автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.01, диссертация на тему:Методика и инструментальные средства анализа и реинжиниринга унаследованного программного обеспечения в области энергетики

Подкаменный Дмитрий Владимирович

Методика и инструментальные средства анализа и реинжиниринга унаследованного программного обеспечения в области энергетики

05.13.01 — системный анализ, управление и обработка информации (промышленность)

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Иркутск — 2011

1 4 АПР 2011

4844009

Работа выполнена в Институте систем энергетики им. Л.А. Мелентьева Сибирского отделения Российской академии наук (ИСЭМ СО РАН).

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Людмила Васильевна Массель

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

Геннадий Анатольевич Опарин

кандидат технических наук, Никита Викторович Томин

Ведущая организация: ООО "Институт Энергосетьпроект1

л

Защита состоится "28" апреля 2011 г. в 13.00 часов на заседании совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 218.004.01 при ГОУ ВПО "Иркутский государственный университет путей сообщения" по адресу: 664074, Иркутск, ул. Чернышевского, 15, ауд. А-803.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО "Иркутский государственный университет путей сообщения"

Отзывы на автореферат, заверенные гербовой печатью организации, просьба направлять по указанному адресу в двух экземплярах не позднее, чем за две недели до защиты.

Автореферат разослан " " 7й 2011.

Учёный секретарь совета

по защите докторских и кандидатских

диссертаций, к.т.н., профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертационной работы определяется следующими факторами. Программное обеспечение исследований и поддержки принятия решений в энергетике, созданное в нашей стране в период бурного роста отрасли энергетики и появления первых массовых и промышленных компьютеров па рубеже 1980-1990 годов XX века не может эффективно использоваться на современных компьютерах и в современных операционных средах, хотя представляет большую интеллектуальную ценность. Поддержка принятия решений в энергетике требует особого подхода к программному обеспечению, что обусловлено территориальной распределенностью объекта исследования, повышенными требованиями к надежности и отказоустойчивости самого программного обеспечения. Нередки случаи, когда полная замена программных комплексов под держки принятия решений в энергетике сопряжена с серьезными затратами, а иногда и практически неосуществима вследствие глубокой интеграции с объектами энергетики и невозможности остановки процесса их функционирования.

Программное обеспечение для поддержки принятия решений и исследований в энергетике развивалось в нашей стране параллельно с развитием отрасли. Крупные научно-исследовательские центры, посвященные проблемам энергетики, несмотря на территориальную распределенность, находились в тесном взаимодействии, многие программные разработки были результатом их совместной работы. С распадом Советского Союза такие коллективы распались, возникла проблема поддержки и развития больших программных комплексов.

Проблемами анализа и разработки программного обеспечения в свое время занимались: Д. Кнут, Э. Дейкстра, Г. Майерс и др. В нашей стране большой вклад в развитие этого направления внесли Е.А. Жоголев, Ф.Я. Дзержинский, А.И. Tep-GaaKOB, М.М. Горбунов-Посадов. В Институте систем энергетики им. JI.A. Мелентьева (ИСЭМ) СО РАН — JI.B. Массель, Е.А. Болдырев, A.B. Черноусов и др.

Работы перечисленных выше авторов являются основой для проведения интеграции ПО и основой для создания интеграционных сред. Одной из таких сред является разработанная в ИСЭМ СО РАН под руко-

водством Л.В. Массель ИТ-инфраструктура научных исследований. Под ИТ-инфраструктурой понимается совокупность: технических и программных средств, телекоммуникаций и информационной базы научных исследований; технологий их разработки и использования; стандартов, как внутренних, так и внешних, для разработки информационных и программных продуктов в области исследований в энергетике, обмена ими и их представления на информационный рынок.

Учитывая изменившиеся условия и требования новых информационных технологий, становится особенно острой проблема реинжиниринга унаследованного программного обеспечения, интегрируемого в рамках разработанной ИТ-инфраструктуры и используемого в исследованиях и принятии решений в энергетике, что подтверждает актуальность предлагаемой работы.

Цель работы: разработка и применение методического подхода и инструментария анализа и реинжиниринга унаследованного программного обеспечения для исследований и поддержки принятия решений в энергетике.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ проблемы унаследованного программного обеспечения, выделить особенности, характерные как для научных исследований в целом, так и для исследований в энергетике.

2. Разработать способ анализа унаследованного программного обеспечения.

3. Разработать формализованную модель унаследованного программного обеспечения.

4. Разработать методику анализа и реинжиниринга унаследованного программного обеспечения.

5. Разработать специализированную экспертную систему для поддержки процесса реинжиниринга, на основе обобщенного опыта успешных применений, предложенных способа анализа и методики реинжиниринга.

6. Применить предложенный подход и инструментальные средства для реинжиниринга унаследованного ПО для исследований и поддержки принятия решений в энергетике.

Методами и средствами исследования являются: методы системного анализа, методы системного и прикладного программирования, методы объектного проектирования и программирования, методы проектирования баз данных и информационных систем, методы проектирования и реализации баз знаний, экспертных систем и систем поддержки принятия решений.

Новизну составляют и на защиту выносятся следующие положения.

1. Впервые для адаптации унаследованного программного обеспечения для исследований и поддержки принятия решений в энергетике разработан методический подход, включающий авторский способ анализа программных комплексов, основанный на развитии идей анализа программных систем по Майерсу и методологии функционального моделирования БАЮТ. Методический подход к адаптации базируется на методах реинижиринга, переработанных для программных систем, с учетом всех этапов процесса.

2. Предложена формализованная модель описания программных комплексов и САБЕ-нотация структурного моделирования программных комплексов. Модель основана на анализе модулей системы с учетом набора количественных и качественных характеристик исходного кода, а также характера связей между ними, что позволяет наглядно оценить трудоемкость реинжиниринга.

3. Разработана специализированная экспертная система для анализа программных систем и поддержки реинжиниринга. База знаний экспертной системы содержит уникальный опыт, полученный при адаптации унаследованных систем, что позволяет использовать её для реинжиниринга других систем.

Практическая значимость. С использованием предложенной методики и разработанных инструментальных средств поддержки методи-

ки реинжиниринга выполнена программная реализация вычислительного сервера OPTCON на основе унаследованного программного обеспечения. Проведен анализ специализированных программных комплексов (DAKAR, АНАРЭС, ЯНТАРЬ, ГАРМОНИКИ, ИНТЭК) дня исследований и поддержки принятия решений в энергетике. Предложенные методики и инструментальные средства поддержки методики реинжиниринга в настоящее время применяются в ИСЭМ СО РАН для анализа и реинжиниринга ряда программных комплексов.

Реализация вычислительного сервера OPTCON выполнялась при поддержке гранта РФФИ №02-07-90343 «Разработка Internet-технологии поддержки удаленного пользователя пакета прикладных программ «OPTCON» при решении сложных задач оптимального управления» (2002-2003 гг.), гранта РФФИ №04-07-90401 «Инструментальные средства экспертной поддержки математического моделирования, доступные пользователям с применением Internet-технологии» (2004-2006 гг.) и гранта интеграционной программы СО РАН №2003-3 «Методы, технология и инструментальные средства создания вычислительной инфраструктуры в Internet» (2003-2005 гг.).

• Кроме того, результаты диссертационной работы применены в ИСЭМ СО РАН при выполнении научного проекта СО РАН «Создание телекоммуникационной распределенной вычислительной инфраструктуры научных исследований: разработка методических основ и их применение для исследований в энергетике», в рамках НИР «Интегрированные вычислительные среды, сети и информационные технологии для обеспечения научных исследований в области энергетики», гос. per. № 01.200,116491 (2004-2006 гг.), и при выполнении научного проекта СО РАН «Разработка методических основ и интеллектуальных компонентов ИТ-инфраструктуры системных исследований в энергетике» в рамках приоритетной программы исследований СО РАН № 3.1. «Информационные и вычислительные технологии поддержки принятия решений» (2007-2009 гг.)

Также результаты диссертационной работы применены при реинжиниринге ПК ИНТЭК в проектах при поддержке грантов РФФИ №07-0700265 (2007-2009 гг.), №08-07-00172 (2008-2010 гг.) и №10-07-00264 (2010-

2011 гг.).

Апробация работы. Результаты работы обсуждались на Международных конференциях «Вычислительные технологии и математическое моделирование», Казахстан, г. Алматы, 2002 г.; «Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании», Казахстан, г. Усть-Каменогорск, 2003 г.; XXX Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе», Украина, г. Ялта-Гурзуф, 2003 г.; II межрегиональной школе-семинаре «Распределенные и кластерные вычисления», г. Красноярск, 2002 г.; на региональном форуме «Сибирская индустрия информационных систем», г. Новосибирск, 2002 г.; на VII Байкальской Всероссийской конференции «Информационные технологии в энергетике, экономике, экологии», г. Иркутск, 2002 г.; на XXX, XXXI и XXXII конференциях молодых ученых ИСЭМ СО РАН, г. Иркутск, 2000-2002 гг.; XIII, XIV и XV Байкальских Всероссийских конференциях «Информационные и математические технологии в науке и управлении», г. Иркутск, 2008-2010 гг.; III и IV Всероссийской конференции «Винеровские чтения», г. Иркутск, 2009, 2011 гг.; на заседаниях школы-семинара молодых ученых «Математическое моделирование и информационные технологии: состояние и перспективы», Иркутск, 2001-2002 гг., а также докладывались и обсуждались на заседаниях секций Ученого Совета ИСЭМ СО РАН.

Личный вклад. Результаты, составляющие новизну и выносимые на защиту, получены лично автором.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 10 работ, три из них [1-3] — в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работ. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка- литературы из 140 наименований и двух приложений, общий объем основного текста 125 страниц.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность работы, ставятся цели и задачи исследования, приводятся основные положения работы.

В первой главе анализируется специфика предметной области научных исследований. Рассматриваются основные понятия системного анализа и методики системного анализа. Описываются современные способы системного анализа с использованием CASE-технологий, методологии структурного анализа SADT (Structured Analysis and Design Technique), DFD (Data Flow Diagrams), ERD (Entity-Relationship Diagrams), STD (State Transition Diagrams). Идеи CASE-технологий оказали значительное влияние на различные сферы применения системного анализа. Одним из наиболее ярких примеров использования CASE-технологий системного анализа в современном мире являются технологии реинжиниринга бизнес-процессов (BPR — Business process reengineering).

Ставится проблема унаследованных программных систем. Дается определение унаследованной системы1, описываются классы унаследованного программного обеспечения через присущие им свойства, описываются проблемы, характерные для использования унаследованного ПО, приводятся причины, обусловливающие необходимость использования унаследованных систем.

Рассматривается специфика унаследованного программного обеспечения для исследований и поддержки принятия решений в энергетике. Объектами исследований в энергетике являются отраслевые (функциональные) энергетические системы: электро-, газо-, нефте- и угле- и теплоснабжения, а также объединяющий их топливно-энергетический комплекс (ТЭК) страны. В последнее время в России специфическими объектами исследований стали рынки топлива и энергии разного территориального уровня. Особое место в комплексных исследованиях энергетики занимает решение сложных комплексных межотраслевых и междисциплинарных проблем, в том числе глобальных.

Проектирование энергетических систем, являющихся системами кибернетического типа, должно учитывать основные свойства таких систем: большое многообразие свойств и состояний, множество функционально

^'наследованные системы (legacy systems) — это системы, по тем или иным причинам переставшие удовлетворять изменившимся потребностям применений, которые, тем не менее, продолжают использоваться ввиду больших затруднений, возникающих при попытке их замены. [Bisbal, J., Lawless, D., Wu, В., Grimson, J. / Legacy Information Systems: Issues and Directions. IEEE Software, 16,1999]

разнообразных, но работающих в едином режиме элементов, сложность и разнообразие структуры и режимов работы, многовариантность развития и т.п. Организации, занимающиеся проектированием энергетических систем, широко используют программные комплексы поддержки принятия решений, так, в частности, лидерами в области систем иоддержки принятия решений при проектйровакии и эксплуатации электроэнергетических комплексов являются программные комплексы DAKAR и АНАРЭС.

Институт систем энергетики им. Мелентьева (ИСЭМ) СО РАН является признанным лидером в области исследований энергетики. Основными инструментами исследований являются математическое моделирование и вычислительный эксперимент. Исследования, проводимые в ИСЭМ СО РАН, тесно связаны и имеют общую информационную базу; для исследований ТЭК требуются агрегированные данные, которые, как правило, являются обобщением результатов исследований отраслевых систем; результаты исследований направлений развития ТЭК должны учитываться при исследованиях развития отраслевых систем энергетики.

За всю историю ИСЭМ СО РАН (50 лет) создано большое количество программных продуктов и баз данных; около двадцати программных комплексов могут быть отнесены к промышленным и коммерческим продуктам и применяются не только в институте, но и в других научных и энергетических организациях России и за рубежом. В то же время имеется ряд причин, заставляющих пересмотреть практику использования этих программных продуктов.

Институт на протяжении всей своей истории осуществляет стратегию последовательного применения современных информационных технологий. В последнее время выполняются работы, направленные па интеграцию программных комплексов в рамках ИТ-инфраструктуры исследований в энергетике и создание Web-приложений — программных комплексов, к которым возможен доступ через Internet.

Проанализировано текущее состояние в области искусственного интеллекта, а именно, в области разработки экспертных систем. Обосновывается целесообразность применения технологии экспертных систем для создания инструментария поддержки анализа и реинжиниринга унаследо-

ванного программного обеспечения.

Во второй главе описан системный подход к анализу программного обеспечения. Автором предложена новая формализованная модель, описывающая унаследованные программные системы. Модель основана на анализе модулей системы с учетом набора количественных и качественных характеристик программного кода, а также характера связей между ними.

Предлагаемый автором способ анализа унаследованного программного обеспечения основан на дальнейшем развитии классического метода анализа программных систем по Майерсу и переосмыслении САЭЕ-методологии функционального моделирования ЗАБТ. Для построения модели программной системы предлагается использовать декомпозицию архитектуры программной системы на программные модули, т.е. на выделенные по тем или иным мотивам первичные фрагменты материала программного фонда.

Выделенные программные модули оцениваются по формализованному набору характеристик и формально модель программного модуля записывается в следующем виде.

Где К — размер модуля (ЬОС-оценка), 5 — сложность модуля по МакКэйбу, Р — прочность модуля — сила связности по Майерсу, А — рутинность модуля, т.е. зависимость состояния модуля от предыдущих обращений к нему, набор Т, С, 1,0,11 — логика поведения модуля.

Вводится операция упрощения структурной модели программной системы — композиция модулей. Операция детализации структурной модели — декомпозиция модулей производится по описанному в работе алгоритму, основанном на стратегии декомпозиции в соответствии с известными стабильными подсистемами и определении их количественных характеристик. Связь между модулями определяется их зависимостью и оценивается количественно — сцепление модуля означает его меру зависимости по данным от других модулей, характеризуется способом передачи данных. Количественная оценка связей модулей позволяет определить независимость модуля от других модулей. С использованием указанных элементов

строится модель унаследованной программной системы.

Для наглядного представления модели разработана авторская САБЕ-нотация, включающая классы для описания программных модулей и связей между ними. Анализ полученной модели программной системы позволяет оценить трудоемкость и объем предстоящего процесса реинжиниринга.

Рассматривается проблема реинжиниринга унаследованного программного обеспечения. Дается определение реинжиниринга2, проводится сравнение реинжиниринга с другими способами решения проблемы унаследованных систем, анализируется типичный объект реинжиниринга, выделяются цели реинжиниринга и основные шаги по их достижению.

Предлагаемая автором методика реинжиниринга в общем виде представлена на рис. 1. Систематический процесс реинжиниринга проводится над унаследованной системой до тех пор, пока «оценка попытки» (рис. 2) не выдаст такие альтернативы, что на шаге «анализ решения» (рис. 3) не будет выбрана одна из альтернатив: поддержка текущего состояния унаследованной системы или разработка новой системы. Подобным образом детально описывается каждый шаг предлагаемой методики. Для каждого шага конкретизируются цель, входные данные, выходные данные, условия успешности шага и алгоритмы принятия решений.

Необходимо учитывать, что, хотя в унаследованной системе выделяются пять подсистем, может возникнуть ситуация, когда реинжиниришу подвергаются только некоторые из них.

Инструментальная поддержка. Используя предложенный способ анализа, методику реинжиниринга и обобщение совместного опыта работы с коллегами из лаборатории «Информационные технологии в энергетике» ИСЭМ СО РАН 3 автором разработана экспертная система поддержки реинжиниринга Ехрасу. Экспертная система Ехрасу на основе полученных от пользователя знаний об унаследованной системе и пожеланий к требуемой

2Реивжиниринг программной системы—это фундаментальное переосмысление и радикальное перепроектирование системы с целью снижения излишней функциональности и достижения существенных улучшений основных показателей. [Хаммер М., Чамп Д. Реинжиниринг корпорации. Манифест революции в бизнесе. — М.:Манн, Иванов и Фербер, 2007]

3Под руководством заведующей лабораторией д.тль Массель Л.В. выполнен реинжиниринг унаследованных систем ЭНЕРГИЯ (ЕЛ. Болдырев), ИНТЭК (Д.А. Фартышев), ОРТССШ (Д.В, Подкамешый).

£

V 8

Н

Рис. 1. Структура реинжиниринга

системе, применяя правила вывода из собственной базы знаний, выстраивает конкретные стратегии реинжиниринга предложенного унаследованного программного обеспечения. Экспертная система разработана с использованием языка и оболочки CLIPS.

База знаний состоит из более чем 100 продукционных правил, которые во время использования дополняются знаниями по конкретной унаследованной системе.

Для актуализации базы знаний по проблемам унаследованных систем и реинжинирингу автором было проведено статистическое исследование. Экспертам из разных институтов и коллективов программистов был предложен круг вопросов по унаследованным системам, распространенным причинам и целям реинжиниринга, состоянию понимания операционного окружения, пониманию современного состояния информационных технологий и потребностей пользователей. В результате опроса экспертного сообщества база знаний Ехрасу была существенно пополнена и приведена в современное состояние. В ходе исследования были получены и другие результаты, например, налицо разрыв между технологиями, используемыми в унаследованном программном обеспечении, и знаниями экспертного

Удобство в обвтуживаши и отсутствие нареканий

Нааые системные

требования

Рис. 2. Оценка попытки реинжиниринга

сообщества в целом.

Исследование исходного кода дает разработчику наибольшую информацию о системе, а так как в дальнейшем части исходного кода будут применяться в обновленной системе, большую роль играет правильный выбор инструментов реинжиниринга. Сравниваются универсальные инструменты для работы с исходным кодом унаследованных систем: системы Understand и Doxygen. Они сравниваются по существенным характеристикам, а также по цене, при этом одна из них предоставляет больше функций по работе с исходным кодом, а вторая предпочтительнее из-за своего свободного распространения. И та и другая система позволяют оценивать наиболее важные количественные параметры исходпого кода, в частности циклома-тическую сложность 4.

Значение меры сложности, кроме всего прочего, дает быструю оценку

4Цикломатическая сложность программы (Cydomatic complexity of a program) — структурная (или топологическая) мера сложности программ, равная увеличенному на единицу цикломагическому числу у графа программы. [Thomas J. McCabe / IEEE TVansactions on Software Engineering Vol. 2, No. 4,1976]

Поддержка унаследованной системы

системы

Рис. 3. Анализ решения

Таблица 1. Пороговые значения цикломатической сложности для разных оценок риска реинжиниринга

Дипломатическая сложность Оценка риска

1-10 Простая программа без серьезных рисков

1Ш Не очень сложная, средний риск

21-50 Сложная, высокий риск

более 50 Нетестируемая программа, очень высокий риск

структуры унаследованной системы — риск, связанный с реинжинирингом той или иной части системы, напрямую зависит от сложности этой части. Таким образом, анализ помогает определить риски, которые могут возникнуть при реинжиниринге, а также определить уровень затрат реинжиниринга. В табл. 1 приводится уровень пороговых значений цикломатической сложности для разных оценок риска.

В третьей главе рассматривается применение предложенных методик и инструментария. Были проанализированы программные комплексы DAKAR (ООО Институт «Энергосетьпроект»), АНАРЭС (Институт диспетчерского управления энергетических систем, г. Новосибирск и ИСЭМ СО РАН), ЯНТАРЬ (ИСЭМ СО РАН). Для программного комплекса Ян-

тарь построена детальная модель, основанная на предложенном подходе. Проанализированы функциональные характеристики программных комплексов DAKAR и АНАРЭС в сравнении с аналогичными программными комплексами, выпускаемыми за рубежом.

При работе над созданием или анализом электроэнергетических систем инженерам приходится выполнять большое число расчетов установившихся режимов (УР) для проверки допустимости принятых решений как по условиям загрузки элементов электрических сетей, так и по возможностям регулирования потокораспределения и уровней напряжения. Кроме того, на основе моделирования устал овившихся режимов выполняются расчеты токов короткого .замыкания (ТКЗ) для выбора и проверки оборудования по условиям термической и динамической стойкости и для проектирования релейной защиты и автоматики. Поэтому при таких работах, широко используют программы поддержки принятия решений. Функциональные характеристики таких программ приведены в таблице 2.

Несмотря па то, что Eurostag является лидером среди исследуемых комплексов, он обладает рядом недостатков, которые не позволяют использовать его в полной мерс. Так, к недостаткам Eurostag относят отсутствие настроенных таблиц для анализа, отсутствие инструментов для поиска, сортировки, групповой коррекции данных, отсутствие средств автоматизации расчетов, устаревшие средства графического редактирования и анализа, многочисленные ограничения на количество элементов анализа электрических сетей. В свою очередь комплексы DAKAR и АНАРЭС лишены этих недостатков, однако в настоящее время из-за того, что эти комплексы можно отнести к категории унаследованного программного обеспечения, возникают проблемы с их применением и поддержкой.

Методика реинжиниринга была применена лично автором на унаследованном ППП OPTCON версии 1990 г.5 для решения задач оптимального управления. На основе переработанного ППП создан современный вычислительный ресурс, на котором решены практические энергетические задачи.

Анализ и реинжиниринг былы проведены в соответствии с предло-

5 Первая версия ППП OPTCON разработана д.т.н. А.Ю. Горновым, ИДСТУ СО РАН.

Таблица 2. Характеристики исследуемых комплексов

Решаемые задачи Eurostag Анарэс Mustang DAKAR

Наличие ограничений на размерность математической модели +

Функции расчета электрического режима + + + +

Функции расчета электромеханических переходных процессов + + + +

Переменный шаг интегрирования +

Функция расчета электромагнитных переходных процессов

Функция расчета токов короткого замыкания + +

Возможность учета несимметрии в элементах ЭС + +

Функции частотного анализа + ** -

Функции оптимизации режима +

Функции эквивалентирова-ния схемы энергосистемы +

Наличие моделей ГШТ и FACTS для расчета УР и динамики +

Наличие стандартных моделей РЗ и ПА + - ™

Возможность утяжеления режима по заданной траектории + + +

Возможность графического отображения схемы + + +

Таблица 3. Основные метрики OPTCON до и после реинжиниринга

Оцениваемая метрика После

Количество файлов 26 32

Всего строк кода 11 517 3 732

Отношение комментарий/код 0,12 0,33

Функций 81 117

Суммарная цикломатическая сложность 1 154 1 031

Средняя цикломатическая сложность 15,03 8,81

Наибольшая цикломатическая сложность 92 64

женными методиками, на основе стратегии, получепной с помощью экспертной системы Ехрасу. Анализ цикломатической сложности до и после реинжиниринга показал существенное снижение основных рисков дальнейшего использования и поддержки программного комплекса (табл. 3).

Так, общее количество строк кода сократилось более чем в 3 раза (было 11 517, стало 3 732), код стал более документированным, отношение числа строк комментария к числу строк программного кода увеличилось в 3 раза (было 0,12, стало 0,33). Количество файлов программного комплекса и количество функций увеличилось за счет улучшенной архитектуры. Цикломатическая сложность комплекса осталась на том же уровне (1 154 и 1 031), что говорит о том, что сложность математического аппарата не изменилась, однако практически в два раза уменьшилась средняя цикломатическая сложность одного модуля (15,03 и 8,81), а наибольшая цикломатическая сложность модуля снизилась в полтора раза (92 и 64). Уменьшение средней цикломатической сложности модуля также показывает улучшение архитектуры комплекса в целом, а пороговое значение средней цикломатической сложности модуля перестало угрожать риском среднего уровня, и в настоящее время риск практически отсутствует.

Полученный в результате программный комплекс послужил основой для создания многопользовательского вычислительного сервера OPTCON, построенного по многопользовательской модели с многовариантным расчетом. Вычислительный сервер был реализован в трехзвенной архитектуре клиент-сервер по принципу web-приложения с применением технологий Java, JSP, RMI, XML.

Интерфейс пользователя вычислительного сервера OPTCON для удобства разделен на несколько разделов, в которых сгруппированы схожие или близкие по смыслу действия: процессы, параметры, модель, таблица, графики, помощь. В каждом из разделов на соответствующих местах расположены однотипные по поведению объекты. Общий вид интерфейса пользователя приведен на рис. 4.

На реализованном автором вычислительном сервере OPTCON решён ряд задач, в том числе задача оптимизации режимов электроэнергетической сети с элементами постоянного тока. При решении задач управления

Текущий раздел

Переключатель разделов

Функциональная панель

_д

Рабочая область

Справка о текущем разделе

Рис. 4. Интерфейс пользователя вычислительного сервера

развитием и функционированием электроэнергетических систем (ЭЭС) особое внимание уделяется режимной надежности и устойчивости в аварийных ситуациях, вызванных внезапными отказами силового оборудования, ошибками персонала и т.п. Одним из способов повышения надежности ЭЭС является использование, наряду с элементами переменного тока, регулируемых передач постоянного тока.

Постановка задачи была выполнена специалистами-энергетиками6 для агрегированной динамической модели Единой ЭЭС страны, представленной двухузловой схемой. Задача заключается в приведении системы в нормальный режим (если это возможно) после «возмущения», выраженного в изменении коэффициентов. В результате решения оптимальное управление предполагает перераспределение нагрузок преобразовательных подстанций. Режим ЭЭС стабилизируется за 5 сек.

Рассматривалась также пятнадцатиузловая схема при четырех управлениях. Управление системой осуществляется с помощью фазоповоротного

6д.т.н. Розанов М.Н. и Кучеров Ю.Н.; задача решалась под руководством д.т.н. А.Ю. Горнова.

устройства и загрузки преобразовательных подстанций. По результатам оптимизации выяснилось, что для мощной аварии (при полном отказе одного из узлов) не существует управления, позволяющего удовлетворить фазовым ограничениям, и, следовательно, для стабилизации ЭЭС необходимо вводить новые управляющие устройства.

В заключении отмечается, что в диссертационной работе были получены следующие основные результаты:

1. Выполнен системный анализ проблемы унаследованного программного обеспечения.

2. Разработан новый способ анализа унаследованного программного обеспечения. С его использованием проведен анализ для ряда программных комплексов, относящихся к категории унаследованного программного обеспечения исследований и поддержки принятия решений в энергетике.

3. Разработан методический подход к реинжинирингу унаследованного программного обеспечения.

4. Предложена новая формализованная модель описания программных комплексов, основанная на формальных характеристиках исходного кода.

5. Разработана новая CASE-нотация структурного моделирования программных комплексов, предназначенная для целей реинжиниринга.

6. Реализована специализированная экспертная система Ехрасу, база знаний которой описывает обобщенный опыт реинжиниринга унаследованных систем.

Применимость предложенных методик и инструментария показана на примере функционального анализа программных комплексов АНАРЭС и DAKAR, системного анализа структуры программного комплекса ЯНТАРЬ и реинжиниринга пакета прикладных программ OPTCON.

Результаты, полученные в диссертационной работе, применены при выполнении научных проектов СО РАН, гранта интеграционной программы СО РАН №2003-3, грантов РФФИ №02-07-90343, №04-07-90401, №07-0700265, №08-07-00172, №10-07-00264.

Предложенные методики и инструментальные средства применены в ИСЭМ СО РАН при реинжиниринге ряда программных комплексов: программного комплекса ГАРМОНИКИ для расчета, анализа и исследования свойств режимов высших гармоник в электрических сетях, программного комплекса ЯНТАРЬ для расчета показателей надежности электроэнергетических систем, программного комплекса для оптимизации параметров теплоснабжающих систем, программного комплекса для исследования наг дежности газоснабжающих систем, программного комплекса DAKAR для расчета УРР. Разработанный Вычислительный Сервер OPTCON на основе унаследованного ППП OPTCON передан в Институт динамики систем и теории управления СО РАН.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях:

1. Подкаменный Д.В. Вычислительный сервер для решения задачи оптимального управления / Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. ИрГУПС. - 2008. - №3 (19). - С. 109-113.

2. Массель JI .В., Горнов А.Ю., Подкаменный Д.В. Создание вычислитель. ных ресурсов в Internet на основе унаследованного программного обеспечения / Вычислительные технологии, т. 7. — Новосибирск: ИВТ СО

: РАН, 2002. - С. 247-252.

3. Массель JI.B., Подкаменный Д.В. Создание распределенной вычислительной инфраструктуры исследований в энергетике / Вычислительные технологии, т.8. — Новосибирск: ИВТ СО РАН, 2003. - С. 214-218.

4. Подкаменный Д.В. Методика адаптации унаследованных систем и ее инструментальная поддержка / Информационные технологии в науке и управлении / Труды XIII Байкальской Всероссийской конференции, ч. 2. - Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2008. - С. 211-219.

5. Массель Л.В., Горнов А.Ю., Подкаменный Д.В. Создание вычислительных ресурсов в Internet на основе унаследованного программного обеспечения / В кн. «Интеграция информационных технологий в системных исследованиях энергетики».- Новосибирск, Наука, 2003. — С. 258-300.

6. Подкаменный Д.В., Болдырев Е.А., Горнов А.Ю. Разработка удаленного доступа к пакету прикладных программ для решения задач оптимального управления / Распределенные и кластерные вычисления / Избранные материалы Второй школы-семинара.- Красноярск: ИВМ СО РАН, 2002.-С. 200-209.

7. Массель JI.B., Болдырев Е.А., Макагонова H.H., Демьяичик А.П., Подкаменный Д.В., Трипутина В.В. Интеграция информационных технологий в распределенной СППР для обеспечения энергетической безопасности / Труды XXX Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе». — Украина, Ялта-Гурзуф, 2003. — С. 240-242.

8. Подкаменный Д.В. Выбор и адаптация системного программного обеспечения для исследования проблемы энергетической безопасности / Системные исследования в энергетике (Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН, вып.ЗО). — Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2000. — С. 294-300.

9. Подкаменный Д.В. Разработка сервера приложений для решения задач исследования проблем энергетической безопасности / Системные исследования в энергетике. (Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН, вып. 31). — Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2001. — С. 249-256.

10. Подкаменный Д.В. Интернет-технология решения задач оптимального управления с использованием вычислительного ядра OPTCON-2 / Системные исследования в энергетике (Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН, вып. 32).- Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2002.- С. 295-300.

11. Подкаменный Д.В. Генераторы лексических и грамматических анализаторов / Тезисы докладов школы-семинара молодых ученых «Математическое моделирование и информационные технологии : состояние и перспективы». - Иркутск : ИДСТУ СО РАН, 2001. - С. 15-16.

12. Подкаменный Д.В. Web-приложение для решения задач оптимального управления / Тезисы докладов Школы-семинара «Математическое моделирование и информационные технологии. — Иркутск: ИДСТУ СО РАН, 2002. - С. 27.

13. Подкаменный Д.В., Массель JI.B. Системный анализ унасле-

дованного программного обеспечения / Электронный журнал http://technomag.edu.ru, в публикации 2011.

Отпечатано в ИСЭМ СО РАН 664033, Иркутск, ул. Лермонтова, 130. Заказ 50. Тираж 120 экз.

Введение

1 Современное состояние области исследований

1.1 Современное состояние системного анализа.

1.2 Проблема унаследованных программных систем.

1.3 Унаследованное программное обеспечение в исследованиях энергетики

1.4 Экспертные системы как технология поддержки принятия решений реинжиниринга.

1.5 Выводы по главе и постановка задачи диссертационной работы

2 Методический подход к реинжинирингу унаследованного программного обеспечения и созданию вычислительных ресурсов в Интернет на его основе

2.1 Системный анализ унаследованных систем.

2.2 Проблема реинжиниринга унаследованных систем.

2.2.1 Текущее состояние системы.

2.2.2 Требуемое состояние системы.

2.2.3 Понимание системы.

2.2.4 Эволюционный путь миграции.

2.3 Методика реинжиниринга унаследованного программного обеспечения.

2.3.1 Оценка попытки.

2.3.2 Анализ решения.

2.3.3 Разработка решения.

2.3.4 Внедрение системы.

2.3.5 Процесс улучшения

2.4 Инструментальная поддержка реинжиниринга унаследованного программного обеспечения.

2.4.1 Исследование формальных характеристик

2.4.2 Экспертная система поддержки реинжиниринга унаследованного программного обеспечения

2.5 Выводы по главе.

3 Применение предложенных методик и инструментария

3.1 Анализ программного обеспечения для решения задачи функционирования ЭЭС.

3.2 Анализ программно-вычислительного комплекса ЯНТАРЬ

3.3 Реинжиниринг унаследованного ППП ОРТССЖ.

3.4 Вычислительный сервер ОРТССЖ.

3.4.1 Проектирование вычислительного сервера ОРТССЖ

3.4.2 Разработка модели данных ОРТСОК.

3.4.3 Реализация вычислительного сервера ОРТСОМ

3.5 Применение вычислительного сервера ОРТСОМ для решения практических задач.

ч! V

Актуальность темы диссертационной работы определяется следующими факторами. Программное обеспечение исследований и поддержки принятия решений в энергетике, созданное в нашей стране в период бурного роста отрасли энергетики и появления первых массовых и промышленных компьютеров на рубеже 1980-1990 годов XX века не может эффективно использоваться на современных компьютерах и в современных операционных средах, хотя представляет большую интеллектуальную ценность. Поддержка принятия решений в энергетике требует особого подхода к программному обеспечению, что обусловлено территориальной распределенностью объекта исследования, повышенными требованиями к надежности и отказоустойчивости самого программного обеспечения. Нередки случаи, когда полная замена программных комплексов поддержки принятия решений в энергетике сопряжена с серьезными затратами, а иногда и практически неосуществима вследствие глубокой интеграции с объектами энергетики и невозможности остановки процесса их функционирования.

Программное обеспечение для поддержки принятия решений и исследований в энергетике развивалось в нашей стране параллельно с развитием отрасли. Крупные научно-исследовательские центры, посвященные проблемам энергетики, несмотря на территориальную распределенность, находились в тесном взаимодействии, многие программные разработки были результатом их совместной работы. С распадом Советского Союза такие коллективы распались, возникла проблема поддержки и развития больших программных комплексов.

Проблемами анализа и разработки программного обеспечения в свое время занимались: Д. Кнут, Э. Дейкстра, Г. Майерс и др. В нашей стране большой вклад в развитие этого направления внесли Е.А. Жоголев, Ф.Я. Дзержинский, А.И. Тер-Сааков, М.М. Горбунов-Посадов и др. В Институте систем энергетики им. ЛА. Мелентьева (ИСЭМ) СО РАН — Л.В. Массель,

Е.А. Болдырев, A.B. Черноусов и др.

Работы перечисленных выше авторов являются основой для проведения интеграции ПО и основой для создания интеграционных сред. Одной из таких сред является разработанная в ИСЭМ СО РАН иод руководством Л.В. Массель ИТ-инфраструктура научных исследований. Под ИТ-инфраструктурой понимается совокупность: технических и программных средств, телекоммуникаций и информационной базы научных исследований; технологий их разработки и использования; стандартов, как внутренних, так и внешних, для разработки информационных и программных продуктов в области исследований в энергетике, обмена ими и их представления на информационный рынок.

Учитывая изменившиеся условия и требования новых информационных технологий, становится особенно острой проблема реинжиниринга унаследованного программного обеспечения, интегрируемого в рамках разработанной ИТ-инфраструктуры и используемого в исследованиях и принятии решений в энергетике, что подтверждает актуальность предлагаемой работы.

Цель работы: разработка и применение методического подхода и инструментария анализа и реинжиниринга унаследованного программного обеспечения для исследований и поддержки принятия решений в энергетике.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Выполнить анализ проблемы унаследованного программного обеспечения, выделить особенности, характерные как для научных исследований в целом, так и для исследований в энергетике.

2. Разработать способ анализа унаследованного программного обеспечения.

3. Разработать формализованную модель унаследованного программного обеспечения. ,

4. Разработать методику анализа и реинжиниринга унаследованного программного обеспечения.

5. Разработать специализированную экспертную систему для поддержки процесса реинжиниринга, на основе обобщенного опыта успешных применений, предложенных способа анализа и методики реинжиниринга.

6. Применить предложенный подход й инструментальные средства для реинжиниринга унаследованного ПО для исследований и поддержки принятия решений в энергетике.

Методами и средствами исследования являются: методы системного анализа, методы системного и прикладного программирования, методы объектного проектирования и программирования, методы проектирования баз данных и информационных систем, методы проектирования и реализации баз знаний, экспертных систем и систем поддержки принятия решений.

Новизну составляют и на защиту выносятся следующие положения.

1. Впервые для адаптации унаследованного программного обеспечения для исследований и поддержки принятия решений в энергетике разработан методический подход, включающий авторский способ анализа программных комплексов, основанный на развитии идей анализа программных систем по Майерсу и методологии функционального моделирования БАБТ. Методический подход к адаптации базируется на методах реинижиринга, переработанных для программных систем, с учетом всех этапов процесса.

2. Предложена формализованная модель описания программных комплексов и САЭЕ-нотация структурного моделирования программных комплексов. Модель основана на анализе модулей системы с учетом набора количественных и качественных характеристик исходного кода, а также характера связей между ними, что позволяет наглядно оценить трудоемкость реинжиниринга.

3. Разработана специализированная экспертная система для анализа программных систем и поддержки реинжиниринга. База знаний экспертной системы содержит уникальный опыт, полученный при адаитации унаследованных систем, что позволяет использовать её для реинжиниринга других систем.

Практическая значимость. С использованием предложенной методики и разработанных инструментальных средств поддержки методики реинжиниринга выполнена программная реализация вычислительного сервера OPTCON на основе унаследованного программного обеспечения. Проведен анализ специализированных программных комплексов (DAKAR, АНАРЭС, ЯНТАРЬ, ГАРМОНИКИ, ИНТЭК) для исследований и поддержки принятия решений в энергетике. Предложенные методики и инструментальные средства поддержки методики реинжиниринга в настоящее время применяются в ИСЭМ СО РАН для анализа и реинжиниринга ряда программных комплексов.

Реализация вычислительного сервера OPTCON выполнялась при поддержке гранта РФФИ №02-07-90343 «Разработка Internet-технологии поддержки удаленного пользователя пакета прикладных программ «OPTCON» при решении сложных задач оптимального управления» (2002-2003 гг.), гранта РФФИ №04-07-90401 «Инструментальные средства экспертной поддержки математического моделирования, доступные пользователям с применением Internet-технологии» (2004-2006 гг.) и гранта интеграционной программы СО РАН №2003-3 «Методы, технология и инструментальные средства создания вычислительной инфраструктуры в Internet» (2003-2005 гг.).

Кроме того, результаты диссертационной работы применены в ИСЭМ СО РАН при выполнении научного проекта СО РАН «Создание телекоммуникационной распределенной вычислительной инфраструктуры научных исследований: разработка методических основ и их применение для исследований в энергетике», в рамках НИР «Интегрированные вычислительные среды, сети и информационные технологии для обеспечения научных исследований в области энергетики», гос. per. № 01.200.116491 (2004-2006 гг.), и при выполнении научного проекта СО РАН «Разработка методических основ и интеллектуальных компонентов ИТ-инфраструктуры системных исследований в энергетике» в рамках приоритетной программы исследований СО РАН № 3.1. «Информационные и вычислительные технологии поддержки принятия решений» (2007-2009 гг.)

Также результаты диссертационной работы применены при реинжиниринге ПК ИНТЭК в проектах при поддержке грантов РФФИ №07-0700265 (2007-2009 гг.), №08-07-00172 (2008-2010 гг.) и №10-07-00264 (20102011 гг.).

Апробация работы. Результаты работы обсуждались на Международных конференциях «Вычислительные технологии и математическое моделирование», Казахстан, г. Алматы, 2002 г.; «Вычислительные и информационные технологии в науке, технике и образовании», Казахстан, г. Усть-Каменогорск, 2003 г.; XXX Международной конференции «Информационные технологии в науке, образовании, телекоммуникации и бизнесе», Украина, г. Ялта-Гурзуф, 2003 г.; II межрегиональной школе-семинаре «Распределенные и кластерные вычисления», г. Красноярск, 2002 г.; на региональном форуме «Сибирская индустрия информационных систем», г. Новосибирск, 2002 г.; на VII Байкальской Всероссийской конференции «Информационные технологии в энергетике, экономике, экологии», г. Иркутск, 2002 г.; на XXX, XXXI и XXXII конференциях молодых ученых ИСЭМ СО РАН, г. Иркутск, 2000-2002 гг.; XIII, XIV и XV Байкальских Всероссийских конференциях «Информационные и математические технологии в науке и управлении», г. Иркутск, 2008-2010 гг.; III и IV Всероссийской конференции «Винеровские чтения», г. Иркутск, 2009, 2011 гг.; на заседаниях школы-семинара молодых ученых «Математическое моделирование и информационные технологии: состояние и перспективы», Иркутск, 2001-2002 гг., а также докладывались и обсуждались на заседаниях секций Ученого Совета ИСЭМ СО РАН.

Личный вклад. Результаты, составляющие новизну и выносимые на защиту, получены лично автором.

Публикации. По теме диссертации опубликованы 12 работ, три из них [1-3] — в реферируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Объем и структура работ. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы из 140 наименований, трех приложений, работа содержит 10 таблиц и 33 иллюстрации, 2 акта о внедрении результатов, общий объем текста 144 страницы.

2.5. Выводы по главе

Таким образом, любая унаследованная система может быть адаптирована к современным требованиям с помощью методик, изложенных в данной главе. Однако, конкретный процесс реинжиниринга такой системы является уникальным и может потребовать специфических знаний и применения специализированных инструментальных средств.

Также следует отметить, что предложенные методики, при практической реализации, отображаются в конкретные методы интеграции. При этом необходимо учитывать текущее состояние и тенденции современных интеграционных технологий. Так, в частности, конкретные методы интеграции, как «обертывание» или «программное обеспечение среднего уровня», зависят от таких факторов, как унаследованная система, адаптируемая система и реализация технологии интеграции. Только правильный выбор всех трех компонентов даст уверенность в успешном результате.

Чтобы подтвердить правильность предложенных методик и практической применимости предложенного инструментария требуется провести их проверку на реальном унаследованном программном обеспечении.

В качестве унаследованной системы выбран пакет прикладных программ ОРТССЖ для решения задач оптимального управления, а в качестве практической задачи выбрана задача оптимизации режимов электроэнергетической сети с элементами постоянного тока.

3. Применение предложенных методик и инструментария

3.1. Анализ программного обеспечения для решения задачи функционирования ЭЭС

Проектирование электроэнергетических систем, являющихся системами кибернетического типа, должно учитывать основные свойства таких систем: большое многообразие свойств и состояний, множество функционально разнообразных, но работающих в едином режиме элементов, сложность и разнообразие структуры и режимов работы, многовариантность развития и т.п. При этом проектировщикам приходится выполнять большое число расчетов установившихся режимов (УР) для проверки допустимости принятых решений как по условиям загрузки элементов электрических сетей, так и по возможностям регулирования потокораспределения и уровней напряжения. Кроме того, на основе моделирования установившихся режимов выполняются расчеты токов короткого замыкания (ТКЗ) для выбора и проверки оборудования по условиям термической и динамической стойкости и для проектирования релейной защиты и автоматики. Поэтому организации, занимающиеся проектированием развития электроэнергетических систем, широко используют различные программы для расчетов установившихся режимов.

Основными требованиями к таким программам являются высокая точность и адекватность расчетов, надежность получения результата при высокой производительности выполнения расчетов. В настоящее время к этим требованиям добавилось еще одно: возможность визуализации результатов расчетов и их автоматизированного анализа.

В основе расчета установившихся режимов лежит решение системы нелинейных уравнений большой размерности, что само по себе представляет большую сложность. Решение таких систем уравнений выполняется численными итерационными методами, при этом возникают проблемы сходимости и однозначности решения. Практически все проблемы сходимости так или иначе связаны с корректностью задания исходных данных. При большом объеме данных, которые необходимо ввести для расчета, велика вероятность совершения ошибки, что может привести к расходящемуся итерационному процессу. Другой причиной может оказаться несоответствие заданных нагрузок пропускным способностям элементов электрической сети, что для больших электроэнергетических систем далеко неочевидно.

Решить проблему ошибок при вводе данных: позволяет использование в качестве исходных данных первичных документов (паспортные данные оборудования, протяженность, марка проводов и вид опор линий электропередачи и т.п.) для элементов электрических сетей и автоматизация определения расчетных параметров их схем замещения. Первичные данные оборудования могут заноситься в электронный справочник и использоваться всеми модулями программного комплекса [95].

Существующее программное обеспечения для расчета установившихся режимов и переходных процессов (ПП): DAKAR (ООО Институт "Энер-госетьпроект"), Eurostag (Tractebel, EDF, Бельгия-Франция), Анарэс (ИС-ЭМ СО РАН), Mustang (ДЦ Балтии, Латвия).

Основные задачи, решаемые программными комплексами:

• Создание графической схемы сети и коммутационных схем подстанций с отображением на них результатов расчетов и параметров электрической сети.

• Расчет и анализ установившихся режимов с учетом и без учета изменения частоты.

• Исследование статической устойчивости с построением зон устойчивой работы АРВ.

• Исследование синхронной и результирующей динамической устойчивости.

• Расчет и анализ нессиметричных неполнофазных режимов и токов короткого замыкания.

• Различные виды эквивалентирования режимной схемы и выделенных участков.

• Расчет длительных переходных процессов с учетом реакции теплосилового оборудования и автоматической частотной разгрузки (АРЧ-1,2) и частотного автоматического повторного включения (ЧАПВ).

• Моделирование статической и динамической характеристик нагрузок при расчете переходных режимов: опрокидывание, самозапуск и отключение асинхронных двигателей.

• Моделирование современных устройств предотвращения асинхронных режимов, моделирование и настройка различных видов автоматической ликвидации асинхронного режима (AJIAP).

• Универсальное моделирование релейной защиты и противоаварийной автоматики при расчетах режимов энергосистем.

Программный комплекс DAKAR предназначен для расчета и анализа установившихся режимов и переходных процессов электроэнергетических систем. В состав информационного обеспечения комплекса входит база данных и программные средства работы с ней. База данных включает данные об электрической схеме сети и ее режимах, а также оборудование энергосистемы и нормативно-справочная информация.

Расчет установившегося режима осуществляется методом компенсирующих ЭДС с учетом и без учета изменения частоты нормальных, предельных и послеаварийных режимов с возможностью деления энергосистемы на ряд подсистем с разными значениями частоты в каждой из них. Возможен автоматический выбор положения РПН трансформаторов с целью обеспечения желаемых напряжений у потребителей, учет потерь на корону в зависимости от напряжения и погодных условий, учёт статических характеристик нагрузки.

Анализ статической устойчивости выполнен на основе численного решения алгебро-дифференциальных уравнений исследуемой модели энергосистемы при малых возмущениях всех активных узлов. Комплекс обеспечивает расчет электромеханических переходных процессов с моделированием действий любых устройств противоаварийной автоматики (ПА), настройку средств ПА на базе выполнения серии циклических расчетов переходных процессов, а также анализ переходных процессов с оценкой движения синхронных машин в энергосистеме, уровней напряжений, перетоков мощностей и взаимных углов межсистемных связей.

Моделирование ПА выполнено двумя способами: первый — универсальный, путем создания любой сложности логических цепочек условий из большого набора простых условий срабатывания. Второй — реализация отдельных специальных видов автоматики: автоматическая частотная разгрузка, разные варианты автоматики ликвидации асинхронных режимов, автоматика взаимного управления турбинами и электрическое торможение турбин. Комплекс позволяет осуществить расчет и анализ длительных переходных процессов, связанных с изменением частоты в энергосистеме, действиями ПА и реакцией теплосилового оборудования электростанций (тепловой автоматики). Такие процессы исследуются как с учетом изменения давления перед регулирующими клапанами паровых турбин, так и без такого учета. Здесь реализованы функции следующих устройств ПА: автоматической частотной разгрузки и частотного автоматического повторного включения; частотной делительной автоматики; автоматики частотного пуска гидрогенераторов; автоматики перевода синхронных генераторов с режима синхронного компенсатора в активный режим; автоматики защиты от понижения или повышения напряжения; защиты от перегрузок и т.п.

Возможен расчет электромеханических переходных процессов с переходом на расчет длительных процессов после затухания свободных составляющих процесса, и с обратным переходом на расчет электромеханических переходных процессов после коммутаций в сети и нарушения баланса мощности. Несимметричные и неполнофазные режимы моделируются на основе метода симметричных координат. Реализована многократная несимметрия трех видов: поперечная несимметрия, продольная несимметрия (непол-нофазность) и несимметрия (неполнофазность) шунтирующих реакторов.

Сравнительные характеристики программных комплексов приведены в таблице 3.1.

Заключение

В диссертационной работе были получены следующие основные результаты:

1. Выполнен системный анализ проблемы унаследованного программного обеспечения.

2. Разработан новый способ анализа унаследованного программного обеспечения. С его использованием проведен анализ для ряда программных комплексов, относящихся к категории унаследованного программного обеспечения исследований и поддержки принятия решений в энергетике.

3. Разработан методический подход к реинжинирингу унаследованного программного обеспечения.

4. Предложена новая формализованная модель описания программных комплексов, основанная на формальных характеристиках исходного кода.

5. Разработана новая CASE-нотация структурного моделирования программных комплексов, предназначенная для целей реинжиниринга.

6. Реализована специализированная экспертная система Ехрасу, база знаний которой описывает обобщенный опыт реинжиниринга унаследованных систем.

Применимость предложенных методик и инструментария показана на примере функционального анализа программных комплексов АНАРЭС и DAKAR, системного анализа структуры программного комплекса ЯНТАРЬ и реинжиниринга пакета прикладных программ OPTCON.

Результаты, полученные в диссертационной работе, применены при выполнении научных проектов СО РАН, гранта интеграционной программы СО РАН №2003-3, грантов РФФИ №02-07-90343, №04-07-90401, №07-0700265, №08-07-00172, №10-07-00264.

Предложенные методики и инструментальные средства применены в ИСЭМ СО РАН при реинжиниринге ряда программных комплексов: программного комплекса ГАРМОНИКИ для расчета, анализа и исследования свойств режимов высших гармоник в электрических сетях, программного комплекса ЯНТАРЬ для расчета показателей надежности электроэнергетических систем, программного комплекса для оптимизации параметров теплоснабжающих систем, программного комплекса для исследования надежности газоснабжающих систем, программного комплекса DAKAR для расчета УРР. Разработанный Вычислительный Сервер OPTCON на основе унаследованного ППП OPTCON передан в Институт динамики систем и теории управления СО РАН.

1. Подкаменный Д.В. Вычислительный сервер для решения задачи оптимального управления / Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. ИрГУПС. - 2008.№3 (19). - С. 109-113.

2. Массель JI.B., Горнов А.Ю., Подкаменный Д.В. Создание вычислительных ресурсов в Internet на основе унаследованного программного обеспечения / Вычислительные технологии, т. 7. — Новосибирск: ИВТ СО РАН, 2002. С. 247-252.

3. Массель Л.В., Подкаменный Д.В. Создание распределенной вычислительной инфраструктуры исследований в энергетике / Вычислительные технологии, т.8. — Новосибирск: ИВТ СО РАН, 2003. С. 214-218.

4. Философский словарь: 4-е изд. — М.: Политиздат, 1981. — 445 с.

5. Перегудов Ф.И., Тарасенко Ф.П. Основы системного анализа: Учеб. 2-е изд., доп. — Томск: Изд-во HTJI, 1997. — 396 с.

6. Сагатовский В.Н. Основы систематизации всеобщих категорий. — Томск: изд-во Томск, ун-та, 1973. — 431 с.

7. Большая советская энциклопедия Электронный ресурс. — Режим доступа : http://bse.sci-lib.com/.

8. Математика и кибернетика в экономике: Словарь-справочник. — М.: Экономика, 1975. — 700 с.

9. Лопатников Л. И. Экономико-математический словарь: Словарь современной экономической науки. — 5-е изд., перераб. и доп. — М.: Дело, 2003. — 520 с.

10. Волкова В.Н., Денисов A.A. Основы теории систем и системного анализа: Учебник для студентов вузов. — Изд. 2-е перераб. и доп. — СПб: изд-во СПбГТУ, 1999. — 512 с.

11. Крайзмер JI.П. Кибернетика. —- М.: Экономика, 1977. — 279 с.

12. Леоненков А.В. Самоучитель UML. — СПб.: БХВ-Петербург, 2001. — 304 с.

13. Буч Г. Язык UML. Руководство пользователя : Пер. с англ. / Г. Буч, Д. Рамбо, А. Джекобсон. — М. : ДМК, 2000. — 432 с.

14. Ойхман Е.Г., Попов Э.В. Реинжиниринг бизнеса: Реинжиниринг организаций и информационные технологии. —- М.: Финансы и статистика, 1997. — 336 с.

15. Силич В.А., Силич М.П. Реинжиниринг бизнес-процессов: учеб. пособие. — Томск: Томск, гос. ун-т систем управления и радиоэлектроники, 2007. — 200 с.

16. Mehdi Khosrowpour Managing Information Technology in Global Economy. — London: Idea Group Publishing, 2001.

17. Сидоров В. Что такое закон Мура? Электронный ресурс. — Режим доступа: http:/shkolazhizni.ru/archive/0/п-10573/

18. Брюхов Д.О., Задорожный В.И., Калиниченко Л.А., Курошев М.Ю., Шумилов С.С. Интероперабельные информационные системы: архитектуры и технологии / СУБД — 1995. — №4.

19. R. Gray, T. Bickmore, S. Williams Reengineering Cobol systems to Ada, Proceedings of the Seventh Annual Air For се/Naval/Army Software Technology Conference, 1995

20. Bisbal, J., Lawless, D., Wu, В., Grimson, J. Legacy Information System Migration: A Brief Review of Problems, Solutions and Research Issues. IEEE Software, 16, 1999. 103-111.

21. Энн Маккрори. Что такое унаследованные системы? / Computerworld -- 1998. — №14.

22. Елманова Н. Компиляторы Intel. Компиляторы для настольных операционных систем / КомпьютерПресс №8'2003

23. JI.C. Беляев, Б.Г. Санеев, С.П. Филиппов и др. под ред. Н.И. Воропая. Системные исследования проблем энергетики — Новосибирск: Наука, 2000. 558 с.

24. Массель JT.B. Развитие информационных технологий и их современный уровень в системных исследованиях в энергетике (гл. 1.2) / В кн. Системные исследования проблем энергетики. — Новосибирск: Наука, 2000. С. 28-41.

25. Воропай Н.И., Массель J1.B. ИТ-инфраструктура системных исследований в энергетике и предоставление ИТ-услуг. / Известия АН — Энергетика — №3, 2006. — С. 86-93.

26. Массель JI.B. Развитие информационных технологий: настоящее и будущее / Современные подходы к анализу и обработке информации. — Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2000. — С.6-18.

27. Болдырев Е.А. Моделирование и разработка расширяемого программного комплекса для исследований проблемы энергетической безопасности / Автореферат дисс. на соискание степени канд. техн. наук. — Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2002. 27 с.

28. Черноусов A.B. Модели, методы и базовые программные компоненты для создания вычислительной инфраструктуры в исследованиях энергетики / Автореферат дисс. на соискание степени канд. техн. наук. — Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2008. 24 с.

29. Фартышев Д.А. Методика построения и разработка многоагентного программного комплекса для исследований проблемы энергетической безопасности / Автореферат дисс. на соискание степени канд. техн. наук. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2009. - 26 с.

30. Меренков А.П., Ощепкова Т.Б., Сумароков C.B. и др. Оптимальный синтез многоконтурных систем с нагруженным резервированием / Системы энергетики тенденции развития и методы управления. Т.1. — Иркутск: СЭИ СО АН СССР, 1980. - С.180-192.

31. JI.C. Беляев, Г.В. Войцеховская, В.А. Савельев и др. Системный подход при управлении развитием электроэнергетики — Новосибирск: Наука, Сиб. отд-ние, 1980. 240 с.

32. Абасов H.A. Представление данных, программ, знаний в среде ЗИРУС / СППР для исследования и управления энергетикой. — Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1997. — С. 110-125.

33. Абасов Н.В. Резников А.П. Гибридная информационно-прогностическая система / СППР для исследования и управления энергетикой. — Новосибирск: Наука. Сиб. предприятие РАН, 1997. — С. 157-168.

34. Воропай Н.И., Массель JI.B. ИТ-инфраструктура системных исследований в энергетике и предоставлении ИТ-услуг.

35. Болдырев Е.А. Современные архитектуры построения программных комплексов / под ред. Массель JI.B. — Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2001. 54 с.

36. Горнов А.Ю. Вычислительная технология и инструментальные средства решения задач оптимального управления / Автореферат диссертации на сосикание степени д.т.н. — Иркутск: ИДСТУ СО РАН, 2007. -42 с.

37. Горнов А.Ю. Вычислительные технологии решения задач оптимального управления. — Новосибирск: Наука, 2009. — 278 с.

38. Джексон П. Введение в экспертные системы (3-е изд.) — М.:Вильямс, 2001. — 624 с.

39. Джозеф Джарратано, Гари Райли. Экспертные системы: принципы разработки и программирование: Пер. с англ. — М.:Вильямс, 2006. — 1152 е.: ил.

40. Искусственный интеллект: в 3 кн. — М.: Радио и связь, 1990. — Кн.1: Системы общения и экспертные системы: Справочник / под.ред. Э.В. Попова. — 464 с.

41. Левин Р., Дранг Д., Эделсон Б. Практическое введение в технологию искусственного интеллекта и экспертных систем с иллюстрациями на Бейсике: Пер. с агл. — М.: Фиансы и статистика, 1990. — 239 с.

42. Представление и использование знаний: Пер. с яп. / под ред. X. Уэно, М. Исидзука — М.: Мир, 1989. — 220 с.

43. Приобретение знаний: Пер. с яп. / под ред. С. Осуги, Ю. Саэки. — М.: Мир, 1990. 304 с.

44. Таунсенд К., Фохт Д. Проектирование и программная реализация экспертных систем на персональных ЭВМ: Пер. с англ. — М.: Финансы и статистика, 1990. — 320 с.

45. Уотермен Д. Руководство по экспертным системам: Пер. с англ. — М.: Мир, 1989. 388 с.

46. Экспертные системы: Состояние и перспективы / Под ред. Д.А. Поспелова. — М.: Наука, 1989. -152 с.

47. Крисевич B.C., Кузьмич Л.А., Шиф A.M. и др. Экспертные системы для персональных компьютеров: Методы, средства, реализации: Справ, пособие — Минск: Выш. шк., 1990. — 197 с.

48. Элти Дж., Кумбс М. Экспертные системы: концепции и примеры: Пер. с англ. — М.: Финансы и статистика, 1987. — 191 с.

49. Башлыков А.А., Еремеев А.П. Экспертные системы, поддержка принятия решений в энергетике. — М.:МЭИ, 1994 — 213 с.

50. Э.В. Попов, И.Б. Фоминых, Е.Б. Кисель, М.Д. Шалот. Статические и динамические экспертные системы. — М: Финансы и статистика, 1996. 319 с.

51. Демьянчик А.П., Массель JI.B. Экспертная система задания сценариев чрезвычайных ситуаций в исследованиях проблемы энергетической безопасности / Материалы VIII Всероссийского семинара «Нейроин-форматика и её приложения». — Красноярск, 2000. —с. 55-56

52. Частиков А. П., Гаврилова Т. А., Белов Д. JI. Разработка экспертных систем. Среда CLIPS. — СПб.: БХВ-Петербург, 2003. — 608с.: ил.

53. Charles L. Forgy. RETE: A fast algorithm for the many pattern / many object pattern match problem. / Artificial Intelligence. — 1982, V.19, #1. pp. 17-37.

54. Майерс Г. Надёжность программного обеспечения. — М.:Мир, 1980. — 360 с.

55. Липаев В.В. Надёжность программных средств. — М.:СИНТЕГ, 1998. — 232 с.

56. Е. W. Dijkstra. The structure of "THEmultiprogramming system. / Comm. ACM, Vol. 11, No. 5, May 1968, pp. 341-346.

57. D. Parnas. On the criteria to be used in decomposing systems into modules. / Communica-tions of the ACM, 15(12):1053-1058.

58. R.C.Holt. Structure of Computer Programs: A Survey / Proceedings of the IEEE, 1975, 63(6). P. 879-893

59. Yourdon, E., and Constantine, L. Structured Design: fundamentals of a discipline of computer program and systems design. Englewood Cliffs, NJ: Prentice-Hall, 1979.

60. E.A. Жоголев. Система программирования с использованием библиотеки подпрограмм. / Система автоматизация программирования. — М. : Физматгиз, 1961.

61. Ф.Я. Дзержинский, А.И. Тер-Сааков. Технология программирования -структурный подход. — М.: Цнииатоминформ, 1978.

62. М.М. Горбунов-Посадов. Конфигурации программ. Рецепты безболезненных изменений. — 2-е изд., испр. и доп. — М.: Малип, 1994

63. Recommended Practice for Architectural Description of Software-Intensive Systems, ANSI/IEEE Std 1471-2000

64. Зубкова T.M. Технология разработки программного обеспечения. Оренбург: ГОУ ОГУ, 2004. 101 с. /

65. Page-Jones, М. The Practical Guide to Structured Systems Design. Englewood Cliffs, NY: Yourdon Press, 1988.

66. Stevens, W., Myers, G., and Constantine, L. Structured Design / IBM Systems Journal, Vol. 13(2), 1974, pp. 115-139.

67. Орлов C.A. Технологии разработки программного обеспечения. СПб.:Питер, 2002. 322 с.

68. Halstead, М.Н. Software Physics Comparison of a Sample Program in DSL Alpha and COBOL, IBM, Res.R. RJ1460, San Jose CA, 24, 1974.

69. Tilley, S.R., Smith, D.B. Perspectives on Legacy System Reengineering, SEI, 1999

70. Robert S. Arnold Software Reengineering, IEEE Computer Society Press, 1993

71. Хаммер M., Чамп Д. Реинжиниринг корпорации. Манифест революции в бизнесе. — М.:Манн, Иванов и Фербер, 2007. — 288 с.

72. Н. М. Абдикее, Т. П. Данько, С. В. Ильдеменов, А. Д. Киселев Реинжиниринг бизнес-процессов. — М.:Эксмо, 2007. — 592 с.

73. Майк Робсон, Филип Уллах Реинжиниринг бизнес-процессов. — М.:Юнити, 2003. — 222 с.

74. Пегги Уотт. Информация в мэйнфреймах приобретает графический вид / Сети — 1997. — №6.

75. The American Heritage Dictionary of the English Language (AHD). — Boston:Houghton Mifflin, 2009.

76. Perspectives on Legacy System Reengineering. Reengineering CenterSoftware Engineering Institute Carnegie Mellon University, 1995.

77. A. Sellink, H. Sneed, C. Verhoef Restructuring of COBOL/CICS Systems, Proceedings of the Third European Conference on Maintenance and Reengineering, 1999

78. Рич Ниебаум. Мэйнфрейм в Web / LAN — 1998. — № 3.

79. Новичков Александр. Метрики кода и их практическая реализация в IBM Rational ClearCase. Электронный ресурс. — Режим доступа: http:/www.ibm.com/developerworks/ru/edu/0108novich/index.html

80. Н. Ильичев, В. Серов, А. Кулешов, О. Михалева CADmaster 36/1.2007 (январь-март)

81. Ковалёв Г. Ф., Лебедева JI. М. Модель оценки надёжности электроэнергетических систем при долгосрочном планировании их работы. / Электричество, 2000, №.11, с. 17-24.

82. Подкаменный Д.В. Методика адаптации унаследованных систем и ее инструментальная поддержка / Информационные технологии в науке и управлении / Труды XIII Байкальской Всероссийской конференции, ч. 2. Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2008. - С. 211-219.

83. Подкаменный Д.В. Выбор и адаптация системного программного обеспечения для исследования проблемы энергетической безопасности / Системные исследования в энергетике (Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН, вып.30). — Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2000. — С.294-300.

84. Эйнджел Д. Промежуточное программное обеспечение / Network Magazine. — 1999. — № 11.

85. Подкаменный Д.В. Генераторы лексических и грамматических анализаторов / Тезисы докладов школы-семинара молодых ученых «Математическое моделирование и информационные технологии : состояние и перспективы». Иркутск : ИДСТУ СО РАН, 2001. - С. 15-16.

86. Подкаменный Д.В. Разработка сервера приложений для решения задач исследования проблем энергетической безопасности / Системные исследования в энергетике. (Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН, вып. 31 ). — Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2001. С.249-256.

87. Подкаменный Д.В. Интернет-технология решения задач оптимального управления с использованием вычислительного ядра OPNCON-2 / Системные исследования в энергетике (Труды молодых ученых ИСЭМ СО РАН, вып. 32).- Иркутск: ИСЭМ СО РАН, 2002.- С. 295 -300.

88. Подкаменный Д.В. Web-приложение для решения задач оптимального управления / Тезисы докладов Школы-семинара «Математическое моделирование и информационные технологии. — Иркутск: ИДСТУ СО РАН, 2002. С. 27.

89. Массель J1.B., Болдырев Е.А., Горнов А.Ю. Подкаменный Д.В. и др. Интеграция информационных технологий в системных исследованиях энергетики: Под ред. Н.И. Вороная. — Новосибирск: Наука, 2003. — 320 с.

90. IEEE Std 1219-1992, IEEE Standard for Software Maintenance (ANSI)

91. Горнов А.Ю., Диваков A.O. Комплекс программ «OPTCON» для численного решения задач оптимального управления. Руководство пользователя / Отчет по х/д № 32/90. Иркутск, 1990. — 47 с.

92. Федоренко Р.П. Приближенное решение задач оптимального управления / М.: Наука, 1978. — 488 с.

93. Ройтенберг Я.Н. Некоторые задачи управления движением. — М.:Физматгиз, 1963. — 140 е.: ил.

94. Евтушенко Ю.Г. Методы решения экстремальных задач и их применение в системах оптимизации / М.: Наука, 1982. — 432 с.

95. Тятюшкин А.И. Численные методы и программные средства оптимизации управляемых систем / Новосибирск: Наука, 1992.-193с.

96. Michael С. Ferris, Michael P. Mesnier and Jorge J. More NEOS and Condor: solving optimization problems over the Internet ACM Transactions on Mathematical Software / Volume 26 , No. 1 (Mar. 2000), pp. 1-18.

97. Michel Kay. XSLT Programmer's Reference. — Wrox Press, 2000. — 759 pages

98. Erich M. Burke. Java and XSLT. — O'Reilly, 2001. — 528 pages

99. Холзнер С. XSLT библиотека программиста. — СПб.: Питер, 2002. — 544 е.: ил.

100. Даконта М., Саганич A. XML и Java 2 Библиотека программиста. — СПб.: Питер, 2001. — 384 е.: ил.

101. Paul Kirnmel. Advanced С# programming. — McGraw-Hill/Osborne, 2002. — 578 pages.

102. Хохгуртль Б. С# и Java: межплатформенные Web-сервисы. — М.:Кудиц-образ, 2004. — 416 с.

103. Курняван Б. Создание web-приложеиий на языке Java с помощью сервлетов, JSP и EJB. — М.:Лори, 2009. — 880 е.: ил.

104. Марко Беллиньясо. Разработка Web-приложений в среде ASP.NET 2.0: задача — проект — решение. — М.:Диалектика, 2007. —640 е.: ил.

105. Дейтел X. Как програмировать для Internet и WWW. — М:Бином. Лаборатория знаний, 2002. — 1184 с.:ил.

106. Аншина М. Сервер приложений — не пуп Земли? / Открытые системы. —2000. — № 5-6. — С. 64-70.

107. Семихатов С. Технологии WWW, Corba и Java в построении распределенных объектных систем, 1999. Электронный ресурс. — Режим доступа: http:/khpi-iip.mipk.kharkiv.edu/library/extent/prog/msc/www.html

108. Object management group. The common object request broker: Architecture and specification. Rev.2.2, February 1998.

109. Оберг Р.Д. Технология COM+. Основы и программирование. Практическое руководство. ■— М.: Вильяме, 2000. — 480 с.

110. Pulier Е., Taylor Н. Understanding enterprise SOA. — Greenwich.: Manning Publications Co, 2006. — 242 c.

111. Foster I., Kesselman C., Tuecke S. The Anatomy of the Grid: Enabling Scalable Virtual Organizations. International J. Supercomputer Applications, 15(3), 2001.

112. Channabasavaiah K., Holley K., Tuggle E.M. Migrating to a service-oriented architecture / IBM, 2003.

113. Sapir J. Will Web services and SOA change the development world? / Электронный ресурс. — Режим доступа: www.TechRepublic.com, August 2003.

114. Боггс Уэнди, Боггс Майкл. UML и Rational Rose. — М.:Лори, 2008. — 580 е.: ил.

115. Розанов М.Н., Кучеров Ю.Н. Модель анализа надежности основных сетей ЕЭЭС, содержащих передачи постоянного тока / Анализ и оптимизация надежности объединенных энергосистем. —Фрунзе, 1985. — С. 44-46.

116. Кэйт Хэвиленд, Дайна Грэй, Бен Салама Системное программирование в UNIX. Руководство программиста по разработке ПО. Пер. с англ. М.: ДМК Пресс, 2000. - 386 с.

117. Медведовский И.Д., Семьянов П.В., Леонов Д.Г. Атака на Internet -3-е изд., стер. — М.: ДМК Пресс, 2000. — 336 с.

118. Биллиг В.А. Средства разработки VBA-программиста. Офисное программирование. Том 1. — М.: Издательско-торговый дом "Русская Редакция 2001. 480 с.

119. Горнов А.Ю., Касимов Н.Г., Кучеров Ю.Н. Оптимизация управления в динамических режимах ЭЭС, содержащих элементы постоянного тока. Надежность при управлении развитием и Функционированием электроэнергетических систем. — Иркутск: СЭИ, 1988. — С. 200-208.