Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Постановка задачи исследования 11
1.1. Цели повторного использования типовых программных компонентов при создании ПО АИС ПХПЗ 11
1.2. Анализ факторов, влияющих на эффективность повторного использования типовых программных компонентов при создании ПО АИС ПХПЗ 14
1.3. Определение области исследования 18
1.4. Аналитический обзор разработок, связанных с поставленными задачами 23
1.4.1. Направления разработки методов программной инженерии 23
1.4.2. Разработка автоматизированных инструментальных средств программной инженерии 32
1.4.3. Системные средства, не зависящие от обрабатываемой информации 34
1.4.4. Методы создания идентификаторов записей данных (ID) 35
1.5. Выводы по обзору разработок 39
1.6. Содержательная постановка задачи 41
1.7. Заключение по главе 1 49
Глава 2. Определение и систематизация функций, выполняемых ТПК ПО АИС ПХПЗ 50
2.1. Анализ взаимодействия структурных подразделений типового ПХПЗ .50
2.2. Анализ выполняемых АИС ПХПЗ функций 62
2.3. Функции ТПК ведения журналов в АИС ПХПЗ 69
2.4. Создание ID 79
2.5. Межкомпонентный интерфейс 83
2.6. Функции ТПК по работе с метаданными 87
2.7. Заключение по главе 2 89
Глава 3. Адаптация программных компонентов ведения журналов 90
3.1. Адаптация к изменению конфигурации рабочих станций 91
3.2. Адаптация к изменяющимся условиям функционирования предприятия 100
3.3. Адаптация к различным функциональным обязанностям и уровню подготовки пользователей 111
3.3.1. Установка индивидуального среза информации пользователя 112
3.3.2. Получение и вывод на печать различного рода справок по журналу 113
3.3.3. Настраиваемые формы ввода информации 121
3.4. Заключение по главе 3 126
Глава 4. Разработка ПО на основе ТПК 128
4.1. Методика разработки ПО АИС ПХПЗ на основе ТПК 128
4.2. Система обработки платежных поручений 135
4.3. АИС КХП 138
4.4. Анализ полученных результатов 143
4.5. Заключение по главе 4 146
Заключение 147
Список литературы 151
Приложения 161
- Анализ факторов, влияющих на эффективность повторного использования типовых программных компонентов при создании ПО АИС ПХПЗ
- Анализ выполняемых АИС ПХПЗ функций
- Адаптация к различным функциональным обязанностям и уровню подготовки пользователей
- Система обработки платежных поручений
Введение к работе
На текущем этапе развития производства и информационных технологий невозможно эффективно управлять производственными процессами в пищевой промышленности без комплексной автоматизации технологического и бухгалтерского учета на предприятии. Для осуществления функций учета и управления различной информацией применяют комплексные автоматизированные информационные системы (АИС), которые полностью охваты-: вают учет на производстве и в бухгалтерии предприятия. Эти системы пришли на смену отдельным, не связанным между собой программам на отдельных участках технологического или бухгалтерского учета.
Информационные системы представляют собой сложный комплекс технических, -программных, информационных и организационных средств, обеспечивающих централизованное накопление и коллективное использование информации [54]. Их разработка и внедрение может занять значительный промежуток времени, но усилия по автоматизации учета окупаются с лихвой. Требования, которым должны удовлетворять информационные вычислительные системы, были описаны в работах [12,17,32,49,54 и др.].
Сейчас на рынке программного обеспечения существует огромное количество программ, автоматизирующих бухгалтерский, складской и производственный учет на малых предприятиях. Но большинство этих программ не являются информационными системами в полном объеме, они автоматизируют отдельные участки учета и не позволяют получить цельной картины работы предприятия.
Таким образом, актуальной задачей сегодняшнего дня является создание автоматизированных информационных систем, охватывающих весь цикл, на-
-7-чиная с цехов и заканчивая администрацией предприятия [79], а также принципов создания программного обеспечения (ПО) информационных систем.
Актуальность темы. Трудоемкость разработки, внедрения и сопровождения комплексной автоматизированной информационной системы предпри-: ятий хранения и переработки зерна (АИС ПХПЗ) может достичь сотен человеко-лет, а время эксплуатации измеряется десятилетиями, при этом требуется значительное ускорение разработки программ и баз данных, повышение их надежности и качества в условиях постоянно повышающихся требований к программному обеспечению (ПО). По этому разработка методов и средств реализации этих требований является актуальной задачей.
Для большинства российских АИС, которые разрабатываются разными коллективами программистов, характерна разработка собственных инструментальных средств, которые в дальнейшем используются для компоновки и наращивания конкретной АИС. В большинстве случаев разработка ведется спонтанно, решая возникающие в процессе работы текущие проблемы, без систематизации и научного подхода к структуре проектируемых компонентов. Такие инструментальные средства, к сожалению, не только не становятся стандартом, но в большинстве своем непригодны для разработки программных систем другой предметной области, в частности для предприятий отрасли хлебопродуктов.
Отсутствие единого подхода к построению ПО АИС, множество несовместимых между собой библиотек программных модулей и колоссальные затраты на разработку программных компонентов практически с нуля при построении АИС ПХПЗ показали необходимость более глубокого рассмотрения принципов создания ПО информационной системы предприятий по хранению и переработке зерна, разработки и применения при создании ПО современных методов и средств программной инженерии.
Объект исследования - предприятия по хранению и переработке зерна как объект для создания АИС.
Предмет исследования - совокупность методов и средств создания программного обеспечения автоматизированной информационной системы для предприятий хранения и переработки зерна.
Целью данной работы является повышение эффективности процесса создания и сопровождения программного обеспечения автоматизированной информационной системы для предприятий хранения и переработки зерна, повышение качества и надежности системы в целом путем разработки и систематизации типовых проектных решений для создания ПО конкретной предметной области.
Были использованы следующие методы исследования: анализ функциональности АИС ПХПЗ на основе анализа ПХПЗ как объекта для создания АИС; анализ методов и средств программной инженерии; синтез функциональности программного компонента АИС ПХПЗ с применением метода от абстрактного к конкретному; моделирование компонента АИС ПХПЗ и анализ результатов применения полученной модели.
Научная новизна исследования: предложено и описано применение методов программной инженерии для создания ПО АИС ПХПЗ; разработано формальное определение типовых программных компонентов (ТПК) для АИС ПХПЗ; проведен анализ структуры и взаимодействия подразделений и предприятий отрасли, на основе которого выделен класс задач для создания ТПК АИС ПХПЗ; разработаны методы адаптации ТПК АИС ПХПЗ; предлот жены методы реализации динамического формирования представлений данных в ТПК АИС ПХПЗ; разработан метод поиска файлов данных на основе эталонов адресов хранения файлов; разработан метод создания идентификаторов записей (ID).
Практическая значимость работы состоит в разработке инженерной методики создания программного обеспечения АИС ПХПЗ.
Апробация результатов исследования. Основные результаты работы обсуждались на научно-практической конференции «Автоматизация технологических процессов и управление производством на предприятиях пищевой промышленности», МГУПП, 1998; Всероссийской научно-практической конференции «Современные информационные технологии и системы для отраслей агропромышленного комплекса», МГУПП, 1999; Второй международной научной конференции «Управление свойствами зерна в технологии муки, крупы и комбикормов», МГУПП, 2000; на заседаниях кафедры «Системы обработки информации и управления» МГТУ им Н.Э.Баумана, где работа получила положительную оценку; промежуточные результаты исследования публиковались в ряде статей периодических изданий.
Апробация результатов осуществлялась при создании системы обработки банковских документов, модулей автоматизированной информационной системы для зерноперерабатывающих и хлебозаготовительных предприятий (АИС КХП) на основе инструментальных средств, созданных на языке программирования Microsoft FoxPro с отдельными функциями, созданными на языках Assembler, Watcom С, Visual Basic, Microsoft Visual C++ для персональных ЭВМ, совместимых с IBM PC. АИС КХП успешно внедрена на нескольких десятках предприятий отрасли хлебопродуктов в промышленную эксплуатацию.
Структура диссертационной работы.
В главе 1 проведен анализ научных работ, проводимых в области методов и средств программной инженерии для ускоренной разработки и компо-новки программных систем и создания программных библиотек различного
- 10-назначения. Показано, что разработка объектной структуры типового программного компонента для ПО АИС ПХПЗ является актуальной задачей и ранее не разрабатывалась. Намечены направления дальнейшего исследования.
В главе 2 на основе произведенного анализа взаимодействия подразделений ПХПЗ и опроса экспертов определен класс задач АИС, для которых целесообразно создание типового программного компонента. Определен и описан набор функций и объектов для создания типового программного компонента. Разработан метод создания ID. Разработан и описан межкомпонентный интерфейс.
В главе 3 описаны методы адаптации программных компонентов к изменению конфигурации рабочих станций, к изменяющимся условиям функционирования предприятия, к различным функциональным обязанностям и уровню подготовки пользователя, описаны пути динамического формировав ния представлений данных.
В главе 4 описана реализация ТПК. Предложена объектная структура программных компонентов ведения журналов документов АИС ПХПЗ. Описана методика создания ПО АИС ПХПЗ на основе ТПК. Описана практическая реализация ТПК при построении системы обработки платежных документов и автоматизированной информационной системы комбината хлебопродуктов.
Анализ факторов, влияющих на эффективность повторного использования типовых программных компонентов при создании ПО АИС ПХПЗ
При создании ПО с использованием ТПК возможно за короткое время создавать приложения достаточно крупных размеров. Примером могут служить результаты ежегодного конкурса разработчиков, проводимого органи зацией DCI/Droege [106], на котором 70 команд из двух программистов в каждой по готовым спецификациям, включающим, в среднем, 12 таблиц данных, 15 пользовательских экранов, список из более 40 пользовательских функций за 16 часов должны создать прикладную систему, используя только штатные RAD объекты. 35 команд полностью закончили свои задания за отведенное время.
В средах RAD общепринятыми считаются следующие типы объектов [106], показанные на Рис. 1.1:
При создании ПО АИС ПХПЗ по технологии RAD производится отбор объектов, предоставляемых производителями RAD средств, настройка этих объектов для выполнения задач конкретного проекта и связывание их при помощи координирующего кода. Эффективность поиска, выбора и выделения готовых программных компонентов для использования в новом проекте зависит, прежде всего, от их объема и кратности возможного применения[43]. Каждый программный компонент характеризуется, как минимум набором выполняемых функций и областью его применения. Таким образом, при использовании готовых компонентов требуется произвести дополнительные затраты, которые включают в себя следующие пункты: изучение функциональных возможностей и области применения компонентов для отбора наиболее подходящих для решения поставленных задач; испытания и минимально необходимая проверки функционирования программных компонентов (создание испытательного стенда); оценка качества программных компонентов; определение необходимого объема и возможности расширения функциональных возможностей и адаптации программных компонентов для решения поставленных задач; корректировка и дополнение пользовательской и технологической документации на компоненты, разработка и документирование шаблонов использования программных компонентов; системный анализ рентабельности применения программных компонентов.
При разработке ПО небольшого объема (порядка тысячи строк исходного текста) поиск, подбор и адаптация готовых компонентов для их применения чаще всего, как указывается в работе [43], оказываются нерентабельными. Процессы поставки и приобретения готовых компонентов и программных средств в целом определены стандартом ISO 12207.
Разработка ПО АИС ПХПЗ без применения готовых компонентов приведет к катастрофическому увеличению трудоемкости разработки, что ставит под сомнение рентабельность такой разработки. Примером может служить объем ПО реальной АИС КХП, который даже с применением ТПК, составилпорядка 700 тысяч строк исходного текста, причем размер программного модуля в среднем составил около 12 тысяч строк, а размер ТПК - 17 тысяч строк.
Однако, производители не предлагают объекты RAD для создания ПО АИС ПХПЗ, учитывающие требования конкретной предметной области, и при создании ПО АИС приходится адаптировать предоставляемые RAD объекты, что ведет к созданию множества требующих трудоемкого сопровождения модулей для ввода и редактирования информации в различных таблицах данных АИС.
Но даже в этом случае необходима разработка ТПК для создания ПО АИС ПХПЗ, т.к. объекты RAD не позволяют решать следующие задачи, способами, допускающими дальнейшее сопровождение [106]: работа с таблицами большого объема. Работа ПХПЗ порождает значительные объемы данных, в одной только базе бухгалтерских проводок за год создается порядка 500 тысяч записей;
Анализ выполняемых АИС ПХПЗ функций
Для получения оценок по основным вопросам автоматизации предприятий в рамках НИР [37] был проведен экспертный опрос специалистов отрасли.
В перечень вопросов входили: необходимость внедрения автоматизированной системы, последовательность разработки и внедрения, необходимый уровень автоматизации, организационная структура системы, необходимость изменения документооборота, приоритеты подразделений предприятий и технологических процессов как объектов автоматизации.
В качестве экспертов были опрошены настоящие и будущие пользователи автоматизированных систем: директора, главные инженеры, главные технологи предприятий отрасли, специалисты производственных объединений хлебопродуктов и предприятий, специалисты проектных организаций (ВНИИЗ, ВНИИКП, ЦНИИПЗП, НПО «Пищепромавтоматика», ИПК МХП РСФСР и других). Экспертные карты заполнили 60 специалистов отрасли, и них 27 экспертов отнесены к пользователям, а 33 эксперта - к разработчикам автоматизированных систем управления. Подробный анализ экспертного опроса приведен в [37].
Эксперты рекомендовали состав подразделений предприятия, для которых необходима автоматизация в первую очередь ( ). Коэффициент относительной важности внедрения показывает процент опрошенных экспертов, высказавшихся за необходимость автоматизации указанных подразделений. А также список подсистем и функций АИС ПХПЗ, реализуемых в первую очередь (. ).
Hi - автоматически выполняемые функции. Создание, изменение первичных документов, бухгалтерских проводок, остатков финансовых средств, остатков материальных средств, специальных реестров, получение отчетов. Н2 - интерактивно выполняемые функции. Ручное ведение журналов первичных документов, бухгалтерских проводок, остатков финансовых средств, остатков материальных средств, специальных реестров, системных классификаторов. Нз - функции настройки.
Автоматически выполняемые функции представляют собой выполняемые программными модулями по заранее установленным алгоритмам комплексы действий, направленных на автоматизацию определенных процессов производства, учета и управления.
Эти алгоритмы могут быть установлены программно, в этом случае они не могут быть изменены без изменения программной части модулей, выбраны пользователем из готовых алгоритмов или собраны пользователями из предоставляемых программными модулями готовых объектов и алгоритмов. В последнем случае задействуются функции настройки режимов. Чем больше возможностей предоставляется для настройки режимов, тем большую гибкость получает АИС в целом, что ведет к уменьшению затрат на внедрение и сопровождение системы.
Интерактивно выполняемые функции предназначены для подготовки исходных данных для автоматически выполняемых функций, коррекции полученных в автоматическом режиме данных и моделирования работы пользователей с «бумажными» журналами и документами. В последнем случае
Таким образом, для создания ПО АИС ПХПЗ можно выделить три класса компонентов: в компоненты, предназначенные для выполнения функций по заранее заданным алгоритмам (основа автоматизации предприятия); компоненты, предназначенные для заполнения исходной информации и редактирования информации, полученной при расчетах; компоненты, осуществляющие настройку и конфигурирование первых двух типов компонентов.
Причем данные группы компонентов могут быть объединены в модули в различных сочетаниях, в зависимости от того, как была спроектирована система.
Исходя из того, что в АИС ПХПЗ могут использоваться несколько десятков различных по своему характеру категорий учета, то ведение журналов этих учетных единиц требует нескольких десятков программных модулей, создание и сопровождение которых отнимет значительную часть выделенных на разработку и сопровождение АИС ПХПЗ ресурсов. Таким образом, выделение компонентов ведения журналов в отдельный класс с обозначенными общими методами и свойствами, независящий от обрабатываемой информации, значительно сократит объем требуемой разработки и позволит сосредоточить ресурсы на разработке проблемно - ориентированной части АИС ПХПЗ.
Ведение журналов документов на АИС ПХПЗ имеет ряд особенностей: 1. Многие АРМы работают по технологии «поточный ввод», т.е. ввода большого массива однородных данных. Такой ввод характерен для АРМов приема/отпуска сырья и готовой продукции (весовые) и для ввода первичных бухгалтерских документов в бухгалтерии. При этом значения части полей могут повторяться для вводимых записей. Зна -69-чения других, для уменьшения трудно локализуемых ошибок ввода, необходимо очищать от предыдущего значения. Причем для конкретного АРМа этот набор может быть различен.
2. На рабочих местах требуется произвольная группировка записей журнала и выполнение над этой группой заранее заданного набора действий.
3. Необходим «распределенный» ввод информации, т.е. отдельные поля журналов заполняются на различных АРМах. Например, сменный мастер может выписывать накладные, а на весовых только проставляться в готовую накладную вес отпускаемой продукции или принимаемого на склад сырья.
4. Исходя из возможности распределенного ввода, необходима развитая: система поиска в журналах, по одному или нескольким полям журнала в различных сочетаниях.
5. Исходя из возможности поточного ввода, необходимо скрытие или защита от случайного изменения информации, которая не должна изменяться на конкретном АРМе.
Адаптация к различным функциональным обязанностям и уровню подготовки пользователей
Пользователи, работающие с журналом документов, могут использовать разделение функциональных обязанностей и частичное заполнение докумен-тов различных АРМах, при этом пользователи могут работать с различными срезами информации и требовать получения справок по этим срезам. В этом случае создание отдельных журналов для каждого пользователя является неэффективным и трудоемким в реализации методом адаптации. Более эффективным является создание такой структуры ПО, которое позволяет гибко изменять работу компонентов для удовлетворения запросов пользователей. Для этого предлагается создать профили пользователя, хранимые вне программного компонента АИС ПХПЗ, как представлено на. Рис 3.5. Пользователям на различных АРМах необходима следующая адаптация компонентов ведения журнала. установка индивидуального среза информации пользователя; » получение и вывод различного рода справок по журналу; о адаптация форм ввода для повышения эффективности работы оператора; адаптация к различной квалификации пользователей. Установка индивидуального среза информации пользователи Установка индивидуального среза информации необходима по нескольким причинам: для решения вопроса защиты информации; » для повышения эффективности работы пользователей. Вопросы защиты информации рассмотрены, например, в работах [15,31,75,78,92] и являются отдельной темой, не входящей в данное исследование.
Повышение эффективности работы пользователей достигается за счет: увеличения быстродействия приложения путем ограничения обрабатываемой в журнале информации; уменьшения ошибок ввода и дублирования информации, за счет ограничения видимых данных; исключения возможности случайного изменения данных, посредством исключения неизменяемых данных из индивидуального среза информации. Установка индивидуального среза информации осуществляется путем использования динамического формирования структуры ПД по хранимым вне компонента описателям, что позволяет работать с различными срезами информации без внесения изменений в исходный текст модуля. Одним из видов выходных документов являются различного вида журналы, отчеты и справки. Методы формирования сложных табличных документов переменной структуры отражены в [63]. Справки по журналам АИС ПХПЗ являются простыми табличными документами, т.е. документы последовательно выводят на печать сформированное ПД с минимальной обработкой или без таковой. Такие документы состоят из «шапки», в которой указывается название документа и названия выводимых полей, «тела документа», в котором выводятся значения полей и «подвала», в котором выводятся итоги по документу. Для таких документов законодательством не регламентируется формат вывода, так как здесь важна информационная часть, но необходима возможность простого изменения документа конечным пользователем во время текущей работы. Процесс получения табличных выходных документов представляется как последовательное выполнение следующих операций (рис 3.6): выборка по запросу необходимых данных; выполнение вычислений над выбранной совокупностью данных; формирование и выдача выходного документа на печать[63]. Здесь возможна адаптация для конкретного пользователя следующими путями: в изменения формы вывода документа (тела документа); выбора алгоритма расчета из нескольких заранее заложенных (например, суммы итогов, финансовые функции в итогах, специально разработанные функции в итогах); изменение параметров расчета или выборки данных (при работе по уже сформированному ПД адаптация осуществляется путем изменения параметров построения ПД).
Система обработки платежных поручений
Первая апробация созданной методики была проведена при разработке системы работы с платежными поручениями. Данная система включает в се-т бя работу со следующими единицами информации: платежные поручения; предприятия; банковские реквизиты; налоги.
Каждая информационная единица определена в виде таблицы данных и имеет ссылку на подчиненные информационные единицы. Такой вариант информационного построения системы как нельзя лучше подходит для апробации структуры построения информационного модуля, т.к. в данной системе есть вложенные ссылки и одновременно небольшое количество информационных единиц. Недостаточно стройная информационная модель системы привела к большей трудоемкости поддержания ссылочной целостности данных, но практически не затронула общие для всех информационных единиц функции по хранению и управлению данными.
Для каждой информационной единицы введен набор функций по хранению и управлению данными: коррекция, ввод, печать, удаление, поиск, копирование на внешний носитель, вызов списка подчиненных информационных единиц с возможностью добавления новой записи.
Технология работ с платежными документами организована следующим образом. Пользователь при входе в систему выбирает из меню информационную единицу, с которой будет работать в текущий момент, после чего попадает в журнал документов с полными возможностями навигации, редактирования, добавления или удаления документов. Для изменения документов используется экран редактирования. Для установки ссылок на подчиненные единицы информации были использованы специальные списки, которые позволяли осуществлять простейший поиск информации по контексту. При отсутствии необходимой информации в списке, пользователь мог активизировать экран добавления необходимой информации.
Для реализации системы был создан специальный шаблон, в котором были реализованы указанные функции по работе с информационными единицами.
Для реализации модуля был использован процедурный не объектно-ориентированный язык программирования FoxPro. Вся система была реализована в едином модуле и для обработки различных единиц информации были использованы рекурсивные вызовы единой процедуры обработки информации, построенной на основе разработанного шаблона, в которой было организовано ветвление для различных информационных единиц.
Достоинством такой схемы было использование единых алгоритмов обработки информации для всех информационных единиц, единый интерфейс пользователя, компактность программного кода, высокая скорость работы системы.
К недостаткам этой схемы можно отнести слабую масштабируемость системы, а именно, невозможность внесения дополнительных информационных единицы без внесения значительного количества изменений в исходный текст единого программного модуля, что также затрудняет сопровождение системы.
В результате эксплуатации полученной системы выявлено, что при работе с системой нескольких пользователей необходима адаптация программного обеспечения к нуждам конкретного пользователя или группы пользователей, что не было предусмотрено при реализации системы обработки платежных документов.
При работе с ПД необходимо использовать полный диапазон доступа к информации при установке ссылок на записи других информационных единиц, т.е. необходим ввод и редактирование информационных единиц, на которые установлены ссылки, а также расширенный поиск информации в информационных списках, практически такой же, какой необходим при реаліь зации ПД, а именно, поиск не только по контексту, но и по типам данных, которые могут быть не визуализированы в данный момент.
