автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Модели адаптивных пользовательских интерфейсов систем автоматизации проектирования в строительстве

На правах рукописи

Крылов Артём Олегович

МОДЕЛИ АДАПТИВНЫХ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКИХ ИНТЕРФЕЙСОВ СИСТЕМ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

Специальность:

05.13.12 - Системы автоматизации проектирования (строительство)

- О ДЕК 2011

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва-2011

005004036

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный строительный университет» (ФГБОУ ВПО «МГСУ»),

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Волков Андрей Анатольевич Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Чулков Виталий Олегович кандидат технических наук Латышев Григорий Владимирович

Ведущая организация:

Открытое акционерное общество (ОАО) «Моспроект».

Защита состоится 21 декабря 2011 года в 12.00 на заседании диссертационного совета Д212.138.01 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет» по адресу: 129337, г. Москва, Ярославское шоссе, д. 26, КМК, НОЦИСИАС, ауд. 5.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет».

Автореферат разослан 21 ноября 2011 года.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. На любой стадии создания строительного проекта с использованием систем автоматизированного проектирования (САПР) проектировщику целесообразно располагать некоторым набором средств упрощающих и ускоряющих его работу, средств помогающих ему в его информационной и конструктивной деятельности по пониманию и анализу сущности проектной задачи. Такой набор средств должен предоставить проектировщику помощь в решении как сложных задач проектирования или анализа проекта, так и простых задач. При этом решение простых, рутинных задач, должно проходить при минимальном участии проектировщика. В рамках жизненного цикла зданий и сооружений, САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства. Основная цель создания САПР - повышение эффективности труда инженеров. К сожалению, несмотря на наличие мощных комплексных САПР, специалисты вынуждены решать многие узкоспециализированные задачи в слабо автоматизированном режиме. Современные архитектурно-строительные САПР предоставляют пользователю богатые возможности настройки и наращивания функционала. В этом смысле можно выделить два подхода к адаптации САПР.

Настройка существующего функционала - это набор средств, позволяющих подключать и отключать существующие функции систем автоматизированного проектирования. Этот набор средств, как правило, прост в использовании и не требует от специалиста дополнительных навыков в области программирования.

Наращивание функционала представляет собой набор средств позволяющих добавить к системе автоматизированного проектирования функции, не предусмотренные разработчиками системы. Работа с нетривиальным логико-математическим аппаратом наращивания функционала предполагает наличие у специалиста глубоких знаний об архитектуре конкретной строительных САПР, навыков программирования и, как правило, продолжительного времени.

Исследования в области адаптивных интерфейсов автоматизированных систем актуальны, поскольку позволяют создать набор общих принципов, реализующих аппарат добавления новых необходимых функций строительных САПР, не требуя при этом навыков программирования от проектировщика. Под интерфейсом пользователя в рамках диссертации понимается не просто взаимодействие человека с компьютером на уровне графических и терминальных представлений а более широкое понятие интерфейса, включающее в себя набор возможностей и функций, предоставляемых пользователю прикладной системой.

Новый теоретический аппарат и практические решения позволят создавать новые функции системы быстрее и проще, чем классические логико-математические аппараты строительных САПР.

Научно-техническая гипотеза диссертации состоит в предположении возможности повышения эффективности процессов и результатов автоматизации строительного проектирования на основе расширения механизма адаптивных пользовательских интерфейсов.

Цель работы состоит в разработке модели адаптивных пользовательских интерфейсов систем автоматизации проектирования в строительстве.

Достижение цели требует решения следующих основных задач:

1) анализ современных систем автоматизированного проектирования с точки зрения расширения возможностей адаптации интерфейса пользователя;

2) формулировка технологических границ моделирования адаптивного интерфейса пользователя в строительных САПР;

3) разработка аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя

строительных САПР;

4) построение абстрактной модели адаптивного интерфейса пользователя

строительных САПР;

5) разработка типизированных моделей адаптивного интерфейса пользователя для различных предметных областей строительных САПР;

6) формулировка требований к логико-математическому аппарату строительных САПР, предусматривающих возможность создания надмножества моделей адаптивного интерфейса пользователя;

7) определение способа интеграции моделей адаптивного интерфейса пользователя в строительных САПР.

Объектом исследования является системное строительное проектирование, как вид деятельности, в котором реализуются все возможные действия над объектом проектирования на всех его жизненных этапах.

Предмет исследования - системотехнические и информационные особенности представления объектов и процессов и логико-математический аппарат автоматизированного строительного проектирования, эргономика пользовательского интерфейса строительных САПР.

Теоретические и методологические основы исследования включают теорию построения систем автоматизации проектирования, классическую математическую логику, системный анализ и системное проектирование, теорию информации, эргономику интерфейсов информационных систем, тематические публикации и результаты исследований отечественных и зарубежных ученых и специалистов в области совершенствования практики разработки и применения

строительных САПР.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в создании нового подхода к построению моделей адаптивных пользовательских интерфейсов систем автоматизации строительного проектирования, состоящего в следующем:

- предложен аппарат моделей адаптивного интерфейса пользователя строительных САПР, обеспечивающий функционирование множества

типизированных моделей;

- предложена абстрактная модель адаптивного интерфейса строительных САПР, не предусматривающая необходимости дополнительного логико-математического моделирования пользователем;

- выделены различные типы моделей адаптивного интерфейса пользователя строительных САПР, предложены типизированные модели для различных предметных областей;

-5- сформулированы требования к логико-математическому аппарату строительных САПР, предусматривающие возможность создания надмножества моделей адаптивного интерфейса пользователя.

Практическая значимость. Результаты диссертации позволяют практически реализовать аппарат построения недокументированных интерфейсов, предоставляющий инженерам-проектировщикам дополнительные возможности расширения функционала отраслевых систем автоматизированного проектирования, не устанавливая при этом особых требований к навыкам практического программирования на специализированных языках.

Апробация результатов исследования. Основные теоретические и методические положения диссертации докладывались и апробированы на Международных межвузовских научно-практических конференциях молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (г.Москва, 2010, 2011 гг.), секции Научно-методического совета по информационным системам и технологиям науки и образования в области строительства (НМС ИСТ) при Международной Ассоциации строительных вузов (АСВ) и Учебно-методическом объединении (УМО) вузов Российской Федерации в области строительства (2010, 2011 гг.), Международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» (г.Москва, 2011г.), заседаниях и научных семинарах кафедр Системного анализа в строительстве (САС) и Информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве (ИСТАС) ФГБОУ ВПО «Московской государственный строительный университет» (г.Москва, 20092011 гг.).

Внедрение результатов исследования. Экспериментальная проверка и практическое внедрение результатов работы выполнено в Обществе с ограниченной ответственностью (ООО) «Инженерная фирма «ГИПРОКОН».

Материалы диссертации опубликованы в 2009-2011 гг. в 5 научных работах, в том числе - в 3 работах в научных изданиях, входящих в действующий перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук, утвержденный Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех основных глав, основных выводов и предложений, библиографического списка и приложений.

Содержание диссертации соответствует п.п. 2, 4 Паспорта специальности 05.13.12 - Системы автоматизации проектирования (строительство).

ОСНОВНЫЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении диссертационной работы обосновывается актуальность темы исследования, изложены цель и задачи, сформулирована научная новизна и практическая значимость основных результатов диссертации.

Методологическая схема исследований представлена на рис. 1.

Рис. 1. Методологическая схема исследования

-7В первой главе диссертации проводится анализ современного состояния САПР и способов их адаптации.

Современные комплексные САПР представляют собой сложные человеко-машинные системы, охватывающие все жизненные циклы проектируемого технического объекта (комплекса объектов). Однако, несмотря на богатый функционал современных САПР, многие операции над объектом проектирования проходят в слабо автоматизированном режиме, что обусловлено невозможностью предусмотреть исключительное множество действий пользователя САПР на стадии разработки системы.

Современные САПР классифицируются по множеству критериев. Одна из задач данного исследования, определить какие критерии, и в какой степени влияют на возможность интеграции в САПР сторонней логики. В рамках данного исследования рассматривается классификация САПР по отраслевому и целевому назначению, сложности объекта проектирования, комплексности и уровню автоматизации проектирования.

Несмотря на то, что современные САПР имеют высокую степень адаптации (что продиктовано современными тенденциями разработки технических систем), следует отметить, что большая часть инструментов адаптации САПР недоступна рядовому пользователю ввиду сложности этих инструментов.

Исследование показало, что современные САПР предоставляют богатые возможности настройки и наращивания функционала. Можно выделить два подхода к адаптации САПР. Настройка существующего функционала - это набор средств, позволяющих подключать и отключать существующие функции систем автоматизированного проектирования. Этот набор средств, как правило, прост в использовании и не требует от специалиста дополнительных навыков в области программирования, при этом не предоставляется возможность добавления функций, не предусмотренных разработчиками. Наращивание функционала - это набор средств, позволяющих добавить к системе автоматизированного проектирования функции, не предусмотренные разработчиками системы. Как правило, этот набор средств, представлен в виде сложного логико-математического аппарата. Работа с этим аппаратом предполагает наличие у специалиста глубоких знаний об архитектуре конкретной САПР и навыков программирования. Наращивание функционала отнимает много времени.

Настраиваемый интерфейс пользователя подразделяется:

- на не настраиваемый пользовательский интерфейс, представляющий собой систему, состояние которой не зависит от антропометрических, психологических и интеллектуальных параметров пользователя - систему, которая не перестраивается в зависимости от действий пользователя;

- масштабируемый интерфейс пользователя (англ. Zooming User Interface или Zoomable User Interface) - настраиваемый графический интерфейс пользователя, где рабочее пространство представляет собой большую или неограниченную плоскость, на которой расположены основные элементы, свойства и содержимое которых становятся доступны по мере их «приближения» путём увеличения. Дальнейшее приближение содержимого делает доступным более глубокие уровни;

-8- настраиваемый интерфейс с определением стереотипных групп пользователей - система, которая изменяет своё состояние в соответствии с заранее заложенными в неё стереотипными группами, например в зависимости от уровня подготовки пользователя (например, новичок, эксперт и проч.) или от круга задач, решаемых пользователем (например, подчинённый, руководитель, администратор системы). Подобные системы могут обладать искусственным интеллектом и самостоятельно определять стереотипную группу, в которую входит пользователь в зависимости от его действий или при помощи специальных тестов;

- настраиваемый интерфейс с определением индивидуальных характеристик пользователей, представляющий собой систему, изменяющую своё состояние в зависимости от антропометрических, психологических и интеллектуальных параметров пользователя. Настройка системы может быть реализована при помощи анкет сбора данных или при помощи искусственного интеллекта, изменяющего вид интерфейса пользователя;

- комбинированный настраиваемый интерфейс - это комбинация двух предыдущих разновидностей настраиваемого пользовательского интерфейса. Как правило, в таких системах реализованы элементы искусственного интеллекта. Для определения оптимальной конфигурации интерфейса пользователя такие системы, как правило, проводят двухэтапный анализ. Сначала система определяет принадлежность пользователя к определённой стереотипной группе, а затем оптимизирует типовой интерфейс выбранной стереотипной группы, анализируя антропометрические, психологические и интеллектуальные параметры пользователя.

Наращивание функционала САПР осуществляется с помощью:

- макрокоманд. Макрокоманда представляет собой сценарий действий пользователя. Сценарий записывается либо на языке макрокоманд, либо при помощи трассировки действий пользователя;

- логико-математического аппарата. Аппарат включает в себя, как правило, достаточно сложный интерпретируемый язык программирования и интерпретатор этого языка;

- интерфейса прикладного программирования системы {англ. Application Programming Interface, API) САПР. Некоторые САПР позволяют программисту разрабатывать дополнительные функции системы, предоставляя ему API на уровне обращения к функциям динамических библиотек системы. Такой подход позволяет разрабатывать новые функции САПР в средах программирования сторонних разработчиков.

В общем случае САПР - частный случай автоматизированной системы, как и другие современные информационные приложения, обладает средствами адаптации и дополнительной автоматизации. Однако в современных САПР не применяются многие подходы к адаптации системы, активно применяющиеся в других автоматизированных системах. Один из таких подходов это подключаемый модуль (англ. Plug-in).

Plug-in - это независимо компилируемый программный модуль, динамически подключаемый к основной программе, предназначенный для

расширения и/или использования её возможностей. Подключаемые модули обычно выполняются в виде разделяемых библиотек, при помощи сторонних сред разработки. Это широко распространённый и успешно применяемый подход к расширению функционала системы. Исследование показало, что широкое применение подключаемых модулей в автоматизированных системах позволяет предположить, что эта концепция может эффективно применяться в строительных САПР.

Анализ современных САПР выявил, что в настоящее время в них применяется, как правило, два подхода к адаптации интерфейса пользователя, упомянутые выше - это настройка пользовательского интерфейса и наращивание функционала САПР при помощи сложного логико-математического аппарата.

Главным недостатком настраиваемого интерфейса является отсутствие возможности добавления новых функций системы.

Главным недостатком использования логико-математического аппарата является сложность этого аппарата, для работы с которым, как правило, требуются хорошие навыки программирования и знание архитектуры системы.

Следует также отметить механизм макрокоманд, который является попыткой предоставить проектировщику возможность добавлять новые функции к системе, при этом, не требуя от него уверенного знания какого-либо сложного языка программирования. Однако сама концепция макроязыка предполагает зависимость сложности языка от сложности системы. Существующие реализации макрокоманд в САПР слишком сложны для проектировщика, который не является профессионалом в программировании. При этом механизм макрокоманд не может быть применён в комплексных САПР в целом, а только может затрагивать отдельные части.

Анализ современного состояния САПР выявил потребность в механизме, позволяющем разработчику наращивать функционал системы, с которой он работает, при этом этот механизм не должен требовать от специалиста высокого уровня знаний программирования. То есть механизм должен быть достаточно прост в использовании, чтобы проектировщик мог освоить его в короткий срок.

Модели адаптивного интерфейса пользователя актуальны для решения следующих задач строительных САПР:

- просмотра идентичных решений в типовых проектах;

- выбора из отсортированных списков (баз данных (БД)) по имеющимся ограничениям;

- калькуляции затрат по конкретной сети;

- просмотра отдельных частей генпланов (а также менее масштабных инженерных чертежей) и вписывания инженерного оборудования и коммуникаций в имеющиеся конструктивные решения на уровне отдельных слоев (САБ-решения);

- оценки базовых характеристик используемых материалов (надежность, долговечность, подверженность коррозии, возможность закладки на определенную глубину промерзания и проч.) с последующим выбором элементов конструкций в привязке к компании-производителю и поставщику;

- просмотра контрольных точек и их характеристик на магистральных

инженерных сетях (теплоснабжения, водоснабжения, водоотведения и проч.) с целью привязки к ним.

Анализ современного состояния строительных САПР показал, что задача разработки моделей адаптивного интерфейса пользователя в принятой в диссертации постановке ранее не ставилась.

Выявлена потребность в адаптивных моделях интерфейса пользователя, для решения актуальных задач в комплексных строительных САПР.

Во второй главе рассматривается адаптивное моделирование интерфейса пользователя. В рамках данной работы под интерфейсом пользователя понимается совокупность графических или терминальных представлений и набора функций, предоставляемых пользователю прикладной системой. Под адаптивным интерфейсом пользователя понимается интерфейс пользователя, снабженный аппаратом адаптации, позволяющим изменять как представления пользовательского интерфейса, так и функции прикладной системы. В ходе исследования современного состояния САПР выявлено два подхода к адаптации интерфейса пользователя это: настройка существующего функционала и наращивание функционала.

Настройка существующего функционала, как подход к адаптации интерфейса пользователя, является неполным вариантом адаптации, так как затрагивает только представления интерфейса, но не функции прикладной системы. Тем не менее, такой подход к адаптации весьма распространён как в САПР, так и в других прикладных системах, поскольку позволяет осуществлять адаптацию системы, при этом, не требуя от оператора навыков программирования и знаний в архитектуры прикладной системы.

Наращивание функционала, как подход к адаптации интерфейса пользователя, является альтернативой настройке существующего функционала, при этом наращивание функционала - это комплексный подход к адаптации интерфейса пользователя, затрагивающий как представления интерфейса, так и функции прикладной системы. Этот подход применяется существенно реже, чем настройка существующего функционала, так как требует от оператора глубоких знаний в области программирования и архитектуры прикладной системы. Наращивание функционала как подход к адаптации интерфейса пользователя недоступен для профессионала в области проектирования.

Представленные подходы имеют ярко выраженные экстремальные характеристики. Настройка существующего функционала - достаточно простой, но при этом негибкий подход к адаптации интерфейса пользователя. Наращивание функционала - сложный и трудоёмкий подход к адаптации интерфейса пользователя, но он позволяет добавить или изменить любую мыслимую и допустимую архитектурой системы функцию. Ортодоксальная противоположность подходов позволяет предположить возможность создания подхода, обладающего большей гибкостью по сравнению с настройкой функционала, но при этом, более простого и менее трудоёмкого, нежели наращивание функционала.

Условно интерфейс пользователя можно разделить на модель, представление, и логику. Подобный подход хорошо иллюстрирует шаблон проектирования «Модель-представление-поведение».

Мос1е1-у!е\у-соп1го11ег (МУС, «Модель-представление-поведение», «Модель-представление-контроллер») - шаблон проектирования, в котором модель данных приложения, пользовательский интерфейс и управляющая логика разделены на три отдельных компонента так, что модификация одного из компонентов оказывает минимальное воздействие на другие компоненты. Структура МУС изображена на рис. 2.

Мо6е1-\Леи/-Сопй-о11ег

----->Г

Controller

I_

View

Model

Рис. 2. Структура MVC

Шаблон МУС позволяет разделить данные, представление и обработку действий пользователя на три отдельных компонента

Модель (Model). Модель предоставляет данные (обычно для представления), а также реагирует на запросы (обычно от контроллера), изменяя своё состояние.

Представление (View). Отвечает за отображение информации (пользовательский интерфейс).

Поведение (Controller). Интерпретирует данные, введённые пользователем, и информирует модель и представление о необходимости соответствующей реакции.

Важно отметить, что как представление, так и поведение зависят от модели. Однако модель не зависит ни от представления, ни от поведения. Это одно из ключевых достоинств подобного разделения. Оно позволяет строить модель независимо от визуального представления, а также создавать несколько различных представлений для одной модели.

Произведя декомпозицию прикладной системы согласно шаблону «Модель-представление-поведение», можно проанализировать отдельные её подсистемы и определить логику адаптации интерфейса.

«Модель» - это совокупность данных системы. Следует отметить, что «модель» любой прикладной системы позволяет добавлять к ней новые данные, следовательно, в ней можно хранить данные аппарата адаптивных интерфейсов пользователя.

«Представление» - это совокупность всех представлений интерфейса пользователя прикладной системы. Архитектура современных САПР допускает

не только добавление представлений, но и замещение уже существующих представлений новыми.

«Поведение» - это совокупность логики системы. К сожалению, большинство современных прикладных систем, в частности САПР, не поддерживает добавление или изменение внутренней логики.

Аппарат моделей адаптивного интерфейса пользователя - это множество инфраструктурных и вспомогательных методов, обеспечивающих создание и эксплуатацию моделей адаптивного интерфейса пользователя. Поскольку аппарат моделей адаптивного интерфейса, как и любую программную систему, можно разделить на «модель», «представление», и «поведение» логичным будет включить множество данных аппарата в надмножество данных САПР, а множество представлений аппарата адаптивных интерфейсов пользователя в надмножество представлений САПР. Однако не существует возможности включения логики аппарата адаптивных интерфейсов в «поведение» САПР. Эту проблему можно разрешить посредством создания примитивного интерпретируемого синтетического языка, описанную на котором логику можно хранить в виде текста во множестве данных (моделей) САПР.

Одним из важнейших критериев моделей адаптивного интерфейса пользователя является простота использования. Для достижения максимальной простоты использования данного инструментария предполагается использовать графический конструктор интерфейса пользователя.

Во многих случаях частичная генерация пользовательского интерфейса и повторное использование его элементов позволяет сэкономить время на разработку и модификацию интерфейса пользователя, а значит и программного обеспечения в целом. Время необходимое на разработку пользовательского интерфейса приложения можно выразить следующим образом:

Т - время, необходимое на разработку пользовательского интерфейса;

- количество форм в приложении;

- количество элементов на форме;

время, необходимое на разработку одной формы; время, необходимое на разработку формы и всех принадлежащих ей элементов управления;

¡э - время, необходимое на разработку одного элемента управления, и - коэффициент использования формы, равный количеству форм, вызывающих данную форму в приложении. В случае классического подхода к разработке пользовательского интерфейса, как правило, равен 1 для всех форм.

Таким образом, время, необходимое на разработку формы и всех принадлежащих ей элементов управления выражается формулой:

Следовательно, полное время, необходимое на разработку пользовательского интерфейса приложения выражается по формуле:

г-1

/=1

(4 \

1Ф

Полная формула, выражающая полное время, необходимое на разработку пользовательского интерфейса будет иметь вид:

г К, л

м

где

Т.

элементы множеств.

Видно, что чем больше будет.

¡=1

тем меньше будет конечное значение

Таким образом, можно сделать вывод, что повторное использование форм в программном обеспечении позволяет существенно уменьшить время, необходимое на разработку интерфейса пользователя.

Однако следует отметить, что 'ф а, следовательно, и ^ для генерируемой формы, как правило, имеют произвольно большее значение, чем ¡ф и для статической формы. Следовательно, необходимо минимизировать значения и

таким образом, чтобы

■<г,

Ф'> в противном случае организация

генерируемого интерфейса не приведёт к сокращению трудозатрат.

Абстрактная модель адаптивного интерфейса пользователя - это общий случай модели адаптивного интерфейса пользователя, которая содержит в себе весь базовый функционал модели адаптивного интерфейса. Множество функций абстрактной модели адаптивного интерфейса пользователя, в общем случае является подмножеством для множества функций типизированной модели. Однако следует отметить, что в некоторых частных случаях типизированная модель может скрывать некоторые функции абстрактной модели.

Для обеспечения хранения данных и операций над ними необходимо выбрать одну из существующих концепций хранения данных. Самой универсальной и широко применяющейся в современных САПР концепцией является концепция реляционной модели данных.

Реляционная модель данных - логическая модель данных, прикладная теория построения баз данных, которая является приложением к задачам

обработки данных таких разделов математики как теория множеств и логика первого порядка.

Реляционная модель данных, благодаря своей структуре, является оптимальной для хранения древовидных и табличных структур данных. Поскольку подавляющее большинство современных программных библиотек, обеспечивающих графический интерфейс пользователя, являются объектно-ориентированными, можно предположить, что в большинстве случаев любой элемент интерфейса пользователя будет представлять собой объект, или будет являться совокупностью объектов. Таким образом, структура данных элемента интерфейса будет представлять собой либо таблицу, либо дерево параметров. Несмотря на то, что с точки зрения организации данных лучше всего подходит объектно-ориентированная модель данных, эта модель слабо распространена среди систем автоматизации в целом и САПР в частности. Следовательно, реляционная модель данных, будет оптимальна для хранения данных о генерируемом графическом интерфейсе пользователя САПР. Применение реляционной модели данных позволит применять модели адаптивного генерируемого интерфейса пользователя для более широкого спектра автоматизированных систем.

В главе предложена общая схема хранения данных представлений, адаптивного интерфейса пользователя. Хранение информации о представлениях, в рамках реляционной модели данных не представляет проблемы ввиду того, что такие представления являются однородным массивом данных, что позволяет хранить всю информацию о представлениях в одной единственной таблице и обращаться к этим данным посредством простых запросов на внутреннем языке системы управления базами данных (СУБД).

В свою очередь, хранение информации об элементах интерфейса в рамках реляционной концепции хранения данных представляет проблему. Прежде всего потому, что элементы интерфейса представляют собой неоднородные объекты, которые, как правило, состоят из двух частей: общие поля данных и свойств (информация, которая характерна для любого элемента интерфейса) и уникальные поля данных и свойств (информация, которая характерна только для конкретного типа элемента интерфейса). Возникает проблема преобразования данных, хранимых в рамках объектной концепции хранения данных, в данные, хранимые в рамках реляционной концепции хранения данных и обратно. Возможное решение данной проблемы форме алгоритма представлено далее. Данное решение позволяет минимизировать количество таблиц в базе данных, при этом, не усложняя структуру запросов.

Любой элемент интерфейса выполняет определённую функцию, соответственно логику данной функций необходимо хранить. Логика обработки события может быть реализована в формате строки на синтетическом языке. Такой язык может быть примитивен, например он может включать в себя всего несколько операторов со строгим синтаксисом, всего один разделительный знак и оперировать всего тремя массивами строго типизированных данных.

Описание синтаксиса одного из возможных синтетических языков:

-15В качестве разделителя используется символ «;», этот символ обозначает конец оператора.

В язык также включены символы: «""», «.», «=», однако эти символы являются не самостоятельными синтаксическими единицами, а неотъемлемой частью соответствующих операторов.

Язык включает всего четыре оператора.

call - вызывает выбранный диалог (форму) синтаксис: call [FormName];

set - устанавливает значение любого поля выбранного сгенерированного элемента управления

синтаксис: set [ControlName].[FildName]=[value];

execute - посылает указанный запрос к базе данных синтаксис: execute "SELECT * FROM Tablel";

update - обновляет все значения выбранного элемента управления синтаксис: update [ControlName];

Количество операторов в командной строке ограничено только максимальной длиной хранимой в базе данных строки (для MSSQL максимальное количество символов, хранимых в строке типов char и varchar составляет 8000 символов). По причине примитивности данного языка временные затраты на написание синтаксического анализатора и интерпретатора могут быть сведены к минимуму. Несмотря на то, что данный язык не Тьюринг-полный, он способен обеспечить все основные операции взаимодействия элементов пользовательского интерфейса.

Генерируемый адаптивный интерфейс пользователя обладает собственной логикой (логика представления). Это логика взаимодействия программного комплекса с пользователем является самостоятельным множеством функций и правил, не включённым во множество функций и правил логики приложения.

Алгоритм генерации представлений и элементов интерфейса представляет собой совокупность двух циклических алгоритмов с выходом по завершению переборки массива объектов. Два представленных ниже алгоритма (алгоритм генерации форм и алгоритм генерации элементов интерфейса) объединены в один алгоритм по причине их связанности.

Общий укрупнённый алгоритм генерации форм и элементов интерфейса представлен на рис. 3.

В начале алгоритма происходит проверка типа диалога (является ли диалог генерируемым), в случае если диалог является генерируемым, происходит считывание всей информации о нём из базы данных, в противном случае происходит инициализация диалога определённая в применяемой программной библиотеке графического интерфейса. После окончания генерации диалога происходит инициализация элементов интерфейса. К одному диалогу, в независимости от его типа, могут принадлежать одновременно генерируемые и обычные (описанные статически) элементы интерфейса. Далее происходит проверка типа элемента интерфейса (генерируемый или статический).

Рис. 3. Укрупнённый алгоритм генерации форм и элементов адаптивного интерфейса

пользователя

-17В случае если элемент является генерируемым, происходит обращение к БД из которой считываются все данные, связанные с данным элементом, в противном случае происходит инициализация элемента интерфейса, определённая в применяемой программной библиотеке. Генерация элементов продолжается пока не будут инициализированы все элементы, принадлежащие выбранному диалогу.

Алгоритм обработки событий адаптивного генерируемого интерфейса пользователя представляет собой видоизменённый алгоритм обработки событий, применяемый во всех событийно-ориентированных библиотеках графического интерфейса пользователя. Алгоритм может обеспечить обработку событий статических элементов интерфейса, динамических элементов интерфейса или их комбинаций. Алгоритм частично охватывает генерацию форм (диалоговых окон) и элементов пользовательского интерфейса. Это сделано по причине невозможности отделения обработки событий частично или полностью сгенерированного интерфейса от генерации форм и элементов интерфейса.

Укрупнённый алгоритм обработки событий частично или полностью сгенерированного интерфейса представлен на рис. 4. В начале алгоритма происходит инициализация формы, затем проводится инициализация заранее определённых элементов интерфейса, после чего считывается информация о генерируемых элементах интерфейса, если таковые имеются. После чего происходит инициализация генерируемых элементов интерфейса. Затем стартует цикл обработки событий. В случае если зарегистрировано событие пользовательского интерфейса, проверяется, какой элемент вызвал это событие (сгенерированный или статический). Если событие вызвал статический элемент, запускается стандартный алгоритм обработки события, описанный в приложении и продиктованный архитектурой библиотеки пользовательского интерфейса. В противном случае алгоритм обработки события считывается из базы данных. Далее определяется, предполагает ли алгоритм закрытие текущей формы (диалогового окна). В случае если не предполагает, алгоритм возвращает управление циклу обработки событий. В противном случае проверяется, предполагает ли алгоритм создание новой формы. В случае если предполагает, происходит инициализация новой формы и алгоритм повторяется. В противном случае происходит закрытие приложения.

Абстрактная модель адаптивного интерфейса пользователя является общим унифицированным случаем модели адаптивного интерфейса пользователя. Для упрощения работы пользователя САПР необходимо разработать более узкоспециализированные типизации.

Необходимо определить в каком случае модель является типизацией абстрактной модели.

Пусть:

А = {а,, а2 ,...ап } - множество функций абстрактной модели.

В = {6), Ъг,.. .Ьп} - множество функций типизированной модели.

Согласно правилам наследования, наследник обладает всем набором функций родителя, и собственным набором функций, следовательно В а А .

Рис. 4. Укрупнённый алгоритм обработки событий частично генерируемого адаптивного ■ интерфейса пользователя

Если В = А то В не может являться наследником (типизацией) А, следовательно Вф А,

В = В - А- множество собственных функций типизированной модели. Следовательно, если В типизация А выполняется условие ВсА,В±А^В'

Модель «унифицированный конструктор отчётов» является типизацией абстрактной модели адаптивного интерфейса пользователя, приспособленной для создания и отображения отчётов, на основании выборок любой сложности из БД комплексной САПР. Модель основана на абстрактной модели адаптивного интерфейса пользователя, и отличается от неё видоизменённым конструктором графического интерфейса, рассчитанным на конструирование таблиц и запросов.

Модель «.генератор двухмерных и трёхмерных графических полигонов» является типизацией абстрактной модели адаптивного интерфейса пользователя. Эта модель рассчитана на автоматизацию процесса начертания графических полигонов любой степени сложности. Модель предполагает интеграцию в графический редактор САПР, и обладает многофункциональным конструктором графического интерфейса пользователя.

Модель «.вычислитель инженерных расчетов», является типизацией абстрактной модели адаптивного интерфейса пользователя, она рассчитана на автоматизацию инженерных расчетов. Модель обладает простым конструктором интерфейса пользователя, который рассчитан на создание автоматизированных сценариев инженерных расчетов.

Комбинированная модель «вычислитель-генератор» является типизацией абстрактной модели адаптивного интерфейса пользователя, представляет собой комбинацию моделей «генератор двухмерных и трёхмерных графических полигонов» и «вычислитель инженерных расчетов», позволяет одновременно произвести инженерные расчеты и сгенерировать графические полигоны.

Произведена декомпозиция САПР на подсистемы согласно шаблону «Модель-представление-поведение». Произведена декомпозиция аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя на подсистемы согласно шаблону «Модель-представление-поведение».

В главе разработана архитектура адаптивного пользовательского интерфейса, абстрактная модель адаптивного интерфейса пользователя, модель хранения данных адаптивного интерфейса пользователя, примитивный синтетический язык, алгоритмы генерации и обработки событий модели адаптивного интерфейса пользователя, типизированные модели интерфейса пользователя для различных предметных областей САПР.

В третьей главе определены требования к логико-математическому аппарату строительных САПР. Предложен способ интеграции аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР. Рассмотрена концепция подключаемых модулей, и возможность создания общей базы знаний пользовательских функций.

Выполнение сторонней логики на платформе прикладной системы требует встроенной возможности воспроизведения этой логики. Существует два подхода к выполнению сторонней логики на платформе прикладной системы.

Встроенный интерпретатор синтетического языка - это языковой процессор, который построчно анализирует исходную программу и одновременно выполняет предписанные действия, а не формирует на машинном языке скомпилированную программу, которая выполняется впоследствии.

Алгоритм работы простого интерпретатора выглядит так:

1) прочитать инструкцию;

2) проанализировать инструкцию и определить соответствующие действия;

3) выполнить соответствующие действия;

4) если не достигнуто условие завершения программы, прочитать следующую инструкцию и перейти к п. 2.

Интерфейс прикладного программирования системы - API - это набор готовых классов, процедур, функций, структур и констант, предоставляемых приложением (библиотекой, сервисом) для использования во внешних программных продуктах. Используется программистами для написания всевозможных приложений. API позволяет использовать функции и данные прикладной системы в сторонних приложениях.

Интеграцию аппарата моделей адаптивных интерфейсов пользователя в прикладную систему целесообразно осуществлять через API системы, так как API позволяет применять любые сторонние средства разработки, среди которых есть масштабные системы, позволяющие реализовать более развернутый функционал моделей адаптивного интерфейса пользователя. Многие современные САПР предоставляют API для интеграции новых функций в свою систему, в то время как внутренний интерпретируемый синтетический язык прикладной системы часто узко специализирован и не пригоден для разработки сложной сторонней логики. Также стоит отметить необходимость обеспечения доступа аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя к данным БД САПР.

Концепция подключаемых модулей активно применяется в современных автоматизированных системах. Подключаемые модули в САПР должны выполняться в виде разделяемых библиотек. Целесообразно применить концепцию подключаемых модулей в аппарате моделей адаптивного интерфейса пользователя САПР. Применение подключаемых модулей в аппарате моделей адаптивного интерфейса пользователя позволит отделить реализацию каждой типизированной модели адаптивного интерфейса пользователя от аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя, что позволит обеспечить гибкий обмен моделями между специалистами.

Поскольку предполагается исполнение каждой типизированной модели адаптивного интерфейса пользователя в виде подключаемого модуля, целесообразным будет создание общей базы знаний, моделей адаптивного интерфейса пользователя. Эта база должна быть общедоступна для некоторого, установленного спецификой решаемых задач, сообщества профессионалов в области автоматизации проектирования. База должна накапливать в себе опыт и решения сообщества, выработанные на практике и оформленные в виде моделей адаптивного интерфейса пользователя.

Определенны основные требования к логико-математическому аппарату строительных САПР:

- логико-математический аппарат строительных САПР должен обладать встроенным API;

- логико-математический аппарат строительных САПР должен предоставлять сторонним приложениям доступ к собственной базе данных.

Исходя из определённых требований разработан способ интеграции аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР.

Определенна целесообразность применения концепции подключаемых моделей в аппарате моделей адаптивного интерфейса пользователя.

Определенна целесообразность создания общей базы знаний моделей адаптивного интерфейса пользователя.

В четвёртой главе описана структура подсистемы моделей адаптивного интерфейса пользователя. Описан механизм интеграции аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР. Выявлены возможные проблемы интеграции аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР.

Подсистема адаптивного интерфейса пользователя в свою очередь подразделяется на подсистемы:

- хранения данных,

- пользовательских представлений,

- системной логики,

- передачи данных.

Подсистема хранения данных моделей состоит из общего набора данных подсистемы адаптивного интерфейса пользователя и множества наборов данных моделей. При этом сценарии логика модели и шаблон представления логики модели хранятся в наборе данных модели. Подсистема хранения данных состоит из реляционной базы данных и средств доступа к данным базы данных. Подсистема пользовательских представлений хранится в отдельном компилируемом модуле (ядре системы). Подсистема системной логики также расположена в ядре системы. Подсистема передачи данных представляет собой набор средств, обеспечивающих транспорт данных по различным интерфейсам.

Механизм интеграции предполагает интеграцию подсистемы хранения данных аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя в подсистему хранения данных САПР посредством добавления структуры таблиц аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя к базе данных САПР. Это обеспечит аппарату моделей адаптивного интерфейса пользователя свободный доступ ко всем данным САПР. Необходимо также произвести интеграцию на уровне API САПР: подсистема передачи данных аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя, должна быть соединена программным мостом с API САПР. Таким образом, будет достигнута интеграция аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя с подсистемой пользовательских представлений САПР. В результате интеграции в подсистеме пользовательских представлений САПР появятся ссылки на функционал аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя. В свою очередь по этим ссылкам можно будет вызвать графические представления аппарата моделей адаптивного

интерфейса пользователя.

В результате интеграции аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР по предложенной схеме, пользователь, в общем случае, не сможет визуально отличить какой функционал он использует (функционал самой САПР или функционал аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя).

Рассмотренная схема интеграции аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР предполагает наличие возможности интеграции и через БД САПР, и через API САПР. В связи с этим при интеграции возможны следующие объективные проблемы:

- САПР не предоставляет сторонним разработчикам собственный API;

- API САПР не предоставляет возможности доступа к пользовательским представлениям САПР;

- САПР использует не реляционную базу данных;

- САПР не позволяет сторонним разработчикам изменять структуру своей базы данных или дописывать данные в рамках существующей структуры.

В случае если такие проблемы появляются, интеграция аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР невозможна или нецелесообразна.

В главе разработана структура подсистемы аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя, позволяющая реализовать такой аппарат в виде отдельного программного модуля. Разработан механизм интеграции аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР. Данный способ интеграции позволяет произвести глубокую интеграцию аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР.

Выявлены возможные проблемы, возникающие на стадии интеграции аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

1. Выполнен анализ современных строительных САПР с точки зрения возможностей адаптации интерфейса пользователя. Выявлены критерии, влияющие на возможность интеграции аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя в строительных САПР. Доказана возможность интеграции сторонних программных модулей в строительные САПР.

2. Сформулированы технологические границы модели адаптивного интерфейса пользователя. Показано, что для интеграции аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР аппарат должен отвечать требованиям доступа к API САПР, поддержки реляционной модели хранения данных, доступа к модели данных САПР.

3. Разработан аппарат моделей адаптивного интерфейса пользователя, обеспечивающий создание и эксплуатацию типизированных моделей адаптивного интерфейса пользователя и интеграцию множества моделей адаптивного интерфейса пользователя в строительных САПР.

4. Разработана абстрактная модель адаптивного интерфейса пользователя. Разработана архитектура и структура абстрактной модели адаптивного интерфейса пользователя. Выделены подсистемы абстрактной модели и аппарата абстрактных моделей, определенны интерфейсы взаимодействия подсистем.

5. Разработаны типизированные модели адаптивного интерфейса пользователя для различных предметных областей. Определенны условия типизации абстрактной модели адаптивного интерфейса пользователя. Разработаны типизированные модели:

-23- модель «унифицированный конструктор отчётов» - создание отчётов на основании выборок любой сложности из БД комплексной САПР;

- модель «генератор двухмерных и трёхмерных графических полигонов» -автоматизация процесса начертания графических полигонов;

- модель «вычислитель инженерных расчетов» - автоматизация инженерных расчетов;

- комбинированная модель «вычислитель-генератор» - совмещение инженерных расчетов и генерации графических полигонов.

6. Сформулированы требования к логико-математическому аппарату строительных САПР, предусматривающие возможность создания надмножества моделей адаптивного интерфейса пользователя.

7. Определён способ интеграции моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах автора:

1. Крылов, А.О. Общие модели и практика построения интерфейсов САПР [Текст] // Сб. науч. тр. «Системный анализ, управление и обработка информации в строительстве». - Вып. №2. - М.: МГСУ, 2009. - 0,5 п.л.

2. Крылов, А.О. Актуальные задачи расширения функциональных возможностей систем автоматизации архитектурно-строительного проектирования [Текст] // Сб. науч. тр. «Системный анализ, управление и обработка информации в строительстве». - Вып. №2. - М.: МГСУ, 2010. - 0,5 п.л.

3. * Крылов, А.О. Информатизация систем управления в строительстве [Текст] // Вестник МГСУ. - 2010. - №3. - 0,5 п.л. (в соавторстве, авторский вклад - 0,25 п.л.).

4. * Крылов, А.О. Адаптивные интерфейсы автоматизированных систем управления в строительстве [Текст] // Вестник МГСУ. - 2011. - №6. - 0,5 п.л. (в соавторстве, авторский вклад - 0,25 п.л.).

5. * Крылов, А.О. Задачи проектирования адаптивных интерфейсов САПР [Текст] // Вестник МГСУ. - 2011. - №6. - 0,25 п.л.

* - работы, опубликованные в научных изданиях, входящих в действующий перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук.

Лицензия ЛР №020675 от 09.12.1997 г.

ФГБОУ ВПО «Московский государственный строительный университет»_

Подписано в печать: 07.11.2011. Формат: 60x84 1/16 Печать: XEROX

Объем: 1,0 п.л._Тираж: 100_Заказ №: б/н

НОЦИСИАС, 129337, г. Москва, Ярославское т., 26, ФГБОУ ВПО «МГСУ»

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА АДАПТАЦИИ САПР.

1.1. Потребность в адаптации САПР.

1.2. Способы адаптации САПР.

1.3. Обзор современных строительных САПР и предоставляемых ими программных интерфейсов.

1.4. Системный подход.

1.5. Архитектура программного обеспечения.

1.6. Адаптивный интерфейс пользователя в информационных системах.

1.7. Перспективные задачи адаптации интерфейса пользователя.

1.8. Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. АДАПТИВНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТЕРФЕЙСА

ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ САПР.

2.1. Адаптивный интерфейс пользователя.

2.2. Архитектура аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя

2.2.1. Шаблон «Модель-представление-поведение».

2.2.2. Конструктор интерфейса пользователя.

2.3. Абстрактная модель адаптивного интерфейса пользователя.

2.3.1. Хранение данных модели адаптивного интерфейса пользователя.

2.3.2. Хранение информации о представлениях адаптивного интерфейса

2.3.3. Хранение логики адаптивной модели интерфейса пользователя.

2.3.4. Алгоритмы генерируемого адаптивного интерфейса пользователя

2.4. Типизированные модели адаптивного интерфейса пользователя.

2.4.1. Модель унифицированный конструктор отчётов.

2.4.2. Модель генератор двухмерных и трёхмерных графических полигонов.

2.4.3. Модель вычислитель инженерных расчетов.

2.4.4. Комбинированная модель вычислитель-генератор.

2.5. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ АДАПТИВНОГО ИНТЕРФЕЙСА

ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ.

3.1. Требования к логико-математическому аппарату САПР.

3.1.1. Макросы.

3.1.2. Встроенный интерпретатор примитивного синтетического языка

3.1.3. Встроенные средства поддержки сложного синтетического языка

3.1.4. Интерфейс прикладного программирования системы.

3.2. Способ интеграции адаптивного интерфейса пользователя в САПР.

3.3. Концепция подключаемых модулей.

3.4. Общая база знаний пользовательских функций.

3.5. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ И ИНТЕГРАЦИЯ ПОДСИСТЕМЫ

АДАПТИВНОГО ИНТЕРФЕЙСА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ В СОВРЕМЕННУЮ

САПР.

4.1. Структура подсистемы адаптивного интерфейса пользователя.

4.2. Описание механизма интеграции.

4.3. Возможные проблемы создания и интеграции аппарата адаптивного интерфейса пользователя.

4.4. Реализация аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя для AutoCAD 2012.

4.5. Практика применения модели адаптивного интерфейса пользователя

4.6. Выводы по главе 4.

На любой стадии создания строительного проекта с использованием систем автоматизированного проектирования (САПР) проектировщику целесообразно располагать некоторым набором средств, упрощающих и ускоряющих его работу, помогающих ему в его информационной и конструктивной деятельности по пониманию и анализу сущности проектной задачи. Такой набор средств должен предоставить проектировщику помощь в решении как сложных задач проектирования или анализа проекта, так и простых задач. При этом решение простых, рутинных задач должно проходить при минимальном участии проектировщика. В рамках жизненного цикла зданий и сооружений САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства. Основная цель создания САПР - повышение эффективности труда инженеров. К сожалению, несмотря на наличие развернутых средств комплексных САПР, специалисты вынуждены решать многие узкоспециализированные задачи в недостаточно автоматизированном режиме. Современные архитектурно-строительные САПР предоставляют пользователю богатые возможности настройки и наращивания функционала. В этом смысле можно выделить два подхода к адаптации САПР.

Настройка существующего функционала - это набор средств, позволяющих подключать и отключать существующие функции систем автоматизированного проектирования. Этот набор средств, как правило, прост в использовании и не требует от специалиста дополнительных навыков в области программирования.

Наращивание функционала представляет собой набор средств, позволяющих добавить к системе автоматизированного проектирования функции, не предусмотренные разработчиками системы. Работа с нетривиальным логико-математическим аппаратом наращивания функционала предполагает наличие у специалиста глубоких знаний об архитектуре конкретной строительной САПР, навыков программирования и, как правило, продолжительного времени.

Исследования в области адаптивных интерфейсов автоматизированных систем актуальны, поскольку позволяют создать набор общих средств и методов, реализующих аппарат добавления новых необходимых функций строительных САПР, не требуя при этом навыков программирования от проектировщика. Под интерфейсом пользователя, в рамках диссертации понимается не просто взаимодействие человека с компьютером на уровне графических и терминальных представлений, а более широкое понятие интерфейса, включающее в себя набор возможностей и функций, предоставляемых пользователю прикладной системой.

Новый теоретический аппарат и практические решения позволят создавать новые функции системы быстрее и проще, чем классические логико-математические аппараты строительных САПР.

Научно-техническая гипотеза диссертации состоит в предположении возможности повышения эффективности процессов и результатов автоматизации строительного проектирования на основе расширения механизма адаптивных пользовательских интерфейсов.

Цель работы состоит в разработке модели адаптивных пользовательских интерфейсов систем автоматизации проектирования в строительстве.

Достижение цели требует решения следующих основных задач:

• анализ современных систем автоматизированного проектирования с точки зрения расширения возможностей адаптации интерфейса пользователя;

• формулировка технологических границ моделирования адаптивного интерфейса пользователя в строительных САПР;

• разработка аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя строительных САПР;

• построение абстрактной модели адаптивного интерфейса пользователя строительных САПР;

• разработка типизированных моделей адаптивного интерфейса пользователя для различных предметных областей строительных САПР;

• формулировка требований к логико-математическому аппарату строительных САПР, предусматривающих возможность создания надмножества моделей адаптивного интерфейса пользователя;

• определение способа интеграции моделей адаптивного интерфейса пользователя в строительных САПР.

Объектом исследования является системное строительное проектирование, как вид деятельности, в котором реализуются все возможные действия над объектом проектирования на всех его жизненных этапах.

Предмет исследования - системотехнические и информационные особенности представления объектов и процессов, и логико-математический аппарат автоматизированного строительного проектирования, эргономика пользовательского интерфейса строительных САПР.

Теоретические и методологические основы исследования включают теорию построения систем автоматизации проектирования, классическую математическую логику, системный анализ и системное проектирование, теорию информации, эргономику интерфейсов информационных систем, тематические публикации и результаты исследований отечественных и зарубежных ученых и специалистов в области совершенствования практики разработки и применения строительных САПР.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в создании нового подхода к построению моделей адаптивных пользовательских интерфейсов систем автоматизации строительного проектирования, состоящего в следующем:

• предложен аппарат моделей адаптивного интерфейса пользователя строительных САПР, обеспечивающий функционирование множества типизированных моделей;

• предложена абстрактная модель адаптивного интерфейса строительных САПР, не предусматривающая необходимости дополнительного логико-математического моделирования пользователем;

• выделены различные типы моделей адаптивного интерфейса пользователя строительных САПР, предложены типизированные модели для различных предметных областей;

• сформулированы требования к логико-математическому аппарату строительных САПР, предусматривающие возможность создания надмножества моделей адаптивного интерфейса пользователя.

Практическая значимость. Результаты диссертации позволяют практически реализовать аппарат построения недокументированных интерфейсов, предоставляющий инженерам-проектировщикам дополнительные возможности расширения функционала отраслевых систем автоматизированного проектирования, не устанавливая при этом особых требований к навыкам практического программирования на специализированных языках.

Апробация результатов исследования. Основные теоретические и методические положения диссертации докладывались и апробированы на Международных межвузовских научно-практических , конференциях молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (г.Москва, 2010, 2011 гг.), секции Научно-методического совета по информационным системам и технологиям науки и образования в области строительства (НМС ИСТ) при Международной Ассоциации строительных вузов (АСВ) и Учебно-методическом объединении (УМО) вузов Российской Федерации в области строительства (2010, 2011 гг.), Международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» (г. Москва, 2011г.), заседаниях и научных семинарах кафедр Системного анализа в строительстве (САС) и Информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве (ИСТАС) ФГБОУ ВПО «Московской государственный строительный университет» (г. Москва, 2009-2011 гг.).

Внедрение результатов исследования. Экспериментальная проверка и практическое внедрение результатов работы выполнено в Обществе с ограниченной ответственностью (ООО) «Инженерная фирма «ГИПРОКОН».

Материалы диссертации опубликованы в 2009-2011 гг. в 5 научных работах, в том числе - в 3 работах в научных изданиях, входящих в действующий перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук, утвержденный Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех основных глав, основных выводов и предложений, библиографического списка и приложений.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Исследование показало, что разработка средств автоматизации отдельных процессов в САПР востребована пользователями. Современные инженеры стремятся автоматизировать рутинные операции. Однако часто для автоматизации своих действий пользователи САПР применяют сторонние средства разработки, не ориентированные на задачи САПР непосредственно. Разнообразие этих средств разработки и, зачастую, отсутствие возможности интеграции их продуктов в САПР представляет актуальную научно-практическую проблему, так как распространение и использование подобных продуктов не формализовано в достаточной степени.

Существенно более целесообразным представляется использование пользователями САПР средств, ориентированных на автоматизацию САПР.

В ходе исследования выявлен и решен ряд конкретных проблем, связанных с недостаточной степенью автоматизации работы пользователей САПР.

1. Проанализированы современные САПР с точки зрения возможностей адаптации интерфейса пользователя. Выявлены критерии, влияющие на возможность интеграции аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР. Доказана возможность интеграции сторонних программных модулей в САПР.

2. Сформулированы технологические границы модели адаптивного интерфейса пользователя. Исследование показало, что для интеграции аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР, аппарат должен отвечать следующим требованиям: аппарат должен обладать доступом к АРІ САПР, аппарат должен поддерживать реляционную модель хранения данных, аппарат должен обладать средствами доступа к модели данных САПР.

3. Разработан аппарат моделей адаптивного интерфейса пользователя, обеспечивающий создание и эксплуатацию типизированных моделей адаптивного интерфейса пользователя и интеграцию множества моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР.

4. Разработана абстрактная модель адаптивного интерфейса пользователя. Разработана архитектура и структура абстрактной модели адаптивного интерфейса пользователя. Выделены подсистемы абстрактной модели и аппарата абстрактных моделей, определенны интерфейсы взаимодействия подсистем.

5. Разработаны типизированные модели адаптивного интерфейса пользователя для различных предметных областей. Определенны условия типизации абстрактной модели адаптивного интерфейса пользователя. Разработаны типизированные модели:

• Модель «унифицированный конструктор отчётов». Позволяет создавать отчёты, на основании выборок любой сложности из БД (база данных) комплексной САПР.

• Модель «генератор двухмерных и трёхмерных графических полигонов». Позволяет автоматизировать процесс начертания графических полигонов любой степени сложности.

• Модель «калькулятор инженерных расчетов». Позволяет автоматизировать инженерные расчеты.

• Комбинированная модель «калькулятор-генератор». Позволяет одновременно произвести инженерные расчеты и сгенерировать графические полигоны.

6. Сформулированы требования к логико-математическому аппарату САПР, предусматривающие возможность создания надмножества моделей адаптивного интерфейса пользователя.

7. Определён способ интеграции моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР.

1. Быков А. С. Желаемое и действительное в геометрическом моделировании // САПР и Графика. М.: КомпьютерПресс, 2002. - № 1.

2. Введение в язык С# и .NET Framework http://msdn.microsoft.com/library/zlzx9t92 21.08.2011

3. Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. СПб.: Питер, 2001.

4. Гарсиа-Молина Гектор , Джеффри Д. Ульман, Дженнифер Уидом, Системы баз данных: Полный курс, М.: "Вильяме", 2003

5. Глушков В. М. "Основы безбумажной информатики". М.: Наука 1982.

6. Горанский Г.К. К теории автоматизации инженерного труда. -Минск: Изд. АН БССР, 1962. 168 с.

7. Горбатина Г. Н. Программные средства адаптации САПР ТП к условиям приборостроительного производства (Автореферат на соиск.учен.степени канд,техн.наук).-Кишинёв." ПКБ АСУ, 1983.

8. Григорьев Э.П., A.A. Гусаков. Ж. Зейтуи; С. Порада Архитектурно строительное проектирование. Метеодология и автоматизация: Совм. Изд. СССР-Франция/ М.:Стройиздат, 1985. 240 е., ил.

9. Гультяев А.К., Машин В.А. Проектирование и дизайн пользовательского интерфейса. СПб.: КОРОНА принт, 2000. 352 с.

10. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных = Introduction to Database Systems. 8-е изд. - M.: «Вильяме», 2006. - 1328 с.

11. П.Демников H. H. SCADA системы как инструмент проектирования АСУТП: учеб. Пособие. - М.: изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана 2004. -328 с.

12. Денинг В., Эссиг Г., Маас С. Диалоговая система «человек-ЭВМ». Адаптация к требованиям пользователя М.: Мир 1984.

13. И.Деревицкий Д. П., Фрадков A. JI. Прикладная теория дискретных адаптивных систем управления. М.: Наука, 1981. 216 с.

14. Иан Соммервилл Инженерия программного обеспечения = Software Engineering. 6-е изд. - М.: «Вильяме», 2002. 642 с.

15. Илес Питер (Peter Eeles) Что такое архитектура программного обеспечения? http://www.ibm.com/developerworks/ru/library/eeles/ 11.10.10

16. Иллингуорт В. Толковый словарь по вычислительным системам: Пер. с англ. А. К. Белоцкого и др.; Под ред. Е. К. Масловского М.: Машиностроение, 1990. - 560 с.

17. Кериевски Д. Рефакторинг с исспользованием шаблонов М.: Вильяме 2006. 400 с.

18. Кирюшкин О. В. Управление техническими системами: Уфа: изд-во УНГТУ, 2005.-170 с.

19. Когаловский М.Р. Методы интеграции данных в информационных системах.23 .Концепция системотехникиhttp://www.integro.ru/system/ots/conception.htm 06.11.10

20. Куликовский Р. Оптимальные и адаптивные процессы в системах автоматического регулирования. Пер. с польск. М.: Наука, 1967. 380 с.

21. Купер Алан . «Об интерфейсе. Основы проектирования взаимодействия». СПб.: Символ-Плюс, 2009

22. Ларман К. Применение UML и шаблонов проектирования. 2-е изд. М.: Изд. дом «Вильяме», 2002.

23. Малюх В. Н. Введение в современные САПР: Курс лекций М.: ДМК Пресс, 2010.-192 с.

24. Мирошник И. В., Никифоров В. О., Фрадков А. JI. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами. СПб.: Наука, 2000. 550с.

25. Мишкин Э., Браун JI. Приспосабливающиеся автоматические системы. Пер. с англ. М.: ИИЛ, 1963. 672 с.

26. Неббет Гэри Справочник по базовым функциям API Windows NT/2000 = Windows NT/2000 Native API Reference M.: «Вильяме», 2002. - С. 528.

27. Общие сведения о N-уровневых приложениях для работы с данными http://msdn.microsoft.com/ru-ru/library/bb384398.aspx 06.11.1034.0мура Джордж . AutoCAD 3D: Трёхмерное моделирование. М.: "Лори", 1997. - 544с.

28. От электронного кульмана к трехмерной модели. http://www.nwec.ru/index.php?issueid=47&id=38 29.09,2011.

29. Павлов В.В. Математическое моделирование технических систем при автоматизированном синтезе рациональных технических решений./В сб. Методы выбора и оптимизации проектных решений. -Горький: ГГУ, 1977.

30. Папа Джон Обзор ADO.NET Entity Framework http://msdn.microsoft.com/ru-ru/magazine/ccl63399.aspx 5.11.2011

31. Andries van Dam. Post-WIMP User Interfaces // Communications of the ACM. February 1997. - № 40(2). - c. 63-67

32. AutoCAD .NET Developer's Guide (англ.), см. также: Руководство разработчика по .Net API AutoCAD 2010

33. AutoCAD 2002r User's guide. Autodesk, Inc. США, 2001.

34. AutoCAD для строительного проектирования http://www.autodesk.ru/adsk/servlet/pc/index?siteID=871736&id=l4626749 20.10.2011

35. Bass, Len; Paul Clements, Rick Kazman (2003). Software Architecture In Practice, Second Edition. Boston: Addison-Wesley, pp. 21-24.

36. Buschmann F., Meunier R., Rohnert H., Sommerlad P. and Stal. Pattern-Oriented Software Architecture: A System of Patterns West Sussex. England: Wiley, 1996.

37. Busner Rusty & Smith Joseph. Maximizing . AutoCAD release 12.CLLLA. 1992 Orely 564 c.

38. C# Language Specification 4th. - ECMA International, 2006 http://www.ecma-international.org/publications/files/ECMA-ST/Ecma-334.pdf 21.10.2011

39. C# 2.0 Specification Microsoft http://download.microsoft.com/download/9/8/f/98fdf0c7-2bbd-40d3-9fdl-5a4159fa8044/csharp%202.0%20specificationsept2005.doc 19.10.2011

40. C# Programming Guide http://msdn.microsoft.com/en-us/library/67ef8sbd.aspx 22/10/2011

41. CAD Chronology: The 80's http://mbinfo.mbdesign.net/CAD1980.htm 07.11.1086.char и varchar (Transact-SQL) http://msdn.microsoft.com/ru-ru/library/msl 76089.aspx 12.11.10

42. Clements, Paul; Felix Bachmann, Len Bass, David Garlan, James Ivers, Reed Little, Paulo Merson, Robert Nord, Judith Stafford (2010).

43. Documenting Software Architectures: Views and Beyond, Second Edition. Boston: Addison-Wesley.

44. Differences Between С++ Templates and C# Generics (C# Programming Guide)

45. Dot Net Anywhere http://dotnetanywhere.org/index.php/net-features/ 5.08.2011

46. Erhard Rahm, Philip A. Bernstein A Survey of Approaches to Automatic Schema Matching. VLDB JOURNAL (2001).

47. Fradkov, A. L., Miroshnik, I. V., Nikiforov, V. O. Nonlinear and Adaptive Control of Complex Systems. (Series: Mathematics and Its Applications. Vol. 491.) Kluwer, Dordrecht, 1999. 528 pages.

48. ISO/IEC 23270:2003, Information technology C# Language Specification

49. James McGovern, et al., A Practical Guide to Enterprise Architecture (Джеймс Мак-Говерн и другие, Практическое руководство по архитектуре корпораций). Издательство Prentice Hall 2004 г.

50. Kovacs James C#/.NET History Lesson http://jameskovacs.com/2007/09/07/cnet-history-lesson/ 20.10.2011

51. Kruchten, Philippe (1995, November). Architectural Blueprints The "4+1" View Model of Software Architecture. IEEE Software 12 (6), pp. 42-50.

52. Len Bass, Paul Clements, and Rick Kazman, Software Architecture in Practice, Second Edition (Лен Басс, Пол Клементе и Рик Кацман , Практическая архитектура программного обеспечения, второе издание), издательство Addison Wesley 2003 год.

53. Mikko Kontio (2005, February) Architectural manifesto: Designing software architectures, Part 3

54. Mikko Kontio (2005, February) Architectural manifesto: Designing software architectures, Part 5

55. New C# Features in the .NET Framework 4 http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/ff796223 .aspx 23.10.2011

56. Object Management Group Inc., Спецификация унифицированного языка моделирования OMG версия 1.5, Документ номер 03-03-01. март 2003 г.

57. Olsen, Dan . User Interface Management Systems: Models and Algorithms. Morgan Kaufmann Publishers 1991 231c.: с ил.

58. Omura George. AutoCAD 2002 SYBEX. США, 2002.

59. Philippe Kruchten, The Rational Unified Process: An Introduction, Third Edition (Филипп Крачтен, Rational Unified Process: введение, третье издание, издательство Addison-Wesley Professional 2003).

60. Pitzer Dave. AutoLISP Aatodesk Learning Center Course Overview 2000

61. Standard ECMA-334 C# Language Specification, 4rd edition (June 2006)

62. Visual C#.net Standard (JPEG). Microsoft (September 4, 2003). Архивировано из первоисточника 21 августа 2011. Проверено 18 июня 2009.

63. William Kent Solving Domain Mismatch and Schema Mismatch Problems with an Object-Oriented Database Programming Language. Proceedings of the International Conference on Very Large Data Bases Orelly (1991). 342 c.