1.2. Задачи интеграции в гетерогенной информационной среде современного предприятия
Для современного предприятия характерны такие особенности управления, как стохастический характер информационных потоков, которые часто необходимо обрабатывать в реальном масштабе времени; большое число разнородных производственных объектов; территориальная разобщенность источников и приемников информации; высокие требования к надежности систем управления. В таких условиях становится необходимым построение распределенных ИУС (РИУС), которые согласуют взаимодействие всех компонентов производственной структуры с использованием корпоративных сетей.
Как показывает опыт различных предприятий, какая-то одна ERP- илиSCM-система не может охватить все разнообразие бизнес-процессов предприятия. Отдельные цехи, участки, отделы предприятия или фирмы чаще всего имеют свои специфические особенности, используют прикладные системы разных типов. При этом необходимо учесть, что построение ИУС есть процесс исторический, подразделения оснащаются вычислительной техникой не одновременно, отсюда возникают разные типы программно-аппаратных платформ и разные вычислительные мощности.
С целью повышения эффективности производства, улучшения конкурентоспособности предприятия возникает необходимость обработки информации в масштабах всего предприятия. РИУС должна соответствующим образом организовывать информационные потоки, обеспечивать сопровождение, размещение, установление соотношений, получение результатов и итоговых документов, воспроизведение требуемой информации в определенные моменты времени, причем быстродействие РИУС должно удовлетворять требованиям бизнес-процессов предприятия.
Здесь оказывается, что вступают в противоречие два основных принципа построения информационных систем: принцип централизации (локальности) и принцип децентрализации (распределенности). Известно, что для повышения быстродействия необходимо сближение всех совместно используемых компонентов. Степень этой близости (компактности) можно рассматривать как пространственную (физическое расстояние между компонентами), временную (функционирование в один период времени, временные задержки и запаздывание), по вычислительной мощности, по выполняемым функциям (целесообразность и эффективность объединения). Поэтому для РИУС необходимы максимальная связность и минимальная взаимозаменяемость компонентов.
Современное приложение в корпоративной системе содержит пять основных функциональных уровней:
– менеджер представления (операционная среда – Windows,Linuxи т. п.);
– уровень логики представления для обслуживания интерфейса пользователя;
– уровень логики приложений (логики управления), обеспечивающий корректное функционирование приложения;
– уровень логики данных (сохранение и извлечение данных при помощи процессора баз данных);
– процессор баз данных (Oracle,SQLServer,MySQLи т. п.).
Если менеджер представления и процессор баз данных – стандартные системные средства, то логические уровни проектируются разработчиком информационной системы в условиях многообразия вариантов в гетерогенной распределенной среде. При этом возникают сложные задачи правильного размещения связанных компонентов на рабочих станциях и серверах корпоративной системы и организации эффективного обмена данными между ними.
На выбор такого размещения влияют такие составляющие, как различие в быстродействии компонентов, конкуренция за разделяемые ресурсы, неодновременность доступа, неравномерная загруженность компонентов.
Применение к разработке распределенных информационных систем традиционного структурного подхода приводит к тому, что сложность разработки таких систем нарастает лавинообразно: незначительные изменения функциональных характеристик, которые затрагивают самый верхний уровень, влекут за собой необходимость перестройки нижних уровней, т. е. практически к проведению анализа и проектирования заново. В этом случае при использовании структурных методологий получаются трудно модифицируемые системы.
При создании информационных систем часто не уделяется достаточно внимания проектированию архитектуры. Интеграция различных компонентов системы проводится стихийным образом и в индивидуальном порядке. Архитектурные решения таких разработок являются уникальными (ad-hoc architecture). Подобная реализация затрудняет расширение системы, требует привлечения разработчиков программного обеспечения и/или поставщиков программных компонентов, что резко увеличивает стоимость разработки.
Под проектированием архитектуры информационной системы понимается выделение базовых компонентов, разработка их интерфейсов, а также определение правил и принципов взаимодействия этих компонентов.
Хорошо спроектированная архитектура системы – ключевое качество для обеспечения адаптируемости. Это качество позволяет уменьшить затраты на модернизацию и, соответственно, снизить стоимость всей информационной системы.
Обычные интеграционные решения, где используется топология взаимодействия компонентов каждый с каждым, не позволяют легко наращивать систему дополнительными функциональными возможностями, в то время как одна из основных целей интеграции – обеспечить легкость адаптации системы к новым требованиям в течение ее жизненного цикла. В идеале интеграция программных компонентов в информационной системе должна быть максимально простой, т. е. подчиняться принципу «plug and play». На практике такие возможности следует предусматривать при разработке архитектуры взаимодействия приложений.
При проектировании архитектуры системы в ее основу можно заложить три принципиально отличных способа взаимодействия распределенных компонентов [34], [35]:
– вертикальный – каждый компонент имеет свой уникальный в рамках этой информационной системы интерфейс;
– горизонтальный – все компоненты имеют один и тот же универсальный интерфейс для взаимодействия;
– гибридный – все компоненты имеют универсальный базовый интерфейс, при этом каждый компонент специфицирует дополнительные операции для работы со своим доменом предметной области.
Достоинства и недостатки этих способов легко проследить на примере интеграции новой задачи в информационную систему, состоящую из нескольких компонентов.
В случае использования вертикального способа взаимодействия распределенных компонентов количество программного кода, необходимого для интеграции, будет определяться количеством компонентов системы. Обычно такое решение является результатом недостаточного внимания, уделяемого разработке архитектуры
На рис. 1.1 показана схема взаимодействия компонентов вертикально построенной системы. Количество интерфейсов в этом случае будет порядка N N, гдеN– число компонентов. Для внедрения новой задачи потребуется 2Nраз разрабатывать новые связующие программы.
Риc. 1.1. Вертикальная архитектура системы
В случае горизонтально построенной системы количество интерфейсов (интеграционного кода) будет минимальным. Добавление нового компонента потребует реализовать дополнительно всего два интерфейса (рис. 1.2).
При реальной разработке чрезвычайно трудно создать одинаковые интерфейсы для всех подсистем, поэтому наиболее предпочтительным для создания распределенной системы является гибридный способ взаимодействия компонентов. В этом случае построенная архитектура сохраняет свойство универсальности интерфейсов, но позволяет добавлять специфичные для данного приложения операции.
Рис. 1.2. Горизонтальная архитектура системы
Количество кода необходимого для интеграции новой задачи при такой архитектуре изменяется в зависимости от проекта от 2 (горизонтальная архитектура) до 2N(вертикальная архитектура) (рис. 1.3).
Риc. 1.3. Гибридная архитектура системы
Общие интерфейсы компонентов – ключ к проектированию архитектуры, обеспечивающей успешное развитие и поддержку системы на протяжении длительного периода. При проектировании архитектуры приложений первым шагом должен быть выбор используемых стандартов. С увеличением сложности информационных систем важность соответствия программного обеспечения международным стандартам возрастает.
Стандарты используются для достижения следующих целей:
– портируемость приложений – перенос приложений на различные аппаратные платформы, операционные системы, сетевые протоколы;
– интероперабельность – стандарты определяют общие форматы и интерфейсы взаимодействия программных систем;
– снижение стоимости системы – интеграция программных систем, поддерживающих общепринятые стандарты, уменьшает стоимость приложений для конечного пользователя;
– снижение риска выбора программного продукта – использование стандартов освобождает разработчика от привязанности к конкретному программному продукту;
– увеличение времени жизни системы – соответствие стандартам уменьшает риск быстрого устаревания системы.
Информатизация предприятия происходит неравномерно. Различные производства, цеха и участки оснащаются техническими средствами в разное время, поэтому неизбежно возникает разнородность (гетерогенность) используемых информационных систем, различие в операционных средах и технических средствах (аппаратное обеспечение). Методам построения РИУС, базирующихся на объектно-ориентированных моделях, посвящены работы Л. А. Калиниченко [36]–[41], В. П. Иванникова, К. В. Дышлевого [42] и многих других исследователей [43], [44].
В соответствии с [36] рассмотрим информационнуюиреализационнуюнеоднородность РИУС, компонентами которых являются различные информационные ресурсы (ИР). Такими ИР являются исполняемые программы, базы данных и знаний, файловые системы, рассматриваемые независимо от аппаратно-программных платформ, их реализации и топологии их размещения в информационно-вычислительной сети.
Информационная неоднородность ресурсов заключается в разнообразии их прикладных контекстов (используемых онтологических средств – понятий, словарей; отображаемых реальных объектов, составляющих «поверхность соприкосновения» различных реальных миров и их (объектов) абстракций в информационных системах; семантических правил, определяющих адекватность совокупности моделируемых объектов реальности; моделируемых деятельностей; видов данных, способов их сбора и обработки; интерфейсов пользователей и т. д.).
Реализационная неоднородность источников проявляется в использовании разнообразных компьютерных платформ, средств управления базами данных, моделей данных и знаний, систем программирования, операционных систем и т. п.
Системы эволюционируют от простых, автономных подсистем к более сложным, интегрированным системам, основанным на интероперабельном взаимодействии компонентов. Усложнение бизнес-процессов и процедур управления – это непрерывный процесс, который является неотъемлемой составляющей деятельности организаций. Соответственно, создание системы и её реконструкция (реинженерия) – непрерывный процесс формирования, уточнения требований и конструирования. Реконструкция систем осуществляется постепенно. Система должна быть сконструирована так, чтобы произвольные её составляющие могли быть реконструированы при сохранении целостности системы.
Любая система после создания противодействует изменениям и имеет тенденцию быстрого превращения в бремя организации (так называемые legacysystems– унаследованные системы, использующие «уставшие» технологии, архитектуры, платформы, а также собственное программное и информационное обеспечение, при проектировании которых не были предусмотрены нужные меры по их пошаговой миграции в новые системы, соответствующие новым требованиям деловых процессов и технологии). Существенно, что в процессе миграции необходимо, чтобы мигрировавшие составляющие системы и оставшиеся компоненты унаследованных систем сохраняли интероперабельность.
Технология разработки информационных систем должна позволять крупномасштабно применять технологию повторного использования информационных ресурсов, перехода от технологии программирования, основанной на интенсивном индивидуальном труде по созданию изделий, удовлетворяющих специфическим требованиям одного конкретного применения, к технологии, основанной на планируемых капиталовложениях в разработку повторно используемых компонентов, которые могут быть «соединены» (т. е. образованы их интероперабельные сообщества) для производства серий стандартизованных продуктов в определённой прикладной области.
В условиях исключительно быстрого технологического развития требуются специальные меры, обеспечивающие необходимую продолжительность жизненного цикла.
Существенно, что свойство интероперабельности информационных ресурсов является необходимой предпосылкой удовлетворения перечисленных требований.
Ведущей концепцией построения архитектуры РИУС к настоящему времени стала концепция промежуточного слоя (middleware), которая предполагает сосредоточение родовых служб в специальном слое архитектуры, расположенном между операционной системой и средствами управления компьютерными сетями и прикладными системами, специфическими для конкретных областей применения. К обсуждению основных направлений реализации этой концепции мы переходим в следующем разделе.