Методи комп’ютерного моделювання та проектування складних систем (реферат)

Язык: украинский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
0 10918
Скачать документ

Реферат на тему:

Методи комп’ютерного моделювання та проектування складних систем

Як зазначалось у попередніх підрозділах, розроблення та використання
СППР та ЕС безпосередньо пов’язані з моделюванням у тих проблемних
галузях, для яких створюються відповідні інформаційні системи. Крім
того, моделювання є основним етапом системного аналізу. Тому, звичайно,
існують сучасні інформаційні технології, які забезпечують автоматизацію
цього процесу.

Традиційно під моделюванням на ЕОМ розумілося лише імітаційне
моделювання. Але в останні роки завдяки розвитку графічного інтерфейсу і
графічних пакетів широкий розвиток отримало комп’ютерне,
структурно-функціональне моделювання та було покладено початок
використанню комп’ютера при концептуальному моделюванні, де він
використовується, наприклад, для побудови систем штучного інтелекту.
Отже, поняття «комп’ютерне моделювання» значно ширше за традиційне
поняття «моделювання на ЕОМ».

Під комп’ютерною моделлю найчастіше розуміють:

умовний образ об’єкта чи деякої системи об’єктів (або процесів),
описаних за допомогою взаємозалежних комп’ютерних таблиць, блок-схем,
діаграм, графіків, малюнків, анімаційних фрагментів, гіпертекстів тощо,
які відображують структуру та взаємозв’язки між елементами об’єкта чи
системи. Комп’ютерні моделі такого типу називають
структурно-функціональними;

окрему програму, сукупність програм, програмний комплекс, що дає змогу
через певну послідовність обчислень та графічне відображення їх
результатів, відтворювати (імітувати) процеси функціонування об’єкта чи
системи об’єктів за умови впливу на них різних, як правило випадкових,
факторів. Такі моделі називають імітаційними моделями.

Комп’ютерне моделювання — це метод розв’язання завдання аналізу або
синтезу складної системи на засадах використання його комп’ютерної
моделі. Суть комп’ютерного моделювання полягає в знаходженні кількісних
і якісних результатів за допомогою наявної моделі. Якісні висновки, які
отримують за результатами аналізу, дають змогу знайти невідомі раніше
характеристики складної системи: її структуру, динаміку розвитку,
стійкість, цілісність тощо. Кількісні висновки, головно, мають характер
прогнозу майбутніх чи пояснення минулих значень змінних, що
характеризують систему.

Предметом комп’ютерного моделювання можуть бути: економічна діяльність
фірми, банку, виробничого підприємства; інформаційно-обчислювальна
мережа; технологічний процес; будь-який інший реальний об’єкт чи процес,
наприклад процес інфляції, і загалом, будь-яка складна система. Цілі
комп’ютерного моделювання можуть бути різними, однак найчастіше
моделювання є, як уже зазначалося раніше, головним етапом (процедурою)
системного аналізу, тобто сукупності методологічних засобів, що
використовуються для підготовки та прийняття рішень економічного,
організаційного, соціального чи технічного характеру.

Комп’ютерна модель складної системи має за можливості відображати всі
головні фактори і взаємозв’язки, що характеризують реальні ситуації,
критерії та обмеження. Модель має бути досить універсальною, щоб за
можливості була спроможною описувати близькі за призначенням об’єкти, і
водночас досить простою, щоб уможливлювати виконання необхідних
досліджень з мінімальними витратами.

Усе це підтверджує той факт, що моделювання систем, розглянуте загалом,
є скоріш мистецтвом, ніж наукою, із самостійним набором засобів
відображення явищ і процесів реального світу. Тому досить складно
навести єдину, узагальнену класифікацію завдань комп’ютерного
моделювання та створити достатньо універсальні його інструментальні
засоби для об’єктів довільної природи. Однак, якщо звузити коло
розглянутих об’єктів, обмеживши його, наприклад, завданнями
комп’ютерного моделювання за системного аналізу об’єктів
економіко-організаційного керування, то можна підібрати ряд досить
універсальних підходів і програмних засобів.

Існує велике різноманіття засобів комп’ютерного моделювання, особливо
структурно-функціонального, які з’являються мало не щодня. Однією із
спроб подолати розбіжності між такими засобами є уніфікована мова
моделювання.

Уніфікована мова моделювання (Unified modeling language, UML) є
графічною мовою для візуалізації, специфікації, конструювання та
документування систем, в яких більша роль належить програмному
забезпеченню. За допомогою UML можна розробити детальний план системи,
що відображує не тільки її концептуальні елементи, такі як системні
функції та бізнес-процеси, а й конкретні особливості реалізації, в тому
числі типи, написані спеціальними мовами програмування. Можна розробити
також схеми баз даних та програмні компоненти багаторазового
використання.

1996 року група управління об’єктами (Object Management Group, OMG)
звернулась до об’єктно орієнтованої спільноти з пропозицією створити
стандартний синтаксис для об’єктно орієнтованого аналізу та відповідну
семантичну метамодель. Перша версія UML (UML 1.0) з’явилась у січні 1997
р. як відповідь на цю пропозицію. Після її обговорення та дороблення в
листопаді 1997 р. версія UML 1.1 була успішно затверджена та прийнята до
використання практично всіма найбільшими компаніями — виробниками
програмного забезпечення (Microsoft, IBM, Hewlett-Packard, Oracle,
Sybase та ін.). Крім того, практично всі світові виробники CASE-засобів,
крім Rational Software, заявили про готовність підтримки UML у своїх
продуктах.

Творці UML подають її як мову для визначення, подання, проектування та
документування програмних систем, бізнес-систем та інших різних систем.
UML виключає нотацію та метамодель. Нотація є сукупністю графічних
об’єктів, які використовуються в моделях, вона є синтаксисом мови
моделювання. Для детальнішого ознайомлення з ключовими поняттями,
семантикою та процесом використання UML можна порекомендувати [43].

Основні принципи та концептуальні засади CASE-технологій

Тенденції сучасних інформаційних технологій ведуть до постійного
ускладнення інформаційних систем (ІС), що створюються в різних галузях
економіки. Сучасні великі проекти ІС мають, як правило, такі
особливості:

— складність описання (досить велика кількість функцій, процесів,
елементів даних та складні взаємозв’язки між ними), що потребує
ретельного моделювання, аналізу даних та процесів;

— наявність сукупностей компонентів (підсистем), що тісно взаємодіють та
мають свої локальні задачі і цілі функціонування (наприклад, традиційних
додатків, пов’язаних з обробленням трансакцій та розв’язанням
регламентних задач, та додатків аналітичного оброблення (підтримки
прийняття рішень), що використовують нерегламентовані запити до даних
великого об’єму);

— відсутність прямих аналогів, що обмежує використання якихось типових
проектних рішень та прикладних систем;

— необхідність інтеграції додатків, що існують та тільки розробляються;

— функціонування в неоднорідному середовищі на різних апаратних
платформах;

— розрізненість та різнорідність окремих груп розробників за рівнем
кваліфікації та вкоріненими традиціями використання певних
інструментальних засобів;

— істотна тривалість проекту зумовлена, з одного боку, обмеженими
можливостями колективу розробників та, з другого боку, масштабами
організації замовника і різними рівнями готовності її підрозділів до
впровадження ІС.

Для успішного впровадження проекту об’єкт проектування (ІС) має бути,
передусім, адекватно описаний, мають бути побудовані повні та
несуперечливі функціональні та інформаційні моделі ІС. Накопичений
досвід свідчить, що це логічно складна, трудомістка та тривала робота.
Вона потребує високої кваліфікації спеціалістів, які беруть у ній
участь.

У 70-х та 80-х роках за розроблення ІС досить широко застосовували
структурну методологію. Але її використання для проектування ІС
викликало ряд проблем, зумовлених, зокрема, значним обсягом ручної
роботи:

— неадекватна специфікація вимог;

— нездатність виявляти помилки в проектних рішеннях;

— низька якість документації, що знижує експлуатаційні властивості;

— затяжний цикл та незадовільні результати тестування.

Перераховані вище проблеми спонукали до появи програмно-технологічних
засобів спеціального типу — CASE-засобів, що реалізують CASE-технологію
створення та супроводження ІС [11, 36]. Термін CASE (Computer Aided
Software Engineering (комп’ютерна підтримка інженерії програмного
забезпечення), а за іншою версією — Computer Aided System Engineering
(комп’ютерна підтримка інженерії систем)) використовується зараз у
досить широкому розумінні. Нині під терміном CASE-засоби розуміють
програмні засоби, що підтримують процеси створення та супроводження ІС,
враховуючи аналіз та формулювання вимог, проектування прикладного ПЗ
(додатків) та баз даних, генерування коду, тестування, документування,
забезпечення якості, конфігураційне керування та управління проектом, а
також інші процеси.

CASE-технологія є методологією проектування ІС, а також набором
інструментальних засобів, що уможливлюють у наочній формі моделювання
будь-якої проблемної галузі, аналіз цієї моделі на всіх етапах
розроблення та супроводження ІС та розроблення додатків відповідно до
інформаційних потреб користувачів. Більшість існуючих CASE-засобів
ґрунтуються на методологіях структурного (головно) та об’єктно
орієнтованого аналізу і проектування, що використовують специфікації у
вигляді діаграм або текстів для описування зовнішніх вимог, зв’язків між
моделями системи, динаміки поведінки системи та структури програмних
засобів.

Сучасні CASE-засоби охоплюють широкий діапазон підтримки численних
технологій проектування: від простих засобів аналізу і документування до
повномасштабних засобів автоматизації. До CASE-засобів належать як
відносно дешеві системи для персональних комп’ютерів з дуже обмеженими
можливостями, так і дорогі системи для неоднорідних обчислювальних
платформ і операційних середовищ. Так, сучасний ринок програмних засобів
нараховує близько 300 різних CASE-засобів, найпотужніші з яких певною
мірою використовуються практично усіма провідними західними фірмами.

До CASE-засобів здебільшого відносять будь-який програмний засіб, що
використовується для автоматизації моделювання систем та має такі
характерні риси:

потужні графічні засоби для описування і документування, що забезпечують
зручний інтерфейс із розробником і розвивають його творчі можливості;

інтеграція окремих компонентів CASE-засобів, що забезпечує керованість
процесом розроблення моделі;

використання у спеціальний спосіб організованого сховища проектних
метаданих (репозиторію).

Інтегрований CASE-засіб (чи комплекс засобів) містить такі компоненти;

репозиторій, що є основою CASE-засобу. Він повинен забезпечувати
збереження версій проекту і його окремих компонентів, синхронізацію
надходження інформації від різних розробників, контроль метаданих на
повноту і несуперечність;

графічні засоби аналізу і проектування, що забезпечують створення і
редагування ієрархічно зв’язаних діаграм (DFD, ERD тощо);

засоби розроблення додатків, включаючи мови 4GL і генератори кодів;

засоби конфігураційного керування;

засоби документування;

засоби тестування;

засоби керування проектом;

засоби реінжинірингу.

Усі сучасні CASE-засоби можуть бути класифіковані, головно, за типами і
категоріями. Класифікація за типами відображує функціональну орієнтацію
CASE-засобів на різні процеси моделі. Класифікація за категоріями
визначає рівень інтегрованості за функціями, що можуть виконуватися, і
включає окремі локальні засоби, які розв’язують невеликі автономні
задачі (tools), набір частково інтегрованих засобів, що охоплюють
більшість етапів моделювання системи (toolkit) і цілком інтегровані
засоби, що підтримують весь цикл аналізу та проектування системи і
зв’язані загальним репозиторієм. Крім цього, CASE-засоби можна
класифікувати за такими ознаками:

методологіями і моделями систем та БД, що застосовуються в CASE-засобах;

рівнем інтегрованості із СУБД;

доступними платформами.

Класифікація за типами переважно збігається з компонентним складом
CASE-засобів та включає такі основні типи:

засоби аналізу (Upper CASE), призначені для побудови й аналізу моделей
проблемної галузі (Design/IDEF (Meta Software), BPwin (Logic Works));

засоби аналізу і проектування (Middle CASE), що підтримують
найрозповсюдженіші методології проектування і, які використовують для
створення проектних специфікацій (Vantage Team Builder (Cayenne),
Designer/2000 (ORACLE), Silverrun (CSA), PRO-IV (McDonnell Douglas),
CASE-Аналітик (Макропроджект)). Виходом таких засобів є специфікації
компонентів і інтерфейсів системи, структури системи, алгоритми і
структури даних;

засоби проектування баз даних, що забезпечують моделювання даних і
генерування схем баз даних (як правило, мовою SQL) для
найрозповсюдженіших СУБД. До них належать ERwin (Logic Works),
S-Designor (SDP) і DataBase Designer (ORACLE). Засоби проектування баз
даних наявні також у складі CASE-засобів Vantage Team Builder,
Designer/2000, Silverrun і PRO-IV;

засоби розробки додатків. До них належать засоби 4GL (Uniface
(Compuware), JAM (JYACC), PowerBuilder (Sybase), Developer/2000
(ORACLE), New Era (Informix), SQL Windows (Gupta), Delphi (Borland)
тощо) і генератори кодів, що входять до складу Vantage Team Builder,
PRO-IV і частково — до Silverrun;

засоби реінжинірингу, що забезпечують аналіз програмних кодів і схем баз
даних і формування на їхній основі різних моделей і проектних
специфікацій. Засоби аналізу схем БД і формування ERD входять до складу
Vantage Team Builder, PRO-IV, Silverrun, Designer/2000, ERwin і
S-Designor. У сфері аналізу програмних кодів найбільше поширення
отримують об’єктно орієнтовані CASE-засоби, що забезпечують реінжиніринг
програм

мовою С++ (Rational Rose (Rational Software), Object Team (Cayenne)).

До допоміжних типів належать:

засоби планування й управління проектом (SE Companion, Microsoft Project
тощо);

засоби конфігураційного управління (PVCS (Intersolv));

засоби тестування (Quality Works (Segue Software));

засоби документування (SoDA (Rational Software)).

Нині вітчизняний ринок програмного забезпечення має у своєму
розпорядженні такі найкраще розвинуті CASE-засоби:

Vantage Team Builder (Westmount I-CASE);

Designer/2000;

Silverrun;

ERwin+BPwin;

S-Designеr;

CASE-Аналітик.

Крім того, на ринку постійно з’являються як нові для вітчизняних
користувачів системи (наприклад, CASE /4/0, PRO-IV, System Architect,
Visible Analyst Workbench, EasyCASE), так і нові версії та модифікації
названих систем.

Структурне моделювання

Як зазначалося раніше, існують кілька підходів до автоматизованого
аналізу складних систем. Вагоме місце серед них посідає
структурно-функціональне моделювання, яке отримало самостійний розвиток
та має досить популярні реалізації в конкретних технологіях та
програмних продуктах.

Структурно-функціональне моделювання започатковане у теорії
автоматичного управління (ТАУ), де було розвинуто апарат, що містить не
тільки правила утворення і перетворення, а й досить загальну методологію
аналізу і синтезу структурних схем. Хоча динамічні
структурно-функціональні схеми ТАУ мають широкі можливості для аналізу
неперервних, лінійних динамічних систем, що описуються диференційними
рівняннями, вони погано підходять для описування процесів у
організаційних системах, де зв’язки між окремими блоками мають набагато
ширший зміст і рідко можуть бути зведені до деякої функції часу
(сигналу).

Подальший розвиток структурно-функціонального моделювання пов’язаний із
виникненням автоматизованих систем управління виробництвом (АСУ).
Загалом АСУ використовують мову структурно-функціонального моделювання,
яка застосовується при системному аналізі і проектуванні автоматизованих
організаційних систем.

Сучасні методи структурно-функціонального аналізу і моделювання складних
систем були закладені завдяки працям професора Масачусетського
технологічного інституту Дугласа Росса, який уперше використовував
поняття «структурний аналіз» ще сорок років тому, намагаючись створити
алгоритмічну мову АРТ, орієнтовану на модульне програмування. Подальший
розвиток ідеї описування складних об’єктів як ієрархічних,
багаторівневих, модульних систем за допомогою невеликого набору типових
елементів привів до появи SADT (Structured Analyses and Design
Technique), що в дослівному перекладі означає «технологія структурного
аналізу і проектування», а власне кажучи, є методологією
структурно-функціонального моделювання й аналізу складних систем [20]. З
часу своєї появи SADT постійно удосконалювалася і широко
використовувалася для ефективного вирішення цілого ряду проблем, таких
як удосконалення управління фінансами та матеріально-технічним
постачанням великих фірм, розробка програмного забезпечення АСУ
телефонними мережами, стратегічне планування діяльності фірм,
проектування обчислювальних систем і мереж тощо.

Центральною ідеєю SADT за визначенням її авторів є SA-блок —
універсальна одиниця універсальної пунктуації для необмеженого строго
структурного аналізу. Незважаючи на таку мудровану назву, під таємничим
SA-блоком ховається звичайний функціональний блок, що характеризується
наявністю входу, виходу, механізму та керування. Іншим фундаментальним
поняттям SADT є принцип ієрархічної декомпозиції зверху вниз, що дає
можливість аналізувати якзавгодно складні системи. Оригінальним у SADT є
ефективний метод кодування зв’язків, заснований на використанні
спеціальних ICOM-кодів, який дає змогу не тільки спростити процедуру
моделювання, але й автоматизувати процедури структурно-функціонального
аналізу.

Відомим програмним продуктом, що реалізує методологію
структурно-функціонального аналізу SADT, є Design/IDEF виробництва
компанії Meta Software Corp. Він орієнтований на проектування і
моделювання складних систем широкого призначення, пов’язаних з
автоматизацією і комп’ютеризацією виробництва, а також із завданнями
економіко-організаційного управління та бізнес-планування. Design/IDEF
має швидку і високоякісну графіку, яка уможливлює створення
SADT-моделей, містить словник даних, що дає змогу зберігати необмежений
обсяг інформації про об’єкти і моделі, допускає колективну роботу над
моделлю, уможливлює генерування звітів за результатами системного
аналізу.

Першою рисою, що вирізняє SADT-методологію, є принцип побудови моделі
зверху вниз. Цей принцип означає, що можна, починаючи з досить простих
макроекономічних моделей розвитку сектору економіки в цілому чи окремої
галузі, дійти, якщо потрібно, до окремих технологічних процесів. При
цьому відповідно до призначення моделі на кожному рівні можна
сформулювати обґрунтовані вимоги щодо її точності.

Очевидно, що на першому етапі побудови ієрархії моделей можна та
необхідно починати з досить грубих (ескізних) моделей. Оскільки
методологія SADT дає змогу уточнювати (деталізувати) моделі за допомогою
розкриття SADT-блоків вищого рівня ієрархії, нові штрихи за необхідності
можуть бути додані без зміни тих моделей, що вже побудовані. У такий
спосіб SADT реалізує ієрархічне, багаторівневе моделювання, і в цьому її
друга відмінність від відомих підходів.

Третьою особливістю моделювання на основі SADT є можливість одночасно зі
структуруванням проблеми розробляти структуру бази даних, а точніше —
баз даних, тому що на різних рівнях ієрархічного моделювання доцільно
мати окремі бази даних. У пакеті DESIGN/IDEF автоматизовано процес опису
бази даних, що відповідає структурі моделі. Отже, одночасно з
ієрархічною структурою моделі одержують і структуру розподіленої бази
даних. Для моделювання баз даних використовують мову SQL.

Отже, можна висновувати, що застосування методології SADT дає змогу
уніфікувати різні блоки моделі складної системи, розподілити процес
створення моделі і об’єднати окремі модулі в єдину ієрархічну динамічну
модель.

Ще одним широко відомим інструментальним засобом
структурно-функціонального моделювання, заснованим на стандарті IDEFО, є
пакет BPWin, що пропонується компанією MacroProject. Він призначений для
моделювання й оптимізації бізнес-процесів і автоматизує багато рутинних
операцій, пов’язаних з побудовою моделей організаційних систем.

Список літератури

Акофф Р. Л. Планирование в больших экономических системах / Пер. с англ.
— М.: Сов. радио, 1972. — 223 с.

Андрейчиков А. В., Андрейчикова О. Н. Анализ, синтез, планирование
решений в экономике. — М.: Финансы и статистика, 2000. — 368 с.

Анфилатов В. С., Емельянов А. А., Кукушкин А. А. Системный анализ в
управлении. — М.: Финансы и статистика, 2002. — 368 с.

Беляев А. А., Коротков Э. М. Системология организации. — М.: ИНФРА-М,
2000. — 182 с.

Беренс В., Хавранек П. М. Руководство по оценке эффективности
инвестиций. — М.: ИНФРА-М, 1995.

Браверман Э. М. Математические модели планирования и управления в
экономических системах. — М.: Наука, 1976. — 368 с.

Похожие документы
Обсуждение
    Заказать реферат
    UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2018