Моделирование процессов создания, функционирования и развития прикладных автоматизированных систем на базе методологии автоматизации интеллектуального труда

УДК 621.7

Т. Б. Тюрбеева, Г. Д. Волкова, О. Г. Григорьев

МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СОЗДАНИЯ, ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ ПРИКЛАДНЫХ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ НА БАЗЕ МЕТОДОЛОГИИ АВТОМАТИЗАЦИИ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО ТРУДА1

Аннотация. Актуальность и цели. Целью работы является повышение эффективности процессов создания, функционирования и развития прикладных автоматизированных систем за счет разработки обобщенного нормативнометодического обеспечения этих процессов на базе методологии автоматизации интеллектуального труда. Материалы и методы. В процессе исследований и разработок использовались: оригинальная методология автоматизации интеллектуального труда, обеспечивающая промышленный способ создания прикладных автоматизированных систем, методы моделирования прикладных задач, подлежащих автоматизации, в рамках этой методологии и системный подход как инвариантное представление и моделирование различных процессов. Результаты. Исследованы, проанализированы особенности создания, функционирования и развития автоматизированных систем на базе методологии автоматизации интеллектуального труда и разработаны формальные описания модели для указанных процессов. Выявлены взаимосвязи между содержательными характеристиками рассматриваемых процессов, характеристиками среды этих процессов и содержательными характеристиками входных и выходных объектов на основе системного подхода и теории систем. Выводы. Проведенные исследования и моделирования особенностей создания, функционирования и развития прикладных автоматизированных систем на базе методологии автоматизации интеллектуального труда на основе существующей нормативной базы позволили установить специфику моделей функционирования автоматизированных систем.

Ключевые слова: прикладные системы, методология автоматизации интеллектуального труда, формальное описание.

T. B. Tyurbeeva, G. D. Volkova, O. G. Grigor'ev

MODELING OF THE PROCESSES OF CREATION, FUNCTIONING AND DEVELOPMENT OF APPLIED AUTOMATED SYSTEMS BASED ON THE METHODOLOGY OF AUTOMATION OF INTELLECTUAL LABOR

Abstract. Background. The aim of the study is to increase the efficiency of the creation, operation and development of the application of automated systems through the development of generalized regulations and methodologies of these processes on the basis of methodology of automation of intellectual labor. Materials and meth-

1 Данная статья подготовлена в рамках выполнения инициативного проекта №12-0700185 «Исследование и обоснование научно-методического обеспечения процессов создания, функционирования и развития прикладных автоматизированных систем на основе методологии автоматизации интеллектуального труда» по гранту РФФИ.

ods. In the process of research and development were used: the original methodology of automation of intellectual labor, which provides a way to create an industrial application of automated systems, methods of applied tasks modeling, subject to automation, as part of the methodology and a systematic approach as an invariant representation and modeling of different processes. Results. The authors investigated and analyzed the features of creation, operation and development of the automated systems based on the methodology of automation of intellectual labor, and developed formal descriptions of models to these processes. The researchers identified the relationships between the substantive characteristics of these processes, characteristics of the environment of these processes and meaningful characteristics of the input and the output objects based on a systematic approach and systems theory. Conclusions. Studies and modeling features of creation, operation and development of the automated systems for applications based on the methodology of automation of intellectual labor on the basis of existing regulatory framework allow to establish the specificity of models of the operation of the automated systems.

Key words: applied systems, methodology of automation of intellectual work, formal description.

В настоящее время для разработки прикладных автоматизированных систем (ПАС) используется широкий спектр инструментальных средств, поддерживающих определенные методологии создания автоматизированных систем различного назначения. Использование существующих методов и средств создания ПАС является не достаточно эффективным из-за ориентации их на представление и моделирование хорошо задокументированной информации, в то время как для многих автоматизированных систем (АС) процесс выявления/объективирования информации и знаний о задаче из памяти специалистов обусловливает одну из фундаментальных проблем автоматизации интеллектуального труда [1].

1. Моделирование процессов создания прикладных автоматизированных систем на базе методологии автоматизации интеллектуального труда

Исследование подходов к автоматизации производственных и управленческих задач, применяемых в них методов и используемых стандартов, регламентирующих процесс создания ПАС, определило необходимость их моделирования на основе системного подхода [2].

Одним из подходов в области автоматизации проектных и управленческих задач является разработанная на кафедрах «Информационные технологии и вычислительные системы» и «Когнитивные технологии проектирования» МГТУ «СТАНКИН» методология автоматизации интеллектуального труда (МАИТ).

Принципиальной особенностью МАИТ является то, что она обусловливает промышленный способ создания ПАС и обеспечивает формирование модельных представлений прикладных задач как инвариантных к программно-техническим средам и средствам их реализации, так и ориентированных на них, что позволяет достаточно быстро переводить автоматизированные комплексы на новые среды и средства реализации [3]. На рис. 1 схематично представлен процесс создания АС по МАИТ в соответствии с промышленным способом создания [4-7].

Рис. 1. Процесс создания автоматизированной системы по МАИТ

Модель процесса создания АС по МАИТ на основе системного подхода и теории систем имеет вид [8, 9]:

Бм =< ^, Xм, ч(Хм X q(Xм), Ям >,

где Yм =< Yм, Ям > - система этапов и действий (структура процесса создания) по МАИТ, в которой Yм - множество элементов системы, описывающих этапы и действия, Ям - множество связей между этапами и действиями;

X

Xм =< Xм, Ям > - система результатов или входных/выходных объектов по МАИТ, в которой Xм = Xмі и Xм2 - множество элементов системы, состоящее из подмножества модельных представлений Xмі и подмножества элементов системы документирования, описывающих документы разного

X

уровня сложности Xм2 по МАИТ, Ям - множество связей между этими m

объектами; ч^м) = ^ qi (Ум) - множество разнородных свойств элементов і=1

системы, описывающих структуру процесса создания АС по МАИТ;

т

q( Xм) = ^ Чі (Xм) - множество разнородных свойств элементов системы, і=1

описывающих систему результатов или входных/выходных объектов по

YX

МАИТ; Ям - множество связей между объектами модельных представлений, документирования, этапами и действиями.

С точки зрения теории систем систему Бм , описывающую процесс создания АС по МАИТ, необходимо дополнить параметрами, отражающими среду процесса создания. Формально это можно представить путем введения в систему Бм дополнительных компонентов и отношений:

Бм =< Бм, %БЯ, Ям > = < ^, XM, ч(Хм X 4(^ ), Ям , %БЯ, Ям > ,

где =< БЯ, ч(БЯ), Ябя > - структура, описывающая среду процесса создания АС по МАИТ, в которой БЯ - среда процесса создания АС по МАИТ, Ч(БЯ) - множество свойств элементов среды, Ябя - множество связей между

БЯ 2

элементами среды; Ям - множество связей между элементами системы Бм .

Среда процесса создания АС по МАИТ представляет собой объединение множеств, описывающих субъект, средства (как минимум, нормативнометодическое обеспечение) и временные ресурсы, что может быть описано как: SUB с SR,T с SR,NM с SR; SR = SUB иT и NM , где SUB - множество элементов среды, описывающее субъекта процесса создания АС (т.е. группу разработчиков АС, включая аналитиков, когнитологов, системотехников и других специалистов); T - временной ресурс процесса создания АС; Nm =< Nm , q(Nm ), Rm > - множество элементов среды, описывающее структуру элементов нормативно-методического обеспечения по МАИТ, в котором Nm - множество, описывающее элементы нормативнометодического обеспечения; q ( Nm ) - множество свойств элементов нормативно-методического обеспечения; RM - множество связей между элементами нормативно-методического обеспечения. Множество Nm представляет собой объединение нормативных документов разных уровней сложности:

нМ=U Н< , где Hi = [hjj} - множество нормативных документов на i-м i

уровне сложности.

Таким образом, Nm регламентирует структуру процесса создания автоматизированной системы YM, правила выполнения всех действий Ym , правила представления результатов Хм по МАИТ.

2. Моделирование процесса функционирования ПАС на базе МАИТ

Содержательной основой процесса проектирования АС является модель процесса ее перспективного функционирования. Модель процесса функционирования АС по МАИТ на основе системного подхода и теории систем имеет вид

F =< Yf ,XF, q(YF), q(XF),RF >,

y

где Yf =< Yf , Rf > - система автоматизированных процедур (структура процесса функционирования), в которой Yf - множество автоматизированных процедур, RF - множество связей между автоматизированными процедурами; Xf =< Xf , Rf > - система входов/выходов автоматизированных процедур, в которой Xf = Xfi u Xf2 - множество элементов системы, состоящее

из подмножества автоматизированных решений Xfi и подмножества отчет----------------------------------------------------- X

ных документов для автоматизированных решений Xf2 , Rf - множество

m

связей между этими объектами; q(Yp) = U qi (Yf ) - множество разнородных

i=l

свойств элементов системы, описывающих структуру процесса функциони-

т

рования; д(Хр) = ^ (Хр) - множество разнородных свойств элементов

;=1

системы, описывающих систему входов/выходов; Яр - множество связей между объектами и действиями.

С точки зрения теории систем систему р, описывающую процесс функционирования АС, необходимо дополнить параметрами, отражающими среду процесса функционирования. Формально это можно представить путем введения в систему р дополнительных компонентов и отношений:

Р2 =< р, Ъ^, Я|Я > = < Ур, Хр, д(¥р), д(Хр), Яр, ъ|К, я|Я > ,

БЯ Ъ

где 2р =< БЯр, д(БЯр), Яр > - структура, описывающая среду процесса

функционирования АС, в которой БЯр - среда процесса функционирования

АС; д(БЯр) - множество свойств элементов среды; Яр - множество связей

БЯ

между элементами среды; Яр - множество связей между элементами си-172

стемы р .

Среда процесса функционирования АС представляет собой объединение множеств, описывающих субъект, временные ресурсы и программнотехнические средства, что может быть описано как: БиВр с БЯр,

Тр с БЯр, РТБ с БЯр ; БЯр = БиВр и Тр и РТБ, где БиВр - множество элементов среды, описывающее субъекта процесса функционирования АС (т.е. системных администраторов, администраторов баз данных, прикладных пользователей и других специалистов); Тр - временной ресурс процесса

функционирования АС; РТБ =< РТБ, д(РТБ), ЯртБ > - система элементов, описывающих программно-технические средства процесса функционирования, в которой РТБ = РТБр и Ыр - множество элементов системы, состоящее из подмножества программно-технических средств РТБр и подмножества элементов системы, описывающих нормативно-методическое обеспечение по использованию программно-технических средств Ыр, где

РТБр = {ТО;; ПО;} (в свою очередь техническое обеспечение представляет собой множество аппаратных и сетевых компонентов ТО; = {АП;; СЕТ;} , а программное обеспечение представляет собой множество общих компонентов и прикладных ПО; ={ОБ^; ;} ; д(РТБ) - множество свойств элементов, описывающих программно-технические средства; ЯРТБ - множество связей между элементами, описывающими программно-технические средства.

Графическое представление модели процесса функционирования ПАС (по аналогии [10]) приведено на рис. 2.

3. Моделирование процесса развития ПАС на базе МАИТ

Бурное развитие программно-технических сред и средств автоматизации обусловливает необходимость моделирования процессов совершенство-

вания ПАС. Модель процесса развития АС по МАИТ на основе системного подхода и теории систем имеет вид

Р =< Ур, АХр, д(Ур), д(АХр), Яр >,

где Ур =< Ур, Яр > - система действий (структура процесса развития) по

МАИТ, в которой Ур - множество элементов системы, описывающих этапы

и действия, Яр - множество связей между этапами и действиями; АХр =

= <АХр, Яр > - система модифицированных результатов или входных/

выходных объектов по МАИТ, в которой АХр = АХр^ и АХр2 - множество элементов системы, состоящее из подмножества модифицированных модельных представлений АХр^ и подмножества элементов системы документирования, описывающих модифицированные документы разного уровня сложно---------- Х

сти АХр2 по МАИТ; Яр - множество связей между этими объектами;

т

д (Ур) = У д, (Ур) - множество разнородных свойств элементов системы, опи-

1=1

т

сывающих структуру процесса развития; д(АХр) = У дi (АХр) - множество

1=1

разнородных свойств элементов системы, описывающих систему модифицированных результатов или входов/выходов; Яр - множество связей между модифицированными объектами документирования, этапами и действиями.

1

£

ш

d

0

LU

Ї

1

ш

ХАРАКТЕРИСТИКИ СУБЪЕКТА, БиВ^

Процесс1 1 1

... 1 1 L 1

.... Процесс 1 1 1

flp"j рас п

ВЫХОДНЫЕ ОБЪЕКТЫ,

(J < х о о. о ш ш

t и

и

X

В2

< х

Ъ 1

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОГРАММНО-ТЕХНИЧЕСКИХ СРЕДСТВ, РТЗ

ТЕХНИЧЕСНЮЕ обеспечение: то, ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ, ПО.

и Н ш . IS si - Це ш 5 из 3 ш X Ш І її !|С h Ш м;

Рис. 2. Графическое представление формальной модели процесса функционирования АС

С точки зрения теории систем систему р, описывающую процесс развития АС, необходимо дополнить параметрами, отражающими среду процесса развития. Формально это можно представить путем введения в систему р дополнительных компонентов и отношений:

Р2 =<Р,2рЯ,> = <Ур,Хр,д(¥р),д(Хр),Яр,2рЯ,ЯрЯ >,

БЯ Ъ

где 2р =<БЯр, д(БЯр), Яр > - структура, описывающая среду процесса

развития АС по МАИТ, в которой БЯр - среда процесса развития АС по

МАИТ; д(БЯр) - множество свойств элементов среды; Яр - множество свя-

БЯ

зей между элементами среды; Яр - множество связей между элементами системы р2 .

Среда процесса развития АС представляет собой объединение множеств, описывающих субъект, средства (нормативно-методическое обеспечение и программно-техническое обеспечение) и временные ресурсы, что может быть описано как:

БиВр с БЯр, Тр с БЯр, Ыр с БЯр, рТБр с БЯр ;

БЯр = БиВр и Тр и Ыр и рТБр ,

где БиВр - множество элементов среды, описывающее субъекта процесса развития АС (т.е. группу разработчиков АС, включая аналитиков, когнитоло-гов, системотехников и других специалистов); Тр - множество элементов среды, описывающее характеристики временных ресурсов процесса развития АС; Ыр =< Ыр, д(Ыр), ЯЫ > - множество элементов среды, описывающее

структуру элементов нормативно-методического обеспечения по МАИТ, в котором Ыр - множество, описывающее элементы нормативно-методического обеспечения по МАИТ; д( Ыр) - множество свойств элементов нормативно-методического обеспечения по МАИТ; Я Ы - множество связей между элементами нормативно-методического обеспечения по МАИТ. Множество Ыр представляет собой объединение нормативных документов разных уровней сложности: Ыр = и Н? , где Нр = {Нр} - множество нормативных дог

кументов на /-м уровне сложности. Таким образом, Ыр регламентирует структуру процесса развития АС Яр , правила выполнения всех действий Ур, правила представления модифицированных результатов А Хр по МАИТ;

рТБр =< рТБ , д(рТБ ), Ярр^ > - система элементов, описывающих модифицированные программно-технические средства процесса развития АС по МАИТ, в которой рТБ = рТБр и АЫр - множество элементов системы, состоящее из подмножества программно-технических средств рТБр и подмножества элементов системы, описывающих модифицированные нормативно-методические документы по использованию программно-технических средств АЫр, где рТБр ={ТО/;ПО/} (в свою очередь, техническое обеспе-

чение представляет собой множество аппаратных и сетевых компонентов ТО/ = {АП/; СЕТ/} , а программное обеспечение представляет собой множество общих компонентов и прикладных ПО/ ={ОБ /; ПР/}; q( PTS) - множество свойств элементов, описывающих программно-технические средства; RpTS - множество связей между элементами, описывающими программнотехнические средства.

Таким образом, формальное описание процессов создания, функционирования и развития ПАС позволяет: рассматривать не только этапы и результаты для всех указанных процессов, но и учитывать среду выполнения этих процессов; детализировать среду протекания процессов в виде организационной структуры, аппаратных средств, программных систем и нормативных документов и их увязку; использовать описание процессов на базе МАИТ для анализа и сопряжения различных подходов к автоматизации прикладных задач.

Список литературы

1. Проблематика нормативного обеспечения процессов создания и развития прикладных автоматизированных систем / Г. Д. Волкова, О. Г. Григорьев, О. В. Новоселова, Л. В. Григорьева, Т. Б. Тюрбеева // Veda a vznik - 2012/2013: materialy IX mezinarodni vedecko-prakticka conference. - Dil 33. Modemi informacni technolo-gie. - Praha : Publishing House «Education and Science» s.r.o, 2013. - С. 12-16.

2. Исследование методов и подходов при создании автоматизированных систем различного назначения / О. Г. Григорьев, Г. Д. Волкова, О. В. Новоселова, Л. В. Григорьева, Т. Б. Тюрбеева // Съвременни технологии на информации. - София : Бял ГРАД-БГ, 2012. - С. 7-12.

3. Волкова, Г. Д. Развитие методологии автоматизации интеллектуального труда как теоретической основы создания прикладных автоматизированных систем / Г. Д. Волкова // Информационные технологии и вычислительные системы. -

2006. - № 1. - С. 105-117.

4. Волкова, Г. Д. Методология автоматизации интеллектуального труда. Часть 1 / Г. Д. Волкова // Межотраслевая информационная служба. - 2009. - № 1 (150). -С. 4-30.

5. Волкова, Г. Д. Методология автоматизации интеллектуального труда. Часть 2 / Г. Д. Волкова // Межотраслевая информационная служба. - 2009. - № 2 (147). -С. 9-20.

6. Волкова, Г. Д. Методология автоматизации интеллектуального труда. Часть 3 / Г. Д. Волкова // Межотраслевая информационная служба. - 2009. - № 3 (148). -С. 10-23.

7. Волкова, Г. Д. Методология автоматизации интеллектуального труда. Часть 4 / Г. Д. Волкова // Межотраслевая информационная служба. - 2010. - № 4 (149). -С. 15-30.

8. Пpо тасова, С. В. Анализ и концептуальное моделирование взаимосвязей проектных и управленческих функций в деятельности проектно-конструкторской организации / С. В. Протасова, Г. Д. Волкова // Технология машиностроения. -

2007. - № 2. - С. 83-85.

9. Волкова, Г. Д. Особенности разработки средств поддержки управления проектами при создании САПР машиностроительного назначения / Г. Д. Волкова, Д. А. Володин // Технология машиностроения. - 2007. - № 2. - С. 66-68.

10. Протасова, С. В. Разработка метода и средств поддержки взаимосвязанного моделирования проектных и управленческих процессов при автоматизации дея-

тельности проектно-конструкторской организации : автореф. дис. ... канд. техн. наук / Протасова С. В. - М., 2007. - С. 17-18.

References

1. Volkova G. D., Grigor'ev O. G., Novoselova O. V., Grigor'eva L. V., Tyurbeeva T. B. Уёёа a vzn/k - 2012/2013: mater/aly IX mez/narodn/ уёёвскв-ргаЫска conference. -D/l 33. Moderni informacni technologie. Prague: Publishing House "Education and Science" s.r.o, 2013, рр. 12-16.

2. Grigor'ev O. G., Volkova G. D., Novoselova O. V., Grigor'eva L. V., Tyurbeeva T. B. S"vremenn/ tekhnolog// na /nformats// [Modern technologies of information]. Sofiya: Byal GRAD-BG, 2012, рр. 7-12.

3. Volkova G. D. Informats/onnye tekhnolog// / vych/sl/tel’nye s/stemy [Information technologies and computing systems]. 2006, no. 1, рр. 105-117.

4. Volkova G. D. Mezhotraslevaya /nformats/onnaya sluzhba [Interindustrial information service]. 2009, no. 1 (150), рр. 4-30.

5. Volkova G. D. Mezhotraslevaya /nformats/onnaya sluzhba [Interindustrial information service]. 2009, no. 2 (147), рр. 9-20.

6. Volkova G. D. Mezhotraslevaya /nformats/onnaya sluzhba [Interindustrial information service]. 2009, no. 3 (148), рр. 10-23.

7. Volkova G. D. Mezhotraslevaya /nformats/onnaya sluzhba [Interindustrial information service]. 2010, no. 4 (149), рр. 15-30.

8. Ppotasova S. V., Volkova G. D. Tekhnolog/ya mashmostroemya [Technology of machine building]. 2007, no. 2, рр. 83-85.

9. Volkova G. D., Volodin D. A. Tekhnolog/ya mashmostroemya [Technology of machine building]. 2007, no. 2, рр. 66-68.

10. Protasova S. V. Razrabotka metoda / sredstv podderzhk/ vza/mosvyazannogo model/rovan/ya proektnykh / upravlenchesk/kh protsessov pr/ avtomatizatsu deya-tel’nost/ proektno-konstruktorskoy orgamzatsu: avtoref d/s. kand. tekhn. nauk [Development of the method and means of support of interrelating modeling of project and management processes in project-construction organization’s activity automation: author’s abstract of dissertation to apply for the degree of the candidate of engineering sciences]. Moscow, 2007, pp. 17-18.

Тюрбеева Татьяна Борисовна

аспирант, Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

E-mail: ^^©stankinru

Волкова Галина Дмитриевна

доктор технических наук, профессор, кафедра информационных технологий и вычислительных систем, Московский государственный технический университет «СТАНКИН»

E-mail: ^^©stankinru

Tyurbeeva Tat'yana Borisovna Postgraduate student, Moscow State Technological University "Stankin"

Volkova Galina Dmitrievna Doctor of engineering sciences, professor, sub-department of information technologies and computing systems, Moscow State Technological University "Stankin"

Григорьев Олег Георгиевич

доктор технических наук, главный научный сотрудник, кафедра информационных технологий и вычислительных систем, Московский государственный технологический университет «СТАНКИН»

E-mail: it_ktp@stankin.ru

УДК 621.7.06 Тюрбеева, Т. Б.

Моделирование процессов создания, функционирования и развития прикладных автоматизированных систем на базе методологии автоматизации интеллектуального труда / Т. Б. Тюрбеева, Г. Д. Волкова, О. Г. Григорьев // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. - 2013. - № 4 (28). - С. 189-198.

Grigor'ev Oleg Georgievich Doctor of engineering sciences, chief research scientist, sub-department of information technologies and computing systems, Moscow State Technological University "Stankin"