Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 7
Исследование принципов организации автоматизированных рабочих мест (АРМ) в технологии многоуровневых клиент-сервер систем 7
1.1 Обзор организации АРМ (Автоматизированное Рабочее Место) 7
1.1.1 Сущность АРМ 7
1.1.2 Организация ГИАРМ УР (Гибких Автоматизированных Рабочих Мест) 8
1.2 Проблема типизации и направления ее решения 10
1.3 Структура автоматизированного рабочего места управленческого работника (АРМ-УР) 12
1.3.1 Модели деятельности управленческих работников 12
1.3.2 Функции, реализуемые в деятельности управленческого работника. 13
1.3.3 Автоматизация управленческой деятельности 14
1.4 Архитектура АРМ-УР 16
1.5 Архитектура клиент-сервер 19
1.6. Модель двухуровневый АРМ -УР 24
1.6.1 Модель MDA 24
1.6.2. Создание виртуальной машины 26
1.7 АРМ-УР как «толстый клиент» в двухуровневой архитектуре «Клиент-Сервер» 27
1.8 Интеграция ГИАРМ в многозвенную архитектуру «клиент-сервер»...30
Выводы по первой главе 32
Глава 2 33
Объектно-ориентированное проектирование с применением паттернов проектирования 33
2.1 Сущность объектно-ориентированного подхода 33
2.2 Объектно-ориентированный анализ и проектирование 36
2.2.1 Что такое анализ и проектирование? 36
2.2.2 Объектно-ориентированный анализ 37
2.2.3 Процесс объектно-ориентированного проектирования 38
2.4 Унифицированный язык моделирования - UML 39
2.5 Шаблоны ( паттерны) проектирования 40
2.5.1 Описание Проектных Шаблонов 41
2.5.2 Классификация шаблонов проектирования 43
2.5.3 Как проектные шаблоны решают проектные задачи 44
2.5.4 Механизм повторного использования 49
2.5.5 Соотношение структур времени компиляции и времени выполнения 53
2.5.6 Применение паттернов при разработке приложений 55
2.5.7 Значение паттернов проектирования для организации и развития ГИАРМ-УР 58
Выводы по второй главе 58
Глава 3 59
Компоненты БФЗ и паттерны проектирования 59
3.1 Применение объектно-ориентированного подхода к организации функциональных ресурсов в виде БФЗ 59
3.2 Решение данной задачи с применением паттернов проектирования 62
3.2.1 Паттерн посредник (mediator) 62
3.3.1 Паттерн Фасад (Facade) 69
3.2.1 Паттерн Стратегия (strategy) 77
Выводы по третьей главе 85
Глава 4 86
Применение шаблонов проектирования для конкретного приложения 86
4.1 Описание базового алгоритма расчета себестоимости 86
4.2.1 Применение паттерн Посредник (Mediator) 108
4.2.2 Применение шаблона Фасад 109
4.2.3 Применение шаблон стратегия 110
Выводы по главе 112
Заключение 113
Список литературы 114
- Обзор организации АРМ (Автоматизированное Рабочее Место)
- Сущность объектно-ориентированного подхода
- Применение объектно-ориентированного подхода к организации функциональных ресурсов в виде БФЗ
- Описание базового алгоритма расчета себестоимости
Введение к работе
В работах научно-исследовательской группы (Научные руководители проф. Советов Б.Я. и позднее Шеховцов О.И.) была предложена концептуальная схема Банка формализованных задач БФЗ организации ресурсов АСУ, обеспечивающая реализацию свойства гибкости, настраивасти на изменяющиеся условия внешней экономической и внутренней производственной обстановки. Развитие АРМовой технологии построения автоматизированных систем позволило рассматривать АРМ-автоматизированное рабочее место управленческих работников как толстый клиент в двухуровневой архитектуре «клиент - сервер», модельное представление которого рассматривается как композиция двух компонентов: модели проблемно-независимого АРМ и модели проблемно-зависимого АРМ.
Целью настоящего исследования является анализ и разработка моделей и методов развития и реализации БФЗ в объектно -ориентированной технологии в трех или многозвенной архитектуре «клиент - сервер».
Первая глава диссертационной работы посвящена анализу концептуальной схемы БФЗ в АРМовой технологии организации информационных систем. Предложено распространить известный из системного анализа и Сазе - технологий декомпозиционный подход к отображению конкретных функциональных задач на множество элементарных задач, которые предлагается рассматривать в качестве типовых. И это есть первый научный результат. Во второй части первой главы рассматривается «клиент - серверная» организация информационных систем и ее модификации. Проведенный анализ позволил выделить проблемно - независимый АРМ и предложить его реализацию в виде специализированного сервера приложений.
Вторая глава посвящена сопоставительному анализу построения систем в объектно - ориентированной технологии в ее «классическом » варианте и с применением типовых решений в виде паттернов или шаблонов проектирования. Анализ литературных данных показал существенные преимущества построения развивающихся систем с применением паттернов проектирования. Поэтому в третьей главе решается задача выбора и применения различных паттернов для организации взаимосвязей между конкретными задачами и типовыми, между типовыми задачами и
методами их решения и между методами и реализующими их алгоритмами. Разработка и обоснование подобной схемы организации ресурсов ИС является третьим новым результатом.
В четвертой глава рассматривается приложением разработанных методов и моделей для решения конкретной задачи планирования себестоимости продукции для непрерывного химического производства
Показано, что декомпозиция является довольно естественной при решении производственных задач сложной структуры. Выделены в качестве базовых задачи расчета амортизационных отчислений, расчета потребности в сырье с учетом возвратных отходов и задачи потребности в энергетических ресурсах на производство готовой продукции. Это задачи входят в качестве составных практически во все переделы.
Методы исследования. При решении основной задачи диссертационной работы были использованы типово-иерархический подход к автоматизированному проектированию АСУ в части, касающейся организации гибкого интеллектуального АРМ управленческого работника; методы организации информационно-управляющих систем в архитектуре «клиент - сервер»; объектно-ориентированная технология анализа и проектирования ИУС с применением паттернов проектирования.
Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие научные результаты:
1. Предложено распространить известный из системного анализа метод декомпозиции для представления конкретных управленческих задач в виде совокупности простых, рассматриваемых как типовые задач. Для этих задач в соответствии с концепцией БФЗ известны методы их решения Особенность данного подхода состоит в том, что при декомпозиции управленческих задач возникают точки принятия решений, что не предусмотрено классическим подходом.
Предложено выделить в отдельный компонент проблемно -независимый АРМ и рассматривать его как специализированный сервер приложений в архитектуре «клиент - сервер».
Предложена структура БФЗ в объектно - ориентированной технологии как совокупность взаимосвязанных паттернами проектирования типовых задач, методов их решения и алгоритмов, реализующих эти методы. Показано, что подобная организация отвечает условиям развития системы и простоты ее сопровождения.
Практическая ценность работы заключается в переводе концептуальных схем на рельсы современных технологий, что должно способствовать их внедрению в практику разработки гибких, открытых для развития автоматизированных информационно - управляющих систем.
Объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы, включающего наименований 113. Она изложена на 118 страницах машинописного текста, содержит 44 рисунок и 1 таблиц.
Обзор организации АРМ (Автоматизированное Рабочее Место)
Автоматизированное рабочее место (АРМ) - рабочее место оператора, диспетчера, конструктора, технолога и др., оснащенное средствами вычислительной техники для автоматизации процессов переработки и отображения информации, необходимой для выполнения производственного задания [4,18,19].
С помощью АРМ специалист может обрабатывать тексты, посылать и принимать сообщения, хранящиеся в памяти ЭВМ, участвовать в совещаниях, организовывать и вести личные архивы документов, выполнять расчеты и получать готовые результаты в табличной и графической форме. Обычно процессы принятия решений и управления в целом реализуются коллективно, но необходима проблемная реализация АРМ управленческого персонала, соответствующая различным уровням управления и реализуемым функциям. Подготовка информации для принятия решений, собственно принятие решений и их реализация могут иметь много общего в различных экономических службах предприятия. Также многие функции являются типовыми для многих предприятий. Это позволяет создавать гибкие, перестраиваемые структуры управления.
В основу конструирования АРМ положены следующие основные принципы [3,18]: 1. Максимальная ориентация на конечного пользователя, достигаемая созданием инструментальных средств адаптации АРМ к уровню подготовки пользователя, возможностей его обучения и самообучения.
2. Формализация профессиональных знаний, то есть возможность предоставления с помощью АРМ самостоятельно автоматизировать новые функции и решать новые задачи в процессе накопления опыта работы с системой.
3. Проблемная ориентация АРМ на решение определенного класса задач, объединенных общей технологией обработки информации, единством режимов работы и эксплуатации, что характерно для специалистов экономических служб.
4. Модульность построения, обеспечивающая сопряжение АРМ с другими элементами системы обработки информации, а также модификацию и наращивание возможностей АРМ без прерывания его функционирования.
5. Эргономичность, то есть создание для пользователя комфортных условий труда и дружественного интерфейса общения с системой.
Организация ГИАРМУР (Гибких Автоматизированных Рабочих Мест)
В соответствии с требованиями динамичной внешней экономической и внутренней производственной среды предприятия АРМ-УР также должны обладать возможностью отслеживать возникающие изменения и оперативно настраиваться на эти изменения. Поэтому мы, следуя [33,34] будем рассматривать его как гибкий АРМ.
Свойство АРМ_УР оперативно и адекватно изменяющимся производственным условиям обеспечивать настройку АРМ на эти изменяющиеся условия, включая и изменения самого УР назовем гибкостью. Для реализации свойства гибкости в (Ш) предложена следующая модель ГИАРМ:
МГИАРМ:= 2-х уровневая организация ГИАРМ, банк формализованных за-дач(БФЗ) 2-х уровневая организация ГИАРМ представлена следующей структурой MB ГИ АРМ - УР КП-ПЗ - конечный пользователь - проектирование задач; КАПР - контур автоматизированного проектирования; ИСПЗ - инструментальная система проектирования задач (инструментальная среда разработки); ИСРЗ - инструментальная среда решения функциональных (прикладных) задач пользователя; КРФЗ - контур решения функциональных (управленческих); задач MB - модуль взаимодействия;
КП-УР - конечный пользователь - управленческий работник В такой структуре ресурсы, с помощью которых управленческий работник реализует свои функции, организуются в виде Банка формализованных задач (БФЗ). При его разработке были реализованы следующие принципы [36,38]: 1. принцип - принцип типизации функциональных задач 2. принцип - независимости задач и обработки данных Формально БФЗ описывается следующей структурой: БФЗ : = {СТЗ}, {ММ}, {А}, П(КЗ-ТЗ), П(ТЗ-ММ), П(ММ-А) Где: СТЗ - семейство типовых задач
ММ - множество математических методов решения задач А - множество алгоритмов, реализующих математические методы П(КЗ-ТЗ) - соответствие между конкретной задачей и типовой СТЗ : все множество задач, которые могут решаться в рамках АРМ, объединенных в независимые семейства типовых задач.
Типовая задача (ТЗ): Представляет собой содержательно сформулированную проблему, отличается тем, что все ограничения, имеющиеся в задаче, соответствуют требованиям конкретного алгоритма. Одной типовой задаче могут соответствовать несколько методов и, наоборот (гомоморфизм).
Алгоритмы. Применимость того или иного алгоритма может оцениваться следующей совокупностью показателей: - точность
Сущность объектно-ориентированного подхода
Принципиальное различие между структурным и объектно-ориентированным подходами заключается в способе декомпозиции системы. Объектно-ориентированный подход использует объектную декомпозицию, при этом статическая структура системы описывается в терминах объектов и связей между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами. Каждый объект системы обладает своим собственным поведением, моделирующим поведение объекта реального мира. Понятие "объект" впервые было использовано около 30 лет назад в технических средствах при попытках отойти от традиционной архитектуры фон Неймана и преодолеть барьер между высоким уровнем программных абстракций и низким уровнем абстрагирования на уровне компьютеров. С объектно-ориентированной архитектурой также тесно связаны объектно-ориентированные операционные системы. Однако наиболее значительный вклад J объектный подход был внесен объектными и объектно-ориентированными языками программирования: Simula, Smalltalk, C++, Object Pascal. На объектный подход оказали влияние также развивавшиеся достаточно независимо методы моделирования баз данных, в особенности подход "сущность-связь" [11].
Концептуальной основой объектно-ориентированного подхода является объектная модель. Основными се элементами являются [11,15]: абстрагирование (abstraction); инкапсуляция (encapsulation); модульность (modularity); иерархия (hierarchy). Кроме основных имеются еще три дополнительных элемента, не являющихся в отличие от основных строго обязательными: типизация (typing) , параллелизм (concurrency) , устойчивость (persistence).
Абстрагирование — это выделение существенных характеристик некоторого объекта, которые отличают его от всех других видов объектов и, таким образом, четко определяют его концептуальные границы относительно дальнейшего рассмотрения и анализа. Абстрагирование концентрирует внимание на внешних особенностях объекта и позволяет отделить самые существенные особенности его поведения от деталей их реализации. Выбор правильного набора абстракций для заданной предметной области представляет собой главную задачу объектно-ориентированного проектирования.
Инкапсуляция — это процесс отделения друг от друга отдельных элементов объекта, определяющих его устройство и поведение. Инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать интерфейс объекта, отражающий его внешнее поведение, от внутренней реализации объекта. Объектный подход предполагает, что собственные ресурсы, которыми могут манипулировать только методы самого класса, скрыты от внешней среды. Абстрагирование и инкапсуляция являются взаимодополняющими операциями: абстрагирование фокусирует внимание на внешних особенностях объекта, а инкапсуляция (или, иначе, ограничение доступа) не позволяет объектам-пользователям различать внутреннее устройство объекта.
Модульность — это свойство системы, связанное с возможностью ее декомпозиции на ряд внутренне связных, но слабо связанных между собой модулей. Инкапсуляция и модульность создают барьеры между абстракциями. Иерархия — это ранжированная или упорядоченная система абстракций, расположение их по уровням. Основными видами иерархических структур применительно к сложным системам являются структура классов (иерархия по номенклатуре) и структура объектов (иерархия по составу). Примерами иерархии классов являются простое и множественное наследование (один класс использует структурную или функциональную часть соответственно одного или нескольких других классов), а иерархии объектов - агрегация.
Типизация — это ограничение, накладываемое на класс объектов и препятствующее взаимозаменяемости различных классов (или сильно сужающее ее возможность). Типизация позволяет защититься от использования объектов одного класса вместо другого или по крайней мере управлять таким использованием.
Параллелизм — свойство объектов находиться в активном или пассивном состоянии и различать активные и пассивные объекты между собой. Устойчивость — свойство объекта существовать но времени (вне зависимости от процесса, породившего данный объект) и/или в пространстве (при перемещении объекта из адресного пространства, в котором он был создан). Основные понятия объектно-ориентированного подхода - объект и класс. Объект определяется как осязаемая реальность (tangible entity) — предмет или явление, имеющие четко определяемое поведение. Объект обладает состоянием, поведением и индивидуальностью; структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс. Термины "экземпляр класса" и "объект" являются эквивалентными. Состояние объекта характеризуется перечнем всех возможных (статических) свойств данного объекта и текущими значениями (динамическими) каждого из этих свойств. Поведение характеризует воздействие объекта на другие объекты и наоборот относительно изменения состояния этих объектов и передачи сообщений. Иначе говоря, поведение объекта полностью определяется его действиями. Индивидуальность — это свойства объекта, отличающие его от всех других объектов.
Определенное воздействие одного объекта на другой с целью вызвать соответствующую реакцию называется операцией. Как правило, в объектных и объектно-ориентированных языках операции, выполняемые над данным объектом, называются методами и являются составной частью определения класса. Класс — это множество объектов, связанных общностью структуры и поведения. Любой объект является экземпляром класса. Определение классов и объектов — одна из самых сложных задач объектно-ориентированного проектирования. Следующую группу важных понятий объектного подхода составляют наследование и полиморфизм.
Понятие полиморфизма может быть интерпретировано как способность класса принадлежать более чем одному типу.
Наследование означает построение новых классов на основе существующих с возможностью добавления или переопределения данных и методов. Объектно-ориентированная система изначально строится с учетом ее эволюции.
Применение объектно-ориентированного подхода к организации функциональных ресурсов в виде БФЗ
При решении проблем организации автоматизированных систем управления (АСУ), обладающих свойством развития, адаптации к изменениям внешней и внутренней производственной обстановки, для расшивки жесткости пакетов прикладных программ (ППП) была предложена концепция и базирующаяся на ней архитектура организации функциональных ресурсов АСУ, названная банком формализованных задач БФЗ[33,34,35]. Если ППП строились по схеме функциональная задача - Алгоритм (процедура) решения ,то БФЗ - по схеме Типовая задача - метод решения - алгоритм, реализующий метол . На множествах «типовая задача», «математический метод» и «реализующий алгоритм» определяются соответствия (взаимосвязи) {Типовая задача - метод решения}и {метод решения - реализующий алгоритм}.
В данной архитектуре типовая задача рассматривается как задача, всегда имеющая решение (математический метод и алгоритм) и определяет «семейство типовой задачи » - множество функциональных задач, решение которых может быть получено на основе решения данной типовой задачи. Таким образом, полная формальная запись БФЗ может быть представлена следующим образом: {ФЗ}, {ТЗ}, {М}, {А}, г{ФЗ-ТЗ}, r{T3-M}, г {М-А} , а схема решения конкретной функциональной задачи с использование БФЗ:
Из данной схемы видно, что управленческий работник имеет возможность выбора наиболее подходящего компонента вплоть до другого семейства типовой задачи.
Однако такой подход к определению типовой задачи и ее семейства не может считаться конструктивным формализмом. Может быть предложен другой, более формальный подход к определению типовой задачи, основанный на известном из системного анализа методе декомпозиции. Практически каждая управленческая задача является составной и может быть декомпозирована до уровня простых или, по другому, элементарных задач, имеющих в данной предметной области решение. Такие задачи будем рассматривать как типовые. В этом случае решение функциональной задачи получается сверткой решений на множестве типовых задач. Далее будем использовать такой подход.
Дальнейшее изложение материала представляет попытку погрузить рассмотренную выше архитектуру БФЗ в объектно-ориентированную технологию, используя то направление в объектно-ориентированной технологии, которое связано с развитием типовых компонентов в виде паттернов проектирования. Как показано в гл. 2, использование паттернов предоставляет определенные преимущества по сравнению с, назовем его классическим, объектно-ориентированным подходом.
Достоинства и недостатки рассмотренных подходов к организации ресурсов на основе БФЗ Рассмотрим эти преимущества:
Следуя [35] можно сделать вывод, что в основе большинства методов проектирования гибких, легко модифицируемых и повторно используемых систем лежит сочетание использования двух приёмов расширения функциональности классов: наследования и композиции объектов. Наследование даёт возможность расширять функциональность уже существующих классов путём порождения подклассов, а композиция - с помощью объединения объектов. Недостатком наследования является его статичность: интерфейс и реализация класса должны быть полностью определены на момент компиляции. При использовании композиции объект должен иметь указатели на другие объекты группы. Это заставляет жёстко фиксировать структуру группы, накладывает ограничение на интерфейсы входящих в неё объектов. Реестровые переменные позволяют динамически менять состав группы, добавлять указатели на объекты классов, неопределённых на момент компиляции. Ещё одним понятием, тесно связанным с композицией, является делегирование. При делегировании объект поручает выполнение операций другому объекту - уполномоченному. При использовании делегирования, вместо того, чтобы создавать подкласс и перекрывать метод, достаточно заменить уполномоченный объект. Преимущество такого подхода особенно хорошо видно на рассмотренных ниже примерах.
Для сравнения на рис. 3.2 приведена схема решения задачи с использованием классического объектно - ориентированного подхода.
Здесь под задачей понимается множество функциональных задач, которые связаны с типовыми разнообразными достаточно сложными связями. То же самое можно сказать и о взаимосвязях между другими парами компонентов.
Описание базового алгоритма расчета себестоимости
По работе [22,27] учитывая специфику предметной области, модель базового алгоритма имеет вид поэтапного (попередельного) расчета себестоимости по каждому виду калькулируемой продукции. J: 1,2,... т , где: j - калькулируемый продукт, m - число калькулируемых продуктов. К калькулируемым относится как товарная продукция - продукция основных, технологических цехов, 1: 1,2,... п , где: I индекс основного цеха, п - число основных цехов, так и полуфабрикаты собственного производства вспомогательных цехов. Объем производства устанавливается программой выпуска продукции.
Порядок расчетов
На различных предприятия принят свой определенный порядок расчета себестоимости продукции. В данной главе будем придерживаться следующего порядка расчетов: 1. Сначала обсчитываются вспомогательные цехи в следующем порядке:
1. 1-ЦехЦЭС: - смета РСО и смета ЦР относятся на общезаводские расходы ОЗР; - составляются плановые калькуляции, результат которых себестоимость электроэнергии. Эта себестоимость относится на Бтэ - стоимость топлива и энергии, которая участвует в первом переделе. 1.2.ЦехТГС: - смета РСО и смета ЦР относятся на ОЗР; -составляются плановые калькуляции на пар и теплую воду. Себестоимость пара и теплой воды относится на ST3 - стоимость топлива и энергии, которая участвует в первом переделе 1.
1.3. Цех ВИК (вода и канализация): - смета РСО относится на СРСО основных цехов по данным БД "Услуги вспомогательных цехов цехам предприятия", СРСО основных цехов участвует в переделе 2; - смета ЦР относится на СЦР основных цехов по данным БД "Услуги вспомогательных цехов цехам предприятия", СЦР основных цехов участвует в переделе 2; - составляются плановые калькуляции (ПК) по продуктам и услугам цеха ВИК: вода оборотная цехам, вода хозпитьевая цехам, вода речная цехам, услуги станции нейтрализации, Услуги канализации. Результаты ПК - стоимость продукции и услуг цеха ВИК, она распределяется по основным цехам пропорционально, как стоимость услуг вспомогательного цеха.
1.4. Цех ХВП (Химводоподготовительный). - смета расходов на содержание и эксплуатацию оборудования относится на смету расходов на содержание и эксплуатацию оборудования основных цехов; - смета цеховых расходов относится на смету цеховых расходов основных цехов; - ПК по компонентам химически - очищенная вода: умягченная вода корп. 167, умягченная вода карп. 144, деминерализованная вода корп. 144, осветленная вода,
Стоимость химически-очищенной воды рассматривается как стоимость услуг вспомогательного цеха и относится на СРСО основных цехов в соответствии с БД "Услуги вспомогательных цехов".
1. 5. Ремонтные цехи. По ним аналогично составляются сметы РСО и сметы ЦР, которые распределяются по основным цехам. 1. 6. Общезаводские службы и подразделения. Сметы РСО и сметы ЦР относятся к ОЗР. Все ПК составляются в соответствии с БД "Цены и тарифы".
Сметы ЦР и сметы РСО по всем, выше перечисленным цехам, поступают из документов "Справки экономистов вспомогательных цехов". ПК по продуктам и услугам вспомогательных цехов считаются по ценам из БД" Цены и тарифы".
Собственно эта часть и есть вспомогательные (предварительные) расчеты. Предварительные расчеты выполняютсяв составе задачи "Учет затрат".
2. Далее обсчитываются все переделы по порядку, на каждом учитываются затраты и распределяются по продуктам. Для всех переделов входными будут: Характеристики продуктов" и Производственная программа выпуска. 2.1.ПЕРЕДЕЛ-1 : Snl/j Snl = (So3n + 8дзп ) 1.37 + Бтиэ Распределение Snl по продуктам: Snl: Snl/l;Snl/2;... Snl/j;... Snl/m .
Предварительно должны быть получены результаты решения задач расчета потребности в энергоресурсах. Затем выполняется расчет стоимости передела-1 и его распределение по калькулируемым продуктам. Распределение осуществляется по каждому цеху и по всем продуктам цехов.
