфа-Москва. 2004. - С.158-160.

6.. Пути реформирования структуры договорных отношений вуза с предприятиями потребителями выпускников / Старцев Г.В., Еникеев Р.Р., Рахимкулов Ш.А // Проблемы качества образования в свете Болонских соглашений :Материалы XIV Всероссийской научнометодической конференции Уфа-Москва. 2004. - С.166-168.

7. Управление качеством образовательного процесса вуза / Старцев Г.В., Еникеев Р.Р., Рахимкулов Ш.А. // Проблемы качества образования :Материалы XIII Всероссийской научно-методической конференции Уфа-Москва. 2003. - С. 59-60.

8. Применение объектно-ориентированного подхода при формировании современной организационно-функциональной модели вуза. / Хабибуллин Ф.Р., Куликов Г.Г., Еникеев Р.Р., Старцев Г.В. // Актуальные проблемы качества образования и пути их решения в контексте европейских и мировых тенденций :Материалы XV Всероссийской научно-методической конференции Уфа. УГАТУ, 2005.

– С. 186-188.

9. Некоторые аспекты организации системы менеджмента качества в вузе. / Еникеев Р.Р., Хабибуллин Ф.Р., Старцев Г.В., Рахимкулов Ш.А. // Актуальные проблемы качества образования и пути их решения в контексте европейских и мировых тенденций :Материалы XV Всероссийской научно-методической конференции Уфа. УГАТУ. 2005.

– С. 132-134.

10. Особенности реинжиниринга модели подготовки специалиста в области CALS технологий в техническом университете / Куликов Г.Г., Старцев Г.В., Горюхин А.С.// Computer Science & Information Technology, CSIT’2005 :Материалы VII международной конференции по компьютерным наукам и информационным технологиям Т. 3. Уфа:

УГАТУ, 2005. – С. 133-136. (на англ. яз.).

11. Разработка концепции комплексной подготовки специалистов в области CALS-технологий и ее апробация на базе УГАТУ Отчет по НИР (УГАТУ), // ГР 02.2006.03239.- М.:ВНТИЦ, 2006 341 без приложений рук. Гузаиров М.Б., Мартынов В.В., Зориктуев В.Ц., Ильясов Б.Г., Куликов Г.Г., Черняховская Л.Р., Кривошеев И.С., Рыков В.И., Уразаева Л.Ю., Жолтикова Н.А., Христолюбов В.Л., Загидуллин Р.Р., Горюхин А.С., Саубанов В.С., Лысенко И.А., Старцева Ю.А., Нугаева К.Р., Старцев Г.В., Куликова В.Г.

12. Подход к подготовке специалистов в области CALS технологий в техническом университете / Куликов Г.Г., Старцев Г.В., Мартынов В.В., Старцева Ю.А // Образовательная среда сегодня и завтра :Материалы II Всероссийской научно-практической конференции Москва. ВВЦ. 2005.

– С. 70-74.

13. Формирование и применение системной модели планирования учебной нагрузки на кафедре образовательного учреждения / Куликов Г.Г., Сулейманова А.М., Старцев Г.В., Суворова В.А. // Вестник УГАТУ. Уфа. 2006. Т.8. №2. С.27-43.

14. Формирование и применение системной модели учебного процесса образовательного учреждения / Куликов Г.Г., Конев К.А., Сулейманова А.М., Старцев Г.В. // Вестник УГАТУ. Уфа. 2006. Т.8. №2. С.44-58.

ПРОГРАММНО-ИНСТРУМЕНТАЛЬНЫЕ СРЕДСТВА

ДЛЯ ОРГАНИЗАЦИИ УПРАВЛЕНИЯ ДАННЫМИ

В УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИХ ПРОЦЕССАХ

(на примере технического вуза) Специальность 05.13.11 – «Математическое и программное обеспечение

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени Подписано к печати 07.11.2006 г. Формат 6084 1/16.

Печать плоская. Бумага офсетная. Гарнитура Times New Roman Cyr.

Усл. печ.л.1,0. Усл. кр.-отт. 1,0. Уч.-изд.л. 0,9.

ГОУ ВПО Уфимский государственный авиационный технический 450000, Уфа-центр, ул. К.Маркса,