Содержание к диссертации
Введение
1. Постановка задачи исследования 16
1.1. Характеристика зерноперерабатывающих предприятий как объектов автоматизации 16
1.2. Основные направления разработки автоматизированных систем управления для зерноперерабатывающих предприятий 25
1.3. Содержательная постановка задачи исследования 35
1.4. Математическая постановка задачи проектирования автоматизированных систем управления для зерноперерабатывающих предприятий 36
1.5. Заключение 47
2. Разработка методологии проектирования автоматизированных систем управления для зерноперерабатывающих предприятий 48
2.1. Модели жизненного цикла программного обеспечения 48
2.2. Методы проектирования программных систем 75
2.3. Методы обеспечения надежности программного обеспечения 82
2.4. Методологии проектирования программных систем 87
2.5. Разработка методологии проектирования автоматизированных систем управления для зерноперерабатывающих предприятий 108
2.6. Заключение 117
3. Разработка типовой автоматизированной системы управления для зерноперерабатывающих предприятий 119
3.1. Этапы разработки системы управления 119
3.2. Анализ требований к системе 124
3.3. Проектирование архитектуры системы 131
3.4. Проектирование средств обеспечения надежности 144
3.5. Заключение 149
4. Разработка методов автоматизации управления бизнес-процессами для зерноперерабатывающих предприятий 151
4.1. Постановка задачи автоматизации управления бизнес-процессами предприятий 151
4.2. Язык описания алгоритмов пользовательских бизнес-функций 154
4.3. Методика автоматизации управления бизнес-процессами зерноперерабатывающих предприятий 161
4.4. Заключение 165
5. Разработка методов проектирования программного обеспечения систем управления с использованием типовых программных компонентов 166
5.1. Постановка задачи разработки систем управления с помощью повторно используемого программного обеспечения 166
5.2. Структура типового программного компонента 172
5.3. Методы адаптации типовых программных компонентов к условиям эксплуатации системы управления предприятия 175
5.4. Заключение 179
6. Разработка методов оценки качества систем управления предприятиями 180
6.1. Постановка задачи оценки качества автоматизированных систем управления предприятиями 180
6.2. Методика комплексной оценки качества автоматизированных систем управления предприятиями 187
6.3. Постановка задачи классификации автоматизированных систем управления предприятиями 199
6.4. Методика классификации автоматизированных систем управления предприятиями 203
6.5. Заключение 208
7. Практическая реализация и внедрение результатов исследования 210
7.1. Автоматизированная информационная система комбината хлебопродуктов 210
7.2. Комплекс задач «Построитель типовых операций» 229
7.3. Использование типовых программных компонентов 233
7.4. Оценка качества автоматизированных систем управления промышленными предприятиями 238
7.5. Заключение 248
Заключение 251
Список литературы
- Характеристика зерноперерабатывающих предприятий как объектов автоматизации
- Модели жизненного цикла программного обеспечения
- Этапы разработки системы управления
- Методика автоматизации управления бизнес-процессами зерноперерабатывающих предприятий
Введение к работе
Актуальность исследования. Уровень жизни населения нашей страны, её продовольственная безопасность во многом зависят от состояния и темпов развития агропромышленного комплекса (АПК), в котором производство зерна является приоритетным. Мировое производство зерна составляет свыше 1,5 млрд. тонн в год и ежегодно увеличивается примерно на 1%. Россия в среднем производит 80 млн.т. зерна, то есть около 5% мирового сбора [3,10,29,144].
За счет зерновых и бобовых культур, маслосемян население обеспечивается хлебом, крупами, макаронными и кондитерскими изделиями, растительными маслами, а животноводство, птицеводство и рыбоводство -кормами. Значительное количество зерна используется на технические цели для производства спирта, крахмала и солода. Достаточно сказать, что за счёт хлебопродуктов удовлетворяется почти 40% дневной потребности человека в пище, до 50% в белке и углеводах. С учётом расхода зерна на производство продуктов из животных и птицы его удельный вес в энергетическом содержании пищевого рациона населения страны составляет 50- 60%.
Сезонный характер производства, колебания объёма и качества зерна по годам при круглогодичном его потреблении приводит к необходимости создания и хранения значительных запасов. Здоровое, сухое и очищенное зерно обладает уникальной способностью при благоприятных условиях длительно сохранять свои природные свойства.
Исходя из таких основных признаков, как удовлетворение потребности населения необходимыми компонентами пищевого рациона, сравнительно высокая транспортабельность, позволяющая перераспределять зерновые ресурсы между регионами, пригодность к длительному хранению как главному условию создания запасов и резервов, зерно и продукты его переработки имеют приоритетное значение в продовольственном обеспечении страны. Создание стратегических запасов зерна обеспечивает стабильное снабжение населения продовольствием при любых природно-климатических условиях отдельных лет, чрезвычайных ситуациях в стране или за рубежом. В условиях рыночных отношений у резервных запасов зерна появилось новое предназначение, они стали эффективным инструментом государственного регулирования внутренних цен на зерно и взаимоотношений между производителями и потребителями зерна [3, 6,10,29].
Реальные условия выращивания, уборки урожая, как правило, не позволяют получить зерно сразу годное для хранения. Оно нуждается в специальной обработке. По данным Международной организации по стандартизации потери при хранении в среднем в мире составляют около 5% , но могут достигать 30% и более, особенно в странах со слабо развитой технологией хранения и климатическими условиями, благоприятными для быстрого развития процессов порчи [145]. В России по экспертной оценке потери в среднем составляют около 17% , а в отдельных регионах при неблагоприятных погодных условиях достигают 25-40%) [131]. Поэтому борьба с потерями зерна является одним из основных направлений обеспечения продовольственной безопасности страны.
В настоящее время ускоренными темпами развивается интеграция производства в перерабатывающих отраслях АПК. При этом одной из наиболее актуальных проблем становится управляемость предприятий и производственных объединений. Проблема управляемости напрямую связана с увеличением масштабов деятельности предприятий и производственно-финансовых корпораций, выходом предприятий на новые рынки сбыта, обострением конкуренции, непрерывным изменением законодательства, резким увеличением объемов и сложности обрабатываемых потоков информации.
Зерноперерабатывающие предприятия АПК России обеспечивают продовольственную безопасность страны. По данным Российского Зернового Союза [20] в 2003 г. из 500 зерноперерабатывающих предприятий страны только 300 (60%) предприятий были прибыльными, а 200 (40%) - убыточными. 300 (60%) предприятий имели просроченную кредиторскую задолженность, в том числе 100 (20%) - просроченную задолженность в бюджет. 300 (60%) предприятий имели просроченную дебиторскую задолженность. Обеспечение рентабельности производства и повышение эффективности работы зерноперерабатывающих предприятий российского АПК является стратегической задачей.
Одной из причин низкой рентабельности зерноперерабатывающих предприятий является низкая эффективность управления производством и, следовательно, высокие затраты при производстве продукции. Выработка грамотных управленческих решений базируется на достоверной информации о количестве и качестве сырья и продукции, о ходе технологических процессов, о выполнении договоров с контрагентами, о состоянии дебиторской и кредиторской задолженности, о финансовых результатах деятельности предприятия. Для эффективного управления предприятиями в современных условиях необходимы автоматизированные системы управления, которые обеспечивают руководство и персонал предприятия оперативной и достоверной информацией по всему контуру управления: планирование производства -складской учет - управление качеством - оперативное управление -производственный учет - количественно-качественный учет - управленческий учет - бухгалтерский учет - налоговый учет.
Современные системы управления обеспечивают руководителей всех уровней оперативной и достоверной информацией, позволяют эффективно использовать материальные и финансовые ресурсы, повышают производительность труда административно-управленческого персонала за счет перераспределения функций и четкого разграничения прав и обязанностей. Автоматизация предприятий является необходимым шагом к системе управления качеством ISO 9000.
Целью работы является повышение эффективности функционирования зерноперерабатывающих предприятий за счет внедрения автоматизированных систем управления предприятиями. Объектом исследования выбран комбинат хлебопродуктов (КХП), который является типовым объектом автоматизации в отрасли хлебопродуктов, объединяющим различные виды зерноперерабатывающих производств.
Предметом исследования являются модели, методы проектирования и средства, обеспечивающие выполнение процессов жизненного цикла программного обеспечения автоматизированных систем управления, для класса типовых объектов - зерноперерабатывающих предприятий.
Основными задачами исследования, которые необходимо решить для достижения поставленной цели, являются следующие.
1. Анализ объектов автоматизации и постановка задачи исследования.
2. Анализ существующих моделей, методов и методологий проектирования программных систем. Выбор методов проектирования систем управления для зерноперерабатывающих предприятий.
3. Разработка методологии проектирования автоматизированных систем управления для зерноперерабатывающих предприятий.
4. Определение структуры, функций и отраслевых особенностей типового объекта. Анализ требований пользователей и разработка общих принципов проектирования системы управления для зерноперерабатывающих предприятий.
5. Разработка комплекса моделей системы управления для типового объекта - комбината хлебопродуктов.
6. Разработка методов автоматизации управления бизнес-процессами зерноперерабатывающих предприятий.
7. Разработка методов адаптации программных компонентов к условиям эксплуатации системы управления предприятием.
8. Разработка средств обеспечения надежности программного обеспечения системы управления предприятием.
9. Разработка методов оценки качества автоматизированных систем управления предприятиями. Ю.Применение разработанных методов при проектировании типовой системы управления для зерноперерабатывающих предприятий.
11.Внедрение и сопровождение типовой автоматизированной системы управления на зерноперерабатывающих предприятиях отрасли хлебопродуктов.
Методы исследования. Решение поставленных задач базируется на следующих теориях и методах исследования: теории сложных систем, теории множеств, системном анализе, функциональном моделировании, моделировании потоков данных, информационном моделировании, теории формальных грамматик и теории трансляторов, теории надежности, теории классификации, кластерном анализе, методе потенциальных функций и экспертных оценок.
Научная новизна исследования состоит в достижении следующих результатов.
1. Сформулирована математическая постановка задачи проектирования автоматизированной системы управления для класса типовых объектов -зерноперерабатывающих предприятий.
2. Разработана методология проектирования автоматизированных систем управления для зерноперерабатывающих предприятий. Обоснован выбор методов проектирования для различных этапов жизненного цикла программного обеспечения. Методология описывает структуру, логическую организацию, методы и средства выполнения процессов жизненного цикла для автоматизированных систем управления.
3. Проведена классификация основных понятий предметной области, объектов учёта и управления, определяющих многомерное пространство состояний типовой системы управления для зерноперерабатывающих предприятий.
4. Разработан комплекс взаимосвязанных моделей: функциональная модель, модель потоков данных и информационная модель автоматизированной системы управления для класса типовых объектов - зерноперерабатывающих предприятий.
5. Сформулирована математическая постановка задачи автоматизации управления бизнес-процессами предприятий и разработан метод ее решения для зерноперерабатывающих предприятий.
6. Разработан язык описания пользовательских бизнес-функций, базирующийся на понятиях предметной области типового объекта, составлено описание формальной грамматики, порождающей этот язык.
7. Разработаны формальное определение и структура типового программного компонента для системы управления предприятием.
8. Разработаны методы адаптации типовых программных компонентов к условиям эксплуатации системы управления предприятием.
9. Разработан метод комплексной оценки качества автоматизированных систем управления предприятиями, обоснованы структура и масштаб метрики для оценки качества систем управления промышленными предприятиями.
10. Сформулирована математическая постановка задачи многомерной классификации автоматизированных систем управления предприятиями и предложен метод ее решения.
Практическую ценность работы составляют следующие полученные результаты.
1. Определена структура, основные функции и отраслевые особенности типового объекта автоматизации - комбината хлебопродуктов. Сформулированы требования пользователей и разработаны общие принципы проектирования типовой системы управления для зерноперерабатывающих предприятий.
2. В соответствии с разработанной методологией проектирования на основании созданного комплекса моделей разработана типовая отраслевая система управления для зерноперерабатывающих предприятий -автоматизированная информационная система комбината хлебопродуктов (АИС КХП).
II
3. Разработана методика автоматизации управления бизнес-процессами зерноперерабатывающих предприятий. Автоматизация управления бизнес-процессами в рамках АИС КХП обеспечивает повышение гибкости системы и позволяет снизить затраты при внедрении, эксплуатации и сопровождении за счёт предоставления пользователям инструмента для описания специфики функционирования предприятия на языке предметной области.
4. Разработана методика создания программного обеспечения с использованием типовых программных компонентов. Методика обеспечивает снижение трудоемкости на этапах разработки, эксплуатации и сопровождения АИС КХП за счет многократного использования и адаптации программных компонентов системы к условиям эксплуатации и уровню квалификации пользователей.
5. Проведена классификация методов проектирования надежного программного обеспечения. Разработаны средства обеспечения надёжности при разработке, эксплуатации и сопровождении АИС КХП.
6. Разработаны методика комплексной оценки качества автоматизированных систем управления предприятиями и методика классификации автоматизированных систем управления предприятиями. Методики позволяют повысить достоверность процедур оценки качества систем управления, снизить затраты при анализе и выборе систем автоматизации, повысить эффективность капитальных вложений при внедрении систем управления предприятиями.
Реализация научно-технических результатов работы.
1. Разработанные в рамках настоящего исследования: методология проектирования автоматизированных систем управления для зерноперерабатывающих предприятий; методика автоматизации управления бизнес-процессами зерноперерабатывающих предприятий; методика разработки программного обеспечения с использованием типовых программных компонентов; методика комплексной оценки качества автоматизированных систем управления промышленными предприятиями -внедрены на кафедре АСВТ МГУПП и используются с 1996 г. до настоящего времени при проектировании, внедрении и сопровождении АИС КХП.
2. Автоматизированная информационная система комбината хлебопродуктов внедрена и успешно эксплуатируется на следующих зерноперерабатывающих предприятиях: в ДОАО «Шекснинский КХП» ОАО «Вологдахлебопродукт» с 1996 г.; в ОАО «Хлеб Кубани» Краснодарского края с 1997 г.; в ОАО «Мурманский комбинат хлебопродуктов» с 1998 г.; в ОАО «Сибайский элеватор» респ. Башкортостан с 1998 г.; в ОАО «Володарский комбинат хлебопродуктов» Нижегородской обл. с 1998 г.; в ОАО «Хакасхлебопродукт» г. Абакан с 1998 г.; в ОАО «Жито» г. Тольятти с 1999 г.; на Ялуторовском комбинате хлебопродуктов филиале ОАО «Тюменьхлебопродукт» с 2000 г.; в ОАО «Мельничный комбинат в Сокольниках» г. Москва с 2002 г. Отдельные подсистемы и комплексы задач АИС КХП внедрены и эксплуатируются на десятках предприятий отрасли хлебопродуктов.
3. Внедрение АИС КХП позволяет зерноперерабатывающим предприятиям получить следующие результаты: устранить дублирование, повысить оперативность и достоверность информации; повысить эффективность использования зерновых ресурсов; увеличить производительность труда персонала; повысить эффективность использования финансовых ресурсов; повысить обоснованность управленческих решений.
4. Разработанные модели и методы проектирования автоматизированных систем управления предприятиями, а также полученные в рамках настоящего исследования научные и практические результаты внедрены на кафедре АСВТ МГУПП и используются с 1999 г. при проведении учебного процесса, в курсовом и дипломном проектировании, при разработке учебников, конспектов лекций и учебных пособий по дисциплинам: «Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления (АСОИУ)» и «Надежность, эргономика и качество автоматизированных систем обработки информации и управления (АСОИУ)».
5. На разработанную автоматизированную информационную систему комбината хлебопродуктов в РОСПАТЕНТЕ получено два свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ.
Апробация работы. Основные результаты выполненных исследований были представлены на следующих выставках и научных конференциях: на Всесоюзной научно-технической конференции «Автоматизация производства и управления в перерабатывающей промышленности агропромышленного комплекса», Одесса, 1989 г.; I и II Всероссийских научно-практических конференциях «Автоматизация технологических процессов и управление производством на предприятиях пищевой промышленности», Москва, 1996 г. и 1998 г.; V и VI международных семинарах «Современные средства и системы автоматизации перерабатывающих предприятий пищевой промышленности», Москва, 1998 и 1999 г.; I Всероссийской научно-практической конференции «Современные информационные технологии и системы для отраслей агропромышленного комплекса», Москва, 1999 г.; II международной научной конференции «Управление свойствами зерна в технологии муки, крупы и комбикормов», Москва, 2000 г.; Юбилейной международной научно практической конференции «Пищевые продукты XXI века», Москва, 2001 г.; IV международной научно-практической конференции «ХЛЕБОПРОДУКТЫ 2002», Одесса, 2002 г.; VI специализированной выставке-конференции «Управление 2002 (методы, средства, технологии)», Москва, 2002 г.; Всероссийской научно-технической конференции-выставке «Качество и безопасность продовольственного сырья и продуктов питания», Москва, 2002 г.; VIII международной научно-практической конференции «Системный анализ в проектировании и управлении», Санкт-Петербург, 2004 г.; I и II Всероссийских научно-технических конференциях-выставках
«Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации», Москва, 2003 г. и 2004 г.; XIII международной научно-практической конференции «Управление организацией: диагностика, стратегия, эффективность», Санкт-Петербург, 2005 г.; III международной конференции «Управление технологическими свойствами зерна», Москва, 2005 г.; научно-практической конференции «Казахстан на пути инноваций», Москва, 2005 г.
Работа выполнена на кафедре «Автоматизированные системы и вычислительная техника» (АСВТ) Московского государственного университета пищевых производств (МГУПП). В диссертации обобщены результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в период с 1986 г. по 2005 г. лично автором и под его непосредственным научным руководством в рамках хоздоговорных и госбюджетных научно-исследовательских работ по следующим программам: комплексной научно-технической программе (НТП) Минвуза РСФСР «Продовольствие» (01.01.50), Республиканской НТП «Научное обеспечение отраслей АПК» (направление «Научные основы перспективных технологий, процессов и оборудования для переработки растительного сырья АПК»), инновационным НТП «Пищевые продукты» и «Прецизионные технологии и системы».
Автором работы лично получены следующие научные результаты:
• сформулирована математическая постановка задачи проектирования автоматизированной системы управления для класса типовых объектов -зерноперерабатывающих предприятий;
• разработана методология проектирования автоматизированных систем управления для зерноперерабатывающих предприятий и обоснован выбор методов проектирования для различных этапов жизненного цикла программного обеспечения;
• проведена классификация основных понятий предметной области, объектов учёта и управления;
• разработаны функциональная модель и модель потоков данных для класса типовых объектов; • сформулирована математическая постановка задачи автоматизации управления бизнес-процессами предприятий и разработан метод ее решения для зерноперерабатывающих предприятий;
• разработаны методы адаптации типовых программных компонентов к условиям эксплуатации системы управления предприятием;
• разработан метод комплексной оценки качества автоматизированных систем управления предприятиями и обоснована структура метрики качества систем управления промышленными предприятиями;
• сформулирована математическая постановка задачи многомерной классификации автоматизированных систем управления предприятиями и предложен метод ее решения.
Остальные научные результаты получены в соавторстве при непосредственном научном руководстве автора работы. Под научным руководством автора защитили кандидатские диссертации Путинцев А.В. [134] и Трофимов С.А. [146]. Практические результаты работы получены автором совместно с коллегами по кафедре АСВТ и сотрудниками объектов внедрения.
Автор выражает благодарность за помощь и содействие в проведении научных исследований своему учителю и научному консультанту профессору Карпову Валерию Ивановичу, преподавателям и сотрудникам кафедры АСВТ. Автор выражает благодарность жене и дочери за поддержку и терпение.
Характеристика зерноперерабатывающих предприятий как объектов автоматизации
Зерноперерабатывающие предприятия отрасли хлебопродуктов включают в себя следующие виды производств: мукомольное, крупяное и комбикормовое. Основными функциями зерноперерабатывающих предприятий являются: прием зернового и незернового сырья от сельскохозяйственных и перерабатывающих предприятий, его подработка и хранение, переработка в муку, крупу и комбикорма, отпуск готовой продукции потребителям.
Зерноперерабатывающие предприятия могут объединять следующие производственные подразделения: элеваторы, склады, мельзаводы, комбикормовые заводы, крупозаводы, в том числе рисозаводы, кукурузокалибровочные заводы и др., цеха переработки отходов.
Организационно-экономические производственные единицы зерноперерабатывающих предприятий обычно комбинируются в виде: мелькомбинатов (мельзавод и элеваторно-складской комплекс), комбикормовых заводов (производственный корпус и элеваторно-складской комплекс) и комбинатов хлебопродуктов (КХП), которые могут иметь самую разнообразную структуру и являются наиболее крупными и комплексными предприятиями отрасли. Наиболее распространенная структура КХП включает: элеваторно-складской комплекс, мельзавод или крупозавод и комбикормовый завод. Основой для объединения (комбинирования) различных производственных подразделений зерноперерабатывающих предприятий является общность транспортно-технологических процессов и оборудования, использование продукции и отходов одного производства другим, общность организационно-экономической деятельности, а также территориальная целостность предприятия. Производственные подразделения КХП могут быть представлены в виде цехов, находящихся, как правило, на единой производственной площадке, либо располагающихся в пределах некоторой территориальной единицы (города, поселка).
Таким образом, целесообразно рассматривать все виды зерноперерабатывающих производств комплексно в составе комбината хлебопродуктов, поскольку он является наиболее крупным и комплексным типом предприятий и объединяет в себе все основные производства отрасли хлебопродуктов.
В состав типового зерноперерабатывающего предприятия входят следующие типовые функциональные звенья: административно-управленческие службы; бухгалтерия; оперативный отдел бухгалтерии; плановый отдел; служба главного энергетика; служба главного механика; производственно-технологическая лаборатория; производственные подразделения КХП. Производственно-технологическая лаборатория (ПТЛ) включает в себя следующие подразделения: ПТЛ зернового производства, обеспечивающая контроль и учет качества хлебопродуктов на элеваторе и зерноскладах, мукомольном и крупяном производствах; ПТЛ комбикормового производства, обеспечивающая контроль и учет качества при производстве комбикормов; визировочная ПТЛ, обеспечивающая контроль и учет качества при заготовке (закупке) зерна.
Производственные подразделения типового КХП включают в свой состав: элеваторы и склады зерна с точками разгрузки автотранспорта; мельничный (крупяной) цех; склады готовой продукции мукомольного и крупяного производства (тарный, бестарный) с точками погрузки на автотранспорт; комбикормовый цех; склады сырья и готовой продукции комбикормового завода; весовые на приеме и отпуске хлебопродуктов на автотранспорт; участок приема и отпуска хлебопродуктов с железнодорожного транспорта (весы и разгрузчики); участок приема и отпуска хлебопродуктов с водного транспорта.
Элеваторно-складской комплекс обеспечивает выполнение следующих основных функций: контроль качества зерна; прием, перемещение зерна и его размещение в силосах элеватора и секциях складов; взвешивание зерна в рабочей башне элеватора; хранение зерна на элеваторе и складах; сушку и очистку зерна; взвешивание хлебопродуктов при приеме и отпуске с автотранспорта и железнодорожного транспорта.
Мукомольное (крупяное) производство, обеспечивает выполнение следующих основных функций: контроль качества зерна; подготовку зерна; переработку зерна; формирование сортов и выработку муки (крупы); контроль качества муки (крупы); отпуск муки (крупы) и отходов производства. Комбикормовое производство, обеспечивает выполнение следующих основных функций:
Модели жизненного цикла программного обеспечения
Одним из базовых понятий методологии проектирования автоматизированных систем управления является понятие жизненного цикла программного обеспечения. Жизненный цикл (ЖЦ) программного обеспечения (ПО) - это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания ПО и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации. Основным нормативным документом, регламентирующим ЖЦ ПО, является международный стандарт ISO/IEC 12207 (ISO - International Organization of Standardization - Международная организация по стандартизации, IEC - International Electromechanical Commission -Международная комиссия по электротехнике). Он определяет структуру жизненного цикла, содержащую процессы, действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания и эксплуатации ПО.
Структура жизненного цикла программного обеспечения по стандарту ISO/IEC 12207 базируется на трех группах процессов [42,43, 82,118]: основные процессы ЖЦ ПО (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение); вспомогательные процессы ЖЦ ПО, обеспечивающие выполнение основных процессов (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит и т. п.); организационные процессы ЖЦ ПО (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого ЖЦ, обучение).
Каждый процесс характеризуется определенными задачами и методами их решения, исходными данными, полученными на предыдущем этапе, и результатами. ЖЦ ПО носит итерационный характер: результаты очередного этапа часто вызывают изменения в проектных решениях, выработанных на более ранних этапах. Стандарт ISO/IEC 12207 не предлагает конкретную модель ЖЦ и методы разработки ПО. Его регламенты являются общими для любых моделей ЖЦ, методологий и технологий разработки. Стандарт ISO/IEC 12207 описывает структуру процессов ЖЦ ПО, но не конкретизирует в деталях, как реализовать или выполнить действия и задачи, включенные в эти процессы.
Модель жизненного цикла программного обеспечения - это схематическое изображение последовательности выполнения процессов и отдельных видов работ ЖЦ ПО. Модель ЖЦ ПО зависит от специфики ПО, условий его создания и эксплуатации. Классификация моделей ЖЦ ПО дана по работе [151].
Классическая каскадная модель ЖЦ ПО основывается на разбиении всей разработки на этапы, причем переход с одного этапа на следующий происходит только после того, как будет полностью завершена работа на текущем этапе (рис. 2.1). В 1970 г. каскадная модель была впервые определена как альтернативный вариант метода разработки ПО по принципу кодирование-устранение ошибок, который был широко распространен в то время. Это была первая модель, которая формализовала структуру этапов разработки ПО, придавая особое значение исходным требованиям и проектированию, а также созданию документации на ранних этапах процесса разработки. Несмотря на полученную в последние время негативную оценку, каскадная модель многие годы исправно служила специалистам по программному инжинирингу.
Начальный этап выполнения каскадной модели показан в левом верхнем углу рис. 2.1. Процесс выполнения реализуется с помощью упорядоченной последовательности шагов. В модели предусмотрено, что каждая последующая фаза начинается лишь тогда, когда полностью завершено выполнение предыдущей фазы. Каждая фаза имеет определенные критерии входа и выхода: входные и выходные данные. В результате выполнения генерируются внутренние или внешние данные проекта, включая документацию и ПО. Документы по анализу требований впоследствии передаются системным
специалистам, которые в свою очередь передают их разработчикам ПО более высокого уровня. Проектировщики передают детальные технические характеристики программистам, которые уже представляют готовый программный код специалистам по тестированию. Переход от одной фазы к другой осуществляется посредством формального контроля. Таким образом, клиент получает общее представление о процессе разработки, кроме того, происходит проверка качества программного продукта. Как правило, прохождение стадии контроля указывает на договоренность между командой разработчиков и клиентом о том, что текущая фаза завершена и можно перейти к выполнению следующей фазы. Окончание фазы удобно принимать за стадию в процессе выполнения проекта. Отличительным свойством каскадной модели можно назвать то, что она представляет собой формальный метод разработки «сверху вниз», она состоит из независимых фаз, выполняемых последовательно, и подвержена частому контролю. Преимущества каскадной модели: модель хорошо известна потребителям, не имеющим отношения к разработке и эксплуатации программ (она часто используется другими организациями для отслеживания различного вида проектов); хорошо справляется со сложностями и хорошо срабатывает для тех проектов, которые достаточно понятны, но сложны в реализации; модель весьма доступна для понимания, ее стадии хорошо определены; проста и удобна в применении, так как процесс разработки выполняется поэтапно; ее структурой может руководствоваться даже слабо подготовленный в техническом плане или неопытный персонал; отличается стабильностью требований; представляет собой шаблон, в который можно поместить методы для выполнения анализа, проектирования, кодирования, тестирования и обеспечения; хорошо срабатывает тогда, когда требования к качеству доминируют над требованиями к затратам и графику выполнения проекта; способствует осуществлению строгого контроля менеджмента проекта; дефекты можно обнаружить на более ранних этапах, когда их устранение еще не требует относительно больших затрат; облегчает работу менеджеру проекта по составлению плана и комплектации команды разработчиков; позволяет участникам проекта, завершившим действия на выполненной фазе, принять участие в реализации других проектов;
Этапы разработки системы управления
Функциональная схема процесса разработки представлена на рис. 3.1. Рассмотрим основные этапы процесса разработки более подробно.
Этап анализа требований включает следующие виды работ: обследование объектов, разработка концепции системы, анализ методов проектирования, выбор средств проектирования, разработку функциональной модели системы. Входной информацией служат требования заказчика к системе управления, параметры представленных на рынке систем и методы проектирования систем управления предприятиями. Управляющей информацией являются: цели автоматизации типового объекта (цели разработки системы управления), характеристики качества систем управления, нормативные документы и стандарты проектирования систем управления (международные, государственные, внутрифирменные). Механизмом выполнения этапа анализа требований является системный анализ: анкетирование, интервьюирование, экспертный опрос, классификация, ранжирование, структурно-функциональный анализ SADT (IDEF0). Выходной информацией этапа анализа являются: отраслевые особенности зерноперерабатывающих предприятий; принципы проектирования системы управления для зерноперерабатывающих предприятий; обобщенные требования пользователей к системе управления; описание типового объекта; структурно-функциональная модель системы; выбранные на основании анализа методы и средства разработки и разработанные методы проектирования системы управления для зерноперерабатывающих предприятий. Более подробно рассмотрим эти методы и средства при описании других этапов процесса разработки.
Этап проектирования архитектуры системы состоит из следующих работ: разработка модели потоков данных системы, проектирование подсистемы классификации, разработка информационной модели, проектирование диалога (интерфейса пользователя), проектирование средств автоматизации управления бизнес-процессами, проектирование средств обеспечения надежности, проектирование типовых программных компонентов, проектирование архитектуры ПО. Входной информацией этапа являются: требования пользователей к системе управления; описание типового объекта; структурно-функциональная модель системы. Управляющей информацией являются: отраслевые особенности зерноперерабатывающих предприятий; принципы проектирования системы управления; характеристики качества систем управления; нормативные документы. Механизмами выполнения этапа проектирования архитектуры системы являются: диаграммы потоков данных DFD; диаграммы «сущность-связь» ERD (IDEF1X); диаграммы потоков работ IDEF3; методы проектирования диалога; методы автоматизации бизнес-процессов (БГГ); методы обеспечения надежности ПО. Выходной информацией этапа являются: модель потоков данных, информационная модель и архитектура программного обеспечения системы управления.
На этапе проектирования программного обеспечения системы разрабатываются внешние спецификации модулей, описывающие сопряжения (связи) между модулями, и проектируется логика модулей (алгоритмы обработки данных). Входной информацией этапа являются: требования пользователей к системе управления; описание типового объекта; модель потоков данных системы; информационная модель системы; архитектура ПО; требования заказчика по модификации ПО системы, поступившие в рамках выполнения процесса сопровождения системы. Управляющей информацией являются: отраслевые особенности предприятий; принципы проектирования системы; характеристики качества ПО; нормативные документы. Механизмами выполнения этапа проектирования ПО системы являются: структурно-функциональные диаграммы SADT (IDEF0); диаграммы потоков данных DFD; диаграммы перехода состояний STD; объектно-ориентированное проектирование OOD; методы описания спецификаций процессов (модулей), таблицы и деревья решений. Выходной информацией этапа являются спецификации (описания) модулей системы управления.
Этап программирования компонентов системы включает разработку модулей на выбранных программных средствах и их автономное тестирование. Входной информацией этапа являются: спецификации (описания) модулей системы; модель потоков данных системы; информационная модель системы; архитектура ПО; требования заказчика по исправлению ошибок ПО, поступившие в рамках выполнения процесса сопровождения системы. Управляющей информацией являются характеристики качества ПО. Выходной информацией этапа являются тексты модулей системы управления. Механизмами выполнения этапа программирования компонентов системы являются: структурное программирование; объектно-ориентированное программирование OOP; использование типовых программных компонентов (ТПК); выбранный язык программирования. При разработке большинства модулей автоматизированной системы управления для зерноперерабатывающих предприятий был использован язык программирования FoxPro версий 2.0, 2.2, 2.5, 2.6, 3.0, 5.0, 6.0, в настоящее время при сопровождении системы используется Microsoft Visual FoxPro. Для разработки отдельных модулей системы были использованы языки программирования Assembler, Watcom С, Microsoft Visual Basic, Microsoft Visual C++.
Методика автоматизации управления бизнес-процессами зерноперерабатывающих предприятий
Цель формального описания языка программирования состоит в том, чтобы дать ясное и однозначное определение средств взаимосвязи между пользователями, программистами и разработчиками языка, которые были бы им всем понятны и которыми они могли бы пользоваться [154]. Рассмотрим формальное описание языка L, основанное на методах математической лингвистики, а именно теории формальных языков и грамматик. Формальное описание любого языка программирования состоит из описания синтаксиса и семантики этого языка.
Приведем основные понятия и определения теории формальных грамматик [22, 68, 154]. Алфавит V - это конечное множество символов. Цепочкой символов в алфавите V называется любая конечная последовательность символов этого алфавита. Цепочка є, которая не содержит ни одного символа, называется пустой цепочкой. Язык в алфавите V - это подмножество цепочек конечной длины в этом алфавите. Обозначим через V множество, содержащее все цепочки в алфавите V, включая пустую цепочку є, а через Vу - множество, содержащее все цепочки в алфавите V, исключая пустую цепочку є. Следовательно, V = К1" и {є}. Синтаксис языка представляет собой описание правильных предложений языка. Под предложением понимается объединение слов - цепочек символов алфавита языка. Описание смысла предложений языка, т.е. значений слов и их внутренних связей, составляет семантику языка. Формальное определение синтаксиса языка обычно называется грамматикой. Грамматика, которая позволяет построить любое правильное предложение, давая при этом указания о его строении, и не строит ни одного неправильного предложения, называется порождающей. Порождающая грамматика G по Хомскому Н. [22, 30, 68, 154] это четверка: G = VT,VN,P,S , (4.7) где VT - алфавит терминальных символов - набор исходных элементов, из которых строятся цепочки символов языка; VN - алфавит нетерминальных символов, не пересекающийся с VT, -набор символов, которыми обозначаются классы цепочек исходных элементов (терминалов); Р - конечное множество правил вывода (правила подстановки) -выражения вида «х -» у», что означает «заменить (подставить) х на (вместо) у», где х и у - цепочки, содержащие терминальные и нетерминальные символы; S - начальный символ (цель) грамматики, SeVN, - выделенный нетерминальный символ, обозначающий совокупность (класс) тех языковых объектов, для описания которых предназначается данная грамматика.
Существенно, что порождающая грамматика не есть алгоритм, поскольку правила подстановки представляют собой не последовательность предписаний, а совокупность решений [30]. Это означает, что любое правило можно применять после любого другого, порядок их выполнения произволен, и выполнение всех правил не является обязательным предписанием.
Грамматика G называется контекстно-свободной, если каждое правило из Р имеет вид А - Д где А є VN, ft е {РТ и VN}+. Контекстно-свободные грамматики позволяют строить цепочки любого математического вида и используются для описания языков программирования [22].
Цепочка J3e{VTuVN} непосредственно выводима из цепочки а є { VT\JVN]+ В грамматике G ( обозначим а = (3), если а = а\ха2, /3 = а\уа2, где а\, а2, у є {VT и VN) , х є {FT и fW}+ и в множестве правил подстановки Р найдется правило х- у. Цепочка ре { VT\J VN) выводима из цепочки ае {VTU VN}+ в грамматике G ( обозначим а = Р), если существуют цепочки уь, у\, ..., /п (п =0), такие, что а= уо = ух = ... = /п= Р. Языком, порождаемым грамматикой G называется множество всех цепочек терминальных символов в алфавите VT, выводимых из цели S с помощью правил подстановки Р этой грамматики: L(G) = {a\S= а, ае Vf). (4.8)
Применение формальной грамматики заключается в построении полных выводов, последние цепочки терминальных символов которых и образуют язык, порождаемый грамматикой [30]. Цепочка принадлежит языку, порождаемому грамматикой, только в том случае, если существует ее вывод из цели этой грамматики. Процесс построения такого вывода, а, следовательно, и определения принадлежности цепочки языку, называется разбором.
Язык описания алгоритмов пользовательских бизнес-функций можно представить как язык L(G), порождаемый контекстно-свободной грамматикой G, при этом целью данной грамматики будет являться описание БФ: L(G)={a\S= a,aeVf}, G = VT,VN,P,S , 5"- БФ , (4.9) где а - множество всех цепочек терминальных (основных) символов в алфавите VT, выводимых с помощью правил Р из цели грамматики S є VN.
Нормальные формы Бэкуса-Наура (БНФ) предназначены для представления в сжатом и компактном виде строго формальных и однозначных правил написания всех конструкций описываемого языка программирования [18, 22, 68, 154]. В БНФ описывается два класса объектов: основные символы (терминалы) языка программирования и имена конструкций металингвистические формы (нетерминалы) описываемого языка. Формальное описание синтаксиса языка L(G) было составлено в соответствии с правилами БНФ [18,22, 68,92]:
Похожие диссертации на Модели и методы проектирования автоматизированных систем управления для зерноперерабатывающих предприятий
