Методи та моделі інтегрованої компонентно-орієнтованої технології створення програмного забезпечення автоматизованих систем управління

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки України

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського

Харківський авіаційний інститут

УДК 658: 62.001.57

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

МЕТОДИ ТА МОДЕЛІ ІНТЕГРОВАНОЇ КОМПОНЕНТНО-ОРІЄНТОВАНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ СТВОРЕННЯ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ АВТОМАТИЗОВАНИХ СИСТЕМ УПРАВЛІННЯ

05.13.06 - автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології

Сергєєв Леонід Євгенович

Харків - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Харківському національному університеті ім. В.Н. Каразіна, Міністерство освіти і науки України.

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор

Жолткевич Григорій Миколайович,

Харківський національний університет ім. В.Н. Каразіна, професор кафедри вищої математики та інформатики.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Конорев Борис Михайлович,

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, професор кафедри програмного забезпечення автоматизованих систем;

кандидат технічних наук, доцент

Безкоровайний Володимир Валентинович,

Харківський національний університет радіоелектроніки,
професор кафедри системотехніки.

Провідна установа

Національний технічний університет “Харківський політехнічний
інститут”, кафедра системного аналізу і управління, Міністерство освіти і науки України, м. Харків.

З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Національного аерокосмічного університету ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, за адресою: 61070, м. Харків, вул. Чкалова, 17.

Автореферат розісланий “_9_”__квітня_____2004р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради _______________ І.В. Чумаченко

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

багаторівневий програмний автоматизований архітектура

Актуальність теми. За останні десять років програмне забезпечення (ПЗ) у всіх сферах використання автоматизованих систем управління (АСУ) почало грати домінуючу роль. Багаторазово зросли складність самих програмних систем, вимоги до їх надійності та продуктивності, що позначилося на вимогах до вартості і строків розробки ПЗ АСУ.

У зв'язку з цим актуальним стало зниження вартості створення й впровадження ПЗ АСУ, скорочення часу розробки нових та адаптації існуючих програмних рішень.

Існуючі зараз підходи до рішення вказаних проблем, носять не комплексний, обмежений характер. Пропоновані технічні стандарти і моделі для розробки ПЗ:

або наближаються до виключно технічної стандартизації (подібно стандартам для компонентних додатків J2EE, .NET), не враховуючи системні аспекти процесу розробки ПЗ;

або пропонують низькорівневі моделі розробки ПЗ на рівні окремого проекту, подібно Rational Unified Process, SSADM або V-Model, не враховуючи високорівневі процеси на рівні підприємства;

або пропонують модель виробництва ПЗ на рівні підприємства, подібно SPLP, не структуруючи архітектурні та технологічні подробиці її можливої реалізації.

У цих умовах розробники ПЗ зустрічаються з такими технічними проблемами як:

вимога інтеграції програмних продуктів (ПП) до оточення користувачів різних предметних областей АСУ є складною та трудоємною задачею у зв'язку з відсутністю загальноприйнятих стандартів;

багаторазове (повторне) використання функціональних блоків, так званих компонент ПЗ, не можливе або ускладнене у зв'язку з обмеженою гнучкістю ПЗ;

процес адаптації ПП до спеціальних вимог замовника характеризується високою вартістю та низькою ефективністю, враховуючи відсутність системних механізмів гнучкого настроювання на рівні архітектури ПЗ АСУ.

Очевидно, що вказані проблеми мають суперечну природу і, в разі розробки ПЗ, рішення можливе тільки на основі комплексного підходу в рамках пропонованої інтегрованої моделі.

Тема дисертації має важливе наукове та прикладне значення, оскільки спрямована на рішення актуальної науково-прикладної задачі розробки методів і моделей, що інтегрують процеси створення програмних продуктів і ПЗ АСУ на базі прогресивної компонентно-орієнтованої інформаційної технології, що дозволить підвищити ефективність АСУ в нових економічних умовах.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота над дисертацією виконувалася автором на кафедрі вищої математики та інформатики Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна в межах науково-дослідної теми “Модельні зображення операторів та дискретні групи” (№ ДР 0103U004225) та проекту TEMPUS TACIS № 23010 “Створення мережі “об'єднаних пунктів” з метою розповсюдження практики використання інформаційних технологій в управлінні діяльністю університетів” (лист Міністерства освіти і науки України від 24 липня 2003 року № 1/9-360) та планів розвитку компанії “Телесенс КСЦЛ Україна”, які пов'язані зі створенням програмного забезпечення інформаційних систем.

Особистий внесок автора в зазначених планах наукових досліджень та НДР, як співвиконавця, полягає в формуванні моделей архітектури ПЗ, методів перелічення груп для аналізу множин варіантів ПЗ, методів порівняння і аналізу технологічних платформ ПЗ.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є скорочення строків створення ПЗ АСУ на основі інтегрованої моделі розробки (ІМР), компонентно-орієнтованої інформаційної технології та удосконалення організаційних аспектів проектування ПЗ.

Для досягнення вказаної мети необхідно розв'язати наступні задачі:

проаналізувати підходи та виявити вимоги до моделі розробки ПЗ АСУ на основі прогресивної інформаційної технології;

сформулювати принципи формування багаторівневої моделі архітектури ПЗ АСУ;

провести системний аналіз багаторівневої архітектури ПЗ АСУ, що включає обґрунтування рівней компонентно-орієнтованого ПЗ, що проектується;

враховуючи багаторазове (повторне) використання функціональних блоків у різних предметних областях і користувальницьких оточеннях, здійснити аналіз множини варіантів складу та структур ПЗ для обгрунтування гнучкості й адаптивності компонентно-орієнтованої архітектури ПЗ АСУ;

побудувати багатокритеріальну оптимізовану модель архітектури ПЗ АСУ для цілеспрямованого вибору варіантів з урахуванням заданих користувальницьких вимог;

запропонувати метод порівняння моделей технологічних платформ для вибору та використання при створенні ПЗ АСУ;

побудувати бізнес-архітектуру експериментальної моделі в області білінгу для телекомунікацій.

Об'єктом дослідження є виробництво програмних продуктів та систем при створенні ПЗ АСУ.

Предметом дослідження є методи та моделі аналізу і синтезу ПЗ АСУ.

Методи дослідження. Проведені дослідження ґрунтуються на використанні методів: системного аналізу при формуванні багаторівневої архітектури ПЗ АСУ; методів розбивки множини для обґрунтування структурних рівнів із урахуванням повторно використовуваних компонент ПЗ; теорії перелічення для аналізу гнучкості й адаптивності компонентно-орієнтованої архітектури ПЗ; багатокрітеріальної оптимізації для цілеспрямованого вибору структури ПЗ АСУ; методів теорії прийняття рішень для порівняльного аналізу технологічних платформ.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в наступному:

вперше одержана інтегрована модель розробки ПЗ АСУ на основі прогресивної компонентно-орієнтованої технології створення ПП, що базується на високорівневій моделі виробництва ПЗ і сучасних технологічних засобах проектування ПП, що, на відміну від існуючих підходів, забезпечує інтеграцію програмних засобів і технологічних платформ у багаторівневій архітектурі ПЗ, гнучкість і адаптивність для настроювання в різних предметних областях за рахунок багаторазового (повторного) використання компонент, скорочення термінів і мінімізацію витрат при проектуванні і реалізації ПЗ АСУ;

удосконалено:

комбінаторні методи теорії перелічення для аналізу множини можливих варіантів побудови архітектури ПЗ;

метод багатокритеріальної оптимізації для вибору структурних рішень ПЗ АСУ;

метод розбивки множин для урахування повторного використання програмних компонент і обґрунтування рівнів архітектури ПЗ;

дістали подальший розвиток:

системне проектування ПЗ АСУ, засноване на багаторівневому представленні архітектури ПЗ і компонентно-орієнтованій технології створення ПП та програмних систем;

метод ймовірнісної оцінки впевненості у виборі альтернативних варіантів ПЗ.

Усі перераховані результати досліджень з урахуванням досягнутого рівня новизни є теоретичною основою для вирішуваної науково-прикладної задачі.

Достовірність результатів дослідження зв'язана з використанням відомих математичних апаратів і методів, прогресивних інформаційних технологій, що системно інтегровані автором з урахуванням досвіду проектування для одержання якісно нових результатів при створенні ПЗ АСУ.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що побудована ІМР ПЗ може бути використана для підвищення ефективності виробничого процесу розробки ПЗ й удосконалювання управління проектами по створенню ПП. Використання інтегрованої моделі дозволяє поліпшити характеристики її складових, а саме високорівневої моделі виробництва ПП на рівні підприємства, процесу створення архітектури ПЗ АСУ в цілому, одержавши модель виробництва ПП більш ефективну, чим сукупність тих же складових без інтеграції.

Запропонований підхід можна використовувати як у задачах аналізу і синтезу окремих підсистем, так і при створенні ПЗ АСУ в цілому.

Науково-технічний ефект роботи полягає в інтеграції виробничого процесу розробки ПЗ АСУ на основі компонентно-орієнтованих ПП і подальшої автоматизації цього процесу.

Економічний ефект полягає в можливості диверсифікації виробництва ПП, скороченні часу розробки, зниженні витрат і підвищенні передбачуваності результатів.

Соціальний ефект зв'язаний з більш чіткою регламентацією діяльності учасників процесу виробництва ПЗ. Автоматизація процесу виробництва дозволяє уникнути або полегшити виконання рутинних операцій.

Результати дисертаційної роботи були впроваджені на підприємствах і в організаціях у формі моделей і методик, архітектурних рішень ПЗ АСУ, результатів аналізу:

у ТОВ “Телесенс КСЦЛ Україна”, м. Харків (акт впровадження від 15.02.2002р.);

у ТОВ “Екліпс-СП”, м. Харків (акт впровадження від 17.12.2003р.);

у фірмі Knowledge Architects, Austria (акт впровадження від 5.01.2004р.);

у Харківському національному університеті ім. В.Н. Каразіна в навчальний процес (акт впровадження від 30.09.2003р.).

Практична реалізація ІМР ПЗ була апробована у виробничих умовах і довела свою ефективність.

Особистий внесок здобувача. Всі основні наукові положення, результати, висновки та рекомендації дисертаційної роботи отримані автором самостійно.

У публікаціях, що написані у співавторстві, авторові належать: метод переліку варіантів структурних рішень архітектури ПЗ АСУ, що базується на теорії Пойа і де Брейна [2]; частотна характеристика функції програмного додатку, на базі якої побудований метод виділення рівнів програмного забезпечення [3]; формальна модель процесу компонентної розробки сімейств програмних продуктів [5]; метод багатокритеріальної оптимізації ПЗ АСУ, що базується на цілочисельному лінійному програмуванні [6].

Апробація результатів дисертації. Результати досліджень доповідалися й обговорювалися на науково - технічних конференціях: Information Systems Technology and its Applications (ISTA'2001), 13-16 червня 2001р., Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, м. Харків; IV Міжнародній конференції з математичного моделювання (МКММ'2001), 9-14 вересня 2001р., Херсонський державний технічний університет, м. Херсон; V Міжнародній конференції з математичного моделювання (МКММ'2002), 9-14 вересня 2002р., Херсонський державний технічний університет, м. Херсон та на наукових семінарах кафедри вищої математики та інформатики Харківського національного університету ім. В.Н. Каразіна.

Публікації. Результати досліджень опубліковані в 9 друкованих працях, з них 3 - у науково-технічних журналах, 4 - у збірках наукових праць, 2 - у матеріалах конференцій.

Структура роботи. Дисертація складається зі вступу, 4 розділів, висновків, 3 додатків, викладена на 170 сторінках, що містять 16 рисунків, з яких 4 рисунки на 3 окремих сторінках, 10 таблиць, з яких 9 таблиць на 9 окремих сторінках, список використаних літературних джерел з 128 найменувань на 12 сторінках, 3 додатки на 24 сторінках.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

Вступ дисертаційної роботи містить: актуальність теми й наукової задачі; зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами; мету і задачі дослідження; об'єкт, предмет і методи дослідження; наукову новизну й практичне значення одержаних результатів; особистий внесок здобувача; інформацію про реалізацію, апробацію та публікації результатів.

У першому розділі проведений аналіз існуючих і перспективних інформаційних технологій створення ПЗ, тенденцій розвитку сфер застосування ПЗ при створенні АСУ. Виявлено вимоги до ПЗ технічного, економічного й організаційного характеру. Виявлено три основні складові для створення інтегрованої моделі розробки ПЗ АСУ: компонентно-орієнтована архітектура, високорівнева модель створення ПЗ на рівні підприємства, технологічний процес виробництва ПЗ. Проведений аналіз еволюції архітектур ПЗ АСУ дозволяє зробити обґрунтований висновок на користь компонентно-орієнтованого підходу до створення ПЗ, за допомогою якого можливе багаторазове (повторне) використання тих самих компонент, поліпшується якість ПЗ, забезпечується ефективна інтеграція складових, прискорюється процес розробки і мінімізуються витрати, зв'язані із супроводом ПЗ АСУ.

Далі в розділі проведений короткий аналіз математичних підходів для опису багаторівневих архітектур ПЗ. Велика увага приділена системному підходу, за допомогою якого описується ієрархія ПЗ АСУ, теоретико-множинні представлення структури й елементів, з яких вона будується шляхом відображення множини компонент у вузли архітектури ПЗ. Для обґрунтування рівней архітектури ПЗ в роботі використовуються математичні методи розбивки множин, теорії перелічення для оцінки гнучкості ПЗ, побудованого на базі повторно використовуваних компонент.

Основні результати розділу опубліковано у працях [2, 4, 7, 8].

В другому розділі розглянуто системне представлення архітектури ПЗ АСУ, обгрунтовується багаторівнева компонентно-орієнтована структура ПЗ, наводиться множинний аналіз варіантів складу і структури архітектури ПЗ. Запропоновано основні системні принципи побудови каркаса компонентно-орієнтованої архітектури:

декомпозиція з розподілом функцій у рамках багаторівневої архітектури, що дозволяє відокремити прикладну функціональність від особливостей низькорівневих протоколів і платформ та створює передумови повторного використання компонент;

інтеграція додатків на основі структурованого підходу, що базується на стандартизованих інтеграційних серверах, упорядкованих по зростанню ступеня інтеграції;

забезпечення гнучкості ПП за рахунок оснащення каркаса додатку спеціальними механізмами гнучкої адаптації.

У роботі проведене обґрунтування рівнів багаторівневої структури архітектури ПЗ з урахуванням прикладного призначення, інтеграції функцій і інваріантності функціональних блоків. Нехай задана множина F={f₁,…,f_n}, елементи якої представляють функції розроблюваного сімейства програмних продуктів. Задано функцію Q: F F>N⁰, де N⁰ - множина ненегативних цілих чисел. Тоді значення функції

можна використовувати для обчислення кількості викликів f_k для реалізації f_l.

Здійснимо розбивку (р - розбивка) множини F з визначенням функцій:



.

З урахуванням умови D(р)<S(р), будемо вважати р-розбивку регулярною. Показано, що центри (атоми) регулярної розбивки можна ототожнювати зі структурними рівнями архітектури компонентно-орієнтованого ПЗ. Тому рівні структури ПЗ конкретного додатку визначаються відповідно до заданого розподілу математичного чекання кількості викликів функцій цього додатку.

Далі в розділі проведений множинний аналіз архітектури ПЗ АСУ з використанням основних положень теорії перелічення Пойа і де Брейна. Розглядається багаторівневий склад архітектури ПЗ. Нехай визначене число рівнів деталізації ПЗ і виконується умова r₁ ? r₂?…? r_Q, де r_i - максимально припустима кількість елементів i-го рівня, . Відома множина B^Q модулів ПЗ для Q-го рівня, причому , де - кількість елементів м-го функціональго типу Q-го рівня, , .

Компоненти (Q-1)-го рівня ПЗ утворюються з елементів Q-го рівня шляхом відображення множини B^Q у R^Q-1, де R^Q-1 - множина вузлів (місць) у компонентній архітектурі ПЗ для елементів (Q-1)-го рівня.

Множина складів (Q-1)-го рівня є множиною усіх відображень B^Q у R^Q-1. Множина складів архітектури ПЗ для всіх рівнів деталізації визначається шляхом ряду послідовних відображень множини елементів i-го рівня у множину елементів (i-1)-го рівня. У випадку декомпозиції структури ПЗ враховуються конфігурації (топології) інформаційних зв'язків між окремими елементами (компонентами) ПЗ. Загальний граф структури ПЗ є об'єднанням підграфів: , де - j-й підграф i-го рівня.

Відобразимо множину вершин графа G^Q у множину елементів B^Q. У результаті одержимо множину позначених підграфів . Здійснюючи процес послідовних відображень з i-го на (i-1)-й рівень, одержимо усі варіанти структури ПЗ АСУ. У роботі отримані аналітичні вирази для підрахунку варіантів складу і структури ПЗ АСУ для різних випадків. Наприклад, для підрахунку варіантів складу ПЗ з урахуванням найменувань функціональних блоків і їхніх модифікацій на вхідній множині B_m модулів m - го найменування діє сума симетричних груп

.

Тоді число варіантів К_m складу ПЗ по m-му найменуванню з урахуванням модифікацій:

,

де , r_m - задана кількість модулів m-го найменування, S_i - симетрична група i-го порядку, - кількість модулів м-го типу m-го найменування, Z - цикловий індекс групи Н, {C₁ ,C₂ ,. . . } - тип елемента h H, V - кількість найменувань модулів.

Загальна кількість варіантів складу ПЗ АСУ :

.

Отримані в роботі формули підрахунку варіантів використовуються для кількісних оцінок гнучкості й адаптивності багаторівневої архітектури ПЗ АСУ, побудованої на повторно використовуваних компонентах.

Основні результати розділу опубліковано у працях [1 - 4, 9].

У третьому розділі запропонований багатокритеріальний підхід для вибору раціональних варіантів архітектури ПЗ АСУ, орієнтований на багаторівневе представлення ПЗ. Проводиться порівняльний аналіз моделей розробки компонентно-орієнтованого ПЗ.

Багатоваріантність архітектурних рішень ПЗ АСУ вимагає пошуку раціональних варіантів. Ускладнення виникають у випадку великої кількості альтернативних варіантів. Будемо оцінювати якість ПЗ за допомогою набору критеріїв: надійність, продуктивність, вартість створення і т.д. При синтезі архітектури ПЗ необхідно вибрати і розставити модулі ПЗ, раціонально розподілити багаторівневі функціональні компоненти таким чином, щоб одержати раціональний склад ПЗ заданого додатку спочатку за окремими критеріями якості, а потім по всьому наборі критеріїв. Введемо булеві змінні:

Як приклад розглянемо постановку задачі вибору раціонального складу компонент ПЗ АСУ з урахуванням вимог надійності:



або в компактній формі

(1)

де N - загальна кількість програмних модулів, необхідних у конкретному додатку ПЗ АСУ; - частота появи з-го ПМ, - час рішення е - ї модифікації з - го ПМ в S-й Q_к на Q-му рівні, що поміщений на місці j_Q1 ФК, …, який входить у j₁ - й ПК; - інтенсивність відмовлень ПМ Q - го рівня, що поміщений на місце j - го ФК, …, який входить у j₁ - й ПК при реалізації е - ї модифікації з-го ПМ; лⁱ - інтенсивність відмовлень елементів зв'язку i - го рівня деталізації; tⁱ - математичне чекання часу роботи ПМ i-го рівня деталізації ПЗ АСУ, ; кількість елементів i - го рівня.

Необхідно вирішити наступну задачу цілочисельного лінійного програмування: знайти мінімум лінійної форми (1) при обмеженнях на значення інших критеріїв

(2)

(3)

по усім ; (4)

(5)

(6)

де C^(K') - критерії якості, що залежать тільки від характеристик програмних засобів ПЗ АСУ; C^(K'') - критерії якості, що залежать від характеристик програмних і технічних засобів АСУ, на яких вони реалізуються; C^i(K) - оцінка зв'язків i-го рівня деталізації по K - му критерії якості; - обмеження на значення K-го критерію, .

На першому етапі проводиться оптимізація найбільш істотних критеріїв

,

при обмеженнях (2) - (6).

На другому етапі виконується мінімізація функції максимуму

,

де - нормувальне перетворення K-го критерію з урахуванням .

Необхідно знайти , для чого в роботі використовуються чебишевські наближення для системи лінійних нерівностей.

Далі в розділі запропонований метод аналізу альтернативних моделей розробки компонентних додатків ПЗ АСУ, заснований на “нечіткому” висновку. Для прийняття рішення використовуються представлення умовної імовірності виводу факту рішення щодо вибору моделей створення ПЗ АСУ.

Якщо оцінка моделі з номером більше оцінки моделі з номером за критерієм з номером , то покладемо .

Якщо ж оцінки моделей з номерами і за критерієм з номером збігаються, то підрахуємо загальне число моделей, для яких оцінка за критерієм з номером приймає це загальне значення, наприклад, . Покладемо в цьому випадку . Даємо також правила прийняття рішень:

де = “обрана i-та модель”.

Використовуючи отримані експертні оцінки за основними показниками (зрілість, визнання, підтримка компонентної розробки і т.д.), зв'язаними з ефективністю сучасних технологічних платформ, з максимальною впевненістю була обрана модель Rational Unified Process (RUP).

Основні результати розділу опубліковано у працях [4, 6, 7].

У четвертому розділі вирішуються питання практичної реалізації інтегрованої моделі розробки компонентно-орієнтованої архітектури ПЗ АСУ. Запропоновано організаційну і формальну моделі виробництва сімейства ПП, сформована ітеративна схема розробки стандартних компонент на базі RUР-процесу, створена експериментальна модель ІМР ПЗ в області білінга для телекомунікацій.

Розроблена модель виробництва компонентно-орієнтованого сімейства ПП включає організаційну структуру, що займається:

маркетингом для аналізу ринку і формування стратегії розвитку розробки ПП;

взаємодією з замовниками, адаптацією і продажем ПП;

інтеграцією ПП;

керуванням розробкою стандартних компонент і користувальницьких додатків на основі методів управління проектами створення ПП;

навчанням розробників, підтримкою і сертифікацією розробки компонентних ПП.

Здійснено адаптацію RUP-процесу до особливостей компонентної архітектури ПЗ АСУ у виді ітераційного процесу. Кожен проект з розробки нових версій

технологічного каркасу архітектури, функціональних модулів і компонент повторного використання, а потім продуктів для кінцевого користувача, представляється у виді атомарного проекту, заснованого на RUP. Це дозволяє ефективно використовувати загальні структури, методи і засоби підтримки розробки.

Створена формальна модель для трьох найбільш важливих етапів розробки ПП: збір вимог, аналіз і проектування з урахуванням RUP-процесу.

У роботі отримана експериментальна інтегрована модель білінгової системи. Основна задача білінгу полягає в оцінці використаних клієнтами (передплатниками) послуг і формуванні на їхній основі рахунків.

Міграції в напрямку ІМР ПЗ передувала оцінка актуального стану організації в області розробки ПЗ. Виявлені проблеми були згруповані в три проблемних області:

функціональні: наявність функціональних перекриттів між різними продуктами, відсутність поділу між стандартними компонентами і програмними продуктами;

архітектурні і технологічні: недокументованість і змішування архітектурних концепцій, відсутність механізмів повторного використання, нечіткий поділ на рівні, відсутність єдиного підходу до інтеграції, розходження технологій моделювання, різні платформи, мови програмування, засоби підтримки;

організаційні: різні методики виробництва, різні організаційні структури, обмежені можливості ротації кадрів, різні національні культури, труднощі з єдиною мовою спілкування.

Використання запропонованої інтегрованої моделі дозволило вирішити всі архітектурні і технологічні проблеми і, у значній мірі, спростити рішення всіх інших. У плані міграції були передбачені три фази.

У першій фазі міграції проведена інтеграція існуючих продуктів за допомогою стандартизованих засобів без утручання у внутрішню архітектуру додатків. У ході другої фази міграції створена перша версія компонентного каркаса додатку, що реалізує найбільш значущий функціональний блок з розділу виробничих процесів (процес тарифікації). У третій фазі завершений процес впровадження та почата розгорнута практична експлуатація інтегрованої моделі розробки ПЗ АСУ. Нові продукти створені на базі компонентного каркаса додатків відповідно до описаної архітектурної моделі.

Рішення поставлених задач дозволило одержати наступні результати: представлена і проаналізована предметна область і описана бізнес-архітектура експериментальної моделі; приведений приклад аналізу стану підприємства в області розробки ПЗ; запропонована методика покрокової міграції в напрямку нової моделі.

Основні результати розділу опубліковано у працях [1, 4, 5].

У додатках приведені наступні додаткові матеріали: A. Оцінка економічної ефективності інтегрованої моделі розробки ПЗ АСУ, представлена методика вибору й оцінки повторно використовуваних компонентів за допомогою вагових коефіцієнтів, приклад розрахунку нетто-прибутку від інвестиції з використанням механізму дерева рішень; Б. Формальна модель компонентної розробки ПЗ; В. Акти впровадження.

ВИСНОВКИ

У дисертаційній роботі вирішена актуальна задача створення інтегрованої моделі розробки ПП на базі прогресивної компонентно-орієнтованої інформаційної технології для використання її в процесі проектування, реалізації, експлуатації і розвитку ПЗ АСУ з метою прискорення термінів розробки, що дозволить підвищити ефективність АСУ в нових економічних умовах.

При цьому отримані наступні наукові і практичні результати:

Запропоновано інтегровану модель розробки ПЗ АСУ, що включає архітектуру, високорівневу модель і технологічний процес виробництва ПЗ.

Системно обґрунтована багаторівнева архітектура ПЗ АСУ, заснована на компонентно-орієнтованому представленні.

Запропоновано метод вибору рівнів багаторівневої архітектури ПЗ.

Проведено множинний аналіз (перелічення) варіантів складу і структури архітектури ПЗ для оцінки гнучкості й адаптивності в умовах компонентної технології розробки ПП.

Сформована багатокритеріальна модель для цілеспрямованого вибору варіантів структури і складу ПЗ на основі мінімаксного підходу.

Запропоновано метод порівняння і вибору технологічних платформ розробки ПП із використанням експертних оцінок і борелевих мір.

Розроблено організаційне представлення і формальну модель виробництва сімейств ПП, що заснована на ітераційній моделі й адаптації компонентної архітектури ПЗ до предметної області і користувальницького оточення.

Проведено апробацію запропонованого підходу шляхом впровадження інтегрованої моделі розробки ПЗ АСУ в області білінгу для телекомунікації. Розроблені повторно використовувані компоненти були інтегровані в комерційні програмні продукти.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Сергеев Л.Е. Три основных принципа для построения компонентно-ориентированного каркаса приложения // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. - 2003. - № 3. - С. 50-53.

2. Жолткевич Г.Н., Сергеев Л.Е. Многовариантный анализ интегрированной компонентно-ориентированной информационной технологии создания автоматизированной системы управления // Радіоелектронні і комп'ю-терні системи. - 2003. - № 4. - С. 189-192.

3. Жолткевич Г.Н., Сергеев Л.Е. Многоуровневые структуры компонентных архитектур программного обеспечения // Інформаційно-керуючі системи на залізничному транспорті. -2003. - № 6. - С. 8-10.

4. Sergeev L. Component based information systems // Вестник Нац. технич. ун - та “ХПИ”. Темат. вып. “Системный анализ, управление и информационные технологии”. - Харьков: НТУ “ХПИ”, 2001. - Вып. 22. - С. 46-63.

5. Жолткевич Г.Н., Сергеев Л.Е., Семенова Т. В. Формальная модель процесса компонентной разработки семейств программных продуктов // Зб. наук. пр. ІПМЕ НАНУ - К: ІПМЕ НАНУ, 2003. - Вип. 22. - С. 46-52.

6. Жолткевич Г.Н., Сергеев Л.Е. Модели оптимизации многоуровневой архитектуры компонентно-ориентированного программного обеспечения // Моделювання та інформаційні технології. - К.: ІПМЕ НАНУ, 2003. - Вип. 22. - С. 60-63.

7. Сергеев Л.Е. Сравнительный анализ моделей разработки программного обеспечения с точки зрения соответствия компонентно-ориенти-рованным линиям программных продуктов // Вісник Харк. нац. ун-ту ім. В.Н. Каразіна. Сер. “Математичне моделювання. Інформаційні технології. Автоматизовані системи управління”. - Харків: ХНУ, 2003. - № 605, вип. 2. - С. 126-131.

8. Сергеев Л.Е. Проблемы существующих методик и новые подходы в программирование в свете коренных изменений роли программного обеспечения в экономике // Вестник Херсонск. гос. технич. ун-та. Мат-лы IV Междунар. конф. по математическому моделированию (МКММ'2001). - Херсон: ХГТУ, 2001. - Вып. 3(12). - С. 245-249.

9. Sergeev L. Organizational model and release strategy of a component based development //Вестник Херсонск. гос. технич. ун-та. Мат-лы V Междунар. конф. по математическому моделированию (МКММ'2002). - Херсон: ХГТУ, 2002. - Вып. 2(15). - С. 419-425.

АНОТАЦІЯ

Сергєєв Леонід Євгенович. Методи та моделі інтегрованої компонентно-орієнтованої технології створення програмного забезпечення автоматизованих систем управління. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - “Автоматизовані системи управління і прогресивні інформаційні технології”. - Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “Харківський авіаційний інститут”, Харків, 2004.

У дисертаційній роботі розроблено методи і моделі для створення сучасного програмного забезпечення (ПЗ) автоматизованих систем управління (АСУ), орієнтовані на використання прогресивної інформаційної технології.

Науковими результатами робіт є: 1) системний аналіз архітектури ПЗ; 2) метод обґрунтування і вибору рівнів багаторівневої архітектури ПЗ АСУ; 3) метод перерахування варіантів багаторівневого ПЗ для оцінки гнучкості компонентно-орієнтованої архітектури; 4) модель багатокритеріальної оптимізації архітектури ПЗ АСУ; 5) метод порівняння технологічних платформ для створення ПЗ; 6) інтегрована модель розробки ПЗ.

Розроблений комплекс методів і моделей, заснований на компонентно-орієнтованій інформаційній технології, дозволяє прискорити процес створення ПЗ, використовуючи повторюваність компонент у різних додатках і користувальницьких оточеннях.

Ключові слова: програмне забезпечення, інтегрована модель розробки, компонентно-орієнтована інформаційна технологія, багаторівнева архітектура.

АННОТАЦИЯ

Сергеев Леонид Евгеньевич. Методы и модели интегрированной компонентно-ориентированной технологии создания программного обеспечения автоматизированных систем управления. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - “Автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии”. - Национальный аэрокосмический университет им. Н.Е. Жуковского “Харьковский авиационный институт”, Харьков, 2004.

Расширение сферы использования автоматизированных систем управления (АСУ) в различных предметных областях потребовало сокращения сроков разработки, в первую очередь, программного обеспечения (ПО).

Существующие подходы рассматривают частные аспекты улучшения организации проектных действий без системного подхода ко всему процессу создания ПО.

Поэтому актуально формирование новых подходов, интегрирующих воедино все аспекты проектирования ПО (организационный, управленческий, технологический и т.д.).

В диссертационной работе создана интегрированная модель разработки (ИМР) ПО АСУ на базе компонентно-ориентированной информационной технологии, которая позволяет улучшить организацию, повысить качество и ускорить процесс проектирования ПО за счет использования повторных компонент.

При этом получили дальнейшее развитие методы системного проектирования, усовершенствованы математические модели анализа и синтеза архитектуры ПО.

На основе детализации состава и декомпозиции структуры создана многоуровневая архитектура ПО, ориентированная на многократно используемые компоненты. Гибкость и адаптивность интегрированной модели для различных предметных областей и пользовательских окружений обеспечивается модификацией и настройкой создаваемых стандартных компонент.

Проведено обоснование уровней архитектуры ПО, оценено множество возможных вариантов многоуровневого состава и структуры с использованием теории перечисления Пойа и де Брейна. Предложены модели многокритериальной оптимизации ПО АСУ для обоснования рациональных вариантов многоуровневой архитектуры, основанные на целочисленном линейном программировании, минимизации функции максимума и чебышевских приближениях для системы линейных неравенств.

Разработан метод сравнения, основанный на экспертных оценках и вероятностных борелевских мерах, с помощью которого обоснована RUP - технологическая платформа проектирования ПО АСУ.

В созданной модели разработки ПО АСУ интегрируется многоуровневая архитектура ПО, высокоуровневая модель производства и технологический процесс проектирования ПО.

Научными результатами исследований являются:

- системный анализ архитектуры ПО АСУ, который детализируют состав и декомпозирует структуру современного многоуровневого ПО;

- метод обоснования количества и выбора уровней многоуровневой архитектуры ПО, который учитывает вероятность (частоту) применения компонент;

- метод перечисления вариантов состава и структуры ПО АСУ, что позволяет оценить гибкость и адаптивность компонентно-ориентированной архитектуры ПО к различным приложениям;

- модель многокритериальной оптимизации архитектуры ПО, которая учитывает многоуровневость и компонентную ориентацию ПО;

- метод сравнения технологических платформ ПО, с помощью которого выбрана RUP технология;

- впервые создана интегрированная модель разработки ПО АСУ, ориентированная на системную модель многоуровневой архитектуры ПО, прогрессивную компонентную технологию и высокоуровневую модель производства, что обеспечивает сокращение сроков разработки и минимизацию затрат, связанных с переходом на другие предметные области и пользовательские окружения.

Экспериментальная реализация предложенной ИМР ПО осуществлена при создании биллинговой телекоммуникационной системы.

Анализ эффективности применения предложенного подхода и полученных результатов показал, что созданные методы и модели представляют содержание современного научно-методического обеспечения системного этапа разработки ПО АСУ, обосновывают многоуровневую архитектуру и интегрируют процессы создания ПО.

Предложенный подход, методы, модели и прогрессивная компонентно-ориентированная информационная технология могут использоваться для анализа и синтеза ПО АСУ как для разных отраслей народного хозяйства, так и уровней организационного управления (корпоративные системы управления, управление распределенными комплексами и т.д.).

Ключевые слова: программное обеспечение, интегрированная модель разработки, компонентно-ориентированная информационная технология, многоуровневая архитектура.

ABSTRACT

Sergeev Leonid Evgenjevich. Methods and models of integrated component-oriented technology of automated control system software creation. - Manuscript.

Dissertation for obtaining candidate scientific degree on specialty 05.13.06 - “Automated control systems and advanced information technologies”. National Aerospace University named after N.E. Zhukovsky “Kharkiv Aviation Institute”, Kharkiv, 2004.

This dissertation work devoted to methods and models for creation of automated control systems (ACS) software, considered in boundaries of information technology.

The scientific results of the work are: 1) a specialized multilevel software architecture; 2) method of foundation and choice of levels of multilevel architecture of software ACS; 3) method of enumeration of multilevel software variants for the evaluation of the flexibility of a component-oriented structure; 4) model of a multicriteria optimization of the ACS software architecture; 5) method of comparison of technological platforms for software development; 6) software integrated model of development.

The developed complex of methods and models based on the component-oriented information technology allows to speed up the process of the software creation using the reuse of components in different applications and user environments.

Key words: software, integrated model of development, component-oriented information technology, multilevel architecture.

Размещено на Allbest.ru

...