41. Методологии и технологии автоматизированного проектирования.Применение объектно-ориентированного подхода к анализу и проектированию информационных систем.

Проектирование АИС может основываться на разных подходах, среди которых наиболее распространены:

• информационное моделирование предметной области и связанных с ней приложений;

• структурное проектирование;

• объектно – ориентированное проектирование.

Традиционные подходы к разработке информационных систем всегда подчеркивали различия между данными и процессами их обработки.

Информационное моделирование предметной области

Технологии, ориентированные на информационное моделирование, снача-ла специфицируют данные, а затем описывают процессы, использующие эти данные.

1. Первоначально проводится информационный анализ бизнес –областей,

2. далее строится комплекс взаимосвязанных моделей данных различных уровней представления – информационное моделирование,

3. проводится системное проектирование функций обработки

4. детальное конструирование процедур обработки данных.

Информационные модели имеют различные уровни представления:

- информационно – логическая модель, не зависящая от средств про-граммной реализации хранения и обработки данных, отражающая ин-тегрированные структуры данных предметной области (концептуальная модель по терминологии Лукиной М.В.);

- даталогические модели, ориентированные на среду хранения и обра-ботки данных (логическая и физическая модель по терминологии Луки-ной М.В.).

Даталогические модели имеют логический и физический уровни представ-ления. Физический уровень соответствует организации хранения данных в памяти компьютера. Логический уровень данных применительно к СУБД реализован в виде:

- концептуальной модели баз данных – интегрированные структуры дан-ных под управлением СУБД;

- внешних моделей данных – подмножество структур данных для реализа-ции приложений.

(Трехуровневая организация БД – схема, подсхемы, физический уровень).

Технологии структурного подхода ориентированы, в первую очередь, на процессы обработки данных с последующим установлением необходимых для этого данных и организации информационных процессов между связанными процессами.

Для таких методов характерно:

- разбиение на уровни абстракции с ограничением числа элементов на каждом уровне (обычно от 3 до 6-7);

- ограниченный контекст, включающий лишь существенные на каждом уровне детали;

- дуальность (лат. – двойственность) данных и операций над ними;

- использование строгих формальных правил записи;

- последовательное приближение к конечному результату.

Жизненный цикл проекта укрупнено включает в себя три этапа:

1. Анализ (см. файл «Анализ ПдО»)

2. Проектирование

3. Реализация

Объектно –ориентированный подход

Этот подход основан на структурировании описаний объекта с разделением описаний на ряд иерархических уровней по степени детальности отображения в них свойств объекта и его частей.

Уровни проектирования можно выделять не только по степени подробности отражения свойств объекта, но и по характеру отражаемых свойств.

Если в первом случае уровни называют горизонтальными, или иерархическими, то во втором - вертикальными, или аспектами (детализация изделия на одной и той же стадии изготовления – для программистов, для службы КТС и т.д).

Методология блочно-иерархического подхода базируется на трех концепциях: разбиение и локальная оптимизация; абстрагирование; повторяемость.

1. Концепцияразбиения позволяет сложную задачу проектирования объекта свести к решению более простых задач с учетом взаимодействий между ними. Локальная оптимизация подразумевает улучшение параметров внутри каждой простой задачи.

2. Абстрагируемость заключается в построении формальных математических моделей, отражающих только значимые в данных условиях свойства объектов.

3. Повторяемость заключается в использовании существующего опыта проектирования.

Система автоматизации проектных работ (САПР) – это организационно-техническая система, состоящая из комплекса средств автоматизации проектирования, взаимосвязанного с необходимыми подразделениями проектной организации или коллективом специалистов (пользователей системы) и выполняющая автоматизированное проектирование.

Составными структурными частями САПР являются подсистемы, обладающие всеми свойствами систем и создаваемые как самостоятельные.

Подсистемой САПР называют выделенную по некоторым признакам часть САПР, обеспечивающую получение законченных проектных решений.

По назначению подсистемы САПР разделяют на проектирующие и обслуживающие.

К проектирующим относят подсистемы, выполняющие проектные процедуры и операции, например, подсистема логического проектирования, подсистема конструкторского проектирования, подсистема проектирования деталей и сборочных единиц и т.п.

К обслуживающим относят подсистемы, предназначенные для поддержания работоспособности проектирующих подсистем, например, подсистема информационного поиска, подсистема документирования проекта и т.п.

По отношению к объекту проектирования различают объектно-ориентированные (объектные) и объектно-независимые (инвариантные) подсистемы.

К объектным относят подсистемы, выполняющие одну или несколько проектных процедур или операций, непосредственно зависимых от конкретного объекта проектирования.

К инвариантным относят подсистемы, выполняющие унифицированные проектные процедуры и операции, например, функции отработки, не зависящие от особенностей проектируемого объекта.

Подсистемы состоят из компонентов, объединенных общей для данной подсистемы целевой функцией и обеспечивающих функционирование этой подсистемы.

Основное назначение САПР – получение оптимальных проектных решений. Проектирование в САПР осуществляется путем декомпозиции проектной задачи с последующим синтезом общего проектного решения. В процессе синтеза проекта используются информационные ресурсы базы данных в условиях диалогового взаимодействия проектировщиков с комплексом средств автоматизации.

Технологии проектирования в САПР базируются на следующих принципах:

• использование комплексного моделирования;

• интерактивное взаимодействие с математической моделью;

• принятие проектных решений на основе математических моделей и проектных процедур, реализуемых средствами вычислительной техники;

• обеспечение единства модели проекта на всех этапах и стадиях проектирования;

• использование единой информационной базы для автоматизированных процедур синтеза и анализа проекта, а также для управления процессом проектирования;

• проведение многовариантного проектирования и комплексной оценки проекта с применением методов оптимизации;

• обеспечение максимальной инвариантности информационных ресурсов, их слабой зависимости от конкретной области применения, простоты настройки на отраслевую специфику.

Поскольку невозможно для ряда задач полностью автоматизировать процесс проектирования, актуальным является эффективное интерактивное общение пользователя с ЭВМ.

В процессе проектирования наиважнейшими остаются задачи оптимизации, например, задача оптимального выбора структуры процесса проектирования или оптимизации самого проектного решения. Оптимальные решения можно выбирать разными путями, используя метод имитационного моделирования, векторные кривые оценки качества и т.п.

В большинстве САПР проект создается на основе типовых проектных процедур, типовых проектных решений (ТПР), типовых элементов проекта. Этот подход полностью приемлем для систем управления, но при наличии хорошо организованной базы данных и интегрированной информационной основы. Таким образом, эффективность применения технологий САПР в системах управления определяется прежде всего степенью интеграции информационной основы.

Роль САПР в автоматизации производства не ограничивается функциями автоматизации конструирования и технологической подготовки производства. Не менее важная задача САПР – проектирование самих автоматизированных производств, включая проектирование робототехнических комплексов, технологического оборудования, их компоновку, размещение и т.п. Для этого в САПР должны быть мощные средства:

• имитационного моделирования работы производственных линий, участков, цехов;

• синтеза и анализа объектов с физически разнородными элементами, каковыми являются различные виды роботов, манипуляторов, технологических аппаратов;

• инструментальные средства проектирования программного обеспечения;

• средства разработки вычислительных сетей и др.

Объектно –ориентированный подход основан на:

• выделении классов объектов;

• установлении характерных свойств объектов и методов их обработки;

• создании иерархии классов объектов, наследовании свойств и методов обработки объектов.

Объектно – ориентированная технология разработки АИС объединяет данные и процессы в логические сущности – объекты, которые имеют способность наследовать характеристики (методы и данные) одного или более объектов, обеспечивая тем самым повторное использование программного кода. Это приводит к значительному уменьшению затрат, повышает эффективность и сокращает длительность фазы разработки системы. (Объектно – ориентированное проектирование рассматривает систему как набор взаимодействующих объектов).

Применение объектно - ориентированного подхода к анализу и проектированию

Объектно – ориентированное проектирование родилось и получило широкое распространение ввиду осознания трех важнейших проблем:

• развитие языков и методов программирования не успевало за растущими потребностями в программах и единственным реальным способом ускорения разработки остался метод многократного использования программного обеспечения. Процедурное программирование не давало нужной гибкости и масштабов;

• необходимость упрощения сопровождения и модификации разработанных систем. Факт постоянного изменения требований был осознан как нормальное условие развития системы. Сопровождение и модификация требуют не меньше усилий, чем собственно разработка.

• Требовалось приблизить структуру программ к структуре решаемых задач и сократить так называемый семантический разрыв между этими структурами. О семантическом разрыве говорят в том случае, когда понятия, лежащие в основе языка задачи и средств ее решения, различны. Сравните это с переводом с одного естественного языка на другой. Именно потому, что таких понятий в русском языке раньше не было, появляются слова типа брокер, оффшор или инвестор. В программировании заимствование слов невозможно.