Экономико-математические модели процессов использования интернет-приложений: методология построения и инструментарий разработки

- представление системы имитационного моделирования;

- представление имитационной модели;

- использование существующих визуальных моделей на языке UML для поддержки или автоматизации построения имитационной модели.

Третье направление включает и вопросы применения UML-спецификаций программной системы для оценки ее технической производительности.

С другой стороны, UML-модели обладают значительным потенциалом в качестве средства представления деловых процессов при их имитационном моделировании, однако на сегодняшней день методологии имитационного моделирования деловых процессов на основе UML-моделей, ориентированной на автоматизированное формирование программного кода, не разработано.

Разработанная концепция интеграции визуального и имитационного моделирования предполагает, что:

1) с помощью выбранного подмножества диаграмм языка UML и их элементов описываются структурные и поведенческие аспекты моделируемой системы;

2) количественные компоненты (переменные имитационной модели) описывают частотные и временные параметры системы, с учетом их случайного характера;

3) диаграммы, элементы диаграмм и количественные компоненты связываются между собой в соответствии с заданными правилами;

4) такая взаимосвязанная совокупность визуальных и количественных компонентов служит основой для проведения имитационного моделирования.

Интеграция визуального и имитационного моделирования, во-первых, позволяет сократить затраты труда на построение имитационных моделей, во-вторых, дает возможность моделирования изучаемой системы на качественном и количественном уровне, в-третьих, позволяет снизить семантический разрыв между предметной областью и средствами ее представления в модели.

Плоскости, изображенные на рис. 7, соответствуют уровням представления делового процесса при моделировании: уровень предметной области; уровень формализованного описания деловых процессов; уровень представления средствами программной системы визуального и имитационного моделирования; уровень программного кода имитационной модели.

Рис. 7. Уровни представления делового процесса

Источник: Широбокова С.Н., Щербаков С.М. Возможности метода и программного комплекса автоматизированного синтеза имитационных моделей деловых процессов // Компьютерное моделирование 2008: Труды междунар. науч.-техн. конф., г. Санкт-Петербург, 24 - 25 июня 2008г./ СПб: Изд-во Политехнического университета, 2008. - С. 259-268.

Выделенные в результате анализа предметной области деловые процессы (1-ый слой) описываются в нотации унифицированного языка моделирования UML (2-ой слой), обеспечивающего визуализацию структуры процессов. Для задания количественных параметров системы вводятся переменные различных типов (количественные компоненты модели).

Исходное концептуальное представление множества бизнес-процессов и спецификация количественных характеристик осуществляются с помощью диаграммы прецедентов. Для формализованного описания структуры каждого делового процесса применяется диаграмма деятельности.

Компоненты модели строятся и связываются между собой с помощью программной системы, включающей графический конструктор для построения UML-моделей (3-ий слой).

На основе совокупности компонентов модели осуществляется автоматический синтез программного кода имитационной модели (4-ый слой), причем для каждого компонента модели формируется соответствующий фрагмент программного кода.

Реализация концепции интеграции визуального и имитационного моделирования потребовала формирования конкретной совокупности визуальных и количественных компонентов, используемых для моделирования (метамодели интеграции визуального и имитационного моделирования).

На рис. 8 в формате семантической сети представлены основные модельные компоненты и связи между ними. Волнистая линия отделяет сущности предметной области от компонентов модели, при этом показано соответствие между элементами модели и изучаемой системы.

Разработана формализованная метамодель, которая позволяет однозначно определить состав, структуру и взаимосвязь визуальных и количественных компонентов модели.



Рис.8. Компоненты имитационной модели

Модель описывается конструкцией вида:

.

Модель включает множество переменных и множество UML-диаграмм деятельности и прецедентов:

- множество переменных;

- множество переменных-аргументов. I - общее количество переменных-аргументов в модели;

- множество переменных-функций. J - общее количество переменных-функций в модели;

- множество диаграмм прецедентов. P - общее количество диаграмм прецедентов в модели;

- множество диаграмм деятельности. K - общее количество диаграмм деятельности в модели.

Переменная-аргумент описывается парой вида , где - идентификатор переменной; определяет способ получения значения переменной. , где - вектор параметров, количество которых определяется законом распределения .

При использовании табличного способа задания распределения: - вектор пар вида , где x_iq - значение, f_iq - соответствующая вероятность, Q_i - число значений для i-ой переменной. Если используется непрерывный закон распределения: - вектор пар вида ,где - интервал, - соответствующая вероятность, Q_i - число интервалов для i-ой переменной.

Переменная-функция описывается тройкой вида , где - идентификатор переменной; - выражение, задающее взаимосвязь переменной с другими переменными; - выражение, описывающее верхний предел суммирования.

Диаграмма прецедентов задается парой , где:

- множество акторов диаграммы . - общее количество акторов p-й диаграммы прецедентов .

- множество прецедентов диаграммы . - общее количество прецедентов p-й диаграммы прецедентов .

Актор может быть задан конструкцией вида:

=<>,

где - численность экземпляров акторов данного вида;

,- множество исходящих ассоциативных связей актора ;

исходящая связь типа «генерализация» актора .

Ассоциативная связь задается парой =<,>, где - частота обращения к прецеденту по данной ассоциативной связи, а - прецедент, на который указывает связь.

Связь типа «генерализация» =<>, где - актор-родитель для актора . Связь может отсутствовать.

Прецедент может быть задан конструкцией вида:

=<>,

где - диаграмма деятельности, которая связана с данным прецедентом. Диаграмма деятельности описывает деловой процесс, который инициируется прецедентом;

, - множество исходящих связей типа «extend» прецедента , - общее число исходящих связей прецедента .

Каждая связь описывается парой: =<,>, где: - вероятность обращения по данной связи типа «extend»; - прецедент, на который указывает связь.

, - множество исходящих связей типа «include» прецедента , - общее число исходящих связей прецедента . Элемент показывает прецедент, с которым данный прецедент связан отношением «include».

Диаграмма деятельности задается конструкцией вида:

,

где: - блок начала диаграммы деятельности ;

- блок окончания диаграммы деятельности ;

- множество блоков операций диаграммы деятельности ;

- множество блоков ветвления диаграммы деятельности ; - множество блоков условия диаграммы ; - множество блоков вероятностных переходов диаграммы деятельности ;

- множество дорожек диаграммы деятельности .

, - множество переменных-параметров диаграммы деятельности .

Обозначим через - множество блоков диаграммы деятельности .

Блок операции задается парой вида =<>, где: - переменная, определяющая продолжительность выполнения операции; - связь, указывающая на следующий блок диаграммы деятельности .

Блок условия задается тройкой вида =<>, где - выражение, определяющее условие перехода по одной из двух исходящих связей. Исходящие связи определяют переходы на следующие блоки , соответственно для случаев, когда условие выполняется или не выполняется.

Блок вероятностных переходов задается тройкой вида =<>, где - вероятность перехода на следующий блок по исходящей связи . Исходящие связи определяют переходы на следующие блоки .

Дорожка определяется парой , где: - идентификатор дорожки в модели; - множество блоков , относящихся к дорожке .

Перечисленные компоненты модели могут использоваться для представления деловых процессов и служат основой для автоматизированного синтеза имитационной модели.

Рассмотрим роль отдельных компонентов модели для представления различных сторон моделируемых деловых процессов.

Диаграммы языка UML описывают структуру и динамику изучаемых деловых процессов. Переменные представляют некоторые параметры изучаемой системы, например, частотные или временные. Переменная модели идентифицируется с помощью уникального, в рамках модели, имени переменной.

В модели используются различные виды переменных. Переменные-аргументы представляют в модели действие случайных факторов, оказывающих влияние на изучаемую систему, таких, как: время выполнения единичной операции, число позиций в поступившем заказе на производство и т.д. Переменная-функция зависит от других переменных, в том числе других переменных-функций. Примеры переменных-функций: прибыль, затраты труда на исполнение делового процесса за период времени, сумма налога.

Диаграмма деятельности (Activity Diagram) языка UML описывает деловой процесс. Диаграмма задает операции делового процесса, их последовательность и исполнителей, определяет возможные варианты исполнения процесса.

Включенные количественные компоненты диаграммы деятельности позволяют описать количественную сторону исполнения делового процесса. Пример диаграммы делового процесса приведен на рис. 9. Здесь представлены блоки различных видов и дорожки. В виде комментариев языка UML показаны значения времени исполнения операций.

Блок операции (Activity) описывает операцию делового процесса, позволяет моделировать какую-либо деятельность, занимающую определенное время: технологическую операцию, обработку документа и т.п. С блоком операции связывается переменная, значение которой соответствует затратам труда на выполнение этой операции или ее стоимости. Так может быть учтен случайный характер времени выполнения операции.

Блок условия (Decision) позволяет моделировать альтернативные варианты исполнения делового процесса с помощью ветвлений и циклов.

Блок подпроцесса (Subactivity) позволяет организовать иерархию процессов. Например, при заключении договора осуществляется проверка контрагента. При каждом обращении к блоку подпроцесса будет запускаться на исполнение вложенный процесс. Использование вложенных деловых процессов повышает гибкость создаваемых моделей. Для блока подпроцесса задается имя переменной-процесса. Время исполнения этого процесса учитывается при определении времени исполнения родительского процесса.



Рис. 9. Пример процесса функционирования интернет-приложения (в виде диаграммы деятельности)

Плавательные дорожки (Swimlanes) позволяют отслеживать затраты труда и стоимость не только по деловому процессу в целом, но и по его исполнителям. Например, если деловой процесс затрагивает несколько отделов, дорожки позволят найти затраты труда/стоимость по каждому из этих отделов за заданный период времени.

Диаграмма прецедентов (Use Case Diagram) позволяет моделировать исследуемую совокупность бизнес-процессов в целом. Компоненты диаграммы прецедентов описывают границы системы, объединяют исследуемые деловые процессы, обеспечивают возможность моделирования на визуальном и на количественном уровне входной нагрузки изучаемой системы. Пример диаграммы прецедентов приведен на рис. 10.

Актор (Actor) представляет внешнюю по отношению к изучаемой системе сущность, порождающую разнообразные обращения к системе и вызывающую ее реакцию. Примерами акторов могут служить: заказчик, руководитель предприятия, и т.д. Для интернет-приложений акторами, как правило, выступают пользователи. С актором связывается переменная, определяющая численность его экземпляров.

Рис. 10. Пример совокупности процессов функционирования интернет-приложения, описанных диаграммой прецедентов (фрагмент)

Прецедент (Use Case) описывает способ взаимодействия актора с системой. Примеры прецедентов: оплатить участие в конференции, заказать партию товара и т.д. Согласно метамодели, прецедент связан с некоторым деловым процессом и при обращении к прецеденту начинается исполнение этого делового процесса.

Ассоциация (Association) связывает актора с прецедентом. Ассоциации поставлена в соответствие переменная, описывающая частоту обращения актора к прецеденту за заданный период времени. Используются связи вида «include» и «extend» (для последней задается вероятность обращения к расширяющему прецеденту). Обобщение (Generalization) позволяет описать наследование акторов. Для актора-наследника будет производиться обращение ко всем прецедентам, связанным с актором-родителем.

В таблице 6 представлен пример перечня переменных имитационной модели, демонстрирующий взаимосвязь количественных и структурных компонентов.

Таблица 6

Количественные компоненты имитационной модели функционирования интернет-приложения (фрагмент)

Имя	Вид переменной	Название	Тип / Закон распределения	Параметры / Формула расчета
nuchast	Аргумент	Число уч-ков без докладов	Нормальное	м = 50, у = 10
nzaja	Аргумент	Число докладов	Нормальное	м = 60, у = 10
…
conf	Диаграмма прецедентов	Поддержка проведения конференции
	Актор Аргумент	Секретарь оргкомитета	Число	значение = 1
	Актор Функция	Докладчик	Формула	nzaja
	…
	Прецедент	Просмотр состояния	Процесс	analizsost
	Прецедент	Получение информационных материалов	Процесс	getinfpismo
	Прецедент	Заявка на участие	Процесс	zajauch
	Прецедент	Представление доклада	Процесс	zajadoklad
	Прецедент	Формирование рабочей программы	Процесс	makerabprog
	Прецедент	Регистрация	Процесс	registr
	…
	Ассоциация Аргумент	Участник конференции / Заявка на участие	Число	значение = 1
	Ассоциация Аргумент	Руководитель оргкомитета / Просмотр состояния	Нормальное (усеченное)	м = 30, у = 10
	Ассоциация Аргумент	Секретарь оргкомитета / Формирование рабочей программы	Число	значение = 1
	…
zajadoklad	Диаграмма деятельности	Представление доклада на конференцию
	Аргумент	Ввод сведений об авторе/соавторе	Треугольное	min = 7 moda = 10 max = 12
	Аргумент	Регистрация доклада и его загрузка	Треугольное	min = 10 moda = 15 max = 20
	Блок подпроцесса	Оплата участия	Дочерний процесс	oplata
	…
oplata	Диаграмма деятельности	Оплата участия в конференции
	Аргумент	Размещение реквизитов оплаты	Равномерное (min/max)	min = 3 max = 7
	…
…

В числе переменных показаны диаграммы языка UML и переменные, связанные с элементами диаграмм. Подобно переменной, диаграмма имеет имя для идентификации и при моделировании приобретает некоторое значение. Например, для диаграммы деятельности это значение может соответствовать затратам труда на исполнение делового процесса.

Входящий в метамодель набор компонентов может быть расширен, например, имеются возможности: подключения новых диаграмм языка UML и их элементов; создания новых типов связей между компонентами; введения новых видов количественных компонентов. Таким образом, описанный подход обладает открытостью, гибкостью и имеет потенциал для дальнейшего развития.

Инструментарий интеграции визуального и имитационного моделирования на основе языка UML может использоваться для оценки затрат труда на эксплуатацию интернет-приложений.

В четвертой главе «Разработка инструментария оценки затрат труда на эксплуатацию интернет-приложений» рассмотрены проблемы проведения имитационного моделирования на основе совокупности визуальных и количественных модельных компонентов, описаны метод автоматизированного синтеза имитационных моделей на основе UML-диаграмм и соответствующее алгоритмическое обеспечение. Также рассмотрены вопросы программной реализации концепции интеграции визуального и имитационного моделирования.

Использование выделенной совокупности визуальных и количественных компонентов для имитационного моделирования может быть обеспечено двумя способами: непосредственное имитационное моделирование или автоматизированный синтез имитационной модели. Второй подход отличается большей гибкостью и простотой реализации.

Разработанный метод автоматизированного синтеза имитационных моделей предполагает реализацию следующих принципов:

1) формирование программного кода имитационной модели на основе взаимосвязанных диаграмм языка UML и количественных компонентов (переменных);

2) соответствие между компонентами модели и фрагментами программного кода. Каждый такой фрагмент зависит от вида компонента, от его атрибутов и связей с другими компонентами. Содержимое фрагмента программного кода определяется специфичным для него алгоритмом имитационного моделирования;

3) отображение компонентов имитационной модели в виде синтаксических конструкций программного кода. Так, переменным модели соответствуют переменные в формируемой программе, а диаграммам языка UML - функции (подпрограммы). Зависимости между компонентами отражаются в виде вызовов функций и в виде операторов в синтаксисе выбранного языка программирования;

4) формирование структуры программного кода на основе структуры компонентов модели. Структура диаграмм UML и взаимосвязи компонентов служат основой структуры программного кода имитационной модели. Например, диаграмма деятельности определяет последовательность и состав команд в соответствующей функции, представляющей деловой процесс (прямой перенос логики процесса);

5) рекурсивное построение программного кода имитационной модели, начиная с целевой переменной (представляющей выходной параметр модели).

Преимущество реализации перечисленных принципов заключается в использовании возможностей языка UML по представлению динамики деловых процессов - UML-диаграммы определяют последовательность программных компонентов.

Еще одним преимуществом является гибкость - возможность изменять содержимое каждого фрагмента кода без изменения основных принципов метода и алгоритмов его реализации. Таким образом, имеется потенциал расширения функциональных возможностей имитационной модели.

На рис. 11 представлены некоторые примеры компонентов модели и соответствующие участки программного кода имитационной модели (для иллюстрации использован синтаксис языка программирования Pascal).

Генерация программного кода по переменной зависит от вида переменной и от ее атрибутов. В сгенерированном программном коде имитационной модели переменная системы представляется как переменная языка Pascal (описывается в разделе var и используется в программе). Для расчета значения переменной формируется соответствующий программный код.



Рис. 11. Формирование программного кода по компонентам модели

При построении программного кода производится определение переменных, участвующих в формировании значения целевой переменной, затем осуществляется рекурсивный вызов алгоритма генерации программного кода для каждой из этих переменных. Особым видом переменной является переменная-процесс. Каждой переменной-процессу поставлена в соответствие диаграмма языка UML. На основе диаграммы вычисляется некоторое значение, которое может трактоваться, например, как затраты труда на выполнение делового процесса. Это значение и становится значением переменной-процесса. В программном коде при обращении к переменной-процессу следует вызов функции, сгенерированной на основе UML-диаграммы.

При построении программного кода имитационной модели по диаграмме деятельности используется механизм прямого переноса логики диаграммы в программный код модели. Таким образом, алгоритм моделирования определяется структурой диаграммы. Диаграмме прецедентов также соответствует функция, которая при этом включает вложенные функции для каждого из акторов или прецедентов диаграммы.

Реализация метода автоматизированного синтеза потребовала разработки совокупности алгоритмов для формирования программного кода имитационной модели и для проведения имитационного моделирования. Полностью алгоритмическое обеспечение может быть представлено в виде схемы на рис. 12.

Разработана совокупность алгоритмов, в соответствии c которыми исполняется сама имитационная программа. Эти алгоритмы, реализованные для каждого из компонентов (диаграмма прецедентов, диаграмма деятельности, актор, прецедент, блок операции диаграммы деятельности, переменные различных видов), обеспечивают имитационное моделирование по этому компоненту и получение выходного значения. Предложены алгоритмы автоматического формирования программного кода имитационной модели для всех компонентов на основе диаграмм языка UML.



Рис. 12. Алгоритмы синтеза имитационных моделей

Среди вспомогательных алгоритмов моделирования деловых процессов можно выделить алгоритмы проверки корректности делового процесса. Проверяется допустимость процесса с содержательной точки зрения (например, корректность разделений/слияний, корректность циклов), а также корректность интеграции визуальных и количественных компонентов. Служебные алгоритмы обеспечивают функционирование системы имитационного моделирования, реализуя, например, создание диаграмм в графическом конструкторе.

Описанная структура алгоритмического обеспечения отличается достаточной гибкостью, оставаясь открытой для расширения. Существует возможность добавления новых компонентов и функций, при этом механизмы формирования программного кода (второй уровень) будут затронуты только частично.

Центральное место в алгоритмическом обеспечении занимает совокупность алгоритмов формирования программного кода имитационной модели. Для каждого компонента по определенным правилам строится фрагмент программного кода. В ряде случаев необходима сборка - повторный проход по компонентам и присоединение сформированных для них фрагментов программного кода к основной программе. Таким образом, создается программный код имитационной модели.

Между компонентами имитационной модели могут существовать отношения двух типов:

- отношения агрегации (компонент, включающий в себя другие компоненты, будем называть «композитным», а входящие в его состав компоненты- «агрегированными»);

- отношения зависимости (значение компонента может рассчитываться на основании других компонентов, которые будем называть «влияющими»).

В качестве примеров отношений агрегации можно назвать следующие: диаграмма деятельности включает блоки; блок операции включает переменную; диаграмма прецедентов включает акторов, прецеденты и связи.

Для формирования программного кода по композитному компоненту необходимо провести формирование программного кода по всем входящим в него агрегированным компонентам.

При построении программного кода по компоненту, зависящему от других, необходимо сформировать и присоединить программный код для всех компонентов, от которых зависит данный, и добавить необходимый код для расчета значения. На рис. 13 представлен обобщенный алгоритм формирования программного кода по компоненту.

Разработан комплекс архитектурных моделей, позволяющий обеспечить программную реализацию предложенной концепции, метамодели, метода и алгоритмов в виде системы имитационного моделирования.



Рис. 13. Обобщенный алгоритм формирования программного кода имитационной модели по компоненту метамодели

Источник: Хубаев Г.Н., Широбокова С.Н., Щербаков С.М. Автоматизированный синтез имитационных моделей деловых процессов // Известия вузов. Северо-кавказский регион. Технические науки. - 2008. - №4. - С. 73-79.

Привлечение для этого объектно-ориентированного подхода обусловлено наличием разнообразных модельных компонентов, которые, тем не менее, имеют некоторые общие свойства и предполагают сходное поведение.

Использование объектно-ориентированных методов, во-первых, позволяет учесть сложность проектируемой системы, во-вторых, предоставляет возможность сократить затраты труда за счет использования механизмов наследования и полиморфизма, в-третьих, обеспечивает гибкость и расширяемость программного решения.

Функционирование системы обеспечивается взаимодействием ее ключевых модулей. На рис. 14 представлена предлагаемая архитектура в виде диаграммы пакетов.

Рис. 14. Структура системы имитационного моделирования

Структурные элементы системы могут быть разделены на несколько уровней или слоев. Три пакета верхнего уровня предназначены для организации взаимодействия системы с пользователем.

Пакет генерации программного кода содержит классы, отвечающие за построение программного кода имитационной модели. Классы, соответствующие элементам метамодели, относятся к пакету переменных, а также к модулю блоков и диаграмм. Для сокращения степени зависимости между различными частями системы используется пакет, содержащий абстракции нижнего уровня.

Реализация алгоритмов формирования программного кода имитационной модели осуществляется путем взаимодействия различных программных объектов, которое может быть проиллюстрировано диаграммой последовательности, представленной на рис. 15.

Рис. 15. Автоматическое построение программного кода имитационной модели

Разработанная на основе предложенных архитектурных моделей программная система СИМ-UML Хубаев Г.Н., Щербаков С.М., Рванцов Ю.А. Система автоматизированного синтеза имитационных моделей на основе языка UML «СИМ-UML» // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. - №2008615423. - М.: РОСПАТЕНТ, 2009. предназначена для решения следующих задач: ведение перечня переменных имитационной модели, позволяющих задавать количественные характеристики изучаемого процесса; построение UML-диаграмм, определяющих структурные и поведенческие характеристики делового процесса; автоматическое формирование программного кода имитационной модели.

Система автоматизированного синтеза имитационных моделей реализует функции, необходимые для моделирования процессов использования интернет-приложений. Среди функций можно выделить:

- построение перечня переменных модели. Система имеет пользовательский интерфейс, позволяющий создавать переменные модели и задавать основные параметры для их имитационного моделирования: закон распределения и его параметры, формула расчета значения и т.д. в зависимости от вида переменной;

- моделирование переменных, заданных таблично;

- поддержка модельного времени и расчет интегральных значений;

- создание UML-моделей в графическом конструкторе системы. Встроенный графический конструктор позволяет построить диаграммы, связать их между собой и определить их количественные параметры;

- поддержка механизма дорожек. Позволяет определить исполнителей операций делового процесса и отследить затраты труда по исполнителям;

- проверка корректности диаграмм. Проверяется соответствие построенной диаграммы правилам языка UML. В частности, рассматривается допустимость построенных параллельных и альтернативных ветвлений, отсутствие зацикливания, корректность определения количественных параметров и т.д.;

- автоматическая генерация программного кода модели. На основе заданных визуальных и количественных компонентов система автоматически формирует программный код имитационной модели на языке Pascal. Подобная организация обеспечивает гибкость системы - созданные имитационные программные модули могут использоваться автономно или встраиваться в прикладную программную систему;

- создание консольных или снабженных графическим пользовательским интерфейсом программ для имитационного моделирования. Такие имитационные программы могут использоваться как вместе с системой имитационного моделирования, так и автономно;

- планирование имитационного эксперимента. Система позволяет задавать факторы имитационного эксперимента, определять их уровни и проводить имитационный эксперимент. Так, можно исследовать поведение изучаемой системы при изменении ее параметров и найти оптимальное сочетание значений факторов;

- получение основных статистических характеристик выходного параметра. В ходе имитационного моделирования рассчитывается множество значений выходных параметров модели - для каждой итерации моделирования. Состав переменных, включаемый в список выходных параметров, формируется пользователем. По полученным значениям рассчитываются основные статистические характеристики: среднее значение, дисперсия, коэффициент вариации, минимальное и максимальное значения, асимметрия, эксцесс, мода и др.;

- построение гистограмм значений выходных параметров моделирования формы закона распределения.

На рис. 16 показан в общем виде порядок работы с системой СИМ-UML.

Метод автоматизированного синтеза имитационной модели и система СИМ-UML позволяют проводить автоматизированное формирование имитационных моделей процессов функционирования интернет-приложений на основе их визуальных моделей.

В пятой главе «Визуальное и имитационное моделирование процессов эксплуатации интернет-приложений» рассматриваются вопросы использования инструментария интеграции визуального и имитационного моделирования для анализа и моделирования процессов эксплуатации интернет-приложений в деятельности организаций.

Модель может рассматривать один из аспектов интернет-приложения: сущности предметной области (концептуальная модель); цели и задачи; бизнес-процессы; сервисы; страницы и связи (навигационная модель); пользователи и права доступа; технологии и компоненты и т.д. Web Engineering: Modelling and Implementing Web Applications / edited by Gustavo Rossi, Oscar Pastor, Daniel Schwabe and Luis Olsina. - Springer Verlag HCIS, 2007.. Моделирование может использоваться: для принятия решений о построении или развитии интернет-приложения; для выбора одного из альтернативных вариантов построения интернет-приложения; для документирования системы; для коммуникации между разработчиками; для автоматизации разработки системы за счет применения CASE-средств.

Интеграция визуального и имитационного моделирования процессов функционирования интернет-приложений позволяет оценить принимаемые решения на различных стадиях процесса построения интернет-приложений с точки зрения экономической эффективности.

Предлагаемый подход к моделированию интернет-приложений подразумевает несколько принципов:

-моделирование затрат труда на построение и эксплуатацию интернет-приложений;

- использование визуальной модели интернет-приложения;

-итерационная модель жизненного цикла, с учетом особенностей интернет-приложения;

-интеграция визуального и имитационного моделирования и автоматизированный синтез имитационных моделей;

-моделирование деловых процессов, связанных с интернет-приложением.

Рис. 16. Схема имитационного моделирования в системе СИМ-UML

На рис. 17 показано использование модели интернет-приложения при каждой итерации процесса разработки или развития интернет-приложения.

На каждой итерации процесса развития интернет-приложения строится модель - отображения различных аспектов интернет-приложения. Решения, заложенные в модель, определяются поставленными целями модификации интернет-приложения и опытом эксплуатации его предыдущей версии. Изучение модели позволяет оценивать возможные решения, рассматривать различные варианты модификации и делать обоснованный выбор.

Рис. 17. Схема итерации процесса модификации интернет-приложения (с использованием имитационной модели)

Включение имитационного моделирования в рассматриваемую схему позволяет перейти на количественный уровень оценки интернет-приложения. Метод автоматизированного синтеза дает возможность построения имитационной модели интернет-приложения на основе UML-модели. Эксперименты с имитационной моделью позволяют: оценить предлагаемый вариант интернет-приложения; сравнить варианты возможных изменений; выработать проектные решения, отвечающие критерию экономической эффективности. Результаты имитационного моделирования закрепляются в модели интернет-приложения.

Предлагаемая методика анализа и моделирования интернет-приложений включает следующие шаги:

Шаг 1. Выделяются процессы эксплуатации интернет-приложения (пример UML-диаграммы процесса приведен на рис. 18).

Рис. 18. UML-диаграмма процесса размещение товара в электронном каталоге

Деловой процесс включает последовательность отдельных операций, выполняемых определенными исполнителями: пользователями, администраторами и операторами интернет-приложения. Каждому варианту построения интернет-приложения будет соответствовать собственный набор деловых процессов.

Шаг 2. На основании статистических данных о деятельности организации или путем экспертного опроса определяются частотные параметры обращения к различным процессам. Некоторые обращения могут быть регламентными, для остальных должны быть заданы статистические характеристики частоты изменений (например, частота появления новой товарной позиции, изменения цены товара, приобретения товара и т.д.).

Шаг 3. Для каждой единичной операции путем хронометражных наблюдений или экспертным путем оценивается время ее выполнения (в случае привлечения экспертов они задают три значения - минимальное, максимальное и наиболее вероятное время выполнения операции).

Шаг 4. Процессы эксплуатации интернет-приложения представляются в виде UML-модели. Для описания структуры делового процесса работы с интернет-приложением используется диаграмма деятельности языка UML.

Диаграмма прецедентов языка UML позволяет описать моделируемую систему (интернет-приложение) в общем виде. При этом определяется перечень акторов (пользователей различных классов) и прецедентов (вариантов использования системы). Прецеденты связываются с деловыми процессами. Обращение актора к варианту использования инициирует исполнение соответствующего делового процесса (например, «Размещение товара в электронной витрине»).

Шаг 5. На основе UML-модели интернет-приложения автоматически формируется имитационная модель в соответствии с методом автоматизированного синтеза.

Шаг 6. Проводится имитационное моделирование. Результатом имитационного эксперимента являются статистические характеристики и законы распределения затрат труда для всех вариантов организации процессов эксплуатации интернет-приложения за выбранный период времени. Таким образом, оцениваются затраты труда каждого из пользователей, затраты труда по определенному подмножеству процессов и операций.

Имитационная модель позволяет проводить анализ влияния различных параметров интернет-приложения на величину затрат. Например, можно оценить, как изменится величина затрат труда на эксплуатацию интернет-приложения в случае заданного изменения объемов баз данных или интенсивности использования системы.

Интеграция визуального и имитационного моделирования процессов функционирования интернет-приложений позволяет определять затраты труда на исполнение процессов использования и развития интернет-приложений.

В заключении сформулированы выводы, основные положения и обобщения по результатам диссертационного исследования.

ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНЫ

Статьи в изданиях из перечня ВАК РФ

1. Щербаков С.М. Анализ и моделирование интернет-приложений // Учет и статистика. - 2010. - №1 (27). - С. 68-75. -0,5 п.л.

2. Щербаков С.М., Аручиди Н.А. Экономические аспекты построения интернет-приложений: методы сравнительного анализа и выбора интернет-технологий // Экономические науки. - 2008. - № 43. - С. 381-387. - 0,45 п.л. (лично автора - 0,3 п.л.).

3. Хубаев Г.Н., Щербаков С.М. Интеграция визуального и имитационного моделирования деловых процессов предприятия: принципы и инструментарий // Проблемы современной экономики. - 2008. - №3. - С. 252-258. - 0,5 п.л. (лично автора - 0,3 п.л.).

4. Щербаков С.М. Оценка экономической эффективности интернет-приложений на основе имитационного моделирования // Экономический вестник Ростовского государственного университета. - 2008. - №4. - Т.6. - С.128-131. - 0,4 п.л.

5. Хубаев Г.Н., Щербаков С.М., Широбокова С.Н. Язык UML как основа автоматизированного синтеза имитационных моделей // Вестник Ижевского государственного технического университета. - 2008. - № 4(40).- С. 181-185. - 0,35 п.л. (лично автора - 0,2 п.л.).

6. Широбокова С.Н., Щербаков С.М. Концепция и методика автоматизированного формирования имитационных моделей деловых процессов // Вестник Саратовского государственного технического университета.- 2008. - № 4(36). - С. 65-72. - 0,5 п.л. (лично автора - 0,3 п.л.).

7. Широбокова С.Н., Щербаков С.М. Метод и программная система имитационного моделирования на основе языка UML как инструмент анализа и моделирования деловых процессов // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. - 2008. - №4(14).- Т.2. - С. 154-161. - 0,4 п.л. (лично автора - 0,2 п.л.).

8. Щербаков С.М. Процессно-статистический подход в сфере государственного управления // Вопросы современной науки и практики. Университет им. В.И. Вернадского. - 2009. - №6(20).- С. 204-214. - 0,6 п.л.

9. Щербаков С.М. Визуальное и имитационное моделирование в жизненном цикле интернет-приложений // Известия КБНЦ РАН. - 2009. - №4(30).- С. 129-137. - 0,6 п.л.

10. Щербаков С.М. Имитационное моделирование экономических процессов на основе объектно-ориентированного подхода // Вестник РГЭУ «РИНХ». - 2009. - № 3(29).- C. 279-286. - 0.4 п.л.

11. Щербаков С.М. Имитационное моделирование экономических систем на основе языка UML // Аудит и финансовый анализ. - 2009. - № 6.- С. 447-455. - 1 п.л.

Монографии и научные издания

12. Хубаев Г.Н., Щербаков С.М. Конструирование имитационных моделей в экономике и управлении. Монография. - Ростов-н/Д.: РГЭУ «РИНХ», 2009. - 185 c. - 11 п.л. (лично автора - 8 п.л.)

13. Джамурзаев Ю.Д., Стрельцова Е.Д., Хубаев Г.Н., Щербаков С.М. О некоторых подходах к оценке затрат труда и расчетам численности персонала (на примере налоговых органов): Научно-практическое пособие. - Ростов-н/Д.: РГЭУ «РИНХ», 2008. - 157 c. - 7,4 п.л. (лично автора - 2,5 п.л.).

14. Хубаев Г.Н., Щербаков С.М. Построение имитационных моделей для оценки трудоемкости деловых процессов с использованием языка UML: Препринт. - Ростов-н/Д.: РГЭУ «РИНХ», 2004. - 80 c. - 3,5 п.л. (лично автора - 2 п.л.).

Статьи в центральной и межвузовской печати

15. Щербаков С.М. Вопросы оценки экономической эффективности применения интернет-технологий // Учет и статистика. - 2005. - №3(7).- С. 199-205. - 0,5 п.л.

16. Хубаев Г.Н., Широбокова С.Н., Щербаков С.М. Автоматизированный синтез имитационных моделей деловых процессов // Известия вузов. Северо-кавказский регион. Технические науки. - 2008. - №4. -С. 73-79. - 0,6 п.л. (лично автора - 0,25 п.л.).

17. Щербаков С.М. Сеть INTERNET как инструмент получения статистических данных // Учет и статистика. - 2005. - № 1. - С. 40-49. - 0,75 п.л.

18. Саламатова М.А., Щербаков С.М. Моделирование деловых процессов в системе СИМ-UML (на примере торговой организации) // Системное управление. - 2009. - Выпуск 1(5). - [http://sisupr.mrsu.ru/2009-1/pdf/ 19_Salamatova.pdf].- 0420900072/0019 - 0,75 п.л. (лично автора - 0,5 п.л.).

19. Суворов Д.В., Суворова А.Ю., Щербаков С.М. Система проведения экспертных исследований в сети Интернет: проектирование и разработка // Информационные системы, управление трудом и производством: ученые записки. Выпуск 10. - Ростов-н/Д.: РГЭУ «РИНХ», 2006. - С. 57-65. - 0,5 п.л. (лично автора - 0,2 п.л.).

20. Хубаев Г.Н., Щербаков С.М. Синтез имитационных моделей на основе диаграмм языка UML // Информационные системы, экономика, управление трудом и производством: Ученые записки. Выпуск 11. - Ростов-н/Д.: РГЭУ «РИНХ», 2007. - С. 108-121. - 0,7 п.л. (лично автора - 0,5 п.л.).

21. Калугян К.Х., Щербаков С.М. Компьютерная система тестирования знаний как компонент информационной образовательной среды вуза // Вестник Академии. - 2005. - №1. - С. 61-66. - 0,5 п.л. (лично автора - 0,3 п.л.).

22. Лозина Е.Н., Щербаков С.М. Имитационное моделирование деятельности предприятия с использованием языка UML // Проблемы федеральной и региональной экономики: ученые записки. Выпуск 11. - Ростов-н/Д.: РГЭУ «РИНХ», 2008. - С. 166-171. - 0,33 п.л. (лично автора - 0,2 п.л.).

23. Хубаев Г.Н., Щербаков С.М. Особенности использования языка UML для имитационного моделирования // Проблемы федеральной и региональной экономики. Ученые записки. Выпуск 9. - Ростов-н/Д.: РГЭУ «РИНХ», 2006. - С.99-113. - 0,9 п.л. (лично автора - 0,6 п.л.).

24. Хубаев Г.Н., Щербаков С.М., Кудряшов Д.А. Определение численности сотрудников государственных учреждений на примере территориальных налоговых органов // Проблемы федеральной и региональной экономики: Ученые записки. - Ростов-н/Д.: РГЭУ «РИНХ», 2007. - с. 98-103. - 0,4 п.л. (лично автора - 0,2 п.л.).

25. Щербаков С.М. Модель оптимального выбора средства разработки Internet-приложения // Информационные системы, управление трудом и производством: Ученые записки. Выпуск 8. - Ростов н/Д.: РГЭУ «РИНХ», 2003. - С. 85-91. - 0,5 п.л.

26. Щербаков С.М. Основные направления исследования вопросов экономической эффективности интернет-приложений // Научный поиск: по страницам докторских диссертаций. Выпуск 6. - Ростов н/Д.: РГЭУ «РИНХ», 2007. - С. 125-132. - 0,4 п.л.

27. Джамурзаев Ю.Д., Щербаков С.М., Войнова Г.В. Имитационное моделирование трудоемкости выполнения функциональных операций работниками районных налоговых инспекций // Информационные системы, управление трудом и производством: ученые записки. Выпуск 9. - Ростов н/Д.: РГЭУ «РИНХ», 2005. - С. 30-42. - 0,5 п.л. (лично автора - 0,3 п.л.).

28. Щербаков С.М. Экономические аспекты процессов построения и использования интернет-приложений // Научный поиск: По страницам докторских диссертаций. Выпуск 7. - Ростов н/Д.: РГЭУ «РИНХ», 2008. - С. 97-104. - 0,5 п.л.

29. Щербаков С.М., Рванцов Ю.А. Имитационное моделирование деловых процессов на основе диаграмм языка UML // Проблемы федеральной и региональной экономики: ученые записки. Выпуск 11. - Ростов н/Д.: РГЭУ «РИНХ», 2008. - С. 171-179. - 0,45 п.л. (лично автора - 0,3 п.л.).

30. Аручиди Н.А., Щербаков С.М. Имитационное моделирование инвестиционных проектов в среде СИМ-UML // Studium. - 2009. - № 4 (13). - [http://www.sarki.ru/studium/publ8/aruchidi.pdf]. - 0420900066/0027. - 0,6 п.л. (лично автора - 0,4 п.л.).

31. Щербаков С.М. Принципы классификации интернет-приложений // Проблемы федеральной и региональной экономики: ученые записки. Выпуск 12. - Ростов н/Д.: РГЭУ «РИНХ», 2009. - С. 104-115. - 0,65 п.л.

32. Щербаков С.М. О статистическом подходе к изучению экономики сети Internet // Информационные системы, управление трудом и производством. Ученые записки. - Ростов-н/Д.: РГЭУ «РИНХ», 2003. - С. 16-18. - 0,25 п.л.

33. Щербаков С.М., Рванцов Ю.А. Система имитационного моделирования деловых процессов СИМ_UML // Информационные технологии моделирования и управления. - 2009. - №4(56). - С. 516-524. - 0,5 п.л. (лично автора - 0,3 п.л.).

34. Щербаков С.М. Моделирование интернет-приложений // Научный поиск: По страницам докторских диссертаций. Выпуск 8. - Ростов н/Д.: РГЭУ «РИНХ», 2009. - С. 75-86. - 0,7 п.л.

Статьи в Материалах Международных, Межгосударственных и Всероссийских конференций

35. Щербаков С.М. Экономические аспекты использования возможностей сети Интернет и интернет-технологий // Материалы XI Всероссийской объединенной конференции «Интернет и современное общество».- СПБ.: СПбГУ, 2008.- С.121-124. - 0,25 п.л.

36. Широбокова С.Н., Щербаков С.М. Возможности метода и программного комплекса автоматизированного синтеза имитационных моделей деловых процессов // Компьютерное моделирование 2008: Труды междунар. науч.-техн. конф. - СПб: Изд-во Политехнического университета, 2008. - С.259-268. - 0,5 п.л. (лично автора - 0,3 п.л.).

37. Щербаков С.М. Применение экономико-статистических методов при проектировании Internet-приложений // Экономико-организационные проблемы проектирования и применения информационных систем: Материалы VI Всероссийской научно-практической конференции. - Ростов-н/Д.: РГЭУ «РИНХ», 2001. - C. 44-48. - 0,25 п.л.

38. Лозина Е.Н., Щербаков С.М. UML-модели как основа имитационного моделирования производственной деятельности // Труды VI Юбилейной международной научной конференции «Инновации в науке и образовании-2008». Часть 2.- Калининград: КГТУ, 2008.- С. 302-305. - 0,25 п.л. (лично автора - 0,2 п.л.).

39. Хубаев Г.Н., Широбокова С.Н., Щербаков С.М. Программный комплекс автоматизации синтеза имитационных моделей: принципы и применение // Моделирование. Теория, методы и средства: Материалы VIII междунар. науч.-практ. конф. - Новочеркасск: Лик, 2008.-Ч.1.- С.60-69. - 0,5 п.л. (лично автора - 0,2 п.л.).

40. Хубаев Г.Н., Щербаков С.М. Использование метода имитационного моделирования для оценки экономической эффективности системы информационной безопасности // Проблемы информационной безопасности. Материалы всероссийской научно-практической интернет-конференции. - Ростов-н/Д.: РГЭУ «РИНХ», 2007. - С. 27-33. - 0,25 п.л. (лично автора - 0,2 п.л.).

41. Щербаков С.М. Алгоритмическое обеспечение синтеза имитационных моделей деловых процессов // Экономические проблемы организации производственных систем и бизнес-процессов: материалы VII Междунар. науч.-практ. конф. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ). - 2009. - С. 13-20. - 0,45 п.л.

42. Щербаков С.М. Вопросы экономики сети Интернет // Технологии информационного общества - Интернет и современное общество: Труды IX Всероссийской объединенной конференции. - СПб.: СПбГУ, 2006. - С. 141-143. - 0,2 п.л.

43. Щербаков С.М. Сеть Интернет как экономическая система: основные свойства // Технологии информационного общества - Интернет и современное общество: Труды VIII Всероссийской объединенной конференции. - СПб.: СПбГУ, 2005. - С. 87 - 88. - 0,2 п.л.

44. Щербаков С.М. Управление учебным процессом в условиях дистанционного образования с использованием Internet-технологий // Новые технологии в управлении, бизнесе и праве. Труды III международной конференции. - Невинномысск.: НИУБ и П, 2003. - С. 212-216. - 0,25 п.л.

45. Широбокова С.Н., Щербаков С.М. Автоматизация построения имитационных моделей деловых процессов: формализованная метамодель// Теория, методы проектирования, программно-техническая платформа корпоративных информационных систем: Материалы VI Междунар. науч.-практ. конф., г.Новочеркасск. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ), 2008. - С.125-133. - 0,45 п.л. (лично автора - 0,25 п.л.).

46. Щербаков С.М., Бойчук Н.А. Сравнительный анализ Internet - технологий по критерию функциональной полноты // Экономико-организационные проблемы проектирования и применения информационных систем: Материалы V Всероссийской научно-практической конференции. - Ростов-н/Д.: РГЭУ, 2000. - С.14-16. - 0,25 п.л. (лично автора - 0,2 п.л.).

47. Щербаков С.М. Моделирование и проектирование интернет-приложений: методы web-engineering // Компьютерные технологии в науке, производстве, социальных и экономических процессах (КТ 2009). Материалы X международной научно-практической конференции. - Новочеркасск: ЮРГТУ (НПИ). - 2009. - С. 28-39. - 0,5 п.л.

Зарегистрированные программные средства

48. Хубаев Г.Н., Щербаков С.М., Рванцов Ю.А. Система автоматизированного синтеза имитационных моделей на основе языка UML «СИМ-UML» // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. - №2008615423. - М.: РОСПАТЕНТ, 2009.

49. Хубаев Г.Н., Щербаков С.М., Кривошеева М.А., Голованов А.И., Победенный А.В. Программная система для оценки характеристик потребительского качества информационных продуктов для экономических приложений // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.- № 2004612668.- М.: РОСПАТЕНТ, 2004.

50. Хубаев Г.Н., Щербаков С.М., Аручиди Н.А. ПС анализа сложных систем по критерию функциональной полноты «Ireland» // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. - №2009615296. - М.: РОСПАТЕНТ, 2009.

51. Хубаев Г.Н., Щербаков С.М., Шибаев А.Л. Конструктор имитационных моделей деловых процессов // Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.- № 2005612262.- М.: РОСПАТЕНТ, 2005.

Размещено на Allbest.ru

...