CC BY
65
1. Салибекян С.М., Панфилов П.Б. Объектно-атрибутная архитектура - новый подход к созданию объектных систем // Информационные технологии.—2012.—No. 2 (186).—С.8-13.
2. Салибекян С.М., Панфилов П.Б. Моделирование суперкомпьютерной вычислительной системы объектно-атрибутной архитектуры с управлением потоком данных // Информационные технологии и вычислительные системы.—2013.—No. 1.—С.3-10.
3. Брауэр В. М. Введение в теорию конечных автоматов: Радио и связь, 1987. — 392 с
4. Ключев А.О., Кустарев П.В., Ковязина Д.Р., Петров Е.В. Программное обеспечение
встроенных вычислительные систем. - СПб.: СПбГУ ИТМО, 2009. - 212 с.
http://window.edu.ru/resource/411/63411/files/itmo368.pdf
5. М. Минский. Фреймы для представления знаний. / Пер. с англ. О.Н. Гринбаума; под ред. Ф.М. Кулакова. М. Энергия. 1979.
6. Мельчук И.А. Опыт теории лингвистических моделей «СМЫСЛ <->ТЕКСТ» - М.: Школа «Языки русской литературы», 1999.
7. Нгуен Ба Нгок, А.Ф. Тузовский. Обзор подходов семантического поиска // Доклады томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники. Томск. 2010. URL: http://www.tusur.ru/filearchive/reports-magazine/2010-2-2/234.pdf
УДК 004.4
ПРИНЦИПЫ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ В ФОРМИРОВАНИИ АДАПТИРУЕМЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СРЕД1,2
Жукова Светлана Александровна, к.т.н., докторант, Чайковский технологический институт (филиал) Ижевского государственного технического университета, Россия, Чайковский,
otdel it@chti.ru
Магафуров Вадим Вильданович, аспирант, Чайковский технологический институт (филиал) Ижевского государственного технического университета, Россия, Чайковский
Введение
Современные информационные системы вырастают и приобретают глобальный характер и охватывают широкий спектр функций. В связи с чем актуальным стал вопрос разработки информационных систем, обладающих свойством адаптируемости, т.е. способности к совершенствованию, модификации, устойчивыми к изменениям среды функционирования или функциональных требований. При этом система должна предусматривать добавление новых компонентов по мере их разработки минимальными усилиями. Применение принципов объектно-ориентированного проектирования в разработке таких систем позволяет достигнуть перечисленных свойств.
Рассмотрим механизмы объектно-ориентированного проектирования в разработке информационно-вычислительной среды управления ресурсами исследовательского пространства. Под исследовательским пространством (ИП) понимается информационновычислительная среда, обеспечивающая комплексную поддержку исследовательской деятельности. Основная цель построения исследовательского пространства - предоставление через Интернет сервисов в области научных исследований на базе информационнокоммуникационных технологий для представителей научных сообществ, образования и бизнеса. Вторая цель - консолидация и концентрация ресурсов исследовательской деятельности в единое научное информационно-вычислительное пространство, которое включает ресурсы и достижения в области науки и формируется совместно владельцами
1 Работа выполнялась в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 по
теме «Разработка модели автоматизированной системы интеграции открытых виртуальных лабораторных комплексов» государственного контракта номер 02.740.11. 0658 от 29.03.2010.
2 Лауреат номинации "Лучший доклад по UML-моделированию". Авторы доклада награждаются книгой Иванова Д.Ю. и
Новикова Ф.А. "Моделирование на UML. Теория, практика, видеокурс" (www.umlmanual.ru) с автографами авторов
93
(авторами) из различных научных организаций и исследовательских учреждений. К ресурсам исследовательской деятельности относятся информационные ресурсы в составе: интеллектуальных (математические модели объектов и методы их исследования, результаты численных экспериментов над объектом, отчеты и публикации), алгоритмические (программы и программные комплексы, осуществляющие вычислительный эксперимент), такие ресурсы назовем виртуальными лабораториями (ВЛ); организационные (правила и инструкции выполнения исследования, нормативная документация). Также в состав ИП входят вычислительные ресурсы (ВР), аппаратные комплексы, необходимые для выполнения экспериментов [1].
В основу формирования исследовательского пространства положен принцип распределенного наполнения и централизованного управления ресурсами. Таким образом, управление ресурсами предполагает выполнение следующих процессов, описанных в виде диаграммы прецендентов (рисунок 1):
1. Формирование заявки на включение ВЛ в ИП. Процесс заключается в заполнении заявки установленной формы на сайте системы о желании подключить ресурс, например виртуальную лабораторию в состав ИП. В заявке указываются условия предоставления ВЛ в составе ИП и ее описание.
2. Рассмотрение заявок на регистрацию ВЛ. Процесс выполняется актером «Администратор ИП», который, рассмотрев заявку, может либо отклонить ее, либо одобрить. В случае одобрения заявки выполняется регистрация сведений о заявленной ВЛ и об ее разработчике. Также на основании шаблонов формируется список требований к зарегистрированной ВЛ.
3. Метрологические испытания ВЛ (закрытое тестирование)/ Открытое тестирование ВЛ. Процесс выполняется актером «Эксперт», «Открытое тестирование ВЛ» - любым пользователем ВЛ и заключается в определении соответствия предлагаемой ВЛ заявленным требованиям в соответствии с алгоритмом тестирования.
4. Формирование заключения о возможности включения ВЛ в состав ИП. По результатам тестирования экспертом выдается заключение о возможности подключения ВЛ в состав ИП. В случае положительного заключения формируется список требований для настройки интерфейса ВЛ с ИП, формирование требований к профилю ресурса для взаимодействия с пользователем.
5. Регистрация ВЛ. В случае положительного заключения экспертов администратор размещает ВЛ в составе ИП.
6. Настройка интерфейса АС и ВЛ с целью предоставления доступа ресурсу удаленным пользователям через портал системы.
Механизмы обеспечения адаптируемости информационно-вычислительной среды
В основу проектирования исследовательского пространства положены принципы объектно-ориентированного проектирования, которые позволяют вносить изменения в информационную среду с минимальными усилиями, осуществлять динамическое наращивание функционала в соответствии с изменчивостью требований прикладной области научных исследований.
В соответствии с принципом объектной декомпозиции [2-3], ИП рассматривалось как набор взаимодействующих объектов, обменивающихся сообщениями. Для этого определены состав объектов, их структура и поведение. Это позволило спроектировать соответствующие классы и определить зависимости между ними, описанные в виде диаграммы классов (рис. 2).
Для локализации изменений проведен анализ классов на предмет устойчивости к изменениям. Принцип «локализации» изменений позволяет выявить классы, обладающие стабильностью и классы, которые будут подвержены изменениям. Такое разделение подразумевает существование компонент, находящихся под непосредственным воздействием изменений (речь идет о тех классах, чьи обязанности при внесении изменений
94
корректируются), и компонент, подпадающих под это воздействие косвенно (это те классы, чьи обязанности остаются без изменений, но реализация меняется в соответствии с коррективами, внесенными в классы первой группы).
Проектирование операций классов осуществлялось с расчетом на ограничение области распространения ожидаемых изменений. Таким образом, определены неустойчивые классы с учетом прогнозируемых изменений объектов прикладной области, определены зависимости между ними:
• виртуальные лаборатории (класс ВЛ)
• вычислительные ресурсы (класс ВР)
• алгоритмы испытаний (класс Алгоритмы испытаний)
• требования (Класс Требования к заявке).
Экземпляры этих классов подвержены изменениям в связи с развитием методик проведения экспертизы ресурсов, а также с развитием самого ресурса и возможного изменения его поведения. Вместе с тем, к стабильным классам относятся классификаторы и справочники:
• объекты исследования,
• методы исследования,
• организации,
• пользователи,
• шаблоны требований и заключений.
Для снижения зависимости между неустойчивыми и устойчивыми классами проводился анализ отношений и определения типа ассоциаций. При этом соблюдался принцип минимизации силы связности между ними. Известно, что наиболее строгая зависимость - это композиция, наименее слабая - обобщение [2]. С учетом выше сказанного, стояла задача минимизировать зависимости типа композиция. Таким образом, установлены отношения для классов ЛР и ВЛ и ВР -обобщение. Эта зависимость позволяет обобщить атрибуты и операции в классе ЛР с одной стороны, и наследовать их в классах ВР и ВЛ, что позволить повторно использовать методы в наследуемых классах. С другой стороны, изменчивость классов ВР и ВР позволяет учитывать индивидуальные атрибуты и операции для этих классов и вносить изменения с учетом изменчивости требований. Для классов ВЛ, Объект исследования и Метод исследования установлено отношение агрегация,
95
т.к. с одной стороны класс ВЛ использует данные этих классов, вместе с тем между ними нет строгой зависимости. Для всех остальных классов установлено отношение ассоциации, обладающей достаточно слабой связностью, что позволяет уменьшить зависимость между классами. Проведение всестороннего системного анализа классов и зависимостей между ними необходимо на этапе проектирования и учитывается при реализации системы.
Следующим принципом обеспечения модифицируемости является повторность использования. Принцип подразумевает выявление типовых функций и их реализация определенным набором классов, которые являются наиболее стабильными по отношению к изменчивости.
Рис. 2 - Диаграмма классов Управления ИП
Вместе с тем, повторность использования допустима и для прикладных сервисов, предоставляемых ИП:
• сервисы управления файлами (выбор файла, генерация имени файла, загрузка файла, проверка и обработка исключительных ситуаций)
• сервисы управления документами (выбор шаблона документа, сохранение документа)
• сервисы обработки строго типизированных XML-файлов (чтение параметров, запись параметров).
Обеспечение независимости разработки сложных приложений, к которым относится ИП, достигается путем декомпозиции системы на подсистемы, с минимизацией зависимостей друг от друга. Структурно система включает следующие блоки:
• блок регистрации ресурсов, отвечающий за их создание, поиск и фильтрацию, подключение в состав информационного пространства, блок учитывает интеллектуальные и вычислительные ресурсы;
96
• блок управления заявками, отвечающий за регистрацию и учет заявок на размещение ресурсов в составе информационного пространства;
• блок верификации и сертификации интеллектуальных ресурсов, отвечающий за оценку соответствия программы ЭВМ техническим и технологическим регламентам.
Рис. 3 - Диаграмма классов с описанием интерфейсов
Таблица 1 - Описание интерфейсов системы
Интерфейс Назначение Подсистема, предоставляющая интерфейс Реализующий класс
ILabSource описание операции, реализуемых классами лабораторных ресурсов Lab Sources Maintain (Регистрация ЛР) Control_CR, Control VL
IRequest описание операции, реализуемых классом заявок на регистрацию ресурса Order of Lab Sources Managment (Управление заявками) Control_request
ITesting описание операции, реализуемых классом тестирования ресурсов Lab Sources Testing (Тестирования ВЛ) Control_ Test
Для взаимодействия с классами подсистемам получены следующие интерфейсы (таблица 1).
На рисунке 3 представлена диаграмма классов с описанием интерфейсов и уточненных ассоциаций между классами и с классами внешних подсистем посредством интерфейсов.
Выводы
97
Анализ функций управления ресурсами ИП позволил выделить объекты и спроектировать классы с учетом их устойчивости по отношению к изменениям. В соответствии с методологией объектно-ориентированного проектирования идентифицированы связи между классами в рамках функций управления ресурсами ИП. Выявление существующих связей между классами позволило их спроектировать с учетом свойств стабильности и обеспечить адаптируемость системы. Применение интерфейсов для взаимодействия компонентов подсистем обеспечивает возможность устранения волновых эффектов при внесении изменений и возможность расширения функционала системы.
Представленные механизмы объектно-ориентированного проектирования позволяют вносить расширения в систему, наращивать функционал с учетом индивидуальных потребностей научных сообществ и изменчивости требований. Адаптируемость таких систем значительно сокращает сроки и стоимость внедрения в решении задач научных исследований, а также сокращает затраты на их эксплуатацию.
Литература
1. И.Н.Ефимов, С.Ж.Козлова, С.А. Жукова Концептуальные основы интеграции открытых виртуальных лабораторных комплексов. - Вестник ИжГТУ. - № 3, 2011
2. Иванов Д. Ю. и Новиков Ф.А. "Моделирование на UML. Теория, практика, видеокурс". -Профессиональная литература, Наука и техника. - 2010. - с. 640
3. Арлоу, Нейштадт. UML 2 и Унифицированный процесс: практический объектно-
ориентированный анализ и проектирование. - Символ-Плюс, 2-е изд. - 2007. - с. 624
УДК 6581.512
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНАЯ ОБЪЕКТНО-ОРИЕНТИРОВАННАЯ ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ПРОИЗВОДСТВЕННОЙ СИСТЕМЫ
Новиков Николай Иванович, к.т.н., доцент, Уфимский государственный авиационный технический университет, филиал в г. Кумертау, Россия, Кумертау, oka novikov@mail.ru
Автоматизированные механообрабатывающие участки являются сложными системами, включающими разнородное технологическое оборудование, транспортноскладские системы и др. Влияние различных внутренних и внешних возмущений, действующих на элементы механообрабатывающего участка затрудняет достижение проектных показателей.
Обеспечение устойчивости функционирования производственных систем в таких условиях является актуальной и сложной задачей.
В задачах повышения устойчивости функционирования производственных участков возникают проблемы как качественного, так и количественного характера. При традиционном изучении сложных систем, какими являются производственные участки, удельный вес качественных показателей преобладает. Использование имитационного моделирования для исследования функционирования производственных участков позволяет анализировать их с использованием количественных характеристик изменения процесса функционирования участков, вызванных различными возмущающими факторами.
Однако необходимо отметить, что постоянно возрастающая сложность производственных участков, слабая степень формализации организационно-технологических решений не позволяет исключить качественные оценки в задачах анализа и повышения устойчивости функционирования производственных участков.
Традиционные математические модели, используемые при организационнотехнологическом проектировании для группового производства, являются во многих случаях слишком жёсткими и не позволяют в полной мере учесть разнообразие факторов, влияющих на логику функционирования решений. Опыт и традиции производства при этом остаются вне рамок используемых моделей и учитываются лишь на стадии функционирования
98
