Особенности методологии проектирования информационных систем для предметной области мультиагентных процессов преобразования ресурсов^[1]

 

Аксенов Константин Александрович,

кандидат технических наук,

Спицина Ирина Александровна,

Старший преподаватель кафедры автоматики и информационных технологий,

Уральский государственный технический университет-УПИ.

 

Наиболее используемые методологии разработки программного обеспечения (ПО) в настоящее время:

-                   Rational Unified Process (RUP) – поддержана инструментальными средствами фирмы Rational Software [5];

-                   Microsoft Solution Framework (MSF) – предложена фирмой Micosoft, есть пакет программ для ее поддержки [4];

-                   гибкие технологии – имеются различные программные инструменты, автоматизирующие отдельные аспекты [3].

К недостаткам CASE-средств, реализующих эти методологии можно отнести следующее:

-                    отсутствует интеграции структурного и объектно-ориентированного подхода;

-                    отсутствие интеллектуальности процесса проектирования – не решена задача автоматического перехода к проектированию одних диаграмм на основе других;

-                    отсутствие пакетов для имитационного моделирования (ИМ) бизнес-процессов (БП), а, следовательно, и возможность использовать информацию из модели при проектировании информационных систем (ИС).

Разработка метода проектирования ПО и CASE-средства, которые бы устранили эти недостатки, является актуальной задачей. Методология проектирования ИС также должна обеспечивать автоматизацию процесса создания ИС для предметной области мультиагентных процессов преобразования ресурсов (МППР) [1].

На основе проведенного анализа существующих методологий проектирования [2] и CASE-средств сформулируем требования к модели и методологии проектирования ИС.

Модель и методология проектирования ИС должны обеспечивать автоматизацию процесса создания ИС для предметной области МППР. Таким образом, можно выделить следующие требования:

1. Выбор методики системы анализа и модели для формализации производственных процессов, БП, организационно-технических систем. При этом будем учитывать наличие лиц, принимающих решения (ЛПР), которые могут быть представлены в виде интеллектуальных агентов (ИА).

2. ИМ для проверки модели «как будет» на этапе реинжениринга БП, и оценки производительности ИС.

3. Интеллектуальное проектирование ИС, включающее функциональный и объектно-ориентированный анализ, проектирование пользовательского интерфейса (ПИ), формирование исполняемого кода ИС.

4. Методология проектирования ИС должна ориентироваться на итерационно-спиральной модели жизненного цикла (ЖЦ) ПО, поскольку сложность и изменчивость автоматизируемых бизнес-процессов не позволяют полностью проработать требования к ИС на начальном этапе.

В качестве модели описания БП предлагается использовать математическую модель МППР, а в качестве модели представления знаний – фреймово-семантическую модель, поскольку они наиболее полно удовлетворяют перечисленным выше требованиям.

Основываясь на выбранных моделях, были построены концептуальная модель предметной области (КМПО) МППР и КМПО ИС [6]. Предлагаемая методология осуществляет переход от одной модели к другой. Для описания семантики переходов между различными моделями БП и ИС используется диаграмма состояния объекта (стандарт IDEF5).

При проектировании ИС используют функциональный и объектно-ориентированный подходы [7]. Следовательно, довольно сложную КМПО ИС можно представить в виде КМПО DFD-диаграммы [7] и КМПО UML-диаграмм (рисунки 1-3).

 

Рис. 1. КМПО диаграммы прецедентов.

 

Рис. 2. КМПО диаграммы последовательности.

 

Рис. 3. КМПО диаграммы классов.

 

Далее показано применение методологии на примере одного из элементов МППР. Агенту соответствует модель ЛПР, имеющая сложную структуру. При ее построении используют подходы искусственного интеллекта. В основе модели может лежать некий алгоритм или сценарий поведения, реализованный в виде экспертной системы, которая включает: машину логического вывода, базу знаний (БЗ), правила и рабочую память. С точки зрения ИС, агент представляет собой программную сущность, у которой, при необходимости, имеется некоторый ПИ, функции, описывающие сценарий работы агента, и таблицы или файлы для хранения правил БЗ агента и его свойств. При реализации агента может быть использована архитектура «клиент-сервер» вариант «тонкий клиент – толстый сервер». В этом случае сервер выполняет сценарий работы агента, реализованный в виде хранимой процедуры (ХП). Семантика перехода агента в элементы ИС приведена на рисунке 4.

 

Рис. 4. Семантика перехода агента в элементы ИС.

 

Семантика перехода агента в объекты диаграмм приведена на рисунке 5. С точки зрения проектирования, агент представляет собой ПО.

 

Рис. 5. Семантика перехода агента.

 

В таблицах 1-3 приведены соответствия между остальными элементами КМПО МППР и КМПО ИС.

Таблица 1.

Соответствие элементов МППР элементам DFD-диаграммы.

Элементы МППР	Элементы DFD-диаграммы
Ресурс	Поток данных, хранилище данных
Преобразователь	Функция
Агент	Внешняя сущность

 

Таблица 2.

Соответствие элементов DFD-диаграммы элементам UML-диаграмм.

Элементы DFD-диаграммы	Элементы UML
	диаграмма прецедентов	диаграмма классов
Внешняя сущность	Актер/роль	Класс
Функция	Прецедент	Класс \ метод
Поток данных	Нет	Класс \ метод
Хранилище данных	Нет	Класс

 

Таблица 3.

Соответствие элементов МППР элементам ИС.

Элементы МППР	ПИ	Код	Уровень БД
Ресурс	Поле ввода, таблица	Переменная, файловая переменная, таблица	Таблица
Преобразователь	Строка ввода, таблица, элемент управления ПИ (кнопка, пункт меню)	Функция	ХП
Агент	Интерфейс программного модуля	Код программного модуля	Таблицы, ХП

 

Предлагаемая методология реализована в пакетах программ семейства BPsim [8]. Работа этих программных продуктов была апробирована при обследовании процессов УГТУ-УПИ и написании технического задания на единую информационную систему университета УГТУ-УПИ. Экономический эффект от внедрения предложенных моделей «как будет» и автоматизации процесса «Движение контингента» составляет 1 027 тыс. руб. в год.

 

Литература.

 

1.                  Аксенов К.А., Гончарова Н.В. Динамическое моделирование мультиагентных процессов преобразования ресурсов: монография / К.А. Аксенов, Н.В. Гончарова. Екатеринбург: ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. 311 с.

2.                  Аксенов К.А., Спицина И.А. Проектирование АСУ предприятия на основе семантических моделей мультиагентного процесса преобразования ресурсов и программного обеспечения \\ Информационно-математические технологии в экономике, технике и образовании: сборники тезисов Второй Международной научной конференции. – Екатеринбург, ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2007. – С.70-72.

3.                  Бек Кент Экстремальное программирование – СП.: Питер, 2002.

4.                  Колесов Андрей Введение в методологию Microsoft Solutions Framework ж-л Byte\Россия № 7/2004.

5.                  Крачтен Фил Введение в Rational Unified Process (2-е издание) -- М.-СП.-Киев Вильямс, 2002 г. 240 стр.

6.                  Спицина И.А., Аксенов К.А. Метод автоматизации проектирования программного обеспечения // Печ. Конференция «Технологии Microsoft в теории и практике программирования», 12 марта 2008г., Челябинск, сб. тезисов, отправлен в печать.

7.                  Спицина И.А. Семантическая модель информационной системы и автоматизация учебного процесса // Научные труды международной научно-практической конференции «СВЯЗЬ-ПРОМ 2008» в рамках 5го Евро-Азиатского форума «СЯЗЬ-ПРОМЭКСПО 2008». Екатеринбург: ЗАО «Компания Риал-Медиа», 2008 – С.293.

8.                  www.bpsim.ru.

 

Поступила в редакцию 22.07.2008 г.