Разработка методологии проектирования автоматизированных систем управления для зерноперерабатывающих предприятий

На основании проведенного анализа методологий проектирования программных систем был сделан вывод, что для решения поставленной задачи необходимо разработать структурную методологию проектирования, ориентированную на первоочередное проектирование функций. Сформулируем причины, на основании которых было принято это решение.

1. Объектно-ориентированные методологии (на базе языка UML, Шлеер-Меллора, Буча), имеющие много известных описанных в литературе достоинств, имеют и серьезные недостатки. Первое – это сложность, наличие большого количества различного вида диаграмм, которые трудно понять не специалисту, а значит невозможно обсуждать с пользователями. И второе, наверное, самое главное. Основной принцип системного анализа – это последовательное снижение сложности анализируемого объекта. В структурных методологиях последовательно проектируются либо функции, либо структура данных системы. А объектно-ориентированные методологии при построении основной диаграммы – диаграммы классов – требуют одновременного проектирования и данных, и методов (функций). На начальном этапе анализа сложной промышленной системы управления это просто невыполнимо из-за размерности задачи. Не в этом ли кроется причина того, что в литературе по объектно-ориентированному проектированию (программированию) приводятся примеры решения только очень простых (тривиальных) задач (управления лифтом, теплицей, библиотекой, подпиской на журнал) [39, 147]. Автору не известно ни одной представленной на рынке промышленной системы управления, которая была бы анонсирована авторами, как спроектированная полностью по объектно-ориентированной методологии. Использование объектно-ориентированных методов целесообразно при проектировании (программировании) модулей системы, экранов, интерфейсов, когда их функции и структуры данных достаточно четко определены. А вот эффективность использования объектно-ориентированных методов на начальных этапах анализа сложных систем управления вызывает большие сомнения.

2. Структурные методологии, ориентированные на первоочередное проектирование данных (Джексона, Варнье-Орра, Мартина), по мнению автора, хорошо подходят для проектирования небольших и четко ограниченных программных систем. При проектировании систем управления уровня предприятия, когда функциональная структура системы четко не определена и может меняться в процессе ЖЦ, использование этих методологий может привести к избыточности информационной модели и неоправданным затратам ресурсов. По мнению автора, первичны функции системы, а не структуры данных. На основании одних и тех же данных, могут выполняться разные функции. А вот для выполнения разных функций, почти наверняка потребуются различающиеся данные.

3. Промышленные методологии фирм разработчиков ПО (DATARUN, Oracle, Microsoft) очень заманчивы, но при их рыночной стоимости (порядка 15000 $ за лицензию), цена разработанной системы наверняка была бы неконкурентоспособной для небогатого рынка систем управления для зерноперерабатывающих предприятий.

4. Классические структурные методологии, ориентированные на первоочередное проектирование функций (Йордона, Гейна-Сарсона, SSADM) являются наиболее подходящими для решения поставленной задачи. Однако из-за того, что они разработаны достаточно давно, в них вообще не рассматриваются такие важные этапы ЖЦ ПО, как внедрение и сопровождение. А, как показано на рис. 2.14, основная доля затрат 67% в процессе ЖЦ ПО приходится именно на работы этапа сопровождения [151].

5. На основании анализа достоинств и недостатков рассмотренных методологий принято решение о необходимости разработки методологии проектирования, которая обеспечит: учет отраслевых особенностей типовой системы управления, снижение трудоемкости работ на этапах внедрения и сопровождения, поддержку длительного ЖЦ системы.

Как показал анализ методологий проектирования ПО и работ ряда авторов в качестве методов моделирования при проектировании системы управления для зерноперерабатывающих предприятий целесообразно использовать следующие. На этапе моделирования функций системы необходимо использовать структурно-функциональные модели SADT (IDEF0), для моделирования процессов обработки данных – диаграммы потоков данных DFD, для моделирования структур данных – диаграммы «сущность-связь» ERD (IDEF1X). В качестве средства моделирования были выбраны известные и доступные пакеты программ BPwin и ERwin, поддерживающие выбранные методы проектирования.

На основании проведенного анализа моделей жизненного цикла программного обеспечения, методов и методологий проектирования программных систем разработана методология проектирования автоматизированных систем управления для зерноперерабатывающих предприятий [56, 58, 102, 105, 109, 113, 121]. Методология использует международный стандарт ISO/IEC 12207 и спиральную модель жизненного цикла ПО. Для описания самой методологии использован метод структурно-функционального анализа, обеспечивающий строгое и наглядное описание структуры методологии, многоуровневую декомпозицию процессов на отдельные этапы и виды работ, представление их логической организации и связей, раздельное отображение входной, выходной и управляющей информации, а также методов и средств выполнения процессов ЖЦ ПО системы управления.

Функциональная схема разработанной методологии проектирования автоматизированных систем управления для зерноперерабатывающих предприятий (верхний уровень декомпозиции) представлена на рис. 2.15. Основными процессами методологии в соответствии с терминологией стандарта ISO/IEC 12207 являются процессы: приобретение, разработка, поставка (внедрение), эксплуатация и сопровождение.

Процесс приобретения включает действия заказчика по приобретению системы управления. Процесс приобретения включает следующие виды работ: формулировку требований к приобретаемой системе управления, анализ и сравнение существующих систем управления, решение задачи выбора системы управления, заключение контракта на поставку или разработку системы управления для предприятия, контроль выполнения заключенного контракта поставщиком (разработчиком), приемку выполненных поставщиком (разработчиком) работ. Входной информацией процесса служат параметры представленных на рынке автоматизированных систем управления предприятиями. Управляющей информацией являются: цели автоматизации предприятия; характеристики качества систем управления; нормативные документы (законы, ГОСТы, инструкции), регламентирующие деятельность предприятия; отраслевые, территориальные и индивидуальные особенности объекта автоматизации. Основным механизмом выполнения процесса приобретения являются методы оценки качества и сравнения параметров автоматизированных систем управления предприятиями, предлагаемых разными поставщиками. Разработке методов оценки качества систем управления предприятиями посвящена 6 глава работы. Основными видами выходной информации процесса приобретения являются требования заказчика к системе и заключенный контракт на поставку (внедрение) или разработку автоматизированной системы управления для конкретного предприятия.

Процесс разработки выполняется разработчиком системы управления. Процесс разработки включает следующие этапы работ: анализ требований заказчика, проектирование архитектуры системы, проектирование ПО системы, программирование компонентов системы, интеграцию компонентов и тестирование системы, документирование системы. Входной информацией служат требования заказчика к системе управления, параметры представленных на рынке систем и методы проектирования систем управления предприятиями. Управляющей информацией являются: цели автоматизации зерноперерабатывающих предприятий, характеристики качества систем управления, нормативные документы и стандарты проектирования систем управления (международные, государственные, внутрифирменные), контракт с заказчиком на разработку системы управления (если проект имеет внешнее финансирование, а не осуществляется за счет собственных средств фирмы-разработчика). Механизмом выполнения процесса разработки верхнего уровня является системный анализ. Механизмы выполнения отдельных этапов процесса разработки рассмотрены далее при декомпозиции процесса разработки. Основными видами выходной информации процесса разработки являются: отраслевые особенности зерноперерабатывающих предприятий; комплект программного обеспечения разработанной типовой системы управления для зерноперерабатывающих предприятий; комплект документации на систему управления; разработанные методы управления бизнес-процессами (БП) зерноперерабатывающих предприятий, методы адаптации типовых программных компонентов (ТПК) системы к условиям эксплуатации предприятия, средства обеспечения надежности при эксплуатации и сопровождении системы управления; параметры системы – краткое описание системы управления для представления потенциальным заказчикам (комплект рекламных материалов). Более подробно процесс разработки типовой автоматизированной системы управления для зерноперерабатывающих предприятий рассмотрен в 3 главе работы.

Процесс поставки (внедрения) описывает работы, выполняемые поставщиком при внедрении системы управления на конкретном предприятии. Процесс поставки (внедрения) системы управления на предприятии включает следующие этапы: анализ объекта, реинжиниринг (реорганизацию) его бизнес-процессов, установку версии ПО системы, конфигурирование системы под программно-техническую и организационно-экономическую структуру объекта, разграничение прав доступа пользователей к ресурсам, классификацию объектов учета и управления и идентификацию их параметров, адаптацию входных интерфейсов и настройку бланков выходных документов, разработку алгоритмов бизнес-процессов, обучение пользователей, ввод системы в опытную и промышленную эксплуатацию. Входной информацией служат требования заказчика (пользователей) к системе управления. Управляющей информацией являются: контракт с заказчиком на поставку (внедрение) системы управления, цели автоматизации предприятия, нормативные документы, отраслевые особенности объекта, территориальные и индивидуальные особенности объекта, комплект документации на систему. Механизмами выполнения процесса поставки (внедрения) являются: комплект программного обеспечения системы управления; методы управления БП зерноперерабатывающих предприятий; методы адаптации ТПК системы к условиям эксплуатации предприятия; средства обеспечения надежности системы управления. Основными видами выходной информации процесса поставки (внедрения) являются запросы на сопровождение системы и акт ввода системы управления в промышленную эксплуатацию. После этого начинается процесс эксплуатации системы управления на конкретном предприятии.

Процесс эксплуатации включает действия службы эксплуатации по обеспечению функционирования системы управления на конкретном предприятии: администрирование системы (поддержание работоспособности программно-технического комплекса системы), эксплуатационное тестирование (идентификация ошибок пользователей, аппаратуры и программного обеспечения, проверка модифицированных версий ПО системы, поступающих от разработчика) и поддержку пользователей. Входной информацией служат требования заказчика (пользователей) к системе управления и акт ввода системы в промышленную эксплуатацию. Управляющей информацией являются: контракт с поставщиком на поставку (внедрение) системы управления, цели автоматизации предприятия, нормативные документы, отраслевые особенности, территориальные и индивидуальные особенности объекта, комплект документации на систему. Механизмы выполнения процесса эксплуатации аналогичны механизмам процесса поставки (внедрения): комплект ПО системы управления; методы управления БП; методы адаптации ТПК; средства обеспечения надежности системы. Только теперь эти механизмы использует служба эксплуатации предприятия, а не представители поставщика системы. Основными видами выходной информации процесса эксплуатации являются запросы на сопровождение и результаты эксплуатации системы управления на конкретном предприятии.

Процесс сопровождения описывает виды работ, выполняемые службой сопровождения разработчика: анализ проблем пользователей и запросов на сопровождение; адаптацию системы к изменяющимся условиям эксплуатации; поиск и исправление ошибок; оценку качества и сравнение с системами других разработчиков для определения позиций системы на рынке ПО; функциональное расширение системы на основании дополнительных требований заказчика (пользователей), изменений законодательства, требований рынка ПО; управление конфигурацией системы; снятие системы (версии системы) с сопровождения. Входной информацией процесса сопровождения служат запросы на сопровождение, результаты эксплуатации системы на конкретном предприятии и параметры представленных на рынке систем управления предприятиями других разработчиков. Управляющей информацией являются: контракт с заказчиком на гарантийное или послегарантийное сопровождение системы управления, изменения действующего законодательства, отраслевые особенности, территориальные и индивидуальные особенности объекта, комплект документации на систему, характеристики качества систем управления. Механизмами выполнения процесса сопровождения являются: комплект ПО системы управления; методы управления БП; методы адаптации ТПК; средства обеспечения надежности системы; методы оценки качества и сравнения параметров систем управления предприятиями. Выходной информацией процесса сопровождения является перечень работ по сопровождению системы управления. В соответствии со спиральной моделью ЖЦ ПО в зависимости от вида выполняемых работ осуществляется переход на один из предыдущих процессов методологии проектирования. Если работы по сопровождению включают: требования по адаптации (настройке) системы к условиям конкретного объекта или пользователя; устранение ошибок пользователей или аппаратуры комплекса технических средств системы; то осуществляется переход на выполнение работ в рамках процессов поставки (внедрения) или эксплуатации в зависимости от того, от какого процесса поступил запрос на сопровождение. Если работы по сопровождению включают устранение ошибок в ПО и документации; модификации ПО в соответствии с заявками пользователей; разработку дополнительных функций системы в соответствии с требованиями заказчика, изменениями законодательства или требованиями рынка ПО; то осуществляется переход на выполнение работ в рамках процесса разработки системы управления.

Заключение

На основании проведенного анализа известных моделей жизненного цикла программного обеспечения: каскадной, V-образной, эволюционного прототипирования, быстрой разработки приложений, инкрементной и спиральной; анализа их достоинств, недостатков и областей применения сделан вывод и обоснована необходимость проектирования автоматизированной системы управления для зерноперерабатывающих предприятий по спиральной модели жизненного цикла проектирования программного обеспечения.

На основании проведенного анализа методов проектирования программных систем обоснован выбор методов моделирования системы управления для зерноперерабатывающих предприятий. На этапе моделирования функций системы необходимо использовать структурно-функциональные модели SADT (IDEF0), для моделирования процессов обработки данных – диаграммы потоков данных DFD, для моделирования структур данных – диаграммы «сущность-связь» ERD (IDEF1X).

На основании проведенного анализа работ, посвященных вопросам обеспечения качества и надежности при разработке программных систем, проведена классификацияметодов проектирования надежного ПО. На основании этих методов необходимо разработать дополнительные средства повышения надёжности ПО систем управления предприятиями.

Проведен анализ известныхметодологий проектирования программных систем: структурные методологии, ориентированные на первоочередное проектирование функций (Йордона, Гейна-Сарсона, SSADM); структурные методологии, ориентированные на первоочередное проектирование данных (Джексона, Варнье-Орра, Мартина); объектно-ориентированные методологии (на базе языка UML, Шлеер-Меллора, Буча); промышленные методологии фирм разработчиков ПО (DATARUN, Oracle, Microsoft). На основании анализа достоинств и недостатков рассмотренных методологий принято решение о необходимости разработки методологии проектирования, которая обеспечит: учет отраслевых особенностей типовой системы управления, снижение трудоемкости работ на этапах внедрения и сопровождения, поддержку длительного жизненного цикла системы.

На основании проведенного анализа моделей жизненного цикла программного обеспечения, методов и методологий проектирования программных систем разработана методология проектирования автоматизированных систем управления для зерноперерабатывающих предприятий. Методология использует международный стандарт ISO/IEC 12207 и спиральную модель жизненного цикла ПО и описывает структуру, логическую организацию, методы и средства выполнения процессов жизненного цикла автоматизированных систем управления для класса типовых объектов – зерноперерабатывающих предприятий. Для описания разработанной методологии проектирования был впервые использован метод структурно-функционального анализа.