Введение к работе
Актуальность работы. Уровень развития современных САПР сложных технических систем вырос настолько, что проблемы, связанные с разработкой программного обеспечения (ПО), которым ранее отводилась второстепенная роль, превратились в одно из главных направлений развития средств автоматизации проектирования. Достигнутые успехи в области аппаратных средств технического обеспечения САПР, информационное комплексирование программных средств (ПС), позволяющее объединить проектировщиков на всех стадиях разработки проекта, настолько усложнили информационное (ИО) и программное обеспечение САПР, что любое изменение в структуре ИО или ПО в настоящее время превращается в серьезную и ответственную задачу, требующую значительных интеллектуальных затрат и ресурсов времени.
Постоянный процесс накопления знаний в предметной области проектирования и расширение круга решаемых задач обуславливает эволюционный метод развития САПР, что, в свою очередь, требует постоянного совершенствования их программного и информационного обеспечения. ;
В связи с этим, по-прежнему, остается актуальной задача повышения производительности труда разработчиков ПО САПР. А в связи со сложностью разрабатываемых программных продуктов (1111) на более приоритетное место постепенно перемещается проблема обеспечения надежности, которая связана с проблемой отладки и тестирования ПП.
Решение перечисленных выше проблем лежит в плоскости разработки инструментальных средств комплексной автоматизации полного жизненного цикла ПО САПР, включая проектирование, разработку, тестирование, испытание и сопровождение программ. В этом смысле процесс модификации программного обеспечения или разработки новых его компонент сам уже становится предметом автоматизированного проектирования, преследующего цель сокращения сроков обновления ПО при соблюдении заданного уровня качества САПР. При этом в качестве критериев оценки эффективности разрабатываемых программ могут выступать стоимость или сроки разработки, надежность ПО, а улучшение значений,перечисленных критериев может быть достигнуто за счет рациональной структурной организации программного средства.
Значительный вклад в развитие теоретических основ информатизации проектирования внесли такие ученые как: Б.М. Аронов, A.M. Ахмедзянов, Д.И. Батищев, В.А. Комаров, В.Г. Маслов, И.П. Норенков, В.Н. Нуждин, А.В. Соллогуб, Р.Г. Стронгин, А.П. Тунаков, В.В. Федоров и др. Проблеме создания средств автоматизации проектирования информационных систем посвящены работы В.Н. Вагина, И.В. Вельбицкого, В.А. Горбатова, В.М. Глушкова, А.В. Замулина, А.П. Ершова, В.П. Иванникова, В.В. Липаева, Э.Х. Тьгугу, В.А. Успенского и многих других ученых.
Общие затраты на проектирование, кодирование, тестирование і сопровождение программного обеспечения САПР зависят от её сложности степени автоматизации используемой технологии программирования, уровн! требований по показателям качества создаваемого ПО. В соответствии і современными тенденциями развития теории программирования в этот ря; следует включить и учет человеческого фактора, поскольку человек являетсз единственным источником возникновения разнообразных ошибок в ПС, і исключить человека из технологической цепочки разработки програмв. невозможно. Последнее позволяет выделить- ппоблему пазра6отки визуальны? форм представления алгоритмов программы, информационных межмодульны; интерфейсов, результатов тестирования программы, которые соответствовал! бы образному способу мышления человека. Кроме того,, технологи] программирования для САПР должна предоставлять возможность оценю любых характеристик разрабатываемой ПС на всех этапах жизненного цикла і целях реализации структурных изменений ПО для снижения стоимости каї разработки, так и модификации.
Целью исследования является повышение производительности труд; разработчиков программного обеспечения САПР, улучшение качеств; программных продуктов, сокращение времени проектирования, разработки тестирования и обслуживания программных продуктов на основе технологии графосимволического программирования. .
Основные задачи диссертационной работы, определяемые поставленное целью, состоят в следующем:
1. Исследование современного состояния в области теории и технологій
автоматизации разработки и тестирования программных средств.
2. Формирование теоретических основ автоматизации проектирования ПС:
построение системы типов данных, а также разработка моделі:
информационного межмодульного интерфейса технологии графосимволического программирования (ГСП), обеспечивающей автоматизации: процессов передачи данных между модулями ПС;
определение методов и алгоритмов управления вычислениями е технологии ГСП;
разработка методов и алгоритмов конструирования объектов (акторов, агрегатов, предикатов) и классификации их данных в технологии ГСП;
разработка алгоритмов структурной оптимизации агрегатов технологии ГСП.
3. Разработка теоретических основ функционального и структурного
тестирования объектов технологии ГСП с целью повышения надежности
программных средств.
4. Экспериментальное исследование разработанной в диссертации
технологии графосимволического программирования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
Предложена новая графосимволическая технология разработки программных продуктов, основанная на графическом языке представления алгоритмов программ и обеспечивающая информационігую поддержку основных этапов создания программ: проектирование, автоматизированная разработка, автоматизированное тестирование и сопровождение.
В рамках предложенных концепций впервые решена задача декомпозиции разрабатываемого программного продукта на такие составляющие как: описание структуры управления, логических условий управления и механизма обмена данными между модулями ПС, что в значительной степени повышает надежность разрабатываемых программ и снижает трудозатраты при их модификации или тестировании.
Предложена новая модель организации межмодульного интерфейса ГСП, позволяющая автоматизировать работу, связанную с организацией передачи данных между различными компонентами ПО.
Предложена новая алгебра трехзначной логики, предназначенная для классификации данных агрегатов технологии ГСП, на основе которой сформулировано понятие схемы маршрута и разработан эффективный алгоритм построения всех схем маршрутов для автоматизированного тестирования структур агрегатов.
На основе технологии ГСП предложен оригинальный метод автоматизированного тестирования ПС, который позволяет не только выявлять ошибки программирования и оценивать надежность ПО, но и формировать для каждой компоненты ПО области адекватных значений входных и выходных параметров.
Впервые предложен метод автоматизированной проверки корректности организации ветвлений на графе агрегата и реализуемости схем маршрутов агрегата.
Практическая ценность работы определяется использованием разработанных теоретических и научно-методических основ технологии автоматизации программирования при создании инструментального средства автоматизации программирования GRAPH, инструментальной подсистемы ТЕМП для гибкой САПР газотурбинных двигателей, нашедших применение при решении важных народно-хозяйственных задач. Система GRAPH использовалась при разработке диалоговой подсистемы "Выбор параметров ГТД", пакета прикладных программ аппроксимации функций оптимальными сплайнами ПАС, автоматизированного учебно-исследовательского комплекса для поддержки учебного курса "Проектирование АСНИ", подсистемы информационного обеспечения (ПИОС) САПР упругих оболочек.
Реализация результатов работы. Эффективность примененш предложенных в работе технологических основ комплексной автоматизации процессов создания и сопровождения ПО подтверждается , внедрением инструментальных систем (созданных с использованием системы GRAPH) е различных организациях промышленности. .Так, инструментальные системы ТЕМП, ПАС и ПИОС нашли применение на предприятиях Минавиапрома (ЦИАМ, АО СКБМ, АО СНТК им. Н.Д. Кузнецова, ВКБ РКК "Энергия"), а также в КАИ и СГАУ. Система GRAPH в составе АУИК, предназначенного для
рядов, внедрена в Российском научно-исследовательском институте информационных систем. Методы, алгоритмы и инструментальная система GRAPH внедрены в НИИ моделирования и вычислительного эксперимента при Ивановском государственном энергетическом университете. Результаты научных исследований используются в учебном процессе СГАУ при выполнении лабораторных работ по спецкурсам, курсового и дипломного проектирования (специальности 220200).
Научные результаты диссертационной работы являются обобщением
научно-производственной деятельности автора в период с 1980-1999 гг.,
выполненной по совместному плану важнейших поисковых НИР
Минавиапрома (Решение ВПК №255 от 22.08.80 г.) и Минвуза РСФСР (приказ
;>№122 от 18.1280), по подпрограмме "Информатизация проектирования"
Межвузовской научно-технической программы "Перспективные
информационные технологии в высшей школе", по тематическому плану научно-исследовательских работ в СГАУ, финансируемых из федерального бюджета по единому заказу-наряду в 1998 г., утвержденному министерством общего и профессионального образования РФ.
Отдельные вопросы теории и методов автоматизации разработки и тестирования программных средств послужили темами двух защищенных кандидатских диссертаций, в которых автор являлся вторым научным руководителем и консультантом.
Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на:
III и IV отраслевых конференциях Минавиапрома по автоматизированному проектированию авиационных ГТД (ЦИАМ, Москва, 1980 и 1983 г.); Всесоюзных научно-технических конференциях по современным проблемам двигателей и энергетических установок ЛА (МАИ, Москва, 1981 и 1986 г.); республиканской конференции "Информационное и математическое обеспечение САПР" (Москва, 1987 г.); XIV Всесоюзном симпозиуме "Логическое управление с использованием ЭВМ (Москва-Феодосия, 1991 г.); международной конференции "Проблемы информатики" (Самара, 1991 г.); XI Российском коллоквиуме "Современный групповой анализ задачи математического моделирования" (Самара, 1993 г.); научно-
~ехнической конференции "Новые информационные технологии в высшей иколе" (Самара, 1993 г.); международной научно-технической конференции 'Идентификация, измерение и имитация случайных сигналов" (Новосибирск, 1994 г.); научно-технической конференции "Научно-исследовательские >азработки и высокие технологии двойного применения" (Самара, 1995 г.); международной конференции "Математика. Компьютеры. Образование" Дубна, 1996г.).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 53 работы, в том числе монография, две депонированных монографии и учебное пособие.
Личный вклад автора. Во всех работах, опубликованных в соавторстве, івтором дана математическая постановка задачи, проведены теоретические ісследования, предложены основные идеи методов и алгоритмов, вставляющих средство автоматизации разработки и тестирования ПС на )снове технологии ГСП.
Соавторство относится к разработке, испытанию и внедрению ірограммньїх средств, проведению вычислительных экспериментов.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, іяти разделов, заключения, списка используемых источников из 172 тименований и приложения. Общий объем работы 281 страница сквозной іумерации, 102 рисунка.
