Проектирование ядра информационной системы экономического производственно-энергетического кластера угольной промышленности

составляет класс Step, в котором содержится класс Document, отвечающий за структуру проекта виртуального тренажера. Каждый компонент оборудования тренажера имеет свой класс и присущий ему набор свойств и методов. За ведение истории действий пользователя отвечает класс Log. Также в системе описаны классы Serialize (для сериализации документов) и NetUtilits (для проверки доступности узлов и реализации команды ping) (рис. 3, 4).

Визуальные модели все более широко используются при проектировании систем, сложность, масштабы и функциональность которых постоянно возрастают. Они хорошо приспособлены для решения таких часто возникающих при создании систем задач, как физическое перераспределение вычислений и данных, обеспечение параллелизма вычислений, обеспечение безопасности доступа к ИС, оптимизация балансировки нагрузки ИС, устойчивость к сбоям и т.п.

В зависимости от сложности предметной области, квалификации проектировщика и качества вспомогательных программных средств, процесс проектирования информационных систем на основе UML может значительно ускорить и упростить процесс проектирования. Этап диаграммного моделирования обеспечивает такие преимущества, как обнаружение и исправление логических неточностей на раннем этапе проектирования. Созданные диаграммы в дальнейшем составляют часть документации программного продукта. Визуализированные средства UML модели ИС обеспечивают ясность представления выбранных архитектурных решений и позволяют понять разрабатываемую систему во всей ее полноте.

Литература

1. Фаулер, М. UML. Основы: Краткое руководство по стандартному языку объектного моделирования: пер. с англ. / М. Фаулер. - 3-е изд. - СПб.: Символ-Плюс, 2004. - 192 с.: ил.

2. ГОСТ 34.003-90. Автоматизированные системы. Термины и определения. - Взамен ГОСТ 24.003-84, ГОСТ 22487-77; введ. 1992-01-01. -М.: Изд-во стандартов, 1991.- 21 с.

3. ГОСТ 34.601-90. Автоматизированные системы. Стадии создания. - Введ. 1992-01-01. - М.: Издательство стандартов, 1991. - 8 с.

4. Информационная технология. Комплекс стандартов и руководящих документов на автоматизированные системы: ГОСТ 34.201-89, ГоСт 34.602-89, РД 50-682-89. - Введ. 199001-01. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 32 с.

5. Мищук, А, Применение UML в жизненном цикле проектов [Электронный ресурс] / А. Мищук. - 2009. - Режим доступа: http://www.interface.ru/fset.asp?Url=/rational/umlob.htm

УДК 541.662:04.004

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЯДРА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ЭКОНОМИЧЕСКОГО ПРОИЗВОДСТВЕННО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО КЛАСТЕРА

УГОЛЬНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Кураков Юрий Иванович, д.т.н., профессор, заведующий кафедрой "Естественнонаучные дисциплины", ШИ

им. М.И. Платова, xsl@list.ru

Каждая организация или группа компаний в настоящее время использует единую корпоративную информационную систему для удовлетворения информационных потребностей.

В данной статье рассматривается вопрос проектирования ядра информационной системы, автоматизирующей деятельность группы предприятий угольной промышленности, организованных в экономический кластер с целью повышения общей рентабельности и

67

снижения себестоимости конечного продукта. В работе освещена структура экономического кластера, описана необходимость наличия отдельных звеньев и определена номенклатура выпускаемой продукции, получаемой при глубокой переработке углеродсодержащих ископаемых. В конце статьи представлена UML-диаграмма классов, составляющих ядро информационной системы экономического производственно-энергетического кластера угольной промышленности.

На наш взгляд, экономически целесообразно организовать производственнотехнологический кластер по добыче и глубокой переработке угля на основании схемы, представленной на рис. 1. Схема построена на основе многолетних научных исследований, выполненных одним из авторов статьи [1-5]. Объем статьи не позволяет подробно рассмотреть рисунок, поэтому опишем его лишь кратко.

Экономический производственно-энергетический кластер по добыче и переработке угля

Рис. 1 - Структурный план организации экономического производственно-энергетического кластера

Выданная нагора горная масса кроме угля всегда содержит определенное количество породы. Кроме того, большое количество породы образуется при подготовительных работах (нарезание лав, проходке штреков, бремсбергов и др). Первичная переработка горной массы осуществляется на обогатительной фабрике. Отделённая от угля порода используется для производства аглопорита, сульфата алюминия.

Порода угольных шахт содержит широкий спектр различных химических соединений и элементов. Это германий и редкоземельные элементы, железная руда, глинозём для производства бокситов. Из обогатительной фабрики порода транспортируется в цех по её переработке, который относится к комбинату углеродных изделий.

После обогатительной фабрики и передела на стадии отмыва антрацита от угольной пыли (производство гидроантрацита, т.е. фильтранта) штыб и шлам попадает в цех брикетирования. Брикет угольный представляет собой смесь компонентов: штыб

антрацитовый, шлам антрацитовый, шлам каменноугольный и связующие элементы. В качестве связующего элемента можно применить каменноугольный пек, нефтяной пек, некоторые полимеры.

При добыче и обогащении углей образуются отходы - это шламы и тонкие мелкодисперсные и высокозольные продукты, содержащие от 30 до 80% органической массы, на основе которой изготавливают водоугольное топливо.

68

Водоугольное топливо (ВУТ) разработано и внедрено в промышленном масштабе в США, Италии, Японии, Германии, Польше, Китае, Швеции и других государствах в 60-е годы прошлого столетия.

Водоугольные суспензии являются одной из оптимальных форм нового вида топлива. В качестве добавок, улучшающих физические свойства суспензий, предлагаются в основном соединения четырех типов: 1 - анионные ПАВ (поверхностно-активное вещество); 2 -неионногенные ПАВ; 3 - сополимеры на основе акриловой кислоты, полиэфирные соединения и др., 4 - щелочные добавки.

Шламообразование на угледобывающих предприятиях происходит за счет того, что шахтным водопритоком мелкие частицы угля из подготовительных и очистных забоев, из транспортных выработок выносятся в водоотливные камеры и далее с шахтной водой выдаются в отстойники. На обогатительных фабриках шламообразование происходит при некачественных процессах обогащения, осветления, классификации и обезвоживании мелких классов угля (- 0,5 мм составляет до 90%). Выход шламов достигает 10% от общего объёма перерабатываемого угля.

Низкозольные шламы можно использовать как сырьё для шихтования или компонента концентрата, как сырьё для изготовления брикетов или получения ВУТ. Цена ВУТ в 2-4 раза меньше цены мазута.

Примером топливно-энергетического кластера с технологией глубокой переработки антрацита могло бы послужить предприятие, образованное путём объединения таких организаций, как ЗАО «Сибирский антрацит» (которое в настоящее время занимается лишь добычей антрацита) и завода НовЭЗ, занимающегося глубокой переработкой углеродсодержащих материалов.

Перейдем к рассмотрению реализации программного обеспечения для экономического кластера. В настоящее время наибольшую популярность получила разработка в соответствии с принципами MDA (Model Driven Architecture), предполагающими наличие развитой метамодели объектной системы, интерпретируемой при выполнении приложения. Реализация метамодели, используемая при реализации ядра кластера, описана в работах [6-7] и представлена в виде диаграммы классов языка UML на рисунке 2.

Базовым классом рассматриваемой иерархии является MetaModelltem, который содержит общие свойства и методы, характерные для всех элементов метамодели. Основное свойство описываемого класса содержит тип самого элемента и используется многократно для получения метаинформации. Элементы метамодели, которые должны иметь название и заголовок (класс, атрибут класса, ассоциация и т.п.) унаследованы от CaptionedMetaModelltem. Для представления различных классов системы используется корневой абстрактный класс Class.

В системе предусмотрено два вида наследования. Первое предполагает простое наследование классов без возможности добавления атрибутов пользователем. Данный тип наследования может использоваться классами лингвистического транслятора, который предполагает создание иерархии классов, представляющей элементы русского языка (например, морфемы). Для решения описанной задачи введён абстрактный класс SimpleInheritanceClass.

Для реализации классического наследования, предполагающего добавление как унаследованных классов, так и определения имеющихся атрибутов, используются производные от CustomAttributedClass классы. В частности реализованный (неабстрактный) DomainClass класс введён для реализации сущностей предметной области, каждая из которых может быть унаследована от нескольких базовых. Множественное наследование позволяет проектировать более гибкие системы, автоматизирующие широкий спектр прикладных предметных областей. Например, при проектировании классов, представляющих некоторые товары, может потребоваться реализовать их структуру в виде

69

дерева. Т.е. необходимо одновременно наследоваться от базового класса представляющего товар, и от системного класса, представляющего древовидную структуру.

70

При проектировании иерархии атомарных литеральных типов (целых чисел, строк, дробных чисел и т.п.) используется общий подход, подробно описанный в работе [7]. Однако с целью упрощения процесса рефакторинга было принято решение о сокращении набора классов и применение параметризованных типов (Generic в языке C#). Корневым является класс AbstractAttribute, от которого унаследованы SystemAttribute и ConcreteAttribute. Первый используется для описания атрибутов системных классов, которые не могут редактироваться или добавляться пользователем. Второй представляет непосредственно атрибуты, добавляемые пользователем в режиме выполнения приложения.

Базовый параметризованный класс TypedAttribute является корневым для всех атрибутов, у которых параметр типа выступает в качестве типа данных для значения атрибута. Абстрактный класс SimpleTypedAttribute выступает корнем иерархии атомарных литеральных типов. В свою очередь ClassedValueAttribute выступает корнем для всех атрибутов, значениями которых выступает объект определенного класса.

Для представления связей между классами используется механизм ассоциаций языка UML [7], для реализации которого выделен класс Association. В системе предусмотрена возможность описания только бинарных связей, т.к. для них проще всего определить кратность каждого участника. Поэтому для представления отдельного края ассоциации используется экземпляр класса AssociationEnd.

С глобальной точки зрения, представленная метамодель позволяет описать любую предметную область, в том числе и экономический кластер. На рис. 3 представлена иерархия классов экономического угольно-энергетического кластера, для проектирования которой использовалась описанная метамодель.

у TerritoryObject & ^ у BaseNamedDomainClass & ^

Interface Interface

-Ф IBaseRunTimeTreeNodeDomainClass -fr IBaseRunTimeDomainClass

IBaseRunTimeDomainClass

Nodes 0 Properties

Properties A Name

A Owner ^ )

\ £

A Terr,itorу Objected

A Activity5

у TerritoryObjectKind Interface & ^

-fr BaseNamedDomainClass

Properties A TerritoryObjects 4 J

Organization £

Interface

-fr BaseNamedDomainClass 0 Properties

A Activity's

A Organize tion aiForm

Activity

Interface

-* IBaseRunTimeDomainClass

Properties A Product A Territory Object ^____________________

A Organization

J

A

A Nodes J!

у OrganizationalForm Interface & ^

-fr BaseNamedDomainClass

0 Properties A Organizations V i

Л

A Activity Kind

A Activitys

ActivityKind :

Interface

-fr BaseCodedTreeNodeDomainClas

Properties

A Activity?

A Owner

BaseCodedTreeNodeDomainClass

Interface

-fr IBaseRunTimeTreeNodeDomainClass “^IBaseRunTimeDomainClass

Properties A Code

I

A Nodes

Product ;

Interface

-fr BaseCodedTreeNodeDomainClas

0 Properties A Owner

Рис. 3 - Иерархия классов экономического производственно-энергетического кластера

Рассмотрим изображённую иерархию более подробно. Для представления территориальных объектов создан класс TerritoryObject. Класс TerritoryObjectKind описывает виды территориальных объектов: страна, округ, город и т.п. Для представления

поставщиков/потребителей углеродсодержащих материалов используется класс Organization, а для организационно-правовой формы - класс OrganizationForm. Для сохранения информации о товарах и услугах введён класс Product, структура которого соответствует

71

Общероссийскому классификатору продукции. Каждая организация одновременно может быть поставщиков одного вида продукции и потребителем другого. Для унифицированной реализации подобной структуры выделено два класса: 1) ActivityKind - для описания видов деятельности (продажа, производство, логистика и т.п.); 2) Activity - для непосредственного описания деятельности (например, указания конкретного антрацита, выработанного на определённой угольной шахте в конкретном населенном пункте). Одной из ключевых особенностей объектно-ориентированного проектирования является наследование, предоставляющее возможность выделения базовых абстрактных классов, содержащих общие свойства, для производных классов. Так, класс BaseNamedDomainClass содержит атрибут Name, содержащий название. Класс BaseCodedTreeNodeDomainClass содержит атрибут Code, используемый для сохранения кодов классификаторов.

Многие из представленных классов (TerritoryObject, Organization, Product, ActivityKind) необходимо организовать в древовидную структуру данных. Именно поэтому рассматриваемые классы унаследованы от системного класса IBaseRunTimeDomainClass, имеющегося в метамодели объектной системы [6-7]. Описанные действия привели к автоматической генерации свойства Nodes, содержащего дочерние (вложенные) узлы. Все выделенные ассоциации являются бинарными и двунаправленными. Т.е. каждый класс, участвующий в ассоциации, имеет атрибут, представляющий класс противоположного края ассоциации.

Представленная иерархия классов экономического кластера является базовым ядром разрабатываемой системы. В настоящий момент в систему заносится информация об угольных шахтах Ростовской области и обо всех ключевых потребителях

углеродсодержащих материалов. Дальнейшее развитие предполагает миграцию в сторону Веб-приложения и реализацию различных элементов личного кабинета пользователя, а также развитых средств поиска информации по введенным параметрам. Отметим, что представленная иерархия является унифицированной и позволяет автоматизировать деятельность экономического кластера для любой отрасли (а не только угольной).

В статье представлена структура экономического производственно-энергетического кластера глубокой переработки углеродсодержащих материалов. Детально описана номенклатура выпускаемой продукции, рассмотрена структура ядра единой управляющей информационной системы для автоматизации деятельности кластера.

Литература

1. Кураков Ю. И. Влияние отвалов угольных шахт на состояние атмосферы// Химия твердого топлива. - 2005. № 6. - С. 70-76.

2. Кураков Ю. И., Передерий М.А., Самофалов В.С. Углеродные молекулярные сита из антрацита// Изв.вузов. Сев.-Кавк. регион. Естеств.науки. Приложение. 2004. №1. - С.84-92.

3. Кураков Ю. И., Передерий М.А., Самофалов В.С. Дробленные и гранулированные сорбенты из антрацита// Химия твердого топлива. - 2004. № 3. - С. 46-59.

4. Кураков Ю. И. Износостойкость композитов на основе антрацитов. Изв. Вузов// Сев.-Кавк. регион . Техн. науки. Спец. выпуск. 2005. - С . 46 - 53.

5. Кураков Ю. И. Применение антрацитов Донбасса в ка-честве наполнителей электродных изделий// Химия твердого топлива. - 2006. № 3. - С. 68-76.

6. Олейник П.П. Иерархия классов метамодели объектной системы // Объектные системы - 2012: материалы VI Международной научно-практической конференции (Ростов-на-Дону, 10-12 мая 2012 г.) / Под общ. ред. П.П. Олейника. - Ростов-на-Дону: ШИ ЮРГТУ (НПИ), 2012. - С. 37-40.

7. Олейник П.П. Элементы среды разработки программных комплексов на основе организации метамодели объектной системы // Бизнес-информатика. 2013. №4(26). - С. 69-76.

72

УДК 681.3

МОДЕЛИРОВАНИЕ УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОНТОЛОГИИ

ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА

Никулин Валентин Валерьевич, ГОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина», Нижнетагильский технологический институт (фил.). Факультет экономики и менеджмента, кафедра информационных технологий, студент. Россия. Нижний Тагил.

dragovicntn@gmail.com

Пахмутов Александр Владимирович, ГОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина», Нижнетагильский технологический институт (фил.). Факультет экономики и менеджмента, кафедра информационных технологий, студент. Россия.

Нижний Тагил. fatalitytnt@gmail.com

Грегер Сергей Эдуардович, ГОУ ВПО «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н.Ельцина», Нижнетагильский технологический институт (фил.). Факультет экономики и менеджмента, кафедра информационных технологий, доцент. Россия. Нижний Тагил.

segreger@gmail.com

В процессе обучения все люди в разном темпе усваивают теоретический материал, подкрепленный простыми и сложными задачами. Некоторые понимают “на лету”, другим же требуются дополнительные усилия. В большинстве случаев такие усилия представляют собой применение теоретических знаний на практике. Без “наставника” это довольно трудоемкая работа.

Сейчас в Internet огромное количество ресурсов, предназначенных для подобной самоподготовки. В основном эти ресурсы представляют собой архивы заданий с онлайн-системой проверки результата или же огромные теоретические справочники, книги в web-представлении. Вышеупомянутые архивы заданий имеют один существенный недостаток. С их помощью пользователь нерационально изучает интересующий его материал, ему приходится самостоятельно искать нужные данные в книгах и на страницах интернета. Пользователь может не знать идею решения, а также о существовании альтернативных способов получения правильного ответа, и, помимо этого, не получает никаких советов в процессе самого решения задания.

В данной статье под учебным процессом подразумевается процесс самообучения с помощью поэтапного решения практических заданий, в ходе которого пользователь получает теоретические советы, рекомендации, формулы.

Цель работы - создать систему, предоставляющую пользователю банк задач (заданий), с дополнительными функциональными возможностями, которые будут решать следующие задачи:

• предоставление возможных алгоритмов решения;

• поэтапное сопровождение по алгоритму решения, с возможностью проверки промежуточных результатов;

• предоставление дополнительных статистических оценок сложности алгоритмов;

• В ходе работы были выделены следующие основные классы объектов (Рисунок 1):

• дисциплина;

• тема;

• задача (как основная информационная единица системы);

• алгоритм;

• стадия алгоритма.

Так же, перед реализацией системы необходимо разделить роли пользователей. Проиллюстрируем данное деление с помощью диаграммы прецедентов (Рисунок 2).

С помощью дополнительного модуля CMS Plone OntoEditor, созданного сотрудниками и студентами нашей кафедры, была спроектирована и реализована онтология.

73