Разработка высоконадежных интегрированных информационных систем управления предприятием

Монография

Институт космических и информационных технологий

разработка высоконадежных
интегрированных
информационных систем
управления предприятием

Изложены основные принципы проектирования и 
разработки программного, технического и информационного видов обеспечения отказоустойчивых информационных систем управления предприятиями. 
Рассмотрены особенности построения защищенной 
информационной инфраструктуры предприятия для 
организации безопасного обмена производственной 
информацией. Предложены метод и устройство организации зашифрованного канала беспроводного 
обмена данными в рамках сетевой инфраструктуры 
предприятия. Приведены подходы к оценке и повышению надежности программной, информационной и 
аппаратной составляющих информационных систем. 

9 785763 832273

ISBN 978-5-7638-3227-3

Оглавление 

1 

Министерство образования и науки Российской Федерации 
Сибирский федеральный университет 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
РАЗРАБОТКА  ВЫСОКОНАДЕЖНЫХ  
ИНТЕГРИРОВАННЫХ  
ИНФОРМАЦИОННЫХ  СИСТЕМ  
УПРАВЛЕНИЯ  ПРЕДПРИЯТИЕМ 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Красноярск 
СФУ 
2015 

Оглавление 
 

2 

УДК 681.518 
ББК 32.81 
        Р177 
 
 
 
 
 
 
Р е ц е н з е н т ы: 
А. Н. Ловчиков, доктор технических наук, профессор кафедры систем автоматического управления СибГАУ; 
А. Н. Антамошкин, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой математического моделирования и информатики КрасГАУ 
 
 
 
 
 
 
Р177  
Разработка высоконадежных интегрированных информационных систем управления предприятием : монография / Д. В. Капулин, Р. Ю. Царев, О. В. Дрозд, А. С. Черниговский. – Красноярск : 
Сиб. федер. ун-т, 2015. – 184 с. 
ISBN 978-5-7638-3227-3 
 
Изложены основные принципы проектирования и разработки программного, технического и информационного видов обеспечения отказоустойчивых 
информационных систем управления предприятиями. Рассмотрены особенности 
построения защищенной информационной инфраструктуры предприятия для организации безопасного обмена производственной информацией. Предложены 
метод и устройство организации зашифрованного канала беспроводного обмена 
данными в рамках сетевой инфраструктуры предприятия. Приведены подходы к 
оценке и повышению надежности программной, информационной и аппаратной 
составляющих информационных систем.   
Предназначено для специалистов, интересующихся проблемами проектирования высоконадежных информационных систем, оценки надежности систем 
управления, а также организации защищенной сетевой инфраструктуры предприятия. 
 
   Электронный вариант издания см.: 
           http://catalog.sfu-kras.ru 
УДК 681.518 
ББК 32.81
 
ISBN 978-5-7638-3227-3                                                          © Сибирский федеральный  
                                                                                                        университет, 2015 

Оглавление 

3 

 
ОГЛАВЛЕНИЕ 
 
 
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ ................................................................................. 5 
 
ВВЕДЕНИЕ .......................................................................................................... 8 
 
Глава 1. ПРИНЦИПЫ  ФОРМИРОВАНИЯ  ИНТЕГРИРОВАННЫХ   
ИНФОРМАЦИОННЫХ  СИСТЕМ   
УПРАВЛЕНИЯ  ПРЕДПРИЯТИЕМ ............................................... 10 
1.1. Роль интегрированных информационных систем   
       при организации управления  
       производственным предприятием ............................................ 10 
1.2. Особенности интеграции информационных систем   
       управления предприятием ......................................................... 13 
 
Глава 2. МЕТОДЫ  ФОРМИРОВАНИЯ  ЗАЩИЩЕННОЙ   
              СЕТЕВОЙ  ИНФРАСТРУКТУРЫ  ПРЕДПРИЯТИЯ ..................... 20 
2.1. Проблема обеспечения информационной безопасности  
       автоматизированных систем управления ................................ 21 
2.2. Шифрование данных.  Симметричные  
       алгоритмы шифрования ............................................................ 29 
2.3. Средства аппаратного шифрования данных ........................... 33 
2.4. Стандарт шифрования данных ГОСТ 28147–89 ..................... 36 
2.5. Разработка аппаратуры для организации  
       защищенного канала обмена информацией  
       на основе ГОСТ 28147–89 ......................................................... 50 
 
Глава 3. ОРГАНИЗАЦИЯ  НАДЕЖНОЙ  ИНФОРМАЦИОННОЙ  
               ИНФРАСТРУКТУРЫ  ПРЕДПРИЯТИЯ ......................................... 72 
3.1. Общие аспекты повышения надежности   
       информационных систем .......................................................... 72 
3.2. Обеспечение гарантированной готовности   
       технического обеспечения информационных систем ............ 82 
3.3. Эволюция задач управления  корпоративными  
       информационными средами ..................................................... 89 
3.4. Особенности сетевого и системного администрирования   
       высоконадежных информационных систем ............................ 92 

Оглавление 
 

4 

3.5. Организация управления ИТ-услугами  
       в интегрированных информационных системах .................... 97 
 
Глава 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ  СИСТЕМ    
               ПОВЫШЕННОЙ  НАДЕЖНОСТИ ............................................... 101 
4.1. Информационная система как объект  
       повышения надежности ........................................................... 101 
4.2. Кластерные решения повышения надежности   
       информационных систем ........................................................ 108  
4.3. Катастрофоустойчивые системотехнические решения   
       при развитии структур кластерной  
       информационной системы ...................................................... 122 
4.4. Оценка надежности информационных систем ..................... 133 
4.5. Методы формирования высоконадежных   
       информационных систем управления предприятием .......... 150 
 
ЗАКЛЮЧЕНИЕ ............................................................................................... 174 
 
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ  СПИСОК .......................................................... 176 

Список сокращений 

5 

 
СПИСОК  СОКРАЩЕНИЙ 
 
 
АСУП – автоматизированная система управления предприятием. 
АСУПП – автоматизированная система управления производственным процессом. 
АСУТП – автоматизированная система управления технологическим 
процессом. 
ИИСУП – интегрированная информационная система управления 
предприятием. 
ИТ – информационные технологии. 
ИС – информационная система. 
КЗУ – ключевое запоминающее устройство. 
БД – база данных. 
СУБД – система управления базами данных. 
AES (Advanced Encryption Standard, Rijndael) – симметричный итеративный обратимый блочный шифр с варьируемыми размерами ключа, блоков информации и числом циклов шифрования. 
APS (Advanced Planning & Scheduling) – концепция синхронного производственного планирования (оптимальное календарное планирование). 
CAE (Computer Aided Engineering) – система автоматизации инженерных расчетов. 
CAD (Computer Aided Design) – система автоматизированного проектирования. 
CAM (Computer Aided Manufacturing) – информационная система 
подготовки производства. 

CAPP (Computer-Aided Process Planning) – автоматизированная сис
тема 
технологической 
подготовки 
производства 
(планирование/проектирование технологических процессов). 
CRM (Customer Relationship Management) – методология управления 
отношениями с клиентами, а также информационные системы (CRMсистемы), построенные на такой методологии. 
DES (Data Encryрtion Standard) – симметричный алгоритм шифрования, разработанный компанией IBM и утвержденный в качестве официального стандарта сша fips 46-3. 
ERP (Enterprise Resource Planning) – планирование ресурсов предприятия. 

Список сокращений 
 

6 

ERP-система – информационная система управления производственной 
деятельностью 
предприятия, 
используемая 
для 
планирования  
и идентификации всех материальных/нематериальных ресурсов производственного предприятия в целом, необходимых для осуществления производственно-хозяйственной деятельности. 
ITIL (IT Infrastructure Library) – библиотека, описывающая «лучшие 
практики» по способам организации работы подразделений или компаний, 
занимающихся предоставлением услуг в области ИТ. 
ITSM (IT Service Management) – подход к управлению и организации 
ИТ-услуг, направленный на удовлетворение потребностей бизнеса. 
MES (manufacturing execution system) – производственная исполнительная система, информационная система управления производственной 
деятельностью предприятия, предназначенная для формирования расписаний работы оборудования и оперативного управления производственными 
процессами цехового уровня, координации, анализа и оптимизации выпуска продукции в рамках какого-либо производства. 
MRP (Material Requirement Planning) – методология планирования 
материальных потребностей. 
MRP II (Manufacturing Resource Planning) – методология планирования производственных ресурсов. 
PDM (Product Data Management) – организационно-техническая система, обеспечивающая управление информацией об изделии. 
PLM (Product Lifecycle Management) – управление жизненным циклом продукции. 

RAID (Redundant Array of Independent Disks) – технология виртуали
зации данных, которая объединяет несколько дисков в логический элемент 
для избыточности и повышения производительности. 

RAID 0 – дисковый массив повышенной производительности без 

обеспечения отказоустойчивости. 

RAID 1 – зеркальный дисковый массив. 
RAID 0+1 – дисковый массив, в котором объединяются три и более 

диска, при этом каждый блок данных записывается на два диска данного 
массива. 

SLA (Service Level Agreement) – соглашение об уровне предоставле
ния услуги; термин методологии ITIL, обозначающий формальный договор 
между заказчиком услуги и ее поставщиком, содержащий описание услуги, 
права и обязанности сторон и согласованный уровень качества предоставления данной услуги. 
SCADA (Supervisory Control and Data Acquisition) – информационная 
система контроля и управления производственным процессом. 

Список сокращений 

7 

SCM (Supply Chain Management) – управленческая концепция, заключающаяся в интегрированном подходе к планированию и управлению 
всем потоком информации о материалах и услугах, возникающих и преобразующихся в логистических и производственных процессах предприятия. 
WMS (Warehouse Management System) – система управления, обеспечивающая автоматизацию процессов складской работы. 

Введение 
 

8 

 
ВВЕДЕНИЕ 
 
 
Принципы и подходы к управлению современным производственным предприятием основаны на обработке в сжатые сроки значительных 
потоков 
разнородной, 
зачастую 
неструктурированной 
информации.          
Выстраивание эффективных механизмов анализа и управления такими потоками данных возможно лишь с развитием единого информационного 
пространства предприятия, основу которого составляют различного рода 
автоматизированные системы, объединенные в интегрированную информационную систему управления предприятием. При проектировании            
и разработке такого рода сложных информационных объектов большое 
значение придают защите информации, обеспечению надежности работы  
и отказоустойчивости видов обеспечений автоматизированных систем 
(информационного, программного, технического и т. д.). Одним из наиболее распространенных подходов к реализации отказоустойчивости программного обеспечения является избыточность. Методология мультиверсионного программирования, как один из подходов к реализации избыточности в структуре программного обеспечения, на практике доказала свою 
эффективность. Однако прямое использование такого метода ведет к увеличению стоимости информационной системы. 
Рациональное построение информационных систем управления гарантирует достаточно полное использование вычислительных ресурсов 
технического обеспечения. Технологические особенности проектирования критичных к надежности информационных систем выводят задачи 
проектирования таких систем в разряд общих проблем разработки методов и автоматизированных систем проектирования сложных программноинформационных комплексов. Проблематика проектирования программного обеспечения информационных систем с использованием          
методологии мультиверсионного программирования рассматривается             
в работах многих отечественных и зарубежных исследователей. Разрабатываются новые методы оптимизации состава и формирования структуры программного обеспечения, но при этом недостаточно внимания  
уделяется созданию методов и систем формирования структуры мультиверсионного программного обеспечения с учетом временных и ресурсных ограничений. 
Высокая сложность и практическая значимость задач проектирования высоконадежных интегрированных информационных систем в сово

Введение 

9 

купности с организацией защищенной информационной инфраструктуры 
обуславливает актуальность проведения исследований в данной области. 
Практическая значимость решения таких задач для нужд науки и промышленности не оставляет сомнений в ее целесообразности и своевременности.

Глава 1. Принципы формирования интегрированных информационных систем управления предприятием 
 

10 

 
Г л а в а  1 

 
ПРИНЦИПЫ  ФОРМИРОВАНИЯ   
ИНТЕГРИРОВАННЫХ   
ИНФОРМАЦИОННЫХ  СИСТЕМ   
УПРАВЛЕНИЯ  ПРЕДПРИЯТИЕМ 
 
 
1.1. Роль интегрированных информационных систем 
при организации управления  
производственным предприятием 
 
Эффективная деятельность современного предприятия невозможна 
без организации информационного пространства, объединяющего информационные потоки, поддерживающие процессы производства и финансовохозяйственного управления. Такое информационное единство позволяет 
сформировать информационную структуру предприятия как совокупность 
организационных форм, информационных процессов и систем [1].  
Структура предприятия – это состав и соотношение его внутренних 
подразделений, составляющих единый хозяйственный объект. Факторами, 
определяющими структуру предприятия, являются характер продукции         
и технологии ее изготовления, масштаб производства, степень специализации предприятия, внешней кооперации [2]. Структура конкретного предприятия постоянно корректируется под воздействием производственноэкономической конъюнктуры, научно-технического прогресса и социально-экономических процессов. Наряду с этим, при всем многообразии 
структур, все производственные предприятия имеют идентичные функции, 
главные из которых – изготовление и сбыт продукции. Помимо этого, каждое предприятие, независимо от его размеров, отраслевой принадлежности 
и уровня специализации, постоянно ведет работу по оформлению заказов 
на изготовление продукции, организует ее сохранность и сбыт заказчику, 
обеспечивает закупку и поставку необходимого сырья, материалов, комплектующих изделий, инструмента, оборудования и энергоресурсов. Для 
координации деятельности работников предприятия создаются органы 
управления, на которые возлагается задача определения долгосрочной 
стратегии, координация и контроль текущей деятельности персонала,              
а также наем, оформление и расстановка кадров. Все структурные звенья 
предприятия, таким образом, связаны между собой с помощью системы 
управления, которая становится его головным органом. 

1.1. Роль интегрированных информационных систем при организации управления производственным… 

11 

Потребность в совершенствовании системы управления обусловлена 
объективными процессами, связанными с усложнением производственных 
и хозяйственных связей: ростом объемов работ по сбору и обработке информации, изменением (расширением) направлений деятельности предприятий. Особое место здесь занимает проблема сбора и обработки информации, качество принимаемых управленческих решений. Результаты 
проведенных исследований показывают, что в ряде случаев фактические 
потоки информации примерно в 4–5 раз превышают человеческую способность ее восприятия и переработки [3]. По этой причине эффективно            
используется только часть информации, что в итоге сказывается на производственном процессе. Статистические данные свидетельствуют, что низшее, 
а часто и среднее, звенья руководства тратят не менее 40–50 % рабочего 
времени на сбор информации и составление отчетов. Поэтому эффективно 
только такое управление, которое позволяет в сжатые сроки обрабатывать 
возрастающие потоки информации, использовать объективно необходимое 
число содержащихся в ней показателей. Решение проблемы возможно 
лишь с помощью развития интегрированных информационных систем 
управления предприятием.  
Интегрированная информационная система управления предприятием (ИИСУП) – это совокупность хранилищ информации (в т. ч. хранилищ 
метаинформации – репозиториев), информационных и информационнотелекоммуникационных систем и сетей, которые функционируют на основе 
единых принципов и по общим правилам, обеспечивающим защищенное 
информационное взаимодействие всех участников производственного 
процесса, а также удовлетворение их информационных потребностей в соответствии с иерархией обязанностей и уровнем доступа к данным.  
Интегрированная информационная система управления предприятием включает в себя (рис. 1.1) [1, 4]: 
● телекоммуникационную среду, коммуникационное программное 
обеспечение (ПО), средства организации коллективной работы сотрудников; 
● информационные ресурсы, информационные системы и механизмы 
предоставления информации на их основе; 
● информационные системы и средства поддержки процессов управления предприятием по различным предметным областям; 
● единое хранилище производственной, технологической и учетной 
информации (репозиторий); 
● программное обеспечение систем управления электронным документооборотом; 
● программное обеспечение систем оперативного анализа информации и поддержки принятия решений;