РАЗРАБОТКА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ИХ ВНЕДРЕНИЯ В БИЗНЕС

​DEVELOPMENT OF INFORMATION SYSTEMS AND MODELLING THEIR IMPLEMENTATION IN BUSINESS

Arabchik Nikita Kirillovich

Master's student, Department of Telecommunication Systems and Information Security, Russian New University,

Russia, Moscow

АННОТАЦИЯ

Развитие информационных систем для современных предприятий обусловлено расширением их стратегических и операционных инициатив, поскольку знания и данные, связанные с производственными и управленческими процессами, стали критически важными для эффективного функционирования бизнеса. Успешная интеграция технологий информационных систем и самих информационных систем может привести к повышению эффективности, производительности и прибыльности организаций. В статье рассмотрены методы разработки и моделирования внедрения информационных систем. Также предложен новый подход к моделированию жизненного цикла информационных систем, базирующийся на принципах системного анализа и теории конечных автоматов. Разработана структурно-параметрическая модель процесса в виде графа состояний с иерархическими контурами обратной связи, обеспечивающими автоматическую коррекцию алгоритмических и структурных дефектов. Формализован математический аппарат перехода системы в целевое состояние и доказана асимптотическая устойчивость (робастность) процесса внедрения с использованием критерия Ляпунова.

ABSTRACT

The development of information systems for modern enterprises is driven by their expanding initiatives, as knowledge and data related to business processes have become critical to operational success. Successful integration of information system technologies and the information systems themselves can lead to increased efficiency, productivity, and profitability for organisations. The article discusses methods for developing and modelling the implementation of information systems. It also proposes a new approach to modelling the life cycle of information system development and implementation, based on the principles of systems analysis and finite state machine theory. A structural-parametric model of the process has been developed in the form of a state graph with hierarchical feedback loops that provide automatic correction of algorithmic and structural defects. The mathematical apparatus for the transition of the system to the target state has been formalised, and the asymptotic stability (robustness) of the implementation process has been proven using the Lyapunov criterion.

Ключевые слова: информационная система, бизнес, данные, интеграция, надежность, масштабируемость, безотказность.

Keywords: information system, business, data, integration, reliability, scalability, fault tolerance.

С каждым годом информационные системы (ИС) оказывают все большее влияние на экономическое развитие стран, отраслей промышленности и отдельные предприятия. Благодаря их использованию повышается качество работы во многих секторах (наука, промышленность, торговля, финансовые услуги и т.д.). В этих условиях методы производства, информационные технологии (ИТ) и связанные с ними идеи меняются очень быстро. Поэтому необходимо учитывать потенциал развития ИС в долгосрочной перспективе в прямой зависимости от этапа эволюции конкретной организации [5, с. 90]. В тоже время, следует отметить, что глобализация и развивающиеся стандарты конкуренции потребовали значительных изменений в бизнесе. Цифровая трансформация требует от предприятий повышения эффективности при постоянном пересмотре своих ИС и стратегий их роста. Быстрые технологические изменения преобразуют бизнес в постоянно развивающуюся цифровую среду, в которой управление информацией имеет решающее значение.

Многие компании повышают свою эффективность, производительность и прибыльность за счет стратегического использования ИТ и консолидации технологических стандартов. В тоже время, отвечая на потребности цифровой эры сегодня можно наблюдать рост сложности современных ИС, увеличение количества программных модулей, распределённых компонентов и интеграционных интерфейсов [4, с. 123]. В большинстве современных компаний базы данных и содержащаяся в них информация доступны сотням, а то и тысячам сотрудников в течение рабочего дня. Очевидным в данном случае является тот факт, что устаревшие, разрозненные, фрагментарные и не связанные друг с другом ИС рассматриваются как препятствие для повышения эффективности бизнес-процессов и могут представлять стратегический риск для компании на рынке.

Отсутствие формализованных моделей интеграции и внедрения современных ИС, способных эффективно управлять портфелем ИТ-активов, масштабироваться, приводит к снижению надёжности, увеличению числа ошибок конфигурации и невозможности прогнозирования поведения системы при изменении нагрузки. В связи с этим разработка методов моделирования внедрения ИС является актуальной научно-технической задачей. В таблице 1 представлены некоторые статистические данные, подтверждающие данное утверждение.

Таблица 1.

Техническая актуальность разработки и моделирования внедрения информационных систем [3-5]

Таким образом, принимая во внимание вышеизложенное, отметим, что разработка функциональной модели процесса внедрения ИС в компании с учетом взаимодействия каждого процесса и структуры бизнеса или его отдельной функции представляет собой актуальное направление исследования, что и предопределило выбор темы данной статьи.

Эволюцию информационных систем в организациях, особенности развития их архитектуры и сложности описывают в своих публикациях Barney Tan, Petter Nielsen [7, c. 36], Ahmet Şeren [6, с. 24], Горобченко С.Л., Ковалёв Д.А. [3, с. 60].

Разработке стратегий миграции информационных систем и портфелей информационных активов в связи с развитием бизнеса, расширением сети, а также решению задачи добавления функциональности информационным ресурсам посвятили свои труды Воронова О.В., Ласло У. [2, с. 82], Rafiq Ahmad Khan, Ismail Keshta [11, с. 105], Yilong Yang, Yihui Jian [12, с. 46].

Однако, несмотря на наличие методологий проектирования и внедрения ИС, на сегодняшний день все еще остаются нерешёнными вопросы формализации процессов интеграции распределённых подсистем, моделирования поведения ИС в условиях изменяющихся бизнес-процессов и обеспечения непротиворечивости требований на всех уровнях их жизненного цикла. Кроме того, в отдельной проработке нуждаются универсальные подходы к количественной оценке надежности и отказоустойчивости ИС на этапе моделирования внедрения, поскольку их отсутствие затрудняет прогнозирование эксплуатационных характеристик ИС в реальных условиях.

Таким образом, цель статьи заключается в рассмотрении особенностей разработки информационных систем и моделирования их внедрения в бизнес.

Разработка ИС включает в себя процессы и методологии, используемые для их создания и обслуживания, которые позволяют предприятиям достигать поставленных целей [1, с. 36]. В рамках системного анализа процесс создания и внедрения ИС для целей организации и управления бизнесом рассматривается не как совокупность организационных процедур, а как направленная трансформация состояния объекта автоматизации. Исходное состояние объекта характеризуется высокой энтропией информационных потоков, стохастичностью процессов обработки данных и отсутствием формализованных ограничений целостности. В связи с этим, задачей разработки является перевод объекта в целевое детерминированное состояние посредством синтеза новой структуры управления. В таблице 2 систематизированы этапы жизненного цикла ИС, объекты моделирования, а также методы разработки и некоторые технические показатели.

Таблица 2.

Методы разработки и моделирования внедрения информационных систем (составлено автором)

С учетом данных, приведенных в таблице 1, считаем, что для обеспечения гарантированного качества внедрения ИС необходима формальная модель, описывающая данный процесс как последовательную смену фаз жизненного цикла ИС с обязательным наличием контуров обратной связи для компенсации возникающих возмущений (ошибок проектирования и реализации). На рис. 1 представлена разработанная автором структурно-параметрическая схема процесса, где разработка и внедрение ИС моделируется как работа конечного автомата, управляемого метриками согласованности.

Представленная на рис. 1 схема базируется на теоретико-множественном описании жизненного цикла ИС. Обозначим вектор состояния системы как S(t). Процесс внедрения описывается оператором трансформации :

где  — начальное состояние объекта (неструктурированные данные),  — целевое состояние (функционирующая ИС), а X — вектор внешних требований.

Формализуем более подробно этапы создания ИС.

Фаза I. Информационно-логический синтез

В рамках первой фазы к входному вектору применяется оператор формализации j (блок А1), преобразующий качественные требования заказчика в формальную спецификацию W:

На основе спецификации W строится инфологическая модель M_{logic (}блок А2). Ключевым условием перехода к следующему этапу является непротиворечивость модели.

Рисунок 1. Граф состояний процесса синтеза и верификации ИС для бизнеса (составлено автором)

Фаза II. Программно-алгоритмическая реализация

Физическая реализация системы (блоки А3-А5) представляет собой изоморфное отображение множества M_logic. на выбранную программную платформу. Система декомпозируется на два подмножества:

1. D (Data) — структуры хранения данных (схемы реляционных отношений), генерируемые в блоке A4.
2. F (Functionality) — множество алгоритмов обработки информации, реализуемых в блоке A5.

Фаза III. Оценка сходимости и управление ошибками

Валидация системы (блок A6) производится путем вычисления функции рассогласования e, характеризующей отклонение реализованного функционала от требуемого:

Процесс внедрения считается завершенным, если выполняется условие конвергенции:  (или , где  — допустимая погрешность). В противном случае активируются контуры обратной связи, отраженные на схеме:

• малый контур (алгоритмическая коррекция): при обнаружении локальных вычислительных ошибок происходит возврат в блок A5 для рефакторинга кода;
• большой контур (структурная коррекция): если , это свидетельствует об ошибке моделирования. В этом случае инициируется возврат в блок A2 для пересмотра архитектуры M_logic.

Таким образом, предложенная модель гарантирует, что переход в целевое состояние  возможен только при достижении заданных метрик качества.

Критическим аспектом предлагаемой модели является доказательство того, что функционирование контуров обратной связи (блоки A6 ® A5 и A6 ® A2) приводит к затуханию возмущений, а не к резонансу или дивергенции процесса разработки.

Для формального доказательства сходимости процесса внедрения к целевому состоянию  воспользуемся вторым методом Ляпунова. Рассмотрим функцию ошибки  как меру «энергии» рассогласования системы. Введем функцию Ляпунова , удовлетворяющую условиям положительной определенности:

В качестве такой функции примем квадратичную форму отклонений параметров системы от требований спецификации W:

где  — весовые коэффициенты критичности i-го требования, а  — отклонение i-го параметра.

Условием асимптотической устойчивости процесса внедрения (гарантией успешного завершения проекта) является отрицательная определенность производной функции Ляпунова вдоль траектории системы:

Данное неравенство выполняется, если операторы коррекции (в блоках обратной связи) обеспечивают скорость устранения дефектов v_fix, превышающую скорость возникновения новых ошибок v_туц (энтропийного шума) на каждом шаге итерации k:

Таким образом, предложенная структурная схема обеспечивает динамическую устойчивость процесса разработки — способность системы сохранять требуемую траекторию движения к целевому состоянию  и компенсировать внешние или внутренние возмущения.

Подводя итоги проведенного исследования, можно сделать такие выводы. Непрерывный рост объема информации представляет собой проблему для современных бизнес-структур, и, если не принимать меры, это может привести к кризису, который ограничит способность ИС удовлетворять стратегические потребности организации. Объем информации, включая структурированные данные (обычно хранящиеся в реляционных базах данных) и неструктурированный контент (хранящийся в файловых системах, системах управления контентом, почтовых серверах и т.д.), растет на 60–200 % в год, что предопределяет необходимость обновления и усовершенствования ИС.

В статье автором разработана структурно-параметрическая модель процесса разработки и внедрения ИС, которая позволяет перейти от эвристических методов управления проектами к строгим инженерным методам системного анализа. Представленный граф состояний и описывающий его математический аппарат доказывают, что:

• процедура разработки и внедрения представляет собой управляемый динамический процесс снижения информационной энтропии объекта;
• наличие иерархических контуров обратной связи (параметрического и структурного) является необходимым и достаточным условием для обеспечения робастности системы;
• формализация функции ошибки позволяет автоматизировать принятие решений о переходе между фазами жизненного цикла ИС, исключая субъективный фактор.

Список литературы:

1. Белалова Г.А. Концептуальный подход к созданию интегрированной системы предприятия // Экономика и социум. — 2024. — №4-1 (119). — С. 32–39.
2. Воронова О.В., Ласло У. Разработка архитектурной модели информационно-технологических сервисов информационной поддержки системы управления закупками сетевых торговых компаний // Известия СПбГЭУ. — 2024. — №4 (148). — С. 79–84.
3. Горобченко С.Л., Ковалёв Д.А. Особенности создания общей архитектуры системы при разработке модели данных в системе интегрированного бизнес-планирования PLANIQUM/OMP // Известия ТулГУ. Технические науки. — 2024. — № 9. — С. 54–63.
4. Ефимиади Л. К., Кондратьев В. Ю. Разработка информационной системы автоматизированного управления заявками на техническое обслуживание офисной техники для повышения эффективности бизнес-процессов // Журнал прикладных исследований. ― 2024. ― №11. ― С. 120–129.
5. Кмита Р.В., Натробина О.В. Информационные системы совершенствования управления бизнес-процессами // Экономика и бизнес: теория и практика. ― 2024. ― №9-1 (115). ― С. 87–95.
6. Ahmet Şeren Decision support systems in irrigation management: Irrigation Facilities Spatial Information System // Irrigation and Drainage. — 2024. — Vol. 72. — Is. 5. Р. 23–29.
7. Barney Tan, Petter Nielsen Information systems and sustainable development: From conceptual underpinnings to empirical insights // Information Systems Journal. — 2024. — Vol. 35. — Is. 1. — Р. 34–39.
8. Forrester Research, Inc. Global Tech Market Forecast, 2024 To 2029 [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://www.forrester.com/report/global‑tech‑market‑forecast‑2024‑to‑2029/RES182048 (дата обращения: 11.01.2026)
9. Gartner, Inc. Worldwide IT Spending Forecast / Прогноз глобальных расходов на ИТ‑услуги, оборудование и программное обеспечение, включающий данные по 2024–2025 гг. [Электронный ресурс]. — Режим доступа:https://www.gartner.com/en/newsroom/press‑releases/2025‑01‑21‑gartner‑forecasts‑worldwide‑it‑spending‑to‑grow‑9‑point‑8‑percent‑in‑2025 (дата обращения: 11.01.2026).
10. International Data Corporation (IDC). Worldwide ICT Spending Guide [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://my.idc.com/getdoc.jsp?containerId=IDC_P30580 (дата обращения: 11.01.2026).
11. Rafiq Ahmad Khan, Ismail Keshta A Fuzzy-AHP Decision-Making Framework for Optimizing Software Maintenance and Deployment in Information Security Systems // Journal of Software: Evolution and Process. — 2025. — Vol. 37. Is. 1. — Р. 102–109.
12. Yilong Yang, Yihui Jian RM2EIS: Automatic Generation of Enterprise Information Systems From Contract-Based Requirements Model // Journal of Software: Evolution and Process. — 2025. — Vol. 37. — Is. 11. — Р. 44–49.