Оптимизация
процесса проектирования COIL в CASE-средстве
Г.С. Веневцева,
аспир., galissim@inbox.ru,
ФГУП «ГНЦ РФ ТРИНИТИ», г. Воронеж
Д.В. Христолюбов,
аспир., cjoker@mail.ru
ГОУ ВПО «ВГТУ», г. Воронеж
В
данной работе разработана информационная модель процесса проектирования химического кислородно-йодного лазера (COIL) в CASE-средстве, которая
может быть применена в качестве ядра для создания единого информационного пространства
и универсальной для организации хранения, использования и управления информации
схожих систем ракетно-космической
и авиационной техники. Указанная методика повышает эффективность процесса
проектирования, тем самым сокращает экономические, производственные, временные
затраты и уменьшает риски.
In the given work the information model of process of designing of the
chemical oxygen-iodine laser (COIL) in CASE-means which can be applied as a
basis to creation of a uniform information field and universal for the organisation
of storage, use and management of the information of similar systems of
space-rocket technics and aeronautical engineering is developed. The specified
method raises efficiency of process of designing, thereby reduces economic, industrial,
time expenses and reduces risks.
Любые изделия за время своего существования проходят ряд состояний: от идеи
создания до утилизации, который называется жизненным циклом изделия [1]. Тоже происходит
и с жизненным циклом программы, которая может быть представлена в виде
информационной модели для этого изделия. Под жизненным циклом программы
понимают совокупность взаимосвязанных и следующих во времени этапов, начиная от
разработки требований к ней и заканчивая полным отказом от ее использования [2].
В Стандарте ISO/IEC 12207 [3] приведена общая структура жизненного цикла программы, но не конкретизируются детали выполнения тех или иных этапов. Согласно принятым взглядам жизненный цикл программы состоит из следующих этапов [2]:
·
анализа предметной области и формулировки требований к
программе;
·
проектирование структуры программы;
·
реализации программы в кодах (собственно
программирования);
·
внедрения программы;
·
сопровождение программы;
·
отказа от использования программы.
Проектирование, как этап любого жизненного цикла, является первоначальной фазой проекта и представляет
собой сложный и творческий процесс деятельности специалиста, требующий от
проектировщика, кроме специальных, предметных знаний, знаний методологии, средств
и правил выполнения проектных процедур.
Любая
современная ракетно-космическая или авиационная компании, занимающиеся
производством наукоемкой продукцией, могут преуспевать на рынке только в том случае,
если выпускаемая ими техника всегда отличается высоким качеством и разработана
в соответствии с современными запросами потребителей. Фирма, которая способна
выпускать такую продукцию своевременно и регулярно, при максимально полном и
эффективном использовании человеческих и материальных ресурсов будет стабильно
процветать. Из сказанного следует, что при разработке наукоемкой продукции
должны эффективно использоваться информационные системы, применение которых
активирует новые подходы к проектированию и реализации техники.
Тенденция
развития информационных систем приводит к возрастанию их сложности. Современные
крупные проекты характеризуются следующими особенностями [4]:
·
сложность
описания, требующая тщательного моделирования и анализа данных и процессов;
·
наличие
тесно взаимодействующих компонентов;
·
отсутствие
прямых аналогов, ограничивающих возможность использования типовых решений;
·
необходимость
интеграций существующих и разрабатываемых приложений;
·
функционирование
в неоднородной среде различных аппаратных программных платформ;
·
разнородность
отдельных групп разработчиков по уровню квалификации и традициям использования
тех или иных инструментальных средств;
·
существенная
временная протяженность проекта, которая обусловлена, во-первых, ограниченными
возможностями коллектива разработчиков, во-вторых, степенью готовности
подразделений и организаций к внедрению информационной системы.
Для
успешной реализации проекта информационной системы объект проектирования
необходимо грамотно описать, должны быть построены полные и непротиворечивые
функциональные и информационные модели системы.
До
недавнего времени проектирование информационных систем выполнялось на
интуитивном уровне с использованием неформализованных методов, то есть методов,
основанных на практическом опыте, экспертных оценках и дорогостоящих экспериментальных
проектах качества информационных систем [5].
В
70-80-х годах прошлого столетия при разработке информационных систем
применялась структурная методология, для описания разных моделей информационных
систем использовались различные схемы и диаграммы. Однако широкое применение
этой методологии встречалось достаточно редко, поскольку при
неавтоматизированной (ручной) разработке очень трудно спроектировать и
графически представить спецификации системы, проверить их на полноту и
противоречивость и тем более сложно вносить в эти спецификации изменения.
Неавтоматизированная разработка приводила к следующим проблемам [6]:
-
сложности обнаружения ошибок в проектных решениях;
-
низкому качеству документации;
-
тестированию, требующего длительного времени и зачастую дающего
неудовлетворительные результаты.
Эти
проблемы способствовали появлению программных технологических средств, так
называемых CASE (Computer Aided
Software Engineering)-средств, реализующих CASE-технологию создания и сопровождения
информационных систем.
Под
термином CASE-средства понимают программные средства, поддерживающие этапы анализа и
формулировки требований к системе, проектирование прикладного программного
обеспечения и баз данных, автоматическую генерацию кода, тестирование, документирование,
управление конфигурацией информационной системы и управление проектом [5].
CASE-технология представляет
собой методологию проектирования информационных систем, а также набор
инструментальных средств, позволяющих в наглядной форме моделировать предметную
область, анализировать эту модель на всех этапах разработки и сопровождения
информационных систем и разрабатывать приложения в соответствии с потребностями
пользователей [6].
Использование
CASE-средств дает
разработчику следующие преимущества [4]:
· улучшение качества
программного обеспечения за счет средств автоматического контроля проекта;
· возможность получения за
короткое время прототипа создаваемой системы. Это позволяет на ранних этапах
проектирования оценить ожидаемый результат;
· освобождение разработчика
от рутинной работы;
· поддержку сопровождения
программного обеспечения.
Большинство существующих CASE-средств основано на
методах структурного или объектно-ориентированного анализа и проектирования,
использующих спецификации в виде диаграмм или текстов для описания внешних
требований, связей между моделями системы, динамики поведения системы и архитектуры
программных средств [6].
В данной работе применяется программное
средство «MagicDraw UML version
16.6 demo»[1].
MagicDraw является CASE-средством, основанное на унифицированном языке моделирования
(UML). UML – это универсальный
язык визуального моделирования систем [7],
составные части которого показаны на рис. 1. Это очень выразительный язык, позволяющий
рассмотреть систему со всех точек зрения, имеющих отношение к ее разработке и
последующему развертыванию
[8].
рис. 1 Составные части UML
[9]
В
качестве проектируемого изделия был выбран единичный модуль химического
кислородно-йодного лазера (COIL),
являющийся составной частью (СЧ) высокоэнергетического лазера (HEL), базирующегося на Boeing 747-400. Вид этого модуля показан на
рис. 2. Конструктивно тракт COIL
включает в себя генератор синглетного кислорода (ГСК), генератор фотонов и
систему восстановления давления [10]. Схематическое представление работы
единичного модуля показано на рис. 3.
В процессе проектирования разработчик приобретает широкий спектр
необходимых сведений по изделию, а именно: ориентировочный конструктивный облик COIL, значения
параметров рабочих компонентов, геометрию внутренних полостей тракта,
ориентацию СЧ лазера в пространстве и т. д. Как показывают разработки подобных
устройств [11-13], эти сведения могут изменяться в процессе
моделирования, имитаций отработки и функционирования.
Любой
единичный модуль COIL (рис. 2, 3) и
его СЧ, как объект проектирования, могут быть представлены логической моделью в
виде диаграммы классов «class diagram» «MagicDrаw UML» (см. рис. 4). Эта модель
служит для представления статической структуры системы в терминологии классов
объектно-ориентированного программирования и отражает различные взаимосвязи
между отдельными сущностями предметной области, а также описывает их внутреннюю
структуру и типы отношений. На данной диаграмме не указывается информация о
временных аспектах функционирования системы. Графически представленный прямоугольник
в языке UML является
«классом» и служит для обозначения множества объектов, который дополнительно
разделен горизонтальными линиями на секции (см. рис. 4). В этих секциях указаны имя класса (COIL и его СЧ) и атрибуты
(переменные). Помимо структуры классов в диаграмме прописываются различные
отношения между классами, при этом совокупность типов таких отношений фиксирована
в языке UML и
предопределена семантикой этих типов отношений.
Используя графическую конструкцию в терминологии UML, определяемую как диаграмма
вариантов использования «use case diagram»,
в «MagicDrаw
UML» была построена
модель возможного варианта деятельности на этапе проектирования единичного
модуля COIL
(см. рис. 5). Здесь отдельный вариант использования определяет последовательность
действий, которые должны быть выполнены проектируемой системой при
взаимодействии ее с соответствующим «актером» (или начальником отдела, или
ведущим конструктором темы, или инженером-конструктором), и обозначается на
диаграмме эллипсом. «Актер» представляет собой любую внешнюю по отношению к
моделируемой системе сущность, которая взаимодействует с системой и использует
ее функциональные возможности для достижения определенных целей или решения
частных указанных задач. Компоненты диаграммы вариантов деятельности и «актеры»
имеют отношения, описывающие их взаимодействия, в данном случае применяются
отношения ассоциации «association relationship».
рис. 2 Конструктивный облик единичного
модуля COIL
[14 – 17]
рис. 3 Вид
лазера, основанного на технологии низкого давления [18]
