Введение к работе
Актуальность работы. Активное развитие современных технических средств и процессов автоматизации проектирования обуславливает постоянное обновление современных CAD/CAE/CAM систем. Появление новых версии программного обеспечения САПР требует постоянной корректировки обучающих подсистем, относящихся к обслуживающим подсистемам САПР.
Широкое использование САПР практически во всех ключевых отраслях экономики нашей страны формирует серьезную потребность в подготовке квалифицированных специалистов, имеющих навыки работы с последними версиями CAD/CAE/CAM систем. Необходимость постоянной корректировки программ обучения, активное развитие технических средств и мультимедийных технологий, а так же широкое использование их в процессе обучения, формирует потребность создания программного обеспечения для обучающих подсистем САПР.
Проблемы создания качественных обучающих подсистем САПР носят как инвариантный, так и вариативный характер по отношению к процессу разработки, которые обусловлены природой программной среды САПР. Сущностные свойства программного обеспечения (сложность, абстрактность и т.д.) порождают инвариантные проблемы их разработки. Наличие вариативных проблем разработки обусловлено влиянием человеческого фактора. Это проблемы адекватного воплощения в подсистемах функциональных и технологических требований заказчиков - специалистов в области САПР.
Традиционные методы и средства создания программного обеспечения для обучающих подсистем САПР, такие как прямое кодирование и специализированные системы, ориентированные на создание приложений определенного класса, не решают всей совокупности проблем создания качественных обучающих подсистем САПР. Попытки улучшения существующих подсистем традиционным инструментарием для адаптации к новейшим технологиям приводят к возникновению ряда технических и организационных проблем, связанных с необходимостью изменения программного кода приложений.
Следует отметить, что существующие на сегодняшний день методики и технологии разработки обучающих подсистем САПР значительно отстают от научно-технических достижений в области создания программного обеспечения для других отраслей. В соответствии с современными тенденциями мировой программкой индустрии особое значение имеет перенос основного акцента в разработке системных сред САПР с программирования на объектно-ориентированное проектирование. Это обусловливает необходимость развития технологии автоматизированного проектирования обучающих подсистем САПР, обеспеченной соответствующей программно-инструментальной поддержкой.
Весомый вклад в развитие теории анализа и практики автоматизированного проектирования программных систем внесли отечественные и зарубежные ученые: Артамонов Е.И., Вендров A.M., Калянов
Г.Н., Колесов Ю.Б., Костогрызов А.И., Норенков И.П., Силич М.П., Телыюв Ю.Ф., Терехов А.Н., Буч Г., Гамма Э., Грзхем И., Йордан Э., Константани Л., Лармап К., Рамбо Дж., Якобсон А. и другие. Несмотря на успехи в развитии объектно-ориентированных методов проектирования и инструментария автоматизации (CASE-средств), возможности новых современных технологии программной индустрии недостаточно применяются в области разработки программного обеспечения для обучающих подсистем САПР.
Таким образом, актуальной проблемой современного развития программного обеспечения САПР является совершенствование методов и технологии автоматизированного проектирования на основе современных подходов программной инженерии для снижения общей стоимости проектов обучающих подсистем и сокращения времени на их разработку и тестирование.
Целью диссертационной работы является решение научно-практической задачи автоматизации проектирования обучающих подсистем предназначенных для освоения технологий САПР на основе развития методов визуального моделирования в виде комплекса исполняемых моделей, архитектурных, организационных и инструментальных решений для CASE-пакетов.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
разработка процедуры принятия решения по выбору модели процесса проектирования обучающих подсистем САПР;
разработка технологической модели проектирования обучающих подсистем САПР и процедуры реализации подпроцессов, направленных на обеспечение согласованного и упорядоченного моделирования проектов;
разработка метода идентификации ключевых абстракций и механизмов области приложения для визуальных проектных моделей;
идентификация проектных образцов и разработка схемы их включения в модели обучающих подсистем САПР для решения задач повторного использования;
решение проектных и программных задач по совершенствованию архитектуры проектов обучающих подсистем САПР за счет снижения структурной сложности архитектуры моделей и расширения семантических свойств динамических моделей;
разработка пакета визуальных исполняемых моделей, обладающих свойствами расширения и определяющих каркасы архитектуры обучающих подсистем САПР;
проведение апробации разработанных в диссертации методов и технологии визуального моделирования для автоматизации проектирования обучающих подсистем САПР.
Методы исследований. Для решения поставленных задач в работе используются теория и методы программной'инженерии, методы обьсктно-
ориентированного анализа и проектирования, методы визуального моделирования, экспертно-статистические методы.
Достоверность и обоснованность диссертационных исследований подтверждается результатами практических разработок обучающих подсистем, которые зарегистрированы в отраслевом фонде алгоритмов и программ Федерального агентства по образованию, отраслевом фонде электронных ресурсов науки и образования Российской академии образования, а также успешным внедрением разработанных методов и программно-инструментальных средств проектирования в высших учебных заведениях.
На защиту выносятся:
-
Процедура принятия решения по выбору модели процесса проекгароваиия обучающих подсистем САПР на основе метода магрнчиого анализа иерархий в условиях доступности экспертной информации.
-
Технологическая модель проектирования обучающих подсистем САПР итеративного характера, сориентированная на обеспечение согласованного и упорядоченного моделирования проектов.
-
Метод идентификации классов для создания визуальных моделей анализа и проектирования обучающих подсистем САПР, учитывающий алгоритмический и объектно-ориентированный аспекты декомпозиции проектируемой подсистемы.
-
Программные решения по структуризации проектных образцов и включения их в модели обучающих подсистем САПР для совершенствования архитектуры проектов и реализации повторного использования, а также снижения зависимости разрабатываемой системы от изменяющихся требований.
-
Метод снижения структурной сложности архитектуры моделей обучающих подсистем САПР на основе перехода от сетевой структуры к иерархической.
-
Визуальные формы сценариев взаимодействия объектов, расширяющие семантические свойства динамических моделей обучающих подсистем САПР.
Научная новизна работы:
разработана процедура принятия решения по выбору модели процесса проектирования обучающих подсистем САПР на основе метода полных парных сравнений, особенностью которой является иерархическая структура исходной системы характеристик процесса и альтернативных решений в условиях доступности экспертной информации.
предложена технологическая модель проектирования обучающих подсистем САПР итеративного характера, отличающаяся организацией подпроцессов проектирования как логических контейнеров с элементами процесса (роли, задачи, рабочие продукты, руководства и образцы);
разработан метод идентификации классов для создания визуальных моделей анализа и проектирования обучающих подсистем, отличающийся синтезом структурного и объектно-ориентированного подхода;
разработаны программные решения по структуризации проектных
образцов и включения их в модели обучающих подсистем САПР, отличающиеся приданием моделям свойств адаптации к изменениям функциональных требований;
разработан метод снижения структурной сложности архитектуры моделей обучающих подсистем САПР, отличающийся иерархической структурой архитектуры с группировкой классов по признаку стереотипа;
разработаны визуальные формы сценариев взаимодействия объектов, расширяющие семантические свойства диігамических моделей обучающих подсистем САПР и отличающиеся наличием элементов программного кода.
Практическая значимость работы
Практическая значимость работы определяется тем, что предложенные в диссертации методы и технологии автоматизированного проектирования программных систем на основе визуального моделирования применимы для создания широкого спектра обучающих подсистем САПР. Предлагаемый подход к автоматизированному проектированию обучающих подсистем САПР развит до практических технологий, методик, алгоритмов и программных средств разработки и может быть расширен и использован при проектировании других обслуживающих подсистем.
Применение разработанных проектных образцов снижает зависимость разрабатываемой обслуживающей подсистемы САПР от изменяющихся требований и упрощает модифицирование моделей анализа и проектирования. Разработанные методы проектирования на основе визуальных исполняемых моделей позволяют решить проблемы снижения общей стоимости проектов, сокращают время разработки и тестирования, суіцеетвенію снижают трудоемкость процесса разработки.
Разработанные в диссертации методики и практические рекомендации могут быть использованы в учебном процессе при подготовке студентов вузов по специальностям, связанным с системами автоматизированного проектирования, разработкой программного обеспечения САПР, компьютерным моделированием программных систем.
Реализация результатов. Разработанные методы, технология и
программно-инструментальное обеспечение автоматизированного
проектирования обучающих подсистем САПР на основе визуализации моделей использованы при создании ряда обучающих подсистем, внедренных в корпоративном электронном обучении и в образовании:
программный тренажер «Администрирование операционной системы Windows ХР»;
электронный ресурс «Автоматизированная технология проектирования компьютерных обучающих систем»;
компьютерная обучающая система «Автоматизированная обработка социологической информации»;
лабораторный практикум «Автоматизированная обработка социологической информации».
Методические материалы но разработанным в диссертации методам проектирования программных систем и авторские системы используются в учебном процессе подготовки студентов по специальностям: 210200 «Автоматизация технологических процессов и производств» в Московском государственном университете инженерной экологии; 351400 «Прикладная информатика в сфере сервиса» в Московском государственном университете сервиса.
Апробация работы. Результаты работы докладывались на 8-ми международных конференциях и 5-ій всероссийских научно-методических и научно-практических конференциях.
Доклад автора по тематике диссертации был удостоен диплома на XVII Международной конференции «Информационные технологии в образовании» (Москва, 2007 г.).
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 9 публикациях, в том числе в 5-ти статьях в изданиях, включенных в список ВАК РФ, 2-х свидетельствах на программные продукты отраслевого фонда алгоритмов и программ Государственного координационного центра информационных технологий Федерального агентства по образованию и 2-х свидетельствах на программные продукты отраслевого фонда электронных ресурсов науки и образования Российской академии образования «Институт информатизации образования».
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает: введение, четыре главы, заключение, библиографический список из 173 наименований, 4 приложения. Основная часть диссертации изложена па 142 страницах, содержит 52 рисунка и 11 таблиц.
