автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Методика формирования агрегированных требований к реализации информационной системы комплекса автоматизированного проектирования концерна радиостроения

Пушина Анна Александровна

МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ АГРЕГИРОВАННЫХ ТРЕБОВАНИЙ К РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ КОМПЛЕКСА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНЦЕРНА РАДИОСТРОЕНИЯ

Специальности

05.13.01. Системный анализ, управление и обработка информации

(в промышленности) 05.13.12. Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДПР 2и:2

Тверь-2012

005020453

005020453

Пушина Анна Александровна

МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ АГРЕГИРОВАННЫХ ТРЕБОВАНИЙ К РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ КОМПЛЕКСА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНЦЕРНА РАДИОСТРОЕНИЯ

Специальности

05.13.01. Системный анализ, управление и обработка информации

(в промышленности) 05.13.12. Системы автоматизации проектирования

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Тверь-2012

Работа выполнена в Тверском государственном техническом университете.

Научный руководитель: Тихомиров Валерий Александрович,

д.т.н., профессор, заслуженный деятель науки

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Семенов Николай Александрович, доктор технических наук, профессор Пильщиков Дмитрий Евгеньевич.

Ведущая организация: ОАО «НИИ «Кулон», г.Москва.

Защита диссертации состоится апреля 2012 г. в 15 часов на

заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.262.04 в Тверском государственном техническом университете (адрес: 170026, г. Тверь, наб. А. Никитина, 22, ауд. Ц-208).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тверского государственного технического университета (адрес: 170023 г. Тверь, пр. Ленина, 25).

Автореферат разослан -и "марта 2012г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

Филатова Н.Н.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Успешная работа предприятия напрямую зависит от конкурентоспособности его продукции на рынке, которая отражается в технической документации. Организация службы технической информации, учет и регистрация всей создающейся технической документации имеет огромное значение для развития экономики предприятия и страны в целом. Техническая документация наиболее объемна, сложна, разнообразна по содержанию и назначению, и во многих случаях может являться ноу-хау организации и представлять коммерческий интерес. Кроме того, чтобы не нарушить чьи-либо права, чтобы поддерживать современный уровень и конкурентоспособность своих разработок, необходимо иметь возможность оперативно вносить изменения в техническую документацию, что с помощью специализированных систем документирования удастся сделать в кратчайшие сроки.

Анализ существующих на рынке систем документирования показал, что практически все они имеют узкую направленность и ограниченную применимость для реализации концепции виртуального офиса, и в большинстве своем ориентированы на гуманитарного потребителя услуги. Причиной сложившейся ситуации является то, что разработка технической документальной базы и соответствующей ИС - процесс трудоемкий, длительный. Разработка ИС, обеспечивающей реализацию концепции виртуального офиса в рамках коммуникационной системы, позволяющей работать с документами, является необходимой задачей. Необходимость создания многофункциональных информационных систем является элементом реализации коммуникационных свойств. Кроме того, разноплановый интерфейс не позволяет в полной мере организовать единое виртуально-информационное пространство. Исследование подходов на российском рынке разработчиков ПО показал, что многие пренебрегают таким важным этапом разработки продукта, как формирование требований. Актуальность этого этапа уже давно подтверждена на практике нашими зарубежными коллегами, разработчик, который в полной мере освоит и примет его как необходимость, выйдет на качественно новый уровень разработки ПО, тем более что для сложных ИС разработка требований является отправной точкой всего проекта. Компьютер из вычислителя превратился в мощный коммуникатор, следовательно и ИС на базе этого устройства должны обладать широкими возможностями коммуникационных свойств. Одно из направлений реализации коммуникационных свойств является их многофункциональность. Компьютер это мощный коммуникатор, обладающий широкими вычислительными и функциональными возможностями, которые не в полной мере используются в ИС. Чтобы расширить использование возможностей коммуникаторов в ИС, в работе реализован вариант новой концепции виртуальная реальность -виртуальный офис. В данном контексте подобные системы только начинают

создаваться. Поэтому, основываясь на основных положениях концепции виртуальный офис, в работе предложено создание многофункциональной информационной системы на примере класса систем по оформлению технической документации на программные средства. Поэтому диссертационная работа, направленная на решение задач повышения результативности ИС, является актуальной. Под результативностью в работе понимается создание информационной системы максимально тождественной оптимальному варианту системы из заданного класса, при этом "максимальная тождественность" определяется из условия lim d{R\ Rm„,)—> О, где d - норма; R - параметры системы.

Объект исследования

Автоматизированные системы создания и оформления технической документации, реализованные в рамках концепции виртуальный офис.

Предмет исследования

Инструментальная и методическая составляющие процесса разработки агрегированных требований к проектированию многофункциональных информационных систем оформления технической документации.

Рамки исследования

Исследования проводились с учетом перспектив развития автоматизированных систем, реализующих решение спектра задач, связанных с управлением документами и процессами их обработки, а также с учетом сил и средств, развитых государством в информационной сфере на 10-15 лет.

Целью работы является достижение результативности создания многофункциональной информационной системы путем формирования агрегированных требований к реализации систем заданного класса.

Поставленная цель обусловливает формулировку научной задачи: разработать методику формирования агрегированных требований к реализации многофункциональной информационной системы, обеспечивающую создание информационной системы с необходимыми свойствами при ограничениях на стоимость и время создания системы.

Задачи исследования

Для достижения поставленной цели и решения научной задачи в работе были рассмотрены и решены следующие задачи:

1) разработана математическая модель формирования требований к проектируемой системе;

2) создано научно-методическое и программное обеспечение в рамках реализации виртуального офиса, на основе построения рационального множества агрегированных требований к проектируемой системе;

3) предложена методика формирования рационального множества требований к проектируемой системе;

4) сформулированы обоснованные требования к инструментальным средствам структурно-функционального моделирования, позволяющим реализовать методику создания научно-методического аппарата в рамках

концепции виртуального офиса;

5) на основе сформулированных агрегированных требований спроектирована информационная система заданного класса (на примере системы по оформлению технической документации на разработку программных средств, реализующей концепцию виртуальной реальности в рамках виртуального офиса, обеспечивающей решение коммуникационных задач);

6) предложена методика оценки эффективности внедрения многофункциональной информационной системы.

Методы исследований

В работе использовались методы системного анализа - операции примитивного синтеза и декомпозиции, теории структур данных и баз данных, теории нечетких множеств, метод экспертных оценок, основные положения теории искусственного интеллекта, математического аппарата математической статистики, агрегирование.

Положения, выносимые на защиту

На защиту выносятся следующие основные положения и результаты:

1 Методический аппарат формирования множества агрегированных требований к проектируемой многофункциональной информационной системе оформления технической документации на разработку программных средств, в свой состав включающий:

1.1 Математическую модель построения агрегированных требований к системе и формирование рационального множества требований;

1.2 Математическую формализацию задачи формирования результативного варианта системы;

2 Практическая реализация предложенной модели и основных положений математического аппарата в многофункциональной информационной системе в среде ОС Windows, Linux.

Научная новизна

Новизна работы заключается, прежде всего, в следующем:

- в разработке нового методического аппарата, способствующего формированию множеств агрегированных требований к многофункциональной информационной системе оформления технической документации, который характеризуется как наличием четкой последовательности операций, так и гибкостью к изменениям проекта;

- впервые построена математическая модель по формированию и агрегированию требований к системе, основанная на аппарате нечетких множеств;

- в формализации задачи поиска результативного варианта реализации системы из всего множества возможных вариантов;

- предложен новый способ выявлению рационального множества требований для многофункциональной информационной системы оформления технической документации, который повышает результативность создания информационной системы максимально

б

тождественной оптимальному варианту системы из заданного класса;

- в разработке многофункциональной информационной системы оформления технической документации, которая может быть применена для решения одной из задач технологии виртуальной реальности, заключающейся в обеспечении коммуникационных свойств;

- предложена методика оценки эффективности внедрения ИС по автоматизации процесса документирования.

Теоретическая значимость

Полученные в диссертации результаты вносят дополнительный вклад в развитие методического аппарата, позволяющего осуществить агрегирование требований для решения задач построения многофункциональной информационной системы по оформлению технической документации на разработку программных средств, реализующей концепцию виртуального офиса. Во-вторых, решен вопрос по выявлению рационального множества требований для обеспечения построения ИС.

Практическое значение работы:

- полученные в диссертации результаты позволяют существенно расширить область выработки требований к многофункциональным информационным системам;

- использованием методического аппарата по формированию множеств агрегированных требований к многофункциональной информационной системе оформления технической документации способствует решению задач повышения результативности систем, заключающейся в создании информационных систем максимально тождественной оптимальному варианту системы из заданного класса;

- предложен вариант решения задачи создания многофункциональной информационной системы на примере класса систем по оформлению технической документации на разработку программных средств путем выработки агрегированных требований;

- принцип выявления рационального множества требований для многофункциональной информационной системе оформления технической документации. Формирование рационального множества повышает результативность создания информационной системы;

- состав и функции основных компонентов информационной системы, которая предназначена для промышленного ввода документов и имеет внедрения в ряде государственных и коммерческих структурах.

Обоснованность

Научные результаты и положения, сформулированные в диссертации, базируется на широко апробированных в науке теоретических положениях и применяемых в ходе исследований научных методах.

Связь с плановыми НИР

Диссертация представляет собой теоретическое обобщение ряда плановых НИР и НИОКР ("Госнужды - ТФ", "Факториал", "Ситуация - ЭФ", "Инновация 1", "Виртуальная реальность"), проводимых в Тверском

Государственном Техническом Университете, Военной академии Воздушно-космической обороны, в Пензенском Государственном Университете, ЗАО НПО «Российские инновационные технологии» и Тверском филиале Балтийского ГТУ им. Д.Ф. Устинова.

Апробация работы

Результаты исследования докладывались на научно-технических конференциях ВА ВКО имени Г.К. Жукова, Пензенского Государственного Университета, Тверского филиала Балтийского ГТУ "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова, научных семинарах МГТУ им. Баумана, Росрезерв.

Полученные результаты реализованы:

На основе теоретических результатов, полученных при личном участии автора, разработаны компоненты математического и программного обеспечения системы формирования технической документации на разработку программных средств. Научные и практические результаты диссертационной работы используются в органах государственного управления (2 ЦНИИ), на предприятиях промышленности ЗАО «НИИ «Кулон» и в учебном процессе в ВА ВКО, в Пензенском государственном университете, а так же в ТФ БГТУ «Военмех».

Публикации: По результатам исследований, проведенных в процессе работы над диссертацией, опубликовано 7 работ, 1 из которых в изданиях, рекомендованных ВАК.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованной литературы и приложений. Основной текст диссертационной работы изложен на 169 страницах и включает 13 рисунков, 8 таблиц, 5 приложений. Список использованных источников включает 101 наименование.

Краткое содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы исследования, описаны решаемые проблемы, обоснована необходимость разработки программ по формированию технической документации и требований к ним. Введение дает характеристику основных проблем и задач.

В главе 1 приведен обзор роли ИТ в условиях современного рынка. Практически все концепции и программы развития информационного общества исходят из того, что информация и знания становятся в информационную эпоху стратегическим ресурсом общества, сопоставимым по значению с ресурсами природными, людскими и финансовыми.

Любая организация, также как и каждый человек в отдельности, может существовать, только обмениваясь информацией. Потоки технической информации чрезвычайно разнообразны по источникам и формам ее представления. Для любого предприятия или организации вопросы оптимизации документооборота и контроля за обработкой информации

имеют ключевое значение. Это утверждение можно подтвердить следующими данными. По оценке Siemens Business Sen/ices, до 80% своего рабочего времени руководитель тратит на работу с информацией, до 30% рабочего времени сотрудников уходит на создание, поиск, согласование и отправку документов, каждый внутренний документ копируется, в среднем, до 20 раз и до 15% корпоративных документов безвозвратно теряется (при этом, по данным журнала ASAP, среднестатистический служащий тратит ежегодно до 150 часов своего рабочего времени на поиск утерянной информации). Среди всех типов документации, наибольший интерес представляет техническая, т.к. в ней зафиксирована техническая мысль и сущность решения. Наиболее широко известна конструкторская, проектная, технологическая, научно-исследовательская, патентная документация.

В настоящее время наблюдается возрастающий интерес к системам электронного документирования. Связано это, в первую очередь, с увеличением потоков документной информации, глобализацией и интеграцией всех сфер человеческой деятельности. В сложившейся ситуации обеспечение прозрачности и централизация всех документных потоков -является стратегической задачей для любого предприятия, желающего достойно выдержать столь суровые конкурентные условия. Несмотря на это, российские компании несут огромные убытки, связанные с недостаточной автоматизацией, централизацией и унификацией процессов документирования, что является, скорей всего, следствием инертности и консерватизма сотрудников и руководителей.

Во второй главе рассмотрены основные подходы к разработке ИС, которые позволили определить основные направления усовершенствования процесса выработки требований. В разделе основное внимание уделено выявлению основных свойств, которыми должны обладать требования, реализация которых позволит определить границы разработки ИС и обеспечит достижение цели исследования.

Для разработки ИС необходимо провести кропотливую работу по установлению множества требований. Анализ подходов при разработке систем, в том числе и программных продуктов, показал, что без четкого определения и постановки требований к ним невозможно создать конкурентоспособный, «правильный» ("time to market with the right product") продукт. Опыт индустрии информационных технологий однозначно показывает, что вопросы, связанные с управлением требованиями, оказывают критически-важное влияние на программные проекты, в определенной степени - на сам факт возможности успешного завершения проектов. Ввиду сложности этапа анализа выработанных требований и «зависимости» от ЛПР методический аппарат по формированию требований к проектируемым ИС должен содержать в себе элементы анализа, что позволит сократить время по формированию пакета документации на разработку программного средства.

В главе 3 представлен усовершенствованный методический аппарат формирования множества требований к проектируемой

многофункциональной системе, для которой предложена математическая модель. Решена задача формализации процедуры поиска результативного варианта системы

Модель предполагает выявление полезных и важных требований, их агрегирование в агрегаты по принципу модульности на каждом этапе разработки системы. На каждом этапе решается задача декомпозиции имеющейся системы, представленной в виде множества выработанных требований, с последующим синтезом агрегатов по принципу сверстки информации. При этом каждый последующий этап (например, формирование пользовательских, системных требований и т.д.) не исключает возможность формирование новых ключевых групп требований, укрупнение уже имеющихся. Сопровождение выявленных требований необходимо осуществлять до окончания разработки и приемки ИС. Рациональное множество требований в работе представлена в техническом задании на разработку ИС.

Формализация задачи процедуры поиска результативного варианта системы во многом зависит от лица, принимающего решение, в силу чего является творческим процессом и не поддается полной формализации. Решение задачи формализации процедуры поиска результативного варианта системы, описанного рациональным множеством требований, необходимым для ее реализации, основано на применении принципа декомпозиции, аналогичное решению задач поиска альтернатив.

Формулировка задачи отражает содержательную часть методики, связанной с построением ИТ. В работе предложено решение для определения исчерпывающего перечня требований, характеризующих ИС, с полнотой необходимой и достаточной для ее реализации в рамках, определенных заказчиком и границах возможностей разработчика. Группы требований формируются по функциональному назначению (для групп требований в литературе используют критерий «модульность»), на основе общности решаемых задач составляющих в группе.

Процедуру формирования структуры групп требований можно осуществить, используя методы агрегирования. Агрегирование предполагает объединение, укрупнение показателей по какому-либо признаку, С математической точки зрения агрегирование рассматривается как преобразование модели в модель с меньшим числом переменных и/или ограничений - агрегированную модель, дающую приближенное (по сравнению с исходным) описание изучаемого процесса или объекта. Его сущность - в соединении однородных элементов в более крупные. На первом этапе происходит агрегирование единичных требований множества А в группы требований по принципу модульности.

Будем полагать, что на к-ом уровне разработки системы сформировано множество А'" единичных требований а к МИС, которые позволят достичь результата. В ходе агрегирования требований осуществляются две операции - операции примитивной декомпозиции и примитивного синтеза. Операция

примитивной декомпозиции называется операция вида л ' * ' позволяющая «отсоединить» элемент а е А'к от рациональных требований х, чтобы из сформированного множества А'к первоначальных требований

необходимо выделить множество Ак (и А,к ->Ак), единичные требования которого будут соответствовать критериям, предъявляемым к требованиям. Используя функцию принадлежности : Ак [0,1], осуществляются операции декомпозиции. При этом функция принадлежности р является зависимой от параметров С и стоимости и времени разработки системы соответственно, а также от некоторого параметра ст, которую можно определить как величину валидации выдвинутых требований между заказчиком и разработчиком системы ¡л = /(С,г,сг).

Однако, логичней будет определить величину су, зависящую от параметра с! - нормы (расстояния) при решении задачи поиска оптимального варианта системы. Для построения функции принадлежности была создана экспертная группа, обеспечивающая формирование оцениваемого пространства. По окончании работы были проведены аналитические расчеты, обеспечивающие оценку качества анализируемого объекта.

Для формирования терм-множества из всего перечня свойств, предъявляемым к требованиям, были выбраны наиболее важные в рамках диссертационного исследования. Из всех условий качественного формирования требований наиболее важными в рамках данной диссертационной работы были определены следующие: полнота, необходимость и осуществимость. В ходе анализа предметной области диссертационного исследования, предложено и аналитически просчитано следующее терм-множество, которое отражает заданную величину валидации требований а в рамках работы, для функции принадлежности «степень соответствия требования». Для построения ИС были отобраны требования, где ц > 0,6. После проверки каждого требования на соответствие установленным нормам и соответственно выборки наиболее «правильных», качественных, у нас имеется на к-ом уровне первоначальная модель. Обозначим ее 2к. Теперь необходимо произвести агрегирование данной модели. Для удобства обозначим агрегированную модель идентификатором 2*к, а процесс агрегирования 2'к =Ag(Zk)1 где символ означает оператор или процедуру агрегирования.

В ходе данного агрегирования формируется М групп требований по принципу модульности с номерами г = 1, 2,..., М. Каждому требованию а

группы / присвоим порядковый номер }, где ] = 1.....п, при этом а) -

единичное требование ¡-ой группы. Таким образом, согласно обозначениям, агрегированная модель к-го уровня 2*к представляет собой множество

требований Ак, включающее агрегаты Ак, каждый из которых обладает ^а) единичными требованиями:

м /=1

>1 /»I .Н 7-1

Так как, приходится работать с качественной характеристикой -требованием, выраженном в словесной форме, оптимизация процесса формирования групп требований осуществляется в ходе простого перебора имеющихся требований, результатом данного процесса является группы требований 1-го типа. На данном этапе Ак и А. представляют собой рациональные множества группы и уровня соответственно, т.е. полное множество, охватывающее проблемную область в данный момент создания МИС (на к-ом уровне).

На следующем этапе (к+1) разработки МИС и соответственно формирования требований, в результате расширения и уточнения, появляется новое множество требований Л'(*+|), из которого на основе операций примитивной декомпозиции, используя функцию принадлежности для выявления «полезных» требований, в результате процедура повторяется. В итоге на (к+1)-ом этапе и Дм представляют собой рациональные множества группы и уровня соответственно, т.е. полное множество, охватывающее проблемную область в данный момент создания МИС. На уровне {к+1) у нас имеется М групп требований А- и N групп требований того же типа групп А,*1. Для полноты картины представления формируемых требований к МИС необходимо объединить имеющиеся группы требований уровней к и {к+1) каждой /-ой группы (см. рисунок), использую операцию примитивного синтеза ^.(А^А**1)->С, присоединяющая агрегат АмеС к А еС, где С - рациональное множество требований, необходимое для реализации интегральной МИС.

Результатом синтеза требований, поступивших на к-м и {к+1)-м этапах, является рациональное множество требований /сС,/+|сС, С = А^А"*1.

Схематично процесс формирования групп требований представлен на рисунке 1.

к-уровень V к

Рисунок 2 - Схема методики формирования рационального множества требований и их агрегирования

Суммарное количество единичных требований на последующем этапе очевидно больше, чем на предыдущем. Это требует исключения избыточности требований. В диссертационном исследовании предложено правило, позволяющее уменьшить избыточность требований. В соответствии со свойством операции объединения

^u^^kn^iu^n^lukn^'}

При пересечении подмножеств групп требований может формироваться избыточность требований, что ведет к повторам требований.

Чем больше множество требований на последующем этапе, тем больше ее вероятность. Часть пространства параметров и признаков, соответствующую пересечению подмножеств требований от разных этапов, можно интерпретировать как область неопределенности.

Разрешение неопределенности возможно путем уменьшения избыточности. В идеале неопределенность не влияет когда

РЦ->0, при к К] к

Тогда количество требований уменьшается '¿Га, -»min. Это говорит о том, что для исключения избыточности, необходимо, чтобы формируемые множества содержали в себе небольшое количестве единичных требований. Достичь этого можно, найдя оптимальный баланс при правильном построении и формировании единичного требовании и выделении важных и полезных требований, исключающих избыточность.

Таким образом, подмножества требований на каждом из этапов не должны пересекаться, но при этом каждая из них должна принадлежать соответствующему элементу множества требований, существующей в течение нескольких этапов. Алгоритм формирования требований должен обеспечивать выявление этой принадлежности (J А, с С . Таким образом,

к

агрегирование должно обеспечить выделение подмножеств компактных модульных групп, при том, чтобы пересечение представляло собой пустое множество, то есть алгоритм агрегирования должен обеспечить разделение требований на непересекающиеся классы. Это предполагает и представление выделенных компактных групп агрегированными признаками, в качестве которых выбирается одно из составляющих требований в наибольшей степени связанное с другими составляющими этой группы и в наибольшей степени удаленный от соседних групп /lg{c} = \jAt, V|~|4 =0.

isK keK

Такое представление требований к системе позволит повысить качество множества требований к МИС. Оптимизация сформированного по предложенной методике результативного варианта системы производится параллельно с агрегированием выдвинутых требований на каждом этапе разработки системы методом перебора качественных характеристик -

единичных требований - лицом, принимающим решения.

В итоге, на конечном этапе разработки системы, мы имеем множество качественных агрегированных требований, общее количество которых является необходимым и достаточным для реализации МИС. Этот принцип наилучшим образом отражает цель агрегирования - представление множества требований в виде множества с меньшим числом единичных требований, количество которых будет необходимо и достаточно для реализации ИС. Агрегированные модели Z* определяются множеством выдвинутых требований к системе X. Снижение размерности вектора X (множества выдвинутых требований к системе) осуществляется за счет агрегирования и представления всех X в виде агрегатов. Процесс агрегирования является отображением d - нормы (расстояния) между R' и Ronm при решении пространственной задачи на плоскости поиска наиболее оптимального варианта осуществления системы из области всех возможных результативных вариантов.

Приведенная математическая модель позволяет обосновать формализацию научную задачу, заключающуюся в определении математической модели поиска наиболее результативного варианта системы, как некоторого замкнутого шара B[Rmm,r)={ReG\d{R,mm,R)<г).

Область поиска результативных вариантов системы определяется некоторым метрическим пространством (G, d), где G - множество вариантов выполнения системы, d - норма (расстояние). Для снижения параметрической перегрузки в работе предложено рассматривать множество R как функцию двух переменных R = mmfG(C,t) = min fG(C,t), где С -

IS/5MI«)

стоимость разработки системы, t - время разработки системы, M(N) -количество агрегатов. В результате чего, множество R становится тождественно ^некоторому множеству R', зависящему только от двух переменных Л'(с,.,/,), при этом каждый из двух параметров С и t так

же, как и R, косвенно зависят от множества требований к системе X

Предложенный математический аппарат совместно с математической моделью позволит определить наиболее оптимальный вариант реализации системы из всех результативных на основе сформированных агрегированных требований, что значительно приблизит достигаемый результат к идеальному из условия lim d(R', £„„„,)-> 0. Кроме того предложенные в работе методы позволяют ограничить размеры параметрического пространства -шара, определив его радиус г, на величину которого косвенно оказывает влияние функция принадлежности г- f(/x).

В 4 главе описан вариант реализации многофункциональной информационной системы формирования технической документации на основе разработанного программного обеспечения и детализация ее функциональных возможностей, а также приведено технико-экономическое обоснование разработки системы и предложена методика оценки эффективности внедрения системы.

На основе агрегированных требований, сформированных согласно предложенной методике, была разработана абстрактная модель системы. Предложенный в данной работе системный подход позволил формализовать процесс выработки требований, а также выявить требования, необходимые и достаточные для реализации ИС оформления технической документации на разработку программных средств. При проведении технико-экономической оценки проекта была определена экономия внедрения системы на примере промышленного предприятия, которая составила около 100 000 руб в год. Программное средство отвечает всем современным требованиям и окупает себя в течение первого месяца после ввода его в эксплуатацию. Исходя из этого, можно говорить об экономической целесообразности внедрения такой системы.

Результаты внедрения основных положений работы в промышленном предприятии показали, что:

- при внедрении разработанной системы (в 2010 году) увеличилось количество обработанных заказов на 16% в период с мая 2010 года по май 2011 года по сравнению с аналогичным периодом за 2009-2010гг.;

- время формирования пакета документации при использовании программного продукта сократилось на 25%;

- введение стадии проработки требований к системам позволило сократить работы над проектом в целом на 17-20%;

- использование предложенного методического аппарата увеличило индекс удовлетворенности потребителя с 76% до 89%.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

Приложения

В приложении А приведено техническое задание на разработку МИС согласно ГОСТ 34.602-89, в приложении Б - диаграммы классов, описывающие основные сущности потока работ, их атрибуты и связи между ними, в приложении В - примеры кодов классов, в приложение Г представлены копии актов внедрения, Приложение Д - копия свидетельства на программы ЭВМ.

Основные результаты работы

В ходе выполнения работы были исследованы ключевые вопросы электронного документирования, проведен обзор существующих технологий документирования и готовых решений, проведен анализ проблем в сфере документирования.

В данной работе предложен вариант выработки требований для разработки ИС и их агрегирований. Разработка изделий, программных изделий, создание автоматизированных систем сопровождаются разработкой ТД. Однако разработка ТД по сей день остается занятием в немалой степени рутинным, трудоемким и ресурсоемким.

Предложенный методический аппарат способствует формированию множеств агрегированных требований к многофункциональной

информационной системе, который характеризуется как наличием четкой последовательности операций, так и гибкостью к изменениям проекта. Предложенный метод позволяет, учитывая специфику процесса разработки ТД, избавиться от рутины, существенно снизить трудоемкость и ресурсоемкость, повысить качество ТД. Также для повышения качества и результативности создания систем заданного класса был предложен новый подход по выявлению рационального множества требований для многофункциональной информационной системы. Предложенные подходы были формализованы, результатом чего стала математическая модель по формированию и агрегированию требований к системе, основанная преимущественно на аппарате нечетких множеств.

Была оценена эффективность внедрения многофункциональной информационной системы: проведен расчет трудоемкости разработки и себестоимости системы, предложена оценка эффективности внедрения разработанной ИС. Результаты расчетов показали экономическую эффективность использования разработанной ИС.

Обоснованность и достоверность научных положений и выводов обеспечивается использованием математического аппарата при формализации и реализации метода; достаточной полнотой учитываемых факторов, выявленных в результате анализа научной задачи; и подтверждается технико-экономических обоснованием.

На основе теоретических результатов, полученных при личном участи автора, разработаны компоненты математического и программного обеспечения системы оформления технической документации на разработку программных средств.

Полученные в работе результаты могут найти широкое применение в различных сферах научно-технического и административно-правового на правления с целью обеспечения эффективности документационных процессов, а также с целью реализации электронного документооборота в рамках концепции «виртуальный офис». Следует отметить, что все теоретические результаты исследований, приведенные в работе, завершаются разработкой конкретных методик, которые внедрены и реализованы в ОАО «НИИ «Кулон», ЗАО НПО «Российские инновационные технологии», ОАО «Инженерно-маркетинговый центр концерна «Вега».

Список публикаций по теме диссертации

Статьи, опубликованные в изданиях, включенных в перечень ВАК:

1. Тихомиров, В.А. Процессная модель формирования агрегированных требований к сложным информационным системам / В,А. Тихомиров, А.А Пущина, А.К. Тарасов // Программные системы и продукты. -2010г.- №2.-С. 89-93.

Другие статьи и материалы конференций:

2. Пушина, A.A. Оценка качества научного исследования / A.A. Путина, Е.В. Тихомирова // Вестник Тверского государственного технического университета. Тверь: ТГТУ.- 2008. - Выпуск 14. - С. 35 - 40.

3. Тихомиров, В.А. Процессная модель формирования агрегированных требований к управляющим информационным системам специального назначения / В. А. Тихомиров, М.М. Пачин, А.А.Пушина // В А ВКО, Вестник ВА ВКО. - 2010,- № 4.-. С. 23 - 28.

4. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2011610704 «Программа для автоматизации оформления рабочей конструкторской документации», авт. A.A. Пущина, К.Н. Гейзеров.

5. Пущина, A.A. Исследование предпосылок к автоматизации процессов формирования технической документации на разработку информационных систем / А.А.Пушина // ФЭН-НАУКА: Периодический журнал научных трудов, под.ред. А.И. Маслимов. - 2012. - № 2 (5)/2012. -С.18-19.

6. Пущина, A.A. Формирование рационального множества агрегированных требований для реализации информационной системы / A.A. Пущина, Д.А. Корнилов // ФЭН-НАУКА: Периодический журнал научных трудов/ под.ред. А.И. Маслимов. - 2012. - № 2 (5) /2012. - С.20-22.

МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ АГРЕГИРОВАННЫХ ТРЕБОВАНИЙ К РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ КОМПЛЕКСА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНЦЕРНА РАДИОСТРОЕНИЯ

Составители А. А. Пушина

Технический редактор А.Н. Безрукова___

Подписано в печать 22.03.12 Тираж 100 экз. Заказ № 27 Печ.л. 1,0 ___Усл.печ.л. 0,93_Уч.-изд.л. 0,87

РИЦ ТвГТУ

61 12-5/3188

и

/

На правах рукописи

Путина Анна Александровна

МЕТОДИКА ФОРМИРОВАНИЯ АГРЕГИРОВАННЫХ ТРЕБОВАНИЙ К РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ КОМПЛЕКСА АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ КОНЦЕРНА

РАДИОСТРОЕНИЯ

Специальности: 05.13.01. «Системный анализ, управление и обработка информации (в промышленности)» 05.13.12. Системы автоматизации проектирования

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель доктор технических наук

профессор В.А Тихомиров

Тверь - 2012

Оглавление

стр.

Ключевые слова и сокращения..................................................................................................................................................4

Введение............................................................................................................................................................................................................................5

ГЛАВА 1 Предмет исследования и постановка научной задачи........................11

1.1 Исследование роли информационных технологий в условиях современного рынка....................................................................................................................................................................................11

1.2 Исследование значимости и предпосылок к автоматизации процессов формирования технической документации........................................................................................................18

1.3 Анализ предметной области и постановка задачи......................................................................27

Выводы..........................................................................................................................................................................................................................40

ГЛАВА 2 Процесс формирования требований......................................................................................41

2.1 Формирование требований к ИС..............................................................................................................................41

2.2 Выявление основных свойств, предъявляемых к требованиям............................49

2.3 Анализ сформированных требований................................................................................................................53

СП

Выводы............................................................................................................... '

ГЛАВА 3 Методика построения агрегированных требований к созданию информационной системы............................................................ 58

3.1 Совершенствование методического аппарата формирования множества требований к проектируемой информационной системе.......... 58

3.2 Формализация задачи формирования требований для создания результативного варианта системы.................................................................. 63

3.3 Математическая модель построения агрегированных требований и

формирования рационального множества...................................................... 68

Выводы................................................................................................................

ГЛАВА 4 Реализация предложенных моделей и методов в виде информационной системы по формированию документации на

разработку программных средств..........................................................................................................................................84

4.1 Агрегирование требований для разработки МИС по оформлению технической документации............................................................................................................................................................84

4.2 Функциональные возможности реализованной системы по оформления технической документации..................................................................................................................94

4.3 Оценка эффективности разработки и внедрения

многофункциональной информационной системы................................................................................108

Выводы................................................................................................................................................................................................................................121

Заключение..................................................................................................................................................................................................................122

Приложение А..........................................................................................................................................................................................................125

Приложение Б..........................................................................................................................................................................................................140

Приложение В..........................................................................................................................................................................................................144

Приложение Г..........................................................................................................................................................................................................150

Приложение Д..........................................................................................................................................................................................................157

Список использованных источников 158

Ключевые слова и сокращения

Ключевые слова: электронный документ, документооборот, документирование, информационные системы, электронное правительство, виртуальный офис, требования, управление требованиями, агрегирование, математическая статистика; интерфейс пользователя; экспертные методы; математическая модель; примитивный синтез, декомпозиция,

Сокращения:

ERP - Enterprise Resource Planning (управление ресурсами предприятия); БД - база данных;

ВР-технология - Технология виртуальной реальности

ИС - Информационные системы

ИТ - информационные технологии;

КИС - корпоративная информационная система;

МИС - многофункциональная информационная система;

НИОКР-

НИР - Научно-исследовательская работа ОРД-

ПО - Программное обеспечение СУБД - система управления базами данных; СЭД - Системы электронного документирования ТД - техническая документация

ФИПС - Федеральный институт промышленной собственности ЭЦП - Электронная цифровая подпись

Введение

Для того чтобы наладить полномасштабное производство нового продукта и максимизировать прибыль на этапе перехода от старого продукта к новому, необходимо эффективно управлять производством и информацией о заказах, использовать унифицированное, гибкое и переналаживаемое оборудование и ПО. Необходимо выстроить гибкую структуру автоматизации производства и, таким образом, существенно уменьшить капитальные производственные затраты. Для производственных предприятий наиболее актуально проблема автоматизации процесса документирования, т.к. техническая документация является неотъемлемой частью любого производственного процесса, проектной или конструкторско-технологической работы. Техническая документация наиболее объемна, сложна, разнообразна по содержанию и назначению, и во многих случаях может являться ноу-хау организации и представлять коммерческий интерес.

Анализ существующих на рынке систем документирования показал, что практически все они имеют узкую направленность и ограниченную применимость для реализации концепции виртуального офиса, и в большинстве своем ориентированы на «гуманитарного» потребителя услуги. Причиной сложившейся ситуации является то, что разработка технической документальной базы и соответствующей ИС - процесс трудоемкий, длительный. Кроме того, разноплановый интерфейс не позволяет в полной мере организовать единое виртуально-информационное пространство. Исследование подходов на российском рынке разработчиков ПО показал, что многие пренебрегают таким важным этапом разработки продукта, как формирование требований к проектируемой системе. Актуальность этого этапа уже давно подтверждена на практике нашими зарубежными коллегами: разработчик, который в полной мере освоит и примет его как необходимость, выйдет на качественно новый уровень разработки ПО, тем более что для

сложных многофункциональных ИС разработка требований является отправной точкой всего проекта.

Компьютер из вычислителя превратился в мощный коммуникатор, следовательно и ИС на базе этого устройства должны обладать широкими возможностями коммуникационных свойств. Одно из направлений реализации коммуникационных свойств является их

многофункциональность. Компьютер это мощный коммуникатор, а многие ИС, реализованные на его базе таковыми свойствами не обладают, с целью снятия данного противоречия в работе предложено создание многофункциональной информационной системы на примере класса систем по формированию технической документации. В данном контексте подобные системы только начинают создаваться и одно из направлений решения данной проблемы связано с созданием многофункциональных информационных систем. Поэтому диссертационная работа, направленная на решение задач повышения результативности является актуальной. Под результативностью в работе понимается создание информационной системы максимально тождественной оптимальному варианту системы из заданного класса.

Рассмотренные общие вопросы и направления их решения позволят определить основные параметры диссертации.

Целью работы является достижение результативности создания многофункциональной информационной системы путем формирования агрегированных требований к реализации систем заданного класса. Поставленная цель обусловливает формулировку научной задачи: разработать методику формирования агрегированных требований к реализации многофункциональной информационной системы, обеспечивающую создание информационной системы с необходимыми свойствами при ограничениях на стоимость и время создания системы.

Объект исследования

Автоматизированные системы оформления рабочей конструкторской

документации в рамках концепции виртуальный офис.

Предмет исследования

Инструментальная и методическая составляющие процесса разработки агрегированных требований к проектированию многофункциональных информационных систем оформления рабочей конструкторской документации.

Рамки исследования

Исследования проводились с учетом перспектив развития автоматизированных систем, реализующих решение спектра задач, связанных с управлением документами и процессами их обработки, а также с учетом сил и средств, развитых государством в информационной сфере на 10-15 лет.

Методы исследований

В работе использовались методы системного анализа - операции примитивного синтеза и декомпозиции, теории структур данных и баз данных, теории нечетких множеств, метод экспертных оценок, основные положения теории искусственного интеллекта, математического аппарата математической статистики, агрегирование.

Научная новизна

Новизна работы заключается, прежде всего, в следующем:

- в разработке нового методического аппарата, способствующего формированию множеств агрегированных требований к многофункциональной информационной системе оформления технической документации, который характеризуется как наличием четкой последовательности операций, так и гибкостью к изменениям проекта;

- впервые построена математическая модель по формированию и агрегированию требований к системе, основанная на аппарате нечетких множеств;

- в формализации задачи поиска результативного варианта реализации системы из всего множества возможных вариантов;

- предложен новый способ выявлению рационального множества требований для многофункциональной информационной системы оформления технической документации, который повышает результативность создания информационной системы максимально тождественной оптимальному варианту системы из заданного класса;

- в разработке многофункциональной информационной системы оформления технической документации, которая может быть применена для решения одной из задач технологии виртуальной реальности, заключающейся в обеспечении коммуникационных свойств.

Теоретическая значимость

Полученные в диссертации результаты вносят дополнительный вклад в развитие методического аппарата, позволяющего осуществить агрегирование требований для решения задач построения многофункциональной информационной системы по оформлению рабочей конструкторской документации, реализующей концепцию виртуального офиса. Во-вторых, решен вопрос по выявлению рационального множества требований для обеспечения построения ИС.

Практическое значение работы:

- полученные в диссертации результаты позволяют существенно расширить область выработки требований к многофункциональным информационным системам;

- использованием методического аппарата по формированию множеств агрегированных требований к многофункциональной информационной системе рабочей конструкторской документации способствует решению задач повышения результативности систем, заключающейся в создании информационных систем максимально тождественной оптимальному варианту системы из заданного класса;

- предложен вариант решения задачи создания многофункциональной информационной системы на примере класса систем по оформлению рабочей

конструкторской документации путем выработки агрегированных требований;

- принцип выявления рационального множества требований для многофункциональной информационной системе оформления рабочей конструкторской документации. Формирование рационального множества повышает результативность создания информационной системы;

- состав и функции основных компонентов информационной системы, который предназначен для промышленного ввода документов и имеет внедрения в ряде государственных и коммерческих структурах.

Достоверность и обоснованность

Научные результаты и положения, сформулированные в диссертации, базируется на широко апробированных в науке теоретических положениях и применяемых в ходе исследований научных методах.

На защиту выносятся:

1 Методический аппарат формирования множества агрегированных требований к проектируемой многофункциональной информационной системе оформления технической документации на разработку программных средств, в свой состав включающий:

1.1 Математическую модель построения агрегированных требований к системе и формирование рационального множества требований;

1.2 Математическую формализацию задачи формирования результативного варианта системы;

2 Практическая реализация предложенных модели и основных положений математического аппарата в многофункциональной информационной системе в среде ОС Windows, Linux.

Связь с плановыми НИР

Диссертация представляет собой теоретическое обобщение ряда плановых НИР и НИОКР ("Госнужды - ТФ", "Факториал", "Ситуация - ЭФ", "Инновация 1", "Виртуальная реальность"), проводимых в Тверском Государственном Техническом Университете, Военной академии Воздушно-

космической обороны, в Пензенском Государственном Университете, ЗАО НПО «Российские инновационные технологии» и Тверском филиале Балтийского ГТУ им. Д.Ф. Устинова.

Апробация работы

Результаты исследования докладывались на научно-технических конференциях ВА ВКО имени Г.К. Жукова, Пензенского Государственного Университета, Тверского филиала Балтийского ГТУ "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова, научных семинарах МГТУ им. Баумана, Росрезерв.

Полученные результаты реализованы:

На основе теоретических результатов, полученных при личном участии автора, разработаны компоненты математического и программного обеспечения системы формирования технической документации на разработку программных средств. Научные и практические результаты диссертационной работы используются в органах государственного управления (2 ЦНИИ), на предприятиях промышленности ЗАО «НИИ «Кулон» и в учебном процессе в ВА ВКО, в Пензенском государственном университете, а так же в ТФ БГТУ «Военмех».

Глава 1 Предмет исследования и постановка научной задачи

1.1 Исследование роли информационных технологий в условиях современного рынка

Практически все концепции и программы развития информационного общества исходят из того, что информация и знания становятся в информационную эпоху стратегическим ресурсом общества, сопоставимым по значению с ресурсами природными, людскими и финансовыми. Перечисленные характеристики нашли отражение и в «Стратегии развития информационного общества в Российской Федерации», утвержденной в начале 2008 года [2]. В тексте «Стратегии» отмечается роль высоких технологий как локомотива социально-экономического развития многих стран мира, в качестве одной из основных задач выдвигается формирование современной информационной и телекоммуникационной инфраструктуры, предоставление на ее основе качественных услуг, обеспечение высокого уровня доступности для населения информации и технологий. Для информационных технологий необходимы аппаратные и программные средства. Они эквивалентны инструментам и оборудованию в материальном производстве. «Сырьем» информационных технологий являются информация, которая подвергается соответствующей обработке [3]. Информационная технология тесно связана с информационными системами, которые являются для нее основной средой. Информационная система является средой, составляющими элементами которой являются компьютеры, компьютерные сети, программные продукты, базы данных, люди, различного рода технические и программные средства связи и т.д. Основная цель информационной системы - организация хранения и передачи информации. Информационная система представляет собой человеко-компьютерную систему обработки информации.

Анализ подходов к современным концепциям и классификациям ИС,

которые сформировались в условиях рыночной экономики, показал, что они в �