Введение к работе
Актуальность работы. Профессионально зрелые разработки сложных автоматизированных систем (АС) осуществляют в рамках специальных технологий, используя связную совокупность различных инженерии. В такой совокупности особое место занимают системная и программная инженерия, в рамках которых выделяют и, разумеется, применяют инженерию требований, инженерию безопасности и ряд других разновидностей инженерии, учитывающих специфику программных систем.
Отмеченный факт обусловлен тем, что за каждой инженерией стоит (подготовленный для его повторных использований) опыт «творческого применения научных знаний для приемлемого решения определённых практических задач». Заметим, что приемлемость решения определяется предварительно оговоренными или разумными расходами финансов, времени, материалов и/или других ресурсов.
Инженерные формы создания АС вводят в процессы их проектирования дисциплину, включающую в нормативную систему действий меры по предотвращению ошибок проектирования и действия по их выявлению и коррекции. К сожалению, практика разработок сложных АС регулярно демонстрирует, что проблема ошибок проектирования существует и является очень дорогостоящей, на что указывает чрезвычайно низкая степень успешности разработок АС, которые в зарубежной терминологии получили название «систем, интенсивно использующих программное обеспечение». Статистика последних 15ти лет констатирует безоговорочный успех разработок АС только на уровне 30-40%.
Известны и применяются различные подходы к решению проблемы ошибок проектирования, в число которых входят совершенствование технологий и их расширяющаяся автоматизация, формализация особо опасных действий, внедрение логических средств в проверки результатов проектирования.
Под особый контроль теоретиков и практиков попали ранние этапы разработок АС, особенно этап их концептуального проектирования, когда на естественно-профессиональном языке документируется эскизное представление АС, формулируются базовые постановки проектных задач и специфицируются требования, ошибки в которых чаще всего приводят к фатальным для АС последствиям.
Но, как уже выше сказано, успешность разработок АС низка, а значит, что-то очень важное в мерах, действиях и средствах предотвращения и/или выявления ошибок проектирования ещё не найдено, что и указывает на актуальность исследований и разработок, нацеленных на снижение негативных последствий, обусловленных проблемой ошибок проектирования.
В диссертационной работе исследуется возможность снижения количества ошибок проектирования в текстах постановок задач и формулировках проектных решений (по ходу разработок АС) за счёт оперативного контроля их семантики, переход к которой осуществляется по образцу машинного перевода на язык предикатов. Специфику перехода к семантике определяет сопоставление выделенных предикатов с онтологическим эталонами, которые формиру-
ются в предикативном анализе текстовой информации и регистрируются в онтологии проекта.
В диссертационной работе роль области исследований возложена на меры, действия и средства предотвращения ошибок проектирования и/или их выявления и коррекции в концептуальном проектировании АС.
Направление исследований в диссертации связано с инструментально-технологическими методами и средствами, которые введены в процесс разработки АС специально для контроля семантики проектных задач и проектных решений.
Функции объекта исследований в диссертации выполняют методы и инструментально-технологические средства контроля семантики проектных задач и проектных решений, использующие тезаурусы и онтологии проектов.
Роль предмета исследований в диссертации возложена на методы и средства, в которых ошибки проектирования обнаруживаются в процессах предикативного анализа проектной текстовой информации, использующего оперативное сопоставление используемой семантики с онтологическими нормативами, зарегистрированными в текущем (на момент анализа) состоянии онтологии проекта АС.
Цель исследований. Снизить количество семантических ошибок в формулировках проектных задач и проектных решений на концептуальном этапе проектирования АС и, тем самым, повысить степень успешности разработок АС.
Задачи диссертационного исследования:
Выявить источники возможных семантических ошибок в объектах контроля семантики, причины их появления и меры по предотвращению ошибок, их выявлению и коррекции.
Исследовать и разработать средства извлечения объектов контроля из текстов постановок задач и проектных решений.
Исследовать и разработать механизмы построения предикатных моделей объектов контроля.
Создать систему прецедентов, обслуживающих процессы предикатно-онтологического контроля, и материализовать её в виде базы прецедентов.
Разработать предикатно-онтологический контроль в версии, допускающей комплексирование с инструментально-технологическими средствами разработки АС.
Создать методическое обеспечение комплекса средств, обеспечивающего предикатно-онтологический контроль семантики.
Провести испытания комплекса средств предикатно-онтологического контроля.
На научную новизну претендуют:
1. Метод предикатно-онтологического контроля постановок проектных задач и формулировок проектных решений, в основу которого положена проверка семантики вариантов употребления понятий на их соответствие нормативным значениям, зарегистрированным в онтологии проекта, что
способствует обнаружению и коррекции семантических ошибок, адекватному пониманию семантики задач и решений, а также вводит в процесс проектирования полезную управляющую составляющую.
Метод извлечения предикатов из проектной текстовой информации, в основу которого положены группирование лексем предложений (с возможностью редактирования состава групп проектировщиком) и их синтаксемный анализ, что приводит к визуальному разделению сложных предложений на простые и их автоматическому семантическому контролю, указывающему на ошибки, связанные с синтаксемной семантикой.
Псевдофизическая модель предложений текстов постановок задач и формулировок проектных решений, в которой оперативное назначение характеристик словам-псевдообъектам и их группирование производится автоматически с помощью морфологического анализатора, что существенно снижает требования к лингвистической компетенции проектировщиков в обработке текстовой проектной информации.
Библиотека моделей синтаксем для анализа семантической согласованности понятий в предикатах, извлеченных из постановок задач и формулировок проектных решений, каждая из моделей которой представляет соответствующую синтаксему в виде прецедента, что существенно повышает степень автоматизации синтаксемного анализа и контроля
Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается полнотой и корректностью исходных посылок, логичностью рассуждений (использующих, в том числе, вопросно-ответную формализацию), а также опытной эксплуатацией разработанных средств.
Основные положения, выносимые на защиту, включают:
Метод предикатно-онтологического контроля постановок проектных задач и формулировок проектных решений, в основу которого положена проверка семантики вариантов употребления понятий на их соответствие нормативным значениям, зарегистрированным в онтологии проекта.
Псевдофизическая модель предложений текстов постановок задач и формулировок проектных решений, в которой оперативное назначение характеристик словам-псевдообъектам производится автоматически с помощью морфологического анализатора.
Метод извлечения предикатов из проектной текстовой информации, в основу которого положены псевдофизическое группирование лексем предложений (с возможностю редактирования состава групп проектировщиком) и их синтаксемный анализ.
Практическая ценность. Разработаны набор базовых средств моделирующего комплекса , обслуживающего проектирование сложных автоматизированных систем, а также комплекс средств, обеспечивающий реализацию предикатно-онтологического контроля семантики проектных задач и по-роектных решений.
Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные программные средства и комплекс методик их использования реализованы в рамках НИОКР, выполненной в ФНПЦ ОАО НПО «Марс».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Международной конференции «Intelligent Systems 2009» (г.Дивноморск), на Международной научной конференции «Interactive Systems» (2007 и 2009 г.г.) (г. Ульяновск) и на школе-семинаре аспирантов и молодых ученых «Информатика, моделирование, автоматизация проектирования» ИМАП-2009 и ИМАП-2010 (г.Ульяновск).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 24 печатных работы.
Структура и объём работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырёх глав с выводами, заключения, библиографического списка использованной литературы (145 наименований), изложенных на 181 странице машинописного текста, а также 3-х приложений на 27 страницах. Диссертация содержит 54 рисунка и 9 таблиц.
