CC BY
27
Методология создания
системы автоматизированного пректирования карьеров с использованием методов объектно-ориентированного анализа
С.С. Букейханова, и.о. заведующего лабораторией «Открытой разработки недр», Институт горного дела им. Д. А. Кунаева, г. Алматы; АА Лисенков, д-р техн. наук, профессор, заведующий лабораторией «Проектирования и осовения недр», Институт горного дела им. Д. А. Кунаева, г. Алматы;
АА Куандыков, д-р техн. наук, профессор, главный научный сотрудник лаборатории «Открытой разработки недр», Институт горного дела им. Д. А. Кунаева, г. Алматы;
Д.Г. Букейханов, д-р техн. наук, профессор, академик Академии минеральных ресурсов РК, Международной академии минеральных ресурсов, Академии горных наук Российской Федерации, начальник отдела «Геотехнологии, горной системологии и недроведения», Институт горного дела им. Д. А. Кунаева, г. Алматы_
Становление информатики и геоинформатики способствовало появлению и развитию методологий системотехники и интегрированных систем автоматизированного проектирования (САД, САПР), управления (АСУП, АСУТП), геоинформационных графических систем (ГИС) и технологий (ИТ, ААИС), баз данных и СУБД, а также инициировало создание целого ряда интегрированных горно-геологических систем, таких как Datamine, Lynx, MineScape, Surpac, Vulcan, Gemcom, Geostat, Geovariances, Мкготте, Minex, Geoblock, Tiger и др., как правило, с неполным набором функций [1, с. 84]. Вместе с тем следует отметить, что применение методов исследования операций и интегрированных горно-геологических систем, натолкнулось на проблему того, что в этих методах при моделировании и решении задач больших и сложных динамических систем с увеличением числа переменных за определенные пределы происходит стремительный рост сложности самих систем. Это не позволяет посредством этих разработок моделировать, анализировать, проектировать и создавать программное обеспечение целостных полнофункциональных сложных систем, таких как, например, карьер, шахта, рудник и т.п. Поэтому на практике такие задачи решаются в следующем порядке: сначала производится декомпозиция системы на отдельные подсистемы, агрегаты и объекты (части системы), в пределах которых выполняются расчеты; далее полученные решения в этих отдельных частях системы без достаточного полного учета всех взаимосвязей и характера взаимовлияния множества параметров и показателей друг на друга, а также взаимовлияния внешних компонентов среды склеиваются в единое целое. Такие технологии решения проблем сложных систем, естественно, не могут привести к удовлетворительным результатам [2, с.7].
Коммерциализация промышленных отраслей требует всё более эффективных и качественных программных продуктов. Для быстрой и качественной разработки программного обеспечения еще не созданы в полной мере автоматизированные процессы, которые можно реализовывать и повторять, и чтобы результаты действия можно было предсказать [3, 4].
В 1997 г. в США Группа управления объектами OMG (Object Management Group) принимает разработанный Гради Бучем, Джеймсом Рамбо и Айваром Якобсоном объектно-ориентированный язык визуального моделирования UML (Unified Modeling Language) и рациональный унифициро-
ванный процесс создания программного обеспечения RUP (Rational Unified Process) как стандартный язык визуального моделирования, удовлетворяющий промышленным стандартам [5, 6].
Методология позволяет создать целостную систему сложной динамической системы в виде комплекса взаимосвязанных моделей и перевод их в реальный программный продукт. Унифицированный язык моделирования UML объединил лучшие современные технические приемы разработки программных средств больших и сложных динамических систем. Методология предусматривает: установление основных требований к системе на базе его трех основных положений: строительных блоков языка UML; правил, устанавливающих сочетания строительных блоков и общих для языка механизмов, посредством которых компоненты системы могут сотрудничать друг с другом и осуществлять свое поведение, соответствующее требованиям системы. Процесс RUP обеспечивает возможность разработки программного обеспечения полнофункциональной сложной динамической системы, в том числе и недропользования [7].
Итеративно-инкрементный подход состоит в том, что проект разбивается на несколько последовательных итерационных миникаскадных частей, каждая из которых представляет собой полный миникаскадный цикл. При этом каждая итерация имеет свою конкретную цель и создает базовую версию системы, подсистемы, агрегата, которая используется для внутреннего (или внешнего) анализа и рассмотрения наборов утвержденных артефактов, сгенерированных в каждой конкретной итерации. Результаты достижения конкретных целей на каждой итерации рассматриваются и оцениваются в межитерационных контрольных точках и в межфазовых вехах. Процесс разработки программного обеспечения разбит на серию последовательных шагов, или итераций, каждый из которых является по сравнению с предыдущим приближением к желаемому результату. Конечным результатом каждой итерации должна быть работающая система, которую можно запускать, тестировать и отлаживать. Таким образом, итерация представляет собой частично завершенную версию целевой системы и (или) документацию проекта. Каждая базовая версия представляет основу для дальнейшего рассмотрения и разработки и может изменяться только через формальные процедуры управления конфигурацией и изменениями. Процесс продолжается до тех пор,
пока не будет создана окончательная и полная версия системы. Разница между двумя смежными версиями, получаемая в итерационном процессе, называется итеративным инкрементом. Итеративный процесс соотносится (корректируется) со стадиями моделирования и его фазами «исследование», «уточнение плана», «построение» и «развертывание» и включают в себя от одной до нескольких итераций. В каждой итерации в ИР (Б.иР) на жизненном цикле разработки программного обеспечении выполняются шесть рабочих потоков: моделирование производственных и бизнес процессов; сбор, анализ, структурирование и управление требованиями и их реализация в архитектуре системы; анализ и проектирование системы; построения программного обеспечения, их тестирование и реализация, а также распространение разработанной программной продукции с полной документацией.
В целом, такой итеративно-инкрементный процесс приводит к желаемому результату - созданию моделей и программного обеспечения больших и сложных динамических систем. Этот процесс определяет деятельность, направленную на разработку программных продуктов системы, который включает процессы определения функциональных и общесистемных требований (сбор, обработку и формирование), а также уточнение и структурирование требований, и их реализации в процессе разработки программного обеспечения с учетом анализа рисков и их оценки с принятием решений заказчиком и другими заинтересованными субъектами (экторами).
При выполнении «Проектов промышленной разработки месторождений твердых полезных ископаемых (ППР)» план итерации может иметь следующий вид (табл. 1):
Таблица 1
1-я итерация Разработка(адаптация)и уточнение математической модели месторождения и карьера
2-я итерация Построение альтернативных вариантов границ карьерного поля с учетом решений, принятых на предпроектных стадиях
3-я итерация Определение значений граничного коэффициента вскрыши
4-я итерация Выделение участков (районирование) прибортовых массивов горных пород по фактору их устойчивости с дифференциацией по секторам, этапам разработки, и в целом по карьерному полю
5-я итерация Выбор устойчивых конструкций элементов временно нерабочих (при поэтапной разработке) и граничных бортов карьерного поля
6-я итерация Выбор формы и размеров целиков в карьерном поле при его поэтапной разработке. Параметры и показатели конструкции временно нерабочих бортов (ВНБ), ограничивающих целики со стороны выработанного пространства. Характеристики и параметры формирования ВНБ, определение времени их существования и порядка переноса (частичного или полного). Ликвидации временно нерабочих бортов карьера с учетом вариантов технологии
7-я итерация Горно-геометрический анализ и предварительный выбор направления развития и режима горных работ
8-я итерация Анализ фронта горных работ, выбор расположения рабочих блоков в панелях рабочих горизонтов, ориентации экскаваторных заходок относительно положения и протяженности фронта горных работ уступов и расчет альтернативных вариантов производительности карьера по полезному ископаемому и вскрышным породам в соответствии с техническим заданием (ТЗ) и регламентом на его проектирование
9-я итерация Выбор технологии и комплексной механизации горных работ
10-я итерация Выбор системы разработки и её параметров
11-я итерация Горно-геометрический анализ и предварительный выбор направления развития и режима горных работ
12-я итерация Выбор технологии и комплексной механизации процессов и способов рыхления горных пород взрывом
13-я итерация Выбор технологии выемочно-погрузочных работ
14-я итерация Выбор карьерных грузопотоков, системы и схем вскрытия, а также подготовки рабочих горизонтов
15-я итерация Выбор способа и технологии отвалообразования; расчет устойчивых откосов уступов, конструкций бортов отвалов и несущей способности оснований отвалов. Выбор рациональных транспортных и схем иных коммуникаций на отвальных работах
16-я итерация Анализ динамики формирования и развития протяженности фронта горных работ в карьере по альтернативным вариантам и этапам разработки месторождения с выделением активных и пассивных участков фронта во времени и пространстве; Уточнение годовой производительности карьера по руде и вскрыше
17-я итерация Выбор рационального календарного плана горных работ, рекомендуемого и его альтернативных вариантов
18-я итерация Выбор технологии формирования качества продукции и отгрузки её потребителям
19-я итерация Определение главных параметров карьерного поля и уточнения режима горных работ и производительности карьера по руде и вскрыше, а также расчет технико-экономических показателей и параметров разработки месторождения
20-я итерация Установление границ горного и земельного отводов, проектирование генплана и условий примыкания карьерных коммуникационных сетей к существующим сетям
21-я итерация Выбор и расчет системы осушения карьерного поля, энерго-, водо- и теплообеспечения промышленных и вспомогательных объектов карьера; канализации и отвода промышленных и бытовых отходов с территории помплощадки
22-я итерация Группа мероприятий по обеспечению комфортных и безопасных условий труда, техники безопасности, пожаро-безопасности; разработка декларации промышленной безопасности
23-я итерация Разработка раздела проекта «Охрана окружающей среды»
24-я итерация Расчет эффективности альтернативны вариантов промышленной разработки месторождения и технико-экономического обоснования принятых проектных решений
В процессе разработки потоков жизненного цикла модели развиваются постепенно от одной итерации к другой и от одной фазы к следующей, проходя свои контрольные точки с достижением при этом определенных целей. Язык ИМЬ предусматривает иерархию в процессе моделирования, состоящую их четырех уровней: метамодели (МЗ); метамодели (М2); модели (М1) и моделей объектов и (или) экземпляров (МО), в структуре модельных представлений. При этом метамодели (МЗ) образуют формально-логическую основу для всех возможных метамодельных представлений на самом высоком уровне абстракции и являются наиболее компактным его описанием, необходимым для определения языка спецификаций метамоделей. Метамодель является экземпляром и (или) конкретизацией метамодели на более конструктивном уровне и обладает более развитой семантикой базовых понятий (класс, атрибут, операция, компонент, ассоциация и др.). Модель является экземпляром метамодели. Это уровень для описания информации о конкретной предметной области [9, с. 323].
Реализация варианта использования зависит от типа элемента модели, в котором он определен. Например, варианты использования моделируемой программной системы могут быть реализованы посредством операций классов модели. Применительно к бизнес-системам варианты ис-пользова-
*
ЭКТОР ГЕОЛОГО-МАРКШЕЙДЕРСКО СЛУЖБЫ
*
ЭКТОР
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ
*
ЭКТОР
ЭКОНОМИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ
*
ЭКТОР ГЕОЛОГО-МАРКШЕЙДЕРСКОЙ СЛУЖБЫ
*
ЭКТОР ХНОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ
*
ЭКТОР ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ
*
ЭКТОР
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ
*
ЭКТОР ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ СЛУЖБЫ
*
ЭКТОР ПОЖАРНОЙ И ПРОМ. БЕЗ. СЛУЖБЫ
Рис. 1 Диаграмма вариантов использования
ния могут реализоваться сотрудниками этой системы. Во всех случаях элементы системы должны взаимодействовать друг с другом для совместного обеспечения требуемого поведения и выполнения вариантов использования (рис. 1).
Выходная информация результатов проектирования должна содержать проектную документацию, необходимую и достаточную для строительства карьера. В работе [10] авторы обосновывали новый подход при проектировании карьеров, который заключается в выборе рационального решения по разработке месторождения путем моделирования системы и выбора рационального варианта его разработки на основе сочетаний взаимосвязанных показателей, а не наборов последовательного решения задач и оптимизации отдельных параметров разработки. В общем, модель - это семантическая замкнутая абстракция системы или упрощенное представление действительности, помогающее охватить большую, сложную систему, не поддающуюся пониманию во всей своей полноте [11].
В общем смысле моделирование - это метод изучения объектов (предметов, систем, процессов и явлений) путем построения и исследования их моделей, что позволяет абстрагироваться от несущественных характеристик объектов, изменять пространственно-временные и др. масштабы про-
текающих в них нpoцeccoв, когда не нpeдcтaвляeтcя возможным изучать объекты нpямым экcнepимeнтoм, либо такой экcнepимeнт ^айне зaтpyднeн или вообще невозможен.
ИНФОРМАЦИОННЫЕ ИСТОЧНИКИ:_
1. Турдахунов М.М., БукейхановДГ., Галиев СЖ. Принципы создания систем автоматизированного проектирования железорудных карьеров с применением объектно-ориентированной методологии // Горный журнал — №б. — 2014. - С. 83-89.
2. Хохряков B.C., Корнилков C.B., .Лель Ю.М., Стариков АД., Терехина Ю.В. Новое в теории оптимизации проектирования открытых -горных работ // Горный журнал - 2005. -№5.-С. 7-13.
3. Ларман К. Применение UML и шаблонов проектирования. - 2-е изд. - Изд-во Вилъямс, 2002. - 624с.
4. БукейхановД.Г. Принципы .моделирования сложных динамических систем недропользования. Усть-Камен.: ВКГТУ, 2012. - С. 25-32.
5. АрлоуДж., Нейштадт И. UML 2 И Унифицированный процесс. - Бостон: Эддисон-Уэсли,2008.-621с.
6. Буч Г., РамбоДж., Якобсон И. Унифицированный язык моделирования. Рук-во пользователя. - Бостон: Эддисон-Уэсли, 2007. - -496с.
7. Крачтен Ф., Кроля П. Унифицированный процесс - легко: Рук-во практикующего УП.-Бостон: Эддисон-Уэсли, 2003. -416с.
8. Фаулер M. UML. Основы. 3-е изд. Краткое руководство по унифицированному языку .моделирования. - Изд-во: .Лори, '2004. - 325с.
9. Гома X. UML. Проектирование систем реального времени, параллельных и распределенных приложений. - Бостон: Эддисон-Уэсли, 2001. с. '785
10. Жарменов A.A., Турдахунов ММ., БукейхановД.Г., Бекмурзаев БЖ., Съедин В.Ф. Геоинформационные объектно-ориентированные технологии разработки системы автоматизированного проектирования карьеров. - Алматы: АО «ПЦ ПРИ», 2011. - 222с.
11. Грэхем И. Объектно-ориентированные методы: принципы и практика. - Нью-Йорк: Эддисон-Уэсли, 2001. - 832с.
12. Букейханов Д.Г. Автоматизированное проектирование карьеров.// Промышленность Казахстана — 2012. — №6. - С. 18-22.
