Содержание к диссертации
Введение 4
1. Модели структурного и объектно-ориентированного анализа 10
1.1. Модель «сущность-связь» 10
1.2. Модели системного структурного анализа 15
1.3. Концептуальная модель 19
1.4. Модель объектно-ориентированного анализа 25
1.5. Выводы 41
2. Обобщенная модель 43
2.1. Механизмы абстракции 43
2.2. Механизмы классификации понятий и отношений 46
2.3. Элементы и агрегаты данных 48
2.4. Отношения (связи) между информационными объектами 53
2.5. Средства спецификации процессов 58
2.6. Структурные отношения процессов 62
2.7. Спецификация потока управления 65
2.8. Спецификация окружения и именование элементов ОМ 65
2.9. Выводы 66
3. Методы взаимного преобразования моделей 70
3.1. Преобразование модели «сущность-связь» к обобщенной модели 70
3.2. Преобразование моделей ССА к обобщенной модели
3.3. Преобразование концептуальной модели к обобщенной модели 78
3.4. Преобразование диаграмм классов к обобщенной модели 80
3.5. Преобразование диаграммы объектов к обобщенной модели 82
3.6. Преобразование диаграммы прецедентов к обобщенной модели 82
3.7. Преобразование спецификаций вычислительного процесса ООА к обобщенной модели 83
3.8. Преобразование обобщенной модели к модели сущность-связь 85
3.9. Преобразование обобщенной модели к модели КМ 86
3.10. Преобразование спецификаций данных из обобщенной модели в модель ООА 87
3.11. Преобразование спецификаций вычислительного процесса из обобщенной модели в модель ООА 88
3.12. Выводы 90
4. Инструментальные средства и примеры преобразования проектной информации -3 4.1. Реализация алгоритмов преобразований 91
4.2. Структура вспомогательных репозиториев 94
4.3. Описание делового процесса «Перевод пациентов» 99
4.4. Эскизный проект подсистемы «Учет движения пациентов» 101
4.5. Преобразование эскизного проекта к обобщенной модели 106
4.6. Преобразование обобщенной модели в объектно-ориентированный проект подсистемы «Учет движения пациентов» 109
Заключение 111
Список литературы 112
Введение к работе
Актуальность работы. Создание и широкое внедрение автоматизированных информационных систем (АИС) и автоматизированных систем управления (АСУ) является актуальной задачей, решение которой позволит в значительной мере повысить экономическую эффективность функционирования производственных систем и систем непроизводственного назначения. Основными препятствиями, возникающими на пути создания подобного рода систем, являются сложность и высокая трудоемкость их проектирования, разработки, внедрения, сопровождения, модификации и эксплуатации.
Для решения указанных проблем могут быть предложены модели и методы, позволяющие автоматизировать работы по созданию автоматизированных информационных систем на протяжении всего их жизненного цикла, положенные в основу современных CASE-систем (CASE -Computer Aided Software Engineering).
В настоящее время существует несколько несогласованных друг с другом методологий описания предметных областей и проектирования программных систем, а также большое количество CASE-систем, реализующих и поддерживающих эти различные методологии. Задачи сопоставления мощности используемых выразительных средств, взаимного конвертирования моделей, созданных с использованием различных методологий, представляют значительный научный и практический интерес.
Разработка методов взаимного конвертирования и обобщения моделей позволит обеспечить переносимость и повторное использование проектов информационных систем. Это особенно важно из-за происходящего в настоящее время быстрого внедрения объектно-ориентированных методов анализа и проектирования, вытесняющих структурные методы.
Создание методов взаимного преобразования структурных и объектно-ориентированных проектов, в том числе сделает возможным:
— при модернизации существующих систем конвертировать структурные проекты в объектно-ориентированные и продолжать разработку в соответствии с современными методами объектно-ориентированного анализа и проектирования;
— вести «двунаправленное» проектирование, т.е. поддерживать одновременно структурный и объектно-ориентированньш «взгляды» на систему.
Задачи работы.
Для решения поставленной проблемы необходимо решить следующие основные задачи:
1) выполнить формализацию моделей, используемых в настоящее время при разработке программного обеспечения;
2) произвести сопоставление выразительных средств данных моделей, предложить модель, обобщающую возможности рассмотренных моделей;
3) разработать набор правил приведения понятий и конструкций моделей к обобщенной модели, предложить обратные преобразования;
4) вьшолнить анализ свойств преобразований, состоящих в сохранение корректности исходных моделей после их преобразования;
5) разработать инструментальные средства для взаимного конвертирования структурных, объектно-ориентированных моделей и обобщенной модели.
Методы исследования.
Для решения поставленных в работе задач используются методы теории множеств, теории графов, логики, математической логики, теории алгоритмов, теории формальных языков.
Научная новизна работы состоит в следующем:
— разработана обобщенная модель проектирования программного обеспечения информационных систем, включающая понятия и отношения, используемые как в рамках структурной, так и объектно-ориентированной методологии;
— предложены алгоритмы преобразования структурных и объектно-ориентированных моделей к обобщенной модели, для которых доказано сохранение корректности проекта после его преобразования;
— предложены обратные преобразования, позволяющие переходить от структурных моделей к объектным моделям и, наоборот, посредством обобщенной модели.
Практическая ценность работы состоит в следующем:
— разработаны исследовательские прототипы программных средств, обеспечивающих конвертирование проектов программного обеспечения автоматизированных информационных систем;
— предложены методики, обеспечивающие переход от структурных проектов к объектно-ориентированным и наоборот, основанные на применении созданных программных средств совместно с CASE-продуктами, представленными на современном рынке программного обеспечения.
Реализация и внедрение результатов работы.
Основные теоретические положения, практические результаты работы и инструментальные средства были внедрены и использованы при разработке программного комплекса моделей в ФГУП КБ «Арсенал» им. М.В.Фрунзе, при разработке проекта корпоративной информационной системы в ЗАО «Эврика», при выполнении работ по гранту ФФИ "Разработка метамоделей, методов, инструментальных средств и технологии конвертации проектов информационных систем, созданных в соответствии с различными методологиями в различных CASE-системах" (номер проекта 00-07-90344-в), а также в учебном процессе Санкт-Петербургского Государственного университета аэрокосмического приборостроения и Международного банковского института.
Апробация работы:
Основные положения и некоторые результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и семинарах:
1) Научная военно-техническая конференция «Военная радиоэлектроника: проблемы создания и совершенствования радиоэлектронной техники, подготовка специалистов», СПВУРЭ ПВО, 1998 г.
2) Первая научная сессия аспирантов ГУАП, СПб., 1998 г.
3) Вторая научная сессия аспирантов ГУАП, СПб., 1999 г.
4) Третья научная сессия аспирантов ГУАП, СПб., 2000 г.
5) 10-ый Международный банковский конгресс. Международная научно-практическая конференция «Образование и бизнес: российская практика и зарубежный опыт», СПб., 2001 г.
6) Первая международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы экономики и новые технологии преподавания», МБИ, СПб., 2002 г.
7) Вторая международная научно-практическая конференция «Актуальные проблемы экономики и новые технологии преподавания», МБИ, СПб., 2003 г.
8) Международная научно-методическая конференция «Управление качеством в современном вузе», Санкт-Петербург-Калуга, 2003 г.
Положения, выносимые на защиту:
1) обобщенная модель, позволяющая проектировать программное обеспечение информационных систем как с помощью структурного, так и объектно-ориентированного подходов;
2) алгоритмы преобразования моделей структурного и объектно-ориентированного анализа к обобщенной модели, сохраняющие свойства корректности, которые обеспечивают в дальнейшем получение корректных структур баз данных и программных спецификаций;
3) обратные преобразования, позволяющие транслировать конструкции структурных моделей в объектно-ориентированные и, наоборот, посредством их приведения к обобщенной модели;
4) прототип подсистемы конвертирования, обеспечивающий преобразование программных проектов на уровне репозиториев CASE-систем.
Публикации:
Основные результаты работы опубликованы в 10 печатных работах.
Структура и объем работы;
Диссертация состоит из введения, 4 разделов, заключения, библиографического списка (100 наименований), имеет общий объем 120 машинописных страниц, содержит 20 таблиц и 20 рисунков.
В главе 1 рассматриваются графические языки, и выполняется формализация моделей структурного и объектно-ориентированного анализа. Следует заметить, что обсуждаемый подход изначально ориентирован на класс информационных систем, вследствие чего, расширения структурного и объектно-ориентированного анализа, введенные для разработки систем реального времени, исключены из рассмотрения. Обзор и формализация производятся для следующих моделей:
— модель «сущность-связь» (далее по тексту СС), предложенную П. Ченом в работе [96];
— модель структурного системного анализа (далее по тексту ССА), в основе которой лежат диаграммы потоков данных (ДПД), автор придерживается нотации ДПД, предложенной К. Гейн и Т. Сарсон в работе [8, 40];
— концептуальная модель (далее по тексту КМ), предложенная в работе [31];
— модель объектно-ориентированного анализа (далее по тексту ООА), предложенная Грейди Буч [5, 33, 34] и в последствии развитая в нотации Unified Modeling Language (UML) [9, 35].
Модели CCA и СС получили широкое распространение в структурных методологиях проектирования информационных систем, но в настоящее время активно вытесняются моделями ООА [50, 51, 53, 69]. КМ представляют интерес, так как для них б предложен строгий математический аппарат. Следует заметить, что средства спецификации, используемые в нотации UML, охватывают как вопросы описания предметной области, так и вопросы, связанные с реализацией, в том числе с привязкой к конкретному языку программирования [70, 73, 74, 75], последние в настоящей работе исключены из рассмотрения.
Глава 2 посвящена решению задачи сопоставления выразительных средств, используемых в моделях структурного и объектно-ориентированного анализа, для этого произведено сопоставление объемов понятий по правилам, принятым в логике. По результатам сопоставления создан перечень понятий и отношений, обобщающий описательные средства моделей СС, CCA, КМ, ОА (обобщенная модель).
В главе 3 для каждой из моделей, рассмотренной в главе 1, предлагается механизм конвертирования данной модели в обобщенную модель, анализируются свойства преобразований, доказывается сохранение корректности исходных моделей в ходе их преобразования.
Глава 4 посвящена практическому использованию предложенных в работе теоретических положений. Апробация результатов работы осуществляется за счет создания утилит конвертирования, протестированных на ряде реальных проектов. Апробация состоит в разработке программ, реализующих конвертирование на уровне репозиториев CASE-систем.
