Введение к работе
Актуальность темы. Экономическое и техническое развитие современного общества непосредственно связано с увеличением потребностей в информационных ресурсах, ростом размеров и сложности автоматизированных систем (АС) и используемого в их составе программного обеспечения (ПО). Однако база информатизации - автоматизированные системы - с момента своего зарождения и до настоящих дней находится в условиях непрекращающегося кризиса программирования.
Классические способы разработки и обеспечения качества АС среднего, а часто и небольшого размера, не приводят к уровню качества, адекватному реальным требованиям. Особенно это относится к характерному для АС индустриально организованному ПО, которое обладает сложным жизненным циклом, состоящим из множества процессов (приобретение, поставка, разработка, функционирование и сопровождение) и динамической схемой их взаимодействия.
Существенной чертой индустриально организованного ПО является его большая сложность, обуславливаемая сложностью решаемых проблем, сложностью управления его разработкой, гибкостью ПО и сложностью описания его отдельных подсистем.
Специфика АС, работающих в условиях повышенного риска (аэрокосмический комплекс, объекты ядерной энергетики, крупные финансовые системы, системы жизнеобеспечения и безопасности и т.д.) требует также и высокой степени надежности ПО.
Объем и сложность современных программных систем предполагает привлечение коллективов специалистов для обеспечения их жизненного цикла. Опыт показывает, что существенный процент трудозатрат расходуется на поддержку функционирования устаревшего ПО, а попытки создания достаточно сложного ПО обычно завершаются превышением установленных сроков и отпущенных бюджетов. Все это приводит к резкому ограничению возможностей создания нового ПО.
В этих условиях традиционная технология реализации жизненного цикла ПО, базирующаяся на структурной декомпозиции и каскадных схемах, не может справиться с перечисленными выше проблемами при достигнутом уровне
сложности АС и постепенно вытесняется новой технологией, базирующейся на объектно-ориентированной декомпозиции и итеративных и инкрементальных схемах жизненного цикла.
Учитывая вышеизложенное, в настоящей работе в качестве объекта исследования выбраны методы объектно-ориентированной технологии реализации жизненного цикла ПО (под методом в работе понимается совокупность языка моделирования, используемого для представления результатов разработки, и процессуальной части, состоящей из инструкций в отношении предпринимаемых шагов).
Хотя принципы объектно-ориентированной технологии
(абстрагирование, ограничение доступа, модульность,
иерархичность, типизация, параллелизм и устойчивость) продемонстрировали свою универсальность и эффективность, на практике они реализуются с помощью множества различных методов, в связи с чем возникает задача унификации, решение которой необходимо начинать с разработки обобщенного синтаксиса языков моделирования.
Большинство объектно-ориентированных методов обладает небольшой строгостью, а их языки моделирования скорее апеллируют к интуиции, чем к формальному определению. Создание систем реального времени, интерактивных, параллельных и распределенных систем, обеспечение открытости и повторного использования программных компонентов ПО требует более глубокого уровня формализации при одновременном сохранении интуитивной ясности представления.
Ключевым моментом успешного внедрения современных технологий реализации жизненного цикла ПО является возможность использования приемов формализации, абстрактной спецификации и программной инженерии с помощью компьютера (CASE-средства). Необходимость этих приемов для ПО автоматизированных систем, работающих в условиях повышенного риска, определяется требованием ряда стандартов. В объектно-ориентированной технологии используемые для этих целей подходы представляют собой достаточно широкий набор часто несовместимых средств различного уровня формализации.
Ориентация на логические основания, которая должна обеспечить единообразие в решение затронутых выше вопросов,
позволяет выбрать в качестве предмета исследования логические средства объектно-ориентированной технологии реализации жизненного цикла ПО автоматизированных систем.
Целью диссертационной работы является унификация языков моделирования и автоматизация процессов объектно-ориентированной технологии реализации жизненного цикла ПО на базе использования семантических и операциональных свойств нетрадиционных логических систем.
Для достижения поставленной цели в работе были сформулированы и решены следующие задачи:
проанализировать предпосылки и разработать схему жизненного цикла ПО автоматизированных систем для внедрения логических средств в объектно-ориентированную технологию;
провести исследования семантических и операциональных свойств логических систем, соответствующих объектно-ориентированной технологии реализации жизненного цикла ПО, и подтвердить их нетрадиционный характер;
провести исследования модификаций логических связок, приводящих к системам линейной логики и позволяющих служить основой для унификации объектно-ориентированных языков моделирования и представления результатов, полученных с помощью традиционных систем логики, на базе единого секвенциального исчисления;
подтвердить выразительную мощность систем линейной логики и единого секвенциального исчисления на решении актуальных задач объектно-ориентированной технологии: моделирования параллельных взаимодействий и иерархического наследования с исключениями;
разработать в качестве базы для автоматизации процессов объектно-ориентированной технологии реализации жизненного цикла ПО резолюционный метод поиска логического вывода в коммутативной классической линейной логике;
продемонстрировать возможность построения языка абстрактного логического программирования на базе единого секвенциального исчисления для использования на этапе абстрактной спецификации.
Для решения указанных задач были использованы следующие основные методы исследования: системный анализ, теория доказательств, теория моделей, теория автоматизации поиска логического вывода, простая теория типов, теория графов, методы линейной логики, теория резолюции и абстрактного логического программирования.
Научная новизна работы заключается в следующем:
разработана и обоснована схема жизненного цикла ПО автоматизированных систем, позволяющая использовать логические средства в объектно-ориентированной технологии;
сформулированы и подтверждены исследованиями семантические и операциональные свойства линейной логики и единого секвенциального исчисления, позволяющие использовать их для унификации объектно-ориентированных языков моделирования;
на основе аппарата линейной логики решены задачи объектно-ориентированной технологии: моделирования параллельных взаимодействий и иерархического наследования с исключениями;
-построена процедура резолюционного поиска вывода для коммутативной классической линейной логики, доказана ее корректность и полнота;
-продемонстрирована возможность применения процедур поиска вывода в исчислениях линейной логики для автоматизации процессов объектно-ориентированной технологии и использования единого секвенциального исчисления в качестве языка логического программирования на этапе абстрактной спецификации.
Практическая значимость работы заключается в возможности использования полученных результатов для объектно-ориентированной разработки, сопровождения и модификации ПО автоматизированных систем с помощью логических средств, нахождения эквивалентных преобразований для языков моделирования из различных методов, абстрактной спецификации ПО, настройки языков моделирования на применение элементов автоматизации в диапазоне от объектно-ориентированных редакторов диаграмм и пошаговых трансляторов до интегрированных CASE-средств.
Практическая реализация результатов исследования.
Предложенная схема жизненного цикла и логические средства использованы во. ВНИИПО МВД России при создании и сопровождении ПО автоматизированных рабочих мест (АРМ) для специалистов, осуществляющих функции Государственного пожарного надзора. Указанные АРМы внедрены и эксплуатируются в большинстве территориальных органов управления и подразделениях ГПС МВД России.
Унификация языков моделирования и применение элементов автоматизации на базе предложенных в работе подходов использованы при объектно-ориентированной разработке, сопровождении и модификации ПО, внедренного в практику работы специалистов военизированной охраны 12 дорог МПС РФ.
Результаты исследований внедрены и используются при чтении лекций по ряду курсов и при выполнении курсовых и дипломных проектов на кафедре АСУ МАДИ(ТУ).
Внедрение результатов работы подтверждено актами ВНИИПО МВД России, УВО МПС РФ и МАДИ(ТУ).
Публикации. В процессе работы над диссертацией опубликованы 32 печатные работы, результаты исследований нашли отражение в 9 рукописных трудах (отчеты и обзоры по НИР).
Апробация работы. Полученные результаты доложены на заседаниях и семинарах учебно-научного комплекса АСИТ МИПБ МВД России (1996-1998 гг.), кафедры АСУ МГТУ им. Н.Э.Баумана и кафедры АСУ МАДИ (1985-1996 гг.); на двух международных форумах "Технологии безопасности" (1997 и 1998 гг.); на четырех международных конференциях: "Ergonomics in Russia, the other independent States, and around the World" (1993 г.), "Информатизация систем безопасности" (1996г.), "Системы безопасности" (1997 г.), "Информатизация правоохранительных систем" (1997 г.), на семи всесоюзных и всероссийских конференциях и симпозиумах (1986-1997 гг.); на трех межрегиональных семинарах (1988-1992 гг.), на восьми научно-технических и научно-практических конференциях и семинарах (1982-1997 гг.).
На защиту выносятся:
- схема жизненного цикла ПО автоматизированных систем, предусматривающая использование логических средств в объектно-
ориентированной технологии, основные требования к компонентам схемы и структуре их взаимодействия;
комплекс результатов исследований семантических и операциональных свойств систем линейной логики и единого секвенциального исчисления, подтверждающих их выразительную мощность для решения задач объектно-ориентированной технологии реализации жизненного цикла ПО;
процедуры решения задач объектно-ориентированной разработки ПО на основе аппарата линейной логики: моделирование параллельных взаимодействий и иерархического наследования с исключениями;
- методовы поиска выводов в исчислениях линейной логики
для автоматизации решения задач объектно-ориентированной
технологии разработки ПО;
-методы резолюции для поиска вывода в коммутативной классической линейной логике;
- предложения по использованию единого секвенциального
исчисления в качестве абстрактного языка логического
программирования на этапе абстрактной спецификации ПО
автоматизированных систем.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Общий объем диссертации составляет /8S" страниц, в том числе 36 рисунков, ? таблиц и списка литературы из 191 наименования.
