УДК 381.3.06
ПРОСТРАНСТВЕННАЯ МОДЕЛЬ ОЦЕНКИ ЭВОЛЮЦИИ МЕТОДОВ ВИЗУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ СИСТЕМ
А. И. Власов
Рассмотрены результаты системного анализа применимости визуальных методов моделирования сложных систем при использовании различных проектных методик. Предложена пространственная модель для оценки эволюции и эффективности широко распространенных методов разработки визуальных схем сложных технических систем. Отмечено, что известные подходы визуального анализа характеризуются изолированностью при проектировании на разных этапах жизненного цикла изделий электронной техники. Как правило, они обеспечивают описание отдельных модулей сложных систем и не имеют средств миграции данных моделей между различными уровнями проектных процедур. Даны оценки важности учета оси "регламент" в общей пространственной модели эволюционного проектирования сложных систем с использованием визуальных методов.
Ключевые слова: визуальное проектирование, сложные системы, конструкторско-технологическая информатика.
ВВЕДЕНИЕ
При решении задач конструкторско-техноло-гического проектирования изделий электронной техники на первый план выходит необходимость эффективного управления знаниевой информацией и системный подход. Эффективное управление знаниями о новых системных, конструктивных реализациях, новых материалах и способах их синтеза требует минимизации количества операций, необходимого для их обработки, что, в свою очередь, приводит к необходимости компактного описания их формализованного представления. Научное направление "Конструкторско-техноло-гическая информатика в радиоэлектронике" охватывает исследования и разработку методов и способов решения системотехнических, конструкторских и технологических задач по синтезу сложных радиоэлектронных систем в условиях комплексной информационной поддержки жизненного цикла изделий радиоэлектроники. В его основе лежат три основных понятия [1]:
— конструкция (лат. constructio — строение, устройство, построение, план, взаимное расположение частей; англ. — construction; нем. — die Konstruktion; фр. — construction);
— технология (греч. techne — исскусство, мастерство + logos — понятие, учение; англ. — technology; нем. — die technologie; фр. — technologie);
— информатика (ср. нем. Informatik; англ. Information science; фр. Informatique; англ. computer science — компьютерная наука — в США; англ. computing science — вычислительная наука — в Великобритании) — наука о способах получения, накопления, хранения, преобразования, передачи, защиты и использования информации (в нашем случае — конструкторско-технологической).
Под конструкцией электронных средств (ЭС) понимается совокупность элементов и деталей с различными физическими свойствами и формами, находящимися в определенной пространственной, механической, тепловой, электромагнитной и энергетической взаимосвязи [1]. Эта взаимосвязь определяется системотехнической, схемотехнической, конструкторской и технологической документацией и обеспечивает выполнение электронной аппаратурой (ЭА) заданных функций с необходимой точностью и надежностью в условиях воздействия на нее различных факторов: эксплуатационных, производственных, социальных.
Технология производства (или технологический процесс) — основная часть производственного процесса, заключающаяся в выполнении определенных действий, направленных на изменение исходных свойств объекта производства (в нашем случае ЭА) и достижения им определенного состояния, соответствующего технической документации [1]. Конструирование и технология производства являются, с одной стороны, отдельными частями сложного процесса создания ЭА, а с другой, не могут выполняться в отдельности, без учета взаимосвязей между собой и с другими этапами разработки, являясь этапами более общего процесса "разработка — производство — эксплуатация — утилизация" (жизненного цикла изделия). Как конструирование, так и технология определяют в конечном итоге общие потребительские свойства ЭА [1].
Информатика решает задачи обработки информации с использованием вычислительных систем и сетей. Термин информатика возник в 1960-х годах во Франции для названия области, занимающейся автоматизированной переработ-
кой информации, как слияние французских слов information и automatique (F. Dreyfus, 1972). Тематика исследований в информатике обширна и постоянно расширяется: теория вычислимости и искусственный интеллект, теория сложности вычислений, информационные структуры и базы данных, социальный аспект развития информационных систем, языки программирования, представление знаний и т. п.
С широким распространением встраиваемых электронных систем важной задачей становится правильное применение методов проектирования сложных систем, характеризующихся своими интеллектуальными ресурсами, методами и средствами формализации, хранением обработки и передачи информации в них. Что касается понятия сложной системы, то до последнего времени единого определения этого термина нет. Известны различные подходы и предложены различные формальные признаки его определения. Так, Г. Н. По-воров предлагает относить к сложным системы, имеющие 104—107 элементов, к ультросложным — системы, состоящие из 107—1030 элементов и к суперсистемам — системы из 1030—10 200 элементов. Основной недостаток такого подхода в том, что данное определение сложности является относительным, а не абсолютным. Английский ученый С. Бир предлагает к сложным системам относить системы, описываемые на языке теоретико-вероятностных методов (мозг, экономика, форма и т. п.) [2]. Наиболее четким определением сложных систем является определение, данное, в [3]: сложной системой называется система, в модели которой недостаточно информации для эффективного управления этой системой.
Таким образом, признаком простоты системы является достаточность информации для ее управления. Если же результат управления, полученный с помощью модели, возможно, будет неожиданным, то такую систему относят к сложной. Для перевода системы в разряд простой необходимо получение недостающей информации о ней и включение ее в модель. Одним из инструментов такого преобразования "сложная система" О "простая система" являются методы визуального моделирования [4—9].
Визуальное представление предметной области, в том числе и описание сложных систем в частности, строится на принципах когнитивнос-ти, конвергенции (от английского convergence — схождение в одной точке) и инкапсуляции [4]. Широко распространенные методы разработки визуальных схем сложных технических систем предоставляют удобный инструментарий для созда-
ния, изменения и редактирования визуальных моделей в цепочке "модель—диаграмма—компонент" [4—12]. Под визуальным моделированием будем понимать совокупность методов, которые используют метафоры визуализации, предлагают представлять объект с разных точек зрения и могут применяться для разработки и эволюции объекта моделирования [1, 2]. Метафоры визуализации — это сопоставление абстрактных или реальных объектов зрительно воспринимаемым образам. Языки визуального моделирования в свою очередь образованы фиксированными наборами метафор и правилами построения из них визуальных моделей.
Следуя классическому унифицированному процессу проектирования [5—7], на каждом из этапов проектирования применяются визуальные модели с соответствующим уровнем абстракции и детализации экспертизы. Так, на начальных стадиях проектирования используется абстрактное визуальное моделирование, представляющее рассматриваемые системы в обобщенном виде (концептуальное моделирование). На этом этапе используются менее формализованные методы, так как его основная цель — создать самую простую обобщенную модель предметной области.
Следующий этап включает в себя разработку моделей с точки зрения структурно-функционального и операционного подходов. На этом этапе чаще всего используются IDEF модели [6—8].
Моделирование информационных потоков сводится к построению моделей объектов и потоков данных, а также структуры информационной модели и структуры базы данных и, если необходимо, базы знаний.
На заключительном этапе, как правило, разрабатывают объектно-ориентированные модели системы с помощью процедур ЯиР, на основе которой создают каркас системы, соответствующей реализуемым процессам [5, 7].
В соответствии с описанной выше обобщенной последовательностью системного анализа процессов и систем на текущий момент используются различные инструментальные средства и методики, при этом средства взаимодействия, миграции данных и знаний моделей различных типов от одних инструментариев к другим практически отсутствуют. Можно утверждать, что известные визуальные походы характеризуются высокой степенью изолированности при проектировании разных этапов жизненного цикла (рис. 1). Следовательно, не решенной до сих пор, остается проблема "семантического разрыва", которая заключается в необходимости обеспечения взаимной
Рис. 1. Эволюция моделей предметной области по различным уровням экспертизы
Концептуально-абстрактная модель
1Е
Г N Структурно-функциональная модель
Контекстная модель V - Детализация производственных процессов - Детализация уровней потоков работ У
И
Информационная модель
Инфологическая модель
Даталогическая Разграничение прав доступа,
модель роли
Ж
Объектная модель
Требования к системе
Ядро системы
Компоненты системы
Размещение системы
Интерфейс системы
Одно- и полноэкранные карты
Диаграммы IDEF0, IDEF2, IDEF3 и др.
Диаграммы IDEF1X, ERD, DFD и т. п.
Диаграммы
имь
миграции данных из визуальных моделей разного уровня абстракции (экспертизы) при выполнении условия однократности ввода характеристик рассматриваемых объектов, систем и процессов [4]. Также следует отметить проблему синхронизации моделей при их групповой разработке. Это приводит к снижению эффективности применения визуальных схем, в частности, в процессе анализа отдельных компонентов предметной области, сложно сочетающихся между собой.
Постановка проблемы. Основным недостатком существующих подходов к созданию визуальных схем сложных систем является их фрагментация, изо
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.