Рекуррентное метамоделирование в системных средах сапр
На правах рукописи
Черткова Елена Александровна
рекуррентное метамоделирование
в системных средах сапр
Специальность: 05.13.12 – Системы автоматизации проектирования
(информатика)
Автореферат
диссертация на соискание ученой степени
доктора технических наук
Москва – 2008
Работа выполнена в Московском государственном университете инженерной экологии (МГУИЭ)
Научный консультант: доктор технических наук, профессор
Ретинский Валерий Степанович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор
Артамонов Евгений Иванович
доктор технических наук, профессор
Солодовников Игорь Владимирович
доктор технических наук, профессор
Никольский Сергей Николаевич
Ведущая организация — ФГУП НИИ Автоматической аппаратуры им. В.С. Семенихина.
Защита состоится 26 марта 2009 г. в 14.00 часов в зале ученого совета на заседании диссертационного совета Д 212.133.03 при Московском государственном институте электроники и математики (технический университет) по адресу: 109028, Москва, Б. Трехсвятительский пер., д.3.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Московского государственного института электроники математики.
Автореферат разослан « ____ » ______________ 2009 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
к.т.н., доцент ________________ Ю.Л.Леохин
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Значимость процессов автоматизации проектирования и интенсификация работ в сфере внедрения CAD/CAM/CAE в различных отраслях промышленности предопределили появление новых технологий для создания систем автоматизированного проектирования (САПР) и подготовки производства. Важной задачей при внедрении новых технологий САПР является не только ускорение конструкторско-технологической подготовки производства, но и повышение квалификации и переподготовка персонала для эффективной эксплуатации новых технологий.
Одним из путей решения этой проблемы могло бы стать широкое внедрение информационной поддержки САПР в форме дистанционного предоставления учебных и методических материалов для проектировщиков в виде обучающих подсистем, разработанных для внедряемых или модифицируемых САПР. Обучающие подсистемы, предназначенные для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР, являются одним из видов обслуживающих подсистем, совокупность которых часто называют системной средой (или оболочкой) САПР. Крупные проекты в этой области характеризуют, как правило, большое количество функций, процессов, элементов данных и взаимосвязи между ними, а также наличие совокупности взаимодействующих информационных и программных компонентов, имеющих локальные задачи и цели функционирования.
В настоящее время разработка программного обеспечения для подсистем САПР осуществляется в основном традиционным способом программирования или с использованием инструментальных средств — универсальных и специализированных, ориентированных на создание приложений определенного класса. Этот инструментарий не решает всей совокупности проблем создания качественных обслуживающих подсистем САПР, в том числе и обучающих, в современных условиях возрастания сложности программного обеспечения, изменений программных платформ, бюджетных ограничений. Попытки улучшения существующих программных подсистем этим инструментарием в целях их адаптации к новейшим технологиям приводят к возникновению ряда технических и организационных проблем, связанных с необходимостью изменения требований и, соответственно, программного кода приложения. Таким образом, рост сложности и масштабов программного обеспечения в системных средах новых и модифицируемых САПР, возрастающая функциональность приложений, смена коммуникационных и операционных платформ потенциально обуславливают увеличение сроков разработки и трудозатрат, и, как следствие, стоимости конечного программного продукта для обслуживающей подсистемы САПР.
Проблемы создания качественного программного обеспечения для подсистем САПР носят как инвариантный, так и вариативный характер по отношению к процессу разработки. Сущностные свойства программного обеспечения (сложность, изменчивость, абстрактность и т.д.) порождают инвариантные проблемы их разработки, поскольку программный продукт в значительной степени есть результат творческого ремесла или даже искусства. Наличие вариативных проблем разработки обусловлено влиянием человеческого фактора. Это проблемы адекватного воплощения в системах функциональных и технологических требований заказчиков — представителей поставщика и потребителя САПР. При этом успешность проекта в значительной степени зависит от их участия в процессе разработки, регламент и визуализация рабочих продуктов которого, должны обеспечить конструктивное взаимодействие всех заинтересованных сторон.
Эволюция программной инженерии привела к созданию технологий автоматизированного проектирования программного обеспечения – CASE-технологий (Computer Aided Software Engineering) – с соответствующими инструментальными средами разработки – CASE-системами. Инновационные CASE-технологии являются альтернативой традиционным методам разработки программных систем и направлены на снижение трудозатрат при возрастающей сложности программного обеспечения, а также придания системам свойств адаптации и гибкости в условиях платформенных и функциональных изменений. Следует отметить, что в соответствии с современными тенденциями мировой программной индустрии особое значение имеет перенос основного акцента в разработке систем с программирования на объектно-ориентированное проектирование для снижения рисков.
Весомый вклад в развитие теории анализа и практики автоматизированного проектирования программных систем внесли многие отечественные и зарубежные ученые. Однако в настоящее время принципы автоматизированного проектирования программных систем в CASE-средах не нашли полномасштабного отражения в сфере разработки обслуживающих подсистем в оболочке САПР (подсистем разработки и сопровождения программного обеспечения, обучающих подсистем и т.д.) в силу ряда организационных, технических и социальных причин.
Таким образом, актуальной проблемой современного развития обслуживающих подсистем в оболочке САПР является создание методов и технологий проектирования на основе современных подходов программной инженерии для придания системам свойств адаптации и гибкости в условиях платформенных и функциональных изменений.
Цель диссертационной работы и задачи исследования. Целью диссертационной работы является создание новых технологий проектирования обслуживающих подсистем САПР на основе применения современных методов моделирования и инженерного анализа в виде комплекса исполняемых метамоделей, архитектурных, организационных и инструментальных решений для CASE-пакетов.
Для достижения поставленной цели в работе решаются следующие задачи:
- сформулировать принципы проектирования обслуживающих подсистем САПР с учетом формализованных структур и процессных стратегий;
- разработать процедуры принятия решения по выбору типа процесса разработки подсистем САПР в условиях доступности экспертной информации;
- разработать технологическую модель проектирования подсистем САПР и процедуры реализации подпроцессов;
- сформулировать научные принципы построения платформно-независимых расширяемых метамоделей, определяющих каркасы архитектуры обслуживающих подсистем;
- выполнить системный анализ методов идентификации ключевых абстракций и механизмов области приложения и разработать на этой основе принципы концептуализации предметной области для проектных метамоделей;
- идентифицировать проектные и навигационные образцы для решения задач повторного использования в метамоделях и разработать технические решения по конвертации образцов в компоненты многократного использования;
- построить адаптивную и расширяемую проектную метамодель подсистемы управления графическим пользовательским интерфейсом для обслуживающих подсистем в оболочке САПР и дать технические решения, как на уровне моделирования, так и на уровне реализации;
- разработать процедурные и структурные метрики для оценки качества (практичности) визуальных прототипов графического пользовательского интерфейса подсистем, направленные на выявление проблемных элементов модельной конструкции;
- провести апробацию разработанных в диссертации принципов, методов и технологии рекуррентного метамоделирования для проектирования обслуживающих подсистем.
Методы исследований. Для решения поставленных задач в работе используются теория и методы программной инженерии, методы объектно-ориентированного анализа и проектирования, методы визуального моделирования, экспертно-статистические методы.
Достоверность и обоснованность диссертационных исследований подтверждается результатами практических разработок широкого спектра обучающих подсистем, которые зарегистрированы в отраслевом фонде алгоритмов и программ Федерального агентства по образованию, а также успешным внедрением разработанных методов и программно-инструментальных средств проектирования в различных высших учебных заведениях и организациях.
На защиту выносятся:
- Методологические основы проектирования обслуживающих подсистем САПР, ориентированные на CASE-технологии и отличающиеся принципами интеграции процессных стратегий, структур и проектных образцов визуальных метамоделей анализа и проектирования.
- Принципы построения высокоуровневых метамоделей анализа и проектирования программных обслуживающих подсистем, отличающихся устойчивостью к изменениям платформенного уровня, адаптивностью к расширению функциональности и определяющих для конкретных проектов каркасы архитектуры и моделей с полными спецификациями состояния и поведения системы.
- Процедура многокритериальной оптимизации для принятия решения по выбору процесса разработки программных систем, особенностью которой является иерархическая структура исходной системы характеристик процесса и альтернативных решений в условиях доступности экспертной информации.
- Технические решения по ускорению процесса разработки обслуживающих подсистем САПР, а также снижения зависимости разрабатываемой системы от изменяющихся требований, за счет включения проектных и структурных образцов в архитектуру метамоделей.
- Технические решения по упрощению механизма управления системным интерфейсом, а также с целью оптимизации расширения его функциональности, отличающиеся включением модельного каркаса в проектную метамодель подсистемы управления графическим пользовательским интерфейсом.
- Метод оценки практичности визуальных прототипов графического пользовательского интерфейса программных систем, направленный на выявление проблемных элементов модельной конструкции и дополняющие формы и оценки анализа проектов в целом.
Научная новизна работы:
- разработаны методы проектирования обслуживающих подсистем САПР, ориентированные на CASE-технологии и отличающиеся принципами интеграции процессных стратегий, структур и проектных образцов визуальных метамоделей анализа и проектирования;
- сформулированы принципы рекуррентного построения высокоуровневых визуальных исполняемых метамоделей анализа и проектирования обслуживающих подсистем САПР, позволяющих создавать каркасы архитектуры для конкретных проектов;
- разработана оригинальная процедура многокритериальной оптимизации на основе метода анализа иерархий и полных парных сравнений для принятия решения по выбору процесса разработки подсистем САПР в условиях доступности экспертной информации;
- впервые предложено использование рекуррентной технологической модели проектирования подсистем на основе разработанных процессных стратегий, обеспечивающей рост производительности;
- разработаны новые технические решения по адаптивности проектных визуальных моделей обслуживающих подсистем к изменениям функциональных требований за счет применения предложенных проектных образцов
- разработаны новые технические решения по ускорению процесса проектирования подсистемы управления графическим пользовательским интерфейсом в оболочке САПР за счет включения в архитектуру подсистемы предложенных модельных каркасов;
- созданы процедурные и структурные метрики для оценки практичности визуального прототипа графического пользовательского интерфейса в системной среде САПР, позволяющие выявить проблемные элементы модельной конструкции и дополняющие формы и оценки анализа проектов в целом.
Практическая значимость работы
Предлагаемый новый подход к проектированию обслуживающих подсистем САПР на основе метамоделирования развит до практических технологий, методик, алгоритмов и программных средств разработки. Практическая значимость работы определяется тем, что предложенные в диссертации методологические конструкции, принципы, методы и технологии проектирования программных систем с применением визуального моделирования, применимы для создания широкого спектра обслуживающих подсистем.
Разработанные методы проектирования позволяют решить проблемы снижения общей стоимости проектов, сокращают время разработки и тестирования, что отражает тенденции в мировой индустрии программирования: снижение зависимости разрабатываемой обслуживающей подсистемы САПР от изменяющихся требований и обеспечение ее гибкости для внесения изменений.
Использование предложенных проектных конструкции программных систем позволяет существенно сократить трудоемкость процесса разработки и повысить качество систем за счет использования проектных образцов. Предложенные визуальные формы метамоделей анализа и проектирования семантически понятны и доступны для обсуждения проектов представителями заказчика, не являющимися специалистами в области программирования. Это предопределяет возможность активного участия в процессе разработки и контроля над качеством проектов всех категорий заинтересованных лиц.
Разработанные в диссертации теоретические положения и практические рекомендации могут быть использованы в учебном процессе при подготовке студентов вузов по специальностям, связанным с системами автоматизированного проектирования, разработкой программного обеспечения САПР, компьютерным моделированием программных систем.
Реализация результатов. Разработанные методы, технология и программно-инструментальное обеспечение автоматизированного проектирования обслуживающих подсистем САПР на основе визуализации моделей использованы при создании ряда обучающих подсистем, внедренных в корпоративном электронном обучении и в образовании:
- многофункциональная тестовая оболочка «Модуль-Тест»;
- мультимедийный программно-методический комплекс «Автоматизация делопроизводства»;
- пакет тестирующих программ по дисциплинам «Делопроизводство» и «Автоматизация делопроизводства»;
- мультимедийный программно-методический комплекс «Системы управления химико-технологическими процессами»;
- мультимедийный программно-методический комплекс «Интегрированные системы управления делопроизводством»;
- программный тренажер «Администрирование операционной системы Windows XP».
Апробация работы. Результаты работы докладывались на 18-ти международных, 10-ти всероссийских, а также межрегиональных, межвузовских, научно-практических конференциях и семинарах, в том числе: VIII, XI–XVIII Международных конференциях «Информационные технологии в образовании» (Москва, 1998, 2001–2008 гг.); II Международной выставке-конференции «Наука и образование» (Москва, 2000); XIII–XV Международных научных конференциях «Математические методы в технике и технологиях» (Казань, 2005; Воронеж, 2006; Ярославль, 2007); XII—XV Всероссийских научно-методических конференциях «Телематика» (Санкт-Петербург, 2005—2008 гг.); VI и VII Всероссийских научно-методических конференциях «Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий» (Улан-Удэ, 2005, 2006 гг.); XV и XVI Международных конференциях «Применение новых технологий в образовании» (Троицк, 2005, 2006 гг.); IV и V Всероссийских научно-практических конференциях «Технологии Интернет – на службу обществу» (Саратов, 2005, 2006 гг.); VI и VII межвузовских научно-практических конференциях «Информационные технологии XXI века» (Москва, 2004, 2005 гг.); X Международной научно-практической конференции «Наука – сервису» (Москва, 2005 г.); I и II Всероссийских научно-практических конференциях «Информационные технологии в образовании и науке» (Москва, 2006, 2007 гг.).
Публикации. Основные положения диссертации отражены в 74 публикациях, в том числе в 2 монографиях, 16-ти статьях в изданиях, включенных в список ВАК РФ, и 7 свидетельствах на программные продукты отраслевого фонда алгоритмов и программ Государственного координационного центра информационных технологий Федерального агентства по образованию.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает: введение, пять глав, заключение, библиографический список из 204 наименований, 4 приложения. Основная часть диссертации изложена на 271 страницах, содержит 94 рисунка и 18 таблиц.
Связь диссертационной работы с научными программами. Диссертация выполнена в рамках Межвузовской комплексной программы «Наукоемкие технологии образования» Министерства образования и науки РФ (2001 – 2005 гг.).
основное СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность работы, формулируются цели и задачи исследования, научная новизна, основные положения, выносимые на защиту, практическая значимость полученных результатов, изложено краткое содержание глав.
Первая глава диссертации посвящена постановке задач исследования и их обоснованию.
В структуре САПР различают два типа подсистем: проектирующие и обслуживающие (рис. 1).
Рис. 1. Структура САПР
Проектирующие подсистемы непосредственно выполняют проектные процедуры. Обслуживающие подсистемы обеспечивают функционирование проектирующих подсистем, а их совокупность называют системной средой (или оболочкой) САПР. Типичными обслуживающими подсистемами являются:
- подсистемы управления проектными данными;
- инструментальные подсистемы разработки и сопровождения программного обеспечения CASE (Computer Aided Software Engineering);
- обучающие подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР.
На основе анализа общесистемной технологии, а также существующих технологий разработки программных систем, относящихся к классу обслуживающих подсистем САПР, выявлены основные тенденции в развитии этих технологий:
– использование процессов разработки программного обеспечения как совокупности последовательных этапов, соответствующих общесистемной последовательности принятия решений, с конкретизацией этапов для адаптации применения к различным предметным областям;
– переход к инженерным принципам разработки программного обеспечения, реализующим концепции компонентной разработки (component-based software engineering – CBSE) и готовых коммерчески доступных компонентов (commercial off-the-shelf – COTS);
– применение принципа многомодельности, формирование совокупности связанных визуальных моделей, раскрывающих важнейшие программные решения;
– использование объектно-ориентированного подхода для визуального моделирования программных систем;
– применение инструментальных средств автоматизированной разработки программного обеспечения на всех этапах жизненного цикла процесса.
Основными особенностями обслуживающих подсистем САПР, определяющими необходимость создания методологии их разработки, улучшающей их качество и сокращающих сроки разработки и трудозатраты, являются: комплексность исходной проблематики и соответствующей проблеморазрешающей системы; слабая формализуемость требований и методов их спецификации; уникальность формальной компонентной структуры.
Для формализации структур, обеспечивающих функционирование обслуживающих подсистем, на примере обучающей подсистемы для освоения пользователями технологий, реализованных в САПР, рассмотрена структурная схема соответствующего процесса управления электронным обучением. На основе системного анализа выделены основные элементы системы, а также подсистемы, объединяющие (группирующие) некоторые элементы по различным признакам (функциям, смысловому наполнению и т.д.). Полученная высокоуровневая модель определяет границы обслуживающей подсистемы с функциями обучения, обозначая внешние сущности и входные/выходные потоки данных между этими сущностями и системой, и может быть детализирована применительно к различным видам обслуживающих подсистем данного класса (рис. 2).
Рис. 2. Диаграмма потоков данных обучающей подсистемы
Для решения проблемы эффективности разработки и эксплуатации обслуживающих подсистем САПР в работе описаны и проанализированы факторы качества, значимые для данного класса программного обеспечения. Факторы качества классифицированы в зависимости от принадлежности заинтересованных лиц к разным категориям модели причастных сторон. Выявлена комбинация ряда факторов — корректности и устойчивости; расширяемости и повторного использования, которые являются ключевыми для программных систем данной предметной области.
Показано, что доминирующие в настоящее время традиционные подходы к разработке обслуживающих подсистем с использованием авторских систем и метода прямого программирования вызывают значительные трудности для обеспечения ключевых факторов качества, в том числе реальной расширяемости и повторного использования проектных компонентов. Обеспечение этих качеств направлено на достижение точного соответствия выполнения задач обслуживающей подсистемой их предметным целям, а также на снижение общей стоимости проектов и сокращение времени на их разработку и тестирование.
Установлено, что для раскрытия всего спектра важнейших конструкторских решений со свойствами расширяемости и повторного использования необходимо применение визуального объектно-ориентированного моделирования. При обеспечении семантической информативности и полноты визуальные модели целевой обслуживающей подсистемы будут являться техническим проектом ее реализации практически на любом объектно-ориентированном языке.
Исходя выявленных ключевых факторов качества, а также с учетом тенденций программной индустрии сформулированы требования, предъявляемые к технологии создания обслуживающих подсистем САПР:
– универсальность, высокая степень обобщенности, позволяющая применять ее для разработки приложений, принадлежащих к семейству программных продуктов рассматриваемой предметной области – обслуживающих подсистем САПР;
– базирование на основных принципах программной инженерии, лежащих в основе современных технологий разработки;
– повышение степени формализации спецификаций требований к обслуживающим подсистемам ;
– децентрализация архитектуры программных систем, компоненты которой автономны и взаимодействуют только через ограниченные и ясно определенные каналы.
Для удовлетворения перечисленных требований предлагаются следующие принципы создания обслуживающих подсистем САПР:
– регламентация процесса моделирования как рекуррентного – многошагового повторяемого процесса с использованием результатов (моделей) на предыдущих шагах;
– использование современных систем автоматизированного проектирования на основе объектно-ориентированных технологий;
– интегрируемость инструментальных и языковых средств, возможность их расширения, возможность распознавания модельной нотации и автоматического перевода в машинный код;
– полномасштабное отражение функциональных требований к системе в проектных моделях при формализации всей совокупности исходной информации;
– визуализация проектных метамоделей, обобщенных архитектурными и процедурными представлениями как исходных для получения модельных каркасов для конкретных проектов;
– выявление и повторное использование образцов анализа и проектирования для улучшения архитектурных решений и в качестве основы для создания нового набора элементов обслуживающих подсистем САПР.
Данные принципы сконцентрированы в рекуррентной технологической модели, которая интегрирует структуры, стратегии и проектные образцы визуальных метамоделей анализа и проектирования со свойствами адаптивности и расширяемости.
Вторая глава посвящена анализу методов, технологий и инструментария программной инженерии для объектно-ориентированного проектирования компьютерных систем с целью создания инфраструктуры программных разработок обслуживающих подсистем. Предложена концепция программно-инструментальной платформы объектно-ориентированного проектирования обслуживающих подсистем: рекуррентный технологический процесс на основе функциональной многомодельности, язык визуального моделирования, CASE-технология.
Поток проведения работ по проектированию обслуживающих подсистем САПР представляется как сложная иерархическая структура от общих концепций к описаниям и моделированию метамоделей прототипов до построения приложения. В основу регламентации процесса проектирования положена фундаментальная концепция стандартизованной интегрированной модели зрелости процессов разработки программного обеспечения (Capability Maturity Model Integration — CMMI), разработанной Институтом программной инженерии при Питтсбургском университете Карнеги-Меллона в США. В эту концепцию входят:
— требования, определяющие описываемый процесс;
— архитектурные и проектировочные соображения, влияющие на определение процесса;
— реализация спроектированного процесса в условиях отдельного проекта или в рамках всей организации;
— проверка описания процесса с помощью измерений; развертывание процесса в организации или проекте, для которых разрабатывался данный процесс.
В соответствии с этой концепцией для регламентации процесса проектирования обслуживающих подсистем сформулированы ключевые рекомендации, которые учитывают аспекты проекта и создаваемого продукта, а также человеческий фактор. Рекомендации отражают главное требование к проекту и конечному продукту: достижение конкретных, заранее установленных целей по воплощению запросов специалистов САПР. Соответственно, процесс проектирования обслуживающих подсистем должен определять и структурировать технологию инженерии программного обеспечения в данной предметной области.
Проведен анализ обобщенных моделей технологического процесса создания программного обеспечения, основанных на архитектурном подходе, которые позволяет увидеть структуру процесса создания программного обеспечения, абстрагируясь от частных деталей отдельных его этапов. Рассмотрены классические подходы к построению технологического процесса — каскадный, итеративный и спиральный, а также усовершенствованные модели этих подходов: RAD (Rapid Application Development), DSDM (Dynamic System Development Method), RUP (Rational Unified Process), MSF (Microsoft Solution Framework) и XP (Extreme Programming). Для сравнения процессов на основе двух характеристик — формализованности и степени итеративности — составлена карта процессов, на которой также выделены области стандартизованных моделей зрелости процесса разработки программного обеспеченияCMM (Capability Maturity Model for Software) и CMMI.
Известно, что идеального процесса создания программного обеспечения не существует, но использование неподходящего процесса может привести к снижению качества и функциональности разрабатываемого программного продукта. Для принятия решения по выбору типа процесса разработки обслуживающих подсистем предложена процедура многокритериальной оптимизации, особенностью которой является иерархическая структура исходной системы критериев качества процесса, в условиях доступности экспертной информации. Процедура позволяет получить количественные оценки и учесть влияние каждого критерия на конечную альтернативу выбора типа процесса разработки.
Иерархия требований стандартов, определяющих процессы разработки программного обеспечения (ПО) (IEEE 1074 и др.), не исключает смысловую иерархическую и семантическую несогласованность компонентов требований (факторов процесса) на уровне объектов требований (конкретного процесса для данной предметной области). Этот факт существенно ослабляет иерархические связи требований, что не позволяет представить формальное отображение компонентов требований к процессу разработки обслуживающих подсистем САПР в компоненты оценки.
Проблема выбора процесса разработки обслуживающих подсистем структурирована в виде полной доминантной иерархии, на высшем уровне которой находится цель – тип процесса разработки, на втором уровне – критерии качества процесса, уточняющих цель и сгруппированные по типам экспертных групп, на третьем – альтернативные типы процессов, которые должны быть оценены по отношению к критериям процесса (рис. 3).
Рис. 3. Декомпозиция и иерархическое представление задачи выбора процесса разработки
Для анализа данной многокритериальной задачи принятия решений по выбору типа процесса разработки из множества альтернатив использована математическая модель:
(1)
где 
- множество вариантов решения, 
- количество уровней (
), 
- критерии задачи, 
- множество отношений предпочтения экспертов на каждом уровне, 
- количество критериев на каждом уровне
Тогда каждый вариант решения 
из множества вариантов 
характеризуется значениями 
, образующего векторную оценку этого варианта 
. Для сравнения критериев между собой используются предпочтения 
, данные предпочтения формируют лица, принимающие решение (ЛПР, в нашем случае эксперты). Моделируются данные предпочтения при помощи отношения нестрогого предпочтения 
на 
: 
, что означает, что векторная оценка 
(значение вектора приоритетов) не менее предпочтительна, чем 
и т.д.
Вектор приоритетов вычислялся на основе квадратной обратной матрицы парных сравнений критериев качества процесса каждой группы. Критерии оценивались по девятибалльной шкале, позволяющей экспертам осуществить гибкую оценку пар факторов. Нормализация значения собственного вектора каждой строки матрицы дает значение вектора приоритетов:
, (2)
где 
- значение собственного вектора приоритетов 
-ой строки; 
- сумма всех значений собственного вектора для матрицы.
Согласованность полученных результатов оценки проводится при помощи индекса согласованности (ИС) и отношения согласованности (ОС). Для обратно симметричной матрицей:
, (3)
где 
- максимальное собственное значение, 
- размерность матрицы.
Отношение согласованности ОС определялось как ОС=ИС/СИ, где СИ – значение случайного индекса согласованности для матрицы данной размерности. СИ соответствует средним индексам согласованности для сгенерированных случайным образом матриц такой же размерности. Для получения приемлемой согласованности требуется, чтобы 
и 
. Для других значений согласованности необходим пересмотр суждения экспертов.
Для глобальной оценки, учитывающей результаты сравнения, полученные на разных уровнях полной доминантной иерархии поставленной задачи, использовалась формула линейной свертки, которая позволяет получить значение глобального вектора приоритетов. Данный вектор учитывает результат сравнения критериев на двух уровнях. Расчет значений данного вектора выполнялся по следующему выражению:
, (4)
где 
- значение глобального вектора для 
-ой строки; 
- значение вектора приоритетов 
-ого элемента нижнего уровня иерархии, где целью сравнения критериев (альтернатив) является 
-ый элемент верхнего уровня иерархии; 
- значение вектора приоритетов для 
-ого элемента верхнего уровня иерархии.
В табл. 1 и 2 представлены результаты расчетов глобального вектора приоритетов каждой модели процесса разработки и итогового вектора приоритетов.
Таблица 1
Значение глобального вектора приоритетов моделей процесса разработки
| Каскадная модель | Спиральная модель | RAD | Итеративно-инкрементная модель |
| 0,178 | 0,309 | 0,197 | 0,316 |
| 0,179 | 0,365 | 0,037 | 0,419 |
| 0,064 | 0,234 | 0,169 | 0,533 |
Таблица 2
Расчет итоговых векторов приоритетов по типам процессов разработки
| Процессы | Глобальные приоритеты по группам критериев качества процесса | Итоговый вектор | ||
| Группа 1 | Группа 2 | Группа 3 | ||
| Каскадная модель | 0,178 | 0,179 | 0,064 | 0,102 |
| Спиральная модель | 0,309 | 0,365 | 0,234 | 0,264 |
| RAD | 0,197 | 0,037 | 0,169 | 0,164 |
| Итеративно-инкрементная модель | 0,316 | 0,419 | 0,533 | 0,471 |
| Вектор приоритетов групп | 0,243 | 0,088 | 0,669 | |
Расчеты показывают, что максимальное значение итогового вектора приоритетов соответствует итеративно-инкрементному типу процесса разработки. Таким образом, по разработанной процедуре многокритериальной оптимизации для принятия решения с использованием слабоформализуемой экспертной информации получены количественные оценки о влиянии каждого критерия качества на конечную альтернативу выбора и определен, как превалирующий, инкрементно-итеративный процесс разработки.
Сформированы ключевые рекомендации для инкрементно-итеративного процесса проектирования обслуживающих подсистем, направленные на обеспечение согласованного и упорядоченного моделирования проектов:
- проектирование и интеграция предшествуют кодированию и тестированию систем для их визуального моделирования с адекватным отражением архитектуры до написания программного кода;
- планирование итераций процесса направляется на преодоление основных рисков на ранних стадиях проекта для снижения стоимости проекта за счет устранения дефектов на более ранних стадиях разработки;
- процесс проектирования обслуживающих подсистем ориентирован на последующую компонентную реализацию программной разработки с тем, чтобы уменьшить количество кода, написанного вручную, для повышения качества конечного продукта;
- процесс проектирования обслуживающих подсистем должен быть автоматизирован для возможности прямого и обратного проектирования визуальных моделей.
Процессное проектирование, направленное на разработку специализированной модели процесса, а также его регламентация с учетом всех выявленных факторов качества для обслуживающих подсистем целевого назначения позволило усовершенствовать процесс разработки на основе согласованного и упорядоченного моделирования проектов.
На рис. 4 представлена схема в виде диаграммы деятельности предлагаемого макропроцесса проектирования обслуживающих подсистем САПР.
Рис. 4. Макропроцесс проектирования обслуживающих подсистем САПР
Для практических исследований, связанных с моделированием обслуживающих подсистем САПР, выделены четыре технологических дисциплины процесса: исследование концепции и системы, моделирование предметной области, определение требований, анализ и проектирование и разработаны стратегии их реализации (рис. 5).
а)
б) в)
Рис. 5. Стратегии подпроцессов анализа линейки продуктов (а), определения требований к системе (б), анализа и проектирования системы (в)
В работе приводится описание содержания процесса проектирования обслуживающих подсистем САПР: базовых элементов моделирования (исполнители, действия, рабочие продукты) и динамических аспектов процесса (циклы, фазы, вехи процесса).
Для управления итерационными переходами процесса разработки предложены регламентные критерии как точки синхронизации, в которых определенный набор целей достигнут, необходимые артефакты созданы, решение о дальнейшей разработке принято. Определено содержание рецензионных оценок контрольных точек процесса, которые включают наиболее важные факторы для завершенности данной фазы.
Детальное описание и четкая организация процесса предоставляет возможность его усовершенствования и создания основ для нормирования, расчета и оценки, что, в свою очередь, способствует улучшению качества программного продукта, соблюдению сроков и бюджета разработки.
Важнейшей составляющей частью программной инженерии является моделирование программного обеспечения, особенно объектно-ориентированных разработок. Показано, что с учетом социотехнического характера обслуживающих подсистем САПР и неоднородного по профессиональной направленности состава лиц, участвующих в процессе разработки, необходимо визуальное моделирование системы. При этом графическая нотация как синтаксис языка моделирования должна быть понятна заинтересованным лицам, и выполнять следующие функции:
— сообщать семантику всех стратегических и тактических решений разработки;
— обеспечивать форму представления, достаточно конкретную для восприятия человеком;
— обеспечивать возможность манипуляции формой представления с помощью инструментальных средств.
Таким образом, язык должен обладать мощной визуальной составляющей для построения моделей обслуживающих подсистем САПР на различных уровнях абстракции и детализации, а также декларативной семантикой для фиксации процедурного значения в форме декларативного предложения. На этом основании, а также фактора применения унифицированного процесса выбран стандартизованный унифицированный язык моделирования (Unified Modeling Language – UML).
Совокупность разработанного процесса проектирования, языка моделирования и CASE-средства является исходной платформой для создания предметно-ориентированной интегрированной среды автоматизированной разработки обслуживающих подсистем САПР для произвольной проектируемой среды.
В третьей главе диссертации рассматривается и обосновывается концепция рекуррентного визуального метамоделирования сложных систем – многошагового повторяемого процесса с использованием результатов (моделей) на предыдущих шагах с целью преодоления вариативных и инвариантных по отношению к процессу проблем разработки.
Сформулированы основные принципы визуального моделирования обслуживающих подсистем САПР для поддержания непротиворечивости артефактов разработки:
- выбор моделей во взаимосвязи с подходом к решению проблемы;
- выбор уровня детализации модели на основе метамодельной архитектуры в соответствии с целями использования модели;
- принцип реалистичности модели для предотвращения существенных потерь при реализации системы;
- принцип многомодельности для обеспечения семантической информативности и представления совокупности моделей как технического проекта реализации практически на любом объектно-ориентированном языке.
Показано, что при визуальном моделировании обслуживающих подсистем САПР должны быть решены следующие задачи: определение структуры или поведения системы; получение образца, позволяющего сконструировать систему; документирование принимаемых решений на основе полученных моделей. Унифицированный язык моделирования Unified Modeling Language, дополненный процедурами для решения вопросов моделирования предметной области и требований представляется как метод анализа и проектирования компьютерных социотехнических систем.
В соответствии с разработанными принципами моделирования в диссертационной работе представлены стратегии и образцы визуальных метамоделей анализа и проектирования со свойствами адаптивности и расширяемости для обслуживающих подсистем САПР.
Метод проектирования рассматривается как последовательный процесс создания объектно-ориентированных моделей, который описывает определенным образом различные стороны разрабатываемой программной системы.
Модель классов представляется кортежем:
, (5)
где каждому классу 
системы соответствует следующий набор элементов:
— имя класса;
— имя класса-предка;
— множество наследующих классов;
— множество операций класса, включающее в себя:
— имя операции;
— сигнатура операции;
— множество типов передаваемых атрибутов.
Модель атрибутов представлена кортежем:
, (6)
где каждому атрибуту 
, принадлежащему классу 
, соответствуют:
— имя атрибута;
— имя класса атрибута;
— тип атрибута;
— область допустимых значений атрибута, которая может отличаться от базовой области допустимых значений, определяемой типом атрибута.
Модель объектов создается на базе некоторого класса и представляет собой множество мультиобъектов и множество методов для работы с ними. Модель объектов представляет собой кортеж:
, (7)
содержащий:
— множество имён объектов системы,
— множество имён классов-родителей соответствующих объектов системы.
Для проведения объектно-ориентированного моделирования предлагается метод декомпозиция проблемы на классы и объекты с соответствующими свойствами на основе синтеза структурного и объектно-ориентированного подхода. Выявление общих свойств объектов помогает найти общие ключевые абстракции и механизмы, что, в свою очередь, приводит разработчиков к построению более простой архитектуры системы.
Единичное решение декомпозиции системы на объектном уровне не позволяет разработчикам достигнуть продуктивности потенциальных улучшений, присущих объектно-ориентированной парадигме. По мере накопления опыта разработки обучающих подсистем систематически изучались, анализировались и программировались удачные решения. Такой подход позволил развить модели анализа и проектирования, осуществить их автоматическую реализацию и разработать теорию, обобщающую найденные решения по декомпозиции для проектирования обучающих подсистем. Следует отметить, что решения по методу декомпозиции для обучающих подсистем, можно распространить и для других видов обслуживающих подсистем САПР.
Теоретическую основу анализа составили: классическая категоризация (классификация по свойствам) и концептуальная кластеризация (классификация по понятиям). Итеративный подход к классификации предопределил процедуру конструирования иерархии классов и объектов при разработке обучающих подсистем. При этом взятая за основу определенная структура классов постепенно совершенствуется в процессе проектирования программной системы.
В работе предложен метод идентификации классов на основе синтеза структурного и объектно-ориентированного подхода для применения при проектировании обслуживающих подсистем. Практика разработки показала, что при выборе декомпозиции проектируемой системы целесообразно учитывать и алгоритмический, и объектно-ориентированный аспекты. При таком подходе разделение по алгоритмам концентрирует внимание на порядке происходящих событий, а разделение по объектам придает особое значение агентам, которые являются либо объектами, либо субъектами действия.
При рассмотрении данной проблемы учтен важный момент: поскольку традиционные средства системного анализа связаны с определением данных или спецификацией процессов, они могут быть использованы для поиска объектов. Для этого предложено использовать следующие средства традиционного системного анализа: диаграммы потоков данных (или их варианты, включающие в себя контекстные диаграммы), диаграммы «сущность-связь» и диаграммы «состояния-переходы». Эти средства охватывают три независимых системных представления: процесс, данные и динамику (или управление). Объектно-ориентированная методика объединяет два из этих аспектов (данные и процесс), инкапсулируя локальное поведение с данными. В контексте поставленной задачи целесообразно применить диаграммы потоков данных.
Метод модельного анализа проектируемых систем дополнен лингвистической составляющей. Использованы два метода лингвистического информационного анализа (ЛИА):
- частотный анализ фраз — поиск в выбранном текстовом ресурсе описания проблемной области для идентификации терминов, которые могут обозначать понятия области приложения.
- матричный анализ с использованием таблицы, строки и столбцы которой представляют собой понятия области приложения, генерирующие исходное множество идентифицированных объектов; предназначен для поиска объектов, которые не выделены при первоначальном применении частотного анализа.
Результатом применения частотного анализа к ресурсу области приложения может быть достаточно длинный список понятий, многие из которых окажутся впоследствии иррелевантными. Для систематического пересмотра списка частотного анализа и идентификации исходного множества компонентов объектно-ориентированного анализа (объектов, классов, атрибутов и т.д.) предложена таблица конвертации списка понятий. Введение в таблицу конвертации критериев классификации понятий в соответствии с объектно-ориентированным подходом позволяет использовать результаты анализа таблицы непосредственно для дальнейшего процесса проектирования системы. Использование лингвистического информационного анализа совместно с таблицей конвертации приводит к объектно-ориентированной методике проектирования, так как понятия, выделенные на этапе частотного анализа, классифицируются в таблице по объектному подходу.
Применение предложенного метода идентификации классов и объектов осуществляется для построения модели предметной области в виде диаграммы классов без дополнительного указания атрибутов, мощностей (кратностей) связей, операция и т.д. Дальнейшие действия по идентификации классов осуществляются по методологии объектно-ориентированного анализа, поскольку конечной целью будет являться построение объектно-ориентированной модели предметной области.
Схема взаимосвязи описанных методик поиска и идентификации объектов и классов представлена на рис. 6.
Практическое применение представленной методики позволяет выполнить выбор множества объектов при проектировании систем в соответствии с формализованной структурой, что является непременным условием для повторного применения моделей анализа и проектирования и расширения системы.
Рис. 6. Взаимосвязь методик идентификации объектов и классов
При регламентации процесса проектирования обслуживающих подсистем моделирование предметной области определено как один из начальных этапов, который необходим для выявления, классификации и формализации сведений об аспектах предметной области, определяющих свойства разрабатываемой системы. В модели предметной области должны быть отображены основные (с точки зрения моделирующего) классы понятий (концептуальные классы) предметной области. На языке Unified Modeling Language метамодель предметной области при проектировании обслуживающих подсистем предлагается представлять в виде набора диаграмм классов, на которых не определены операции.
Следует отметить, что организация логики предметной области с использованием объектно-ориентированной модели для обслуживающих подсистем САПР предложена альтернативой типовому решению сценария транзакций, которое согласуется с процедурной моделью программирования. Для простейших приложений сценарий транзакций часто является предпочтительным, однако, по мере усложнения логики предметной области трудности, сопровождающие применение сценария транзакций, возрастают. Если нескольким транзакциям необходимо осуществлять схожие функции, возникает опасность дублирования кода. При нивелировании этого осложнения путем вынесения общих подпрограмм «за скобки» большая часть дубликатов остается на месте. В итоге в приложении будет отсутствовать отчетливая структура. Таким образом, моделирование предметной области для обслуживающих подсистем САПР целесообразно, поскольку для сценария транзакций трудоемкость пополнения приложения новыми функциями увеличивается по экспоненциальному закону.
На рис. 7 представлен пример метамодели предметной области обучающей подсистемы.
Рис. 7. Объектно-ориентированная метамодель предметной области для интегрированной обучающей подсистемы
(в нотации UML; русифицированная)
При переходе на стадию анализа и проектирования возникают проблемы перехода от взгляда на будущую систему с позиции «что делать» (модель прецедентов) к взгляду с позиции «как делать». Т.е. существует необходимость связующего звена между специфицированием требований и проектированием. Соответственно, целесообразно подвергнуть дальнейшему разбору требования, уточняя и структурируя их. Основная цель выполнения анализа как отдельной фазы на этом этапе — добиться более точного понимания требований и получить простое в использовании их описание, которое поможет представить структуру системы в целом, включая ее будущую архитектуру.
Главное отличие, по сравнению со специфицированием требований, состоит в том, что при описании результатов в визуальных моделях анализа предлагается применить язык разработчиков. Если модель прецедентов для системы используется, в первую очередь, как соглашение между заказчиком и разработчиками по функциональности системы, то визуальная модель анализа используется разработчиками для планирования проектирования. Следует подчеркнуть, что применение анализа требований в форме модели целесообразно для широкого спектра обслуживающих подсистем САПР, в том числе и обучающих подсистем, для обзора системы перед фазой проектирования.
Введем структурирование требований при анализе и представим их в виде визуальных аналитических моделей. Сформируем основные понятия и содержание для аналитических моделей таким образом, чтобы достичь следующих целей:
- создать более точную спецификацию требований по сравнению с моделью прецедентов;
- описать модель анализа на языке разработчиков, что позволит повысить степень формализации и, соответственно, использовать модель для анализа внутренних механизмов проектируемой системы;
- использовать модель анализа в качестве важных исходных данных для формирования системы в ходе проектирования и реализации;
- структурировать в модели анализа требования так, чтобы в дальнейшем упростить управление их изменениями и предусмотреть многократное использование.
Для построения визуальных моделей анализа разработана концепция стереопизации классов анализа и проектирования по выделению граничных классов (Boundary), управляющих классов (контроллеров) (Control) и классов-сущностей (Entity). Эти стереотипы положены в основу типового решения «граница – управление – сущность» для метамоделей анализа и позволяют на этапе анализа разбить систему, отделяя представления от предметной области и управления, необходимого системе. В основную часть стандарта UML эти стереотипы не включены, но шаблон модели анализа в CASE-средстве IBM Rational Rose содержит классы Boundary, Control и Entity в пакете строительных блоков анализа, и его можно использовать для создания граничных классов, управляющих классов и классов-сущностей для метамоделей обслуживающих подсистем.
Основным преимуществом подхода «граница – управление – сущность» является группирование классов в виде иерархических уровней. Это способствует лучшему пониманию моделей, уменьшает ее сложность и позволяет снизить риск создания классов с функциональной перегрузкой. Поэтому на данном уровне представления при анализе предложено рассматривать кроме сущностных и пограничные, и управляющие классы. При этом моделирование пограничных и управляющих классов может быть отложено до этапа проектирования системы. Следует отметить, что результаты анализа могут быть использованы для постоянного уточнения статической метамодели системы. На рис. 8 представлен пример визуальной метамодели анализа для одного из типов обслуживающих подсистем САПР – обучающей подсистемы.
Рис. 8. Визуальная метамодель анализа обучающей подсистемы
(в нотации UML; русифицированная)
Визуальная метамодель анализа может быть использована как средство контроля на отсутствие ошибок описания поведения системы с учетом определенного набора объектов, а также корректности текстов прецедентов. Важно отметить, что введение визуальной метамодели анализа позволяет обнаружить новые объекты, пропущенные на этапе моделирования предметной области, выявить некоторые несоответствия и конфликты именования объектов, распределить атрибуты классов и проверить полноту и правильность текстов прецедентов.
В развитие метамодели анализа, по которой уточняются тесты прецедентов, строится метамодель проектирования, в которой спецификация проектных решений отделяется от их реализации. Это расслоение помогает осуществлять переход от метамоделей к моделям конкретных проектов, изолируя архитектуру от изменений в реализации, и придает системе свойства адаптивности. Платформно-независимые модели обслуживающих подсистем для каждого конкретного проекта подлежат дальнейшему преобразованию в код или в уровень реализации с помощью CASE-средств. При необходимости проект может быть обновлен и повторно преобразован в код.
Таким образом, пакет платформенно-независимых метамоделей анализа и проектирования, представляющих собой визуализированный код в формате UML, является адаптивным к изменениям и реализации и расширяемым для линейки обслуживающих подсистем САПР различной степени сложности.
Для расширения семантических свойств динамических моделей проектируемых систем и преодоления проблем нечеткой формализации задач проектирования разработаны визуальные формы сценариев интерпретации взаимодействия объектов с элементами программного кода. Визуальные сценарии отражают упорядоченную во времени последовательность действий, реализуемых в системе, для выполнения конкретного варианта ее использования (рис.9).
Рис. 9. Пример визуального сценария для прецедента системы
Визуальные модели ключевых сценариев были разработаны для понимания сути последовательности взаимодействия самых важных объектов. Анализ результатов проектирования с использованием визуальных сценариев показал следующее:
- визуальные сценарии вариантов использования системы позволяют обнаружить дополнительные объекты структуры, не выявленные при предварительной идентификации;
- совершенствуется распределение и обновление обязанностей между объектами;
- улучшается понимание динамики взаимодействия объектов системы за счет схематического визуального представление сценариев;
- повышается степень полноты проектной модели.
Четвертая глава диссертации посвящена разработке методов совершенствования архитектурных решений для обслуживающих подсистем САПР.
В данной главе представлены методы реализации концепции современной программной инженерии по применению образцов проектирования — проектных паттернов и модельных каркасов — применительно к моделям компьютерных социотехнических систем. Предложены и реализованы технические решения по повторному использованию элементов моделей включением в их архитектуру идентифицированных проектных образцов. Выявленные образцы могут прилагаться к существующим элементам конкретного проекта, чтобы улучшить прежнее решение архитектуры, или служить основой для создания нового набора элементов на стадии анализа программной системы.
Возможность повторного использования неотделима от показателя расширяемости программной системы. Это означает, что апробированные в режиме повторного использования компоненты обслуживающих подсистем будут оставаться открытыми для адаптации к характерным в процессе разработки изменениям, касающихся требований, алгоритмов, представления данных и т.д.
Для повторного применения моделей анализа и проектирования, а также расширения программных обучающих подсистем в данной работе реализована стратегия проектирования с повторным использованием на основе применения модельных решений в серии разработок линейки приложений данного класса. Предпосылкой ускорения процесса перехода на компоненты многократного использования явилось применение стандартного языка моделирования Unified Modeling Language, обладающего свойствами расширяемости и хорошо определенной семантикой. Очевидным результатом повторного использования компонентов является снижение общей стоимости проекта и сокращение времени на его разработку и тестирование.
Преимущественная роль для многократного использования отведена идеям и примерам кооперативного взаимодействия объектов в проектных моделях обучающих подсистем, хорошо зарекомендовавшим в практике разработки и ведущим к понятным и масштабируемым решениям. В проектных образцах именованы и идентифицированы ключевые аспекты структуры общего решения, которые позволили применить их для создания повторно используемых архитектурных конструкций. Проектная метамодель интегрированной обучающей подсистемы представлена в виде пакетов, объединяющих их элементы по классам, которые являются абстрактными представлениями конкретных составляющих модулей: компьютерных учебников, тестов и тренажеров. Эта процедура упростила идентификацию проектных образцов для каждого отдельного модуля системы и придала ей свойства расширяемости, так как пакетная архитектура позволяет добавлять новые модули в обобщенную модель компьютерной системы.
Одним из решений повторного использования образцов в проектных метамоделях обучающих подсистем явилось применение структурного образца для компоновки объектов с целью получения новой функциональности. Это позволило обеспечить независимость абстрактного представления методических материалов от физического наполнения и сформировать их представление в проектной метамодели. На рис. 10 представлена схема применения в проектной метамодели интегрированной обучающей подсистемы образца Декоратор.
Рис. 10 Схема применения в проектной модели компьютерной обучающей
подсистемы образца Декоратор
Дополнительная гибкость данного решения обусловлена возможностью изменить композицию объектов во время выполнения, что недопустимо для статической композиции классов. Применение проектного образца отделило процедуру создания цепочки объектов от процедуры ее непосредственного использования и, тем самым, исключило изменения в них в связи с появлением новых дополнительных требований по расширению функциональности (в данном примере — типов мультимедийности фрагментов лекции). Таким образом, проектный образец Декоратор позволил описать динамическое добавление объектам новых обязанностей и рекурсивно компоновать объекты с целью реализации заранее неизвестного числа дополнительных функций.
Анализ общности и изменчивости как первичный инструмент выделения объектов, позволил найти концептуальное решение (общность) и подготовить решение на уровне реализации (каждая конкретная вариация) для идентификации проектного образца Стратегия в модулях компьютерной обучающей системы «Тест» и «Тренажер» (рис. 11).
Рис. 11. Схема применения в проектной модели компьютерной обучающей
системы проектного образца Стратегия
Применение образца Стратегия в вышеназванных модулях обусловлено необходимостью идентификации алгоритмов генерации наборов учебно-тренировочных заданий, а также обработки изменений в алгоритмах независимо от модулей. Проектный образец Стратегия — это способ определить семейство алгоритмов, решающих концептуально одну задачу, но различающихся способом ее решения.
Включение данного проектного образца в модель позволило упростить добавление новых алгоритмов генерации набора заданий (вопросов) для теста и тренажера и отделить процедуру выбора алгоритма от его реализации. При этом класс «Стратегия генерации» определяет, как будут использоваться алгоритмы генерации комплекта заданий, класс «Контекст» использует конкретные алгоритмы на основе ссылки на тип абстрактного класса «Стратегия генерации», классы «Стратегия генерации» и «Контекст» взаимодействуют с целью реализации выбранного алгоритма генерации набора заданий тренажера.
Применение проектного образца Стратегия в модулях обучающих подсистем позволяет отказаться от использования переключателей и/или условных выражений, которые заметно усложняют стойкость систем к изменению требований за счет инкапсуляции каждого поведения в отдельный класс.
Следует отметить, что решение проблемы в контексте выявленных образцов проектирования при разработке обслуживающих подсистем САПР не только упрощает дизайн будущей системы, но и оптимизирует программный код.
Таким образом, системный анализ наиболее продуктивных проектов компьютерных обучающих подсистем, которые созданы с участием автора и реализованы в образовательной сфере, позволил идентифицировать проектные образцы, повторное применение которых в последующих проектах способствовало более быстрому конструированию моделей и уменьшению зависимости от изменяющихся требований.
Разработка обслуживающих подсистем отличается широким спектром проектных действий: от проектирования компонентов системы до графического пользовательского интерфейса (graphical user interface — GUI), являющегося в настоящее время стандартом для интерактивных систем. При этом значительную часть стоимости разработки приложения в целом составляют затраты на проектирование и реализацию такого интерфейса. Для совершенствования архитектуры проектных решений в диссертационной работе предложено и реализовано техническое решение по адаптивности визуальных проектных моделей подсистемы поддержки графического пользовательского интерфейса компьютерных систем на основе применения модельных каркасов. Этот подход, направленный на результативное проектирование расширяемой архитектуры, ускоряет процесс проектирования и позволяет получить унифицированные модели интерфейса для компьютерных социотехнических систем целевого назначения, например для образовательной сферы.
Разработанная модель подсистемы поддержки интерфейса, позволяет проектировать обслуживающие подсистемы САПР, встраивая модель GUI в общую модель системы в соответствии с ее функциональными и системотехническими структурами. Подобный подход положительно сказывается на модернизации проектной модели интерфейса и легкости ее перенесения на другие платформы и операционные системы.
Для реализации в объектно-ориентированном проекте GUI механизмов расширения и модификации в соответствии с потенциальными изменениями функциональности и контекста интерфейса при формировании архитектуры создан один из видов проектных образцов — модельный каркас Window Creation, представляющий собой шаблон как связанную группу пакетов с базовой структурой многократного использования. Модельный каркас Window Creation отражает пример параметризованного сотрудничества, параметры которого именуют элементы, связываемые пользователем с конкретными сущностями, соответствующими решаемой задаче, что предоставляет возможность формировать объекты интерфейсных окон в рамках одной архитектуры (рис. 12).
Рис. 12. Модельный каркас Window Creation
Логическое представление подсистемы графического пользовательского интерфейса в виде диаграммы классов (рис. 13), отражающей взаимосвязи между отдельными сущностями данной предметной области и описывающей их внутреннюю структуру и типы отношений, может служить дальнейшим развитием концептуальной модели проектируемого интерфейса.
В проектной модели подсистемы управления графическим пользовательским интерфейсом обслуживающей подсистемы САПР реализованы базовые функции оконного интерфейса с возможностью их расширения и дополнения. Применение модельного каркаса Window Creation позволило объединить однотипные операции по созданию окон различных типов в одну, а также сделать эту операцию компактной. Предложенный подход к разработке графического пользовательского интерфейса на основе идеи модельного каркаса существенно ускоряет процесс проектирования и делает возможным получение унифицированной модели интерфейса.
Продолжением сущностного моделирования подсистемы управления графическим пользовательским интерфейсом явилась разработка метрик для оценки практичности нефункционального визуального прототипа интерфейса. Представлены следующие процедурные и структурные метрики, построенные на основе сущностных элементов модели прецедентов – обобщенных элементов, определенных в виде намерений пользователей и обязательств системы: сущностная эффективность, согласованность задач, визуальная связность.
Рис. 13. Диаграмма классов модели подсистемы управления графическим пользовательским интерфейсом
Учитывая акцент авторских направлений разработок на анализе и проектировании обучающих подсистем, для которых важны решения как по организации их функционирования, так и по содержательному наполнению, для оценки проектирования прототипов разработаны процедурные и структурные метрики в следующих вариантах:
- структурные метрики, базирующиеся на свойствах архитектурных решений пользовательского интерфейса, которые легко сопоставить с конкретными цифрами (количество визуальных компонентов на экране, число экранов прямого доступа и т.п.);
- процедурные метрики, позволяющие понять соотношение различных задач и данного проектного решения в терминах контента и организации.
Для оценки реального взаимодействия пользователя с системой в качестве показателя соответствия принятого интерфейсного решения тому, которое выражено сущностной моделью вариантов использования системы, предложена процедурная метрика сущностной эффективности прототипа интерфейса. Величина сущностной эффективности СЭ, отраженной в функциях пользовательского интерфейса, определена как отношение длины сущностного описания к длине воплощения сценария:
(8)
где Sсущн — количество шагов, приводящих к решению поставленной задачи по модели вариантов использования системы; Sреальн — количество шагов, необходимых для решения задачи в реальности.
Для оценки соответствия сложности задач, реализуемых на терминалах, ожидаемой частоте их использования введена процедурная метрика согласованности задач. Принято, что согласованность — это упорядоченная корреляция между частотой использования задачи и сложностью ее решения, измеряемая статической мерой — коэффициентом корреляции Kendall Tau Correlations ().
Рассчитывается согласованность задач СЗ следующим образом:
(9)
где D – мера несогласованности, равная числу пар задач, корректно отсортированных по реальному количеству шагов; P – число всех возможных пар задач.
Если сложность или длина всех задач разная, то 
где N – число упорядоченных задач. Значение согласованности задач может принимать значения от -100% до 100% (соответственно, =-1, =1).Чем ближе полученное значение к -100%, тем сложнее является решение наиболее часто возникающих перед пользователем задач. При нулевом значении параметра согласованности считается, что связь между частотой выполнения и количеством шагов отсутствует. Для вычисления задачи, реализуемые на конкретном терминале, упорядочиваются по ожидаемой частоте применения и сложности исполнения, которая определялась количеством действий для решения задачи.
Для оценки архитектуры графического пользовательского интерфейса в целом, а также качества его структурированности предложено использование структурной метрики визуальной связности. Общая концепция связности, используемая в теории и практике программной инженерии, отражает тот факт, что чем выше связность компонентов, тем проще их интерпретировать, независимо от того, какие цели при этом преследуются: программирование, повторное использование, расширение или модификация. Непосредственное приложение метрики связности к диалоговым окнам и другим сложным компонентам интерфейса нецелесообразно, поскольку связность в ее классической интерпретации не учитывает размещение и группировку этих компонентов, а учитывает только их наличие или отсутствие.
Выполнено расширение качественной метрики связности, в соответствии с которым может быть оценена семантическая и концептуальная взаимосвязь компонентов экрана терминала интерфейса. При этом степенью визуальной связности оценивается аспект архитектуры интерфейса, который в значительной степени влияет на понятность, простоту изучения и использования приложения. Следует отметить, что контекст взаимодействия для каждого сценария реализации варианта использования системы остается вопросом проектирования графического пользовательского интерфейса. При этом его визуальное воплощение можно выразить в прототипе интерфейса и оценить через метрику связности.
Визуальная связность для любой группы компонентов экрана интерфейса определена как отношение количества тесно связанных пар визуальных элементов к общему количеству рассматриваемых пар. Тогда суммарная связность проекта для данного контекста взаимодействий вычисляется рекурсивным суммированием связности всех групп, подгрупп и т. д. Для каждого уровня группировки визуальная связность ВС равна:
(10)
где 
, Nk — число визуальных компонентов группы k,
Ci,j — семантическая связанность между компонентами i и j в группе k, причем 0 Ci,j 1.
Введенные метрики оценки практичности нефункционирующего графического пользовательского интерфейса предложены как альтернатива субъективным пользовательским оценкам и тестированию практичности, проводимого после создания функционального прототипа. Практическое применение данных метрик выявляет проблемные места интерфейса и способствует принятию оптимального проектного решения. Метрики практичности нефункционирующих визуальных прототипов графических пользовательских интерфейсов могут дополнять и поддерживать другие формы оценки и анализа проектов компьютерных систем.
В пятой главе диссертации описываются результаты применения методов и технологии проектирования программных систем с применением визуального моделирования для разработки обслуживающих подсистем САПР на примере проектов обучающих подсистем.
Разработаны адаптивные и расширяемые метамодели анализа и проектирования интегрированной обучающей подсистемы и модуля генерации учебно-тренировочных заданий. Для организации упорядоченного подхода к распределению задач и ресурсов проектов, а также детальной проработки всех этапов применен регламентированный итеративно-инкрементный процесс проектирования. Автоматизация процессов анализа и проектирования осуществлялась с использованием инструментальных объектно-ориентированных средств IBM Rational Rose и IBM Rational Software Architect, основанных на применении стандартного языка моделирования Unified Modeling Language.
Разработанные визуальные метамодели анализа и проектирования, специфицированные на языке UML, являются адаптивными по факторам детализации проектов, принадлежащих данной линейке систем различной степени сложности. Фактически, представленные метамодели являются формализованной документацией, которая может поддерживаться и использоваться для исследования проблем проектирования обучающих подсистем и последующих итераций их развития. Исполняемые метамодели обобщены с использованием архитектурных представлений. Логическое представление отражает декомпозицию системы в набор логических элементов (классов, подсистем, пакетов и взаимодействий), а процедурное представление отображает эти элементы в процессы и подпроцессы (потоки) системы. Проектные метамодели представлена следующей совокупностью рабочих продуктов:
- документ-концепция проекта, представляющий высокоуровневое определение системы и отражающий основные требования к ней;
- визуальная модель предметной области в виде UML-диаграммы классов, отражающая формализацию концептуальных объектов, выявленных по документу-концепции проектируемой системы;
- визуальная модель прецедентов (вариантов использования системы) в виде UML-диаграммы Use Case, отражающая функциональные требования к системе;
- документ развернутого описания функций системы в виде сценариев как совокупности прецедентов;
- визуальная расширенная модель предметной области с атрибутами в виде UML-диаграммы классов сущностей с атрибутами;
- визуальная модель взаимодействия в виде UML-диаграмм последовательности и кооперации, описывающая динамику всех прецедентов системы;
- визуальная модель проектирования в виде развернутой UML-диаграммы классов, описывающая реализацию прецедентов системы и служащая в качестве абстрактного представления исходного программного кода системы;
- визуальная модель базы данных: UML-диаграмма показывающая взаимодействие таблиц входящих в базу данных, а так же подробное описание атрибутов операций и связей между этими таблицами.
Разработанные визуальные метамодели проектирования обучающих подсистем, сохраняя структуры систем, определенные в метамоделях предметной области, являются чертежом для программирования систем с частичной автоматической кодогенерацией. Все визуальные модели комплекса являются техническими проектами реализации практически на любом объектно-ориентированном языке.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ
- На основе использования современных методов моделирования и инженерного анализа решена крупная научная проблема создания технологии автоматизированного проектирования обслуживающих подсистем САПР. Обоснована эффективность нового подхода к проектированию, который заключается в интеграции процессных стратегий, структур и проектных образцов визуальных метамоделей проектирования со свойствами адаптивности и расширяемости, что позволяет сократить трудозатраты и время разработки и модификации подсистем.
- Предложена рекуррентная технологическая модель проектирования программных систем и разработаны процедуры реализации подпроцессов проектирования как логических контейнеров, в которых сгруппированы элементы процесса проектирования (роли, задачи, рабочие продукты, руководства и образцы).
- Предложена процедура многокритериальной оптимизации для принятия решения по выбору процесса разработки программных систем, особенностью которой является иерархическая структура исходной системы критериев качества процесса, в условиях доступности экспертной информации, которая позволяет получить количественные оценки и учесть влияние каждого критерия на конечную альтернативу выбора типа процесса разработки.
- Сформулированы научные принципы построения метамоделей обслуживающих подсистем и разработаны сами высокоуровневые метамодели, устойчивые к изменениям платформенного уровня и определяющие для конкретных проектов каркасы архитектуры и моделей с полными спецификациями состояния и поведения системы.
- Построены визуальные исполняемые метамодели программных систем с идентифицированными проектными и структурными образцами, включенными в архитектуру с целью реализации стратегии повторного использования для ускорения процесса разработки, снижения зависимости разрабатываемой системы от изменяющихся требований и обеспечения гибкости системы для внесения изменений.
- Создана проектная метамодель подсистемы управления графическим пользовательским интерфейсом, содержащая модельный каркас, объединяющий однотипные операции по созданию окон интерфейса. В предложенном решении зафиксированы практические методы, как на уровне моделирования, так и на уровне реализации, направленные на ускорение процесса проектирования и последующего кодирования, упрощение механизма управления интерфейсом, а также оптимизацию расширения функциональности подсистемы управления интерфейсом в оболочке САПР.
- Предложены навигационные образцы проектирования, структурирующие графический пользовательский интерфейс программной системы в сторону повышения уровня его интуитивности и практичности без потери необходимого функционала. Получены технические решения по конвертации навигационных проектных образцов в компоненты (стандартные модули) многократного использования.
- Разработаны процедурные и структурные метрики для оценки практичности визуальных прототипов графического пользовательского интерфейса программных систем, направленные на выявление проблемных элементов модельной конструкции и дополняющие формы и оценки анализа проектов обслуживающих подсистем САПР в целом.
- Практическая ценность работы состоит в том, что результаты диссертации являются научной основой для проектирования обслуживающих подсистем САПР в условиях роста сложности и масштабности программного обеспечения, а также для управления качеством разработок на этапах проектирования.
Основные публикации по теме ДИССЕРТАЦИИ
Монографии
- Черткова Е.А. Разработка компьютерных обучающих систем. Монография: – Саратов: Сарат. гос. техн. ун-т, 2005. – 175 с.
- Софиев А.Э., Черткова Е.А. Компьютерные обучающие системы. Монография: – М.: Изд. ДеЛи, 2006. – 296 с.
Статьи в журналах, периодических изданиях, включенных в список ВАК РФ
- Черткова Е.А. Концепция спецификации требований для проектирования компьютерных обучающих систем. // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2005. № 4 (9). С. 90-97.
- Черткова Е.А. Объектно-ориентированное проектирование графического пользовательского интерфейса. // Системы управления и информационные технологии. – 2006. № 1 (23). С. 63-67.
- Черткова Е.А. Автоматизация анализа и проектирования компьютерных обучающих систем. // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2006. № 1 (11), вып. 2. С. 98-103.
- Софиев А.Э., Черткова Е.А. Тренажерные комплексы для обучения операторов потенциально опасных химико-технологических производств. // Приборы. – 2006. № 12. С. 57-59.
- Черткова Е.А. Автоматизация моделирования требований для проектирования компьютерных обучающих систем. // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2006. № 4 (18), вып. 3. С. 103-110.
- Черткова Е.А. Применение модельных каркасов для разработки графического пользовательского интерфейса // Вестник Астраханского государственного технического университета. – 2007. № 1 (36). С. 150-153.
- Черткова Е.А. Применение проектных паттернов для разработки компьютерных обучающих систем // Вестник Тамбовского государственного технического университета. – 2007. Т.13. № 1А. – С. 13-19.
- Ананьева Т.Н., Черткова Е.А. Методология разработки компьютерных обучающих систем для сферы образовательных услуг // Теоретические и прикладные проблемы сервиса. – 2007. № 2. – С. 48-51.
- Черткова Е.А., Карасев Д.И. Информационно-аналитическая система представления параметров эксплуатационного контроля удаленных объектов // Приборы. – 2007. № 11. – С. 40-44.
- Черткова Е.А., Шевырин А.Е. Оценка практичности прототипа графического пользовательского интерфейса. // Системы управления и информационные технологии. – 2007. № 1.3 (27). – С. 398-402.
- Черткова Е.А., Карпов В.С. Применение проектных образцов для идентификации алгоритмов в модулях компьютерных обучающих систем // Программные продукты и системы. 2008. № 3. С. 83-85.
- Черткова Е.А., Ретинская И.В., Дауренбеков К.К. Разработка спецификации требований к компьютерным обучающим системам // Качество. Инновации. Образование. – 2008. № 1. С. 52-57.
- Черткова Е.А., Карпов В.С. Объектно-ориентированное проектирование компьютерных обучающих систем с использованием структурных образцов // Вестник Саратовского государственного технического университета. – 2008. № 2 (33), вып. 2. С. 251-256.
- Черткова Е.А., Тучков В.И., Шевырин А.Е. Применение образцов проектирования графического интерфейса для реализации навигационных функций // Программные продукты и системы». 2008. № 4.
- Черткова Е.А., Дауренбеков К.К., Карпов В.С., Ретинская И.В. Разработка информационных модулей компьютерных обучающих систем средствами динамической визуализации // Качество. Инновации. Образование. – 2008. № 6. С. 63-66.
- Черткова Е.А., Шевырин А.Е. Проектирование системы управления графическим пользовательским интерфейсом // Системы управления и информационные технологии. 2008. № 2 (32). С. 72-75.
Статьи в рецензируемых журналах, научных сборниках и др. изданиях
- Черткова Е.А. Образовательные порталы в системе дистанционного обучения // Сборник научных статей проф.-преп. состава / Всероссийская гос. налоговая академия. – Москва, 2003. – С.220-227.
- Софиев А.Э., Черткова Е.А., Годов А.А. Создание автоматизированной системы разработки тренажерно-обучающих комплексов для специалистов по управлению и автоматизации технологических процессов // Наукоемкие технологии образования: межвуз. сб. научно-метод. трудов / Таганрогский российский гос. ун-т. – Таганрог, 2004. № 8. – С. 41-43.
- Софиев А.Э., Черткова Е.А. Создание информационной системы тренажерного комплекса средствами динамической визуализации // Наукоемкие технологии образования: межвуз. сб. научно-метод. трудов / 2005. № 9.
- Черткова Е.А., Шевырин А.Е. Разработка графического пользовательского интерфейса для компьютерных обучающих систем // Компьютерные учебные программы и инновации. – 2005. № 12. – С. 70-75.
- Черткова Е.А., Карпов В.С. Объектно-ориентированное проектирование компьютерных обучающих систем // Компьютерные учебные программы и инновации. – 2005. № 12. – С. 62-69.
- Софиев А.Э., Черткова Е.А., Карасев Д.И. Анализ и моделирование требований для проектирования информационно-аналитической системы // Технология и автоматизация атомной энергетики: Сборник статей. — Северск: Изд. СГТИ, 2005.– С.154-157.
- Черткова Е.А., Карасев Д.И. Объектно-ориентированное проектирование информационно-аналитической системы для обработки технологических параметров // Аспирант и соискатель. – 2006. № 4. – С. 275-279.
- Черткова Е.А., Карпов В.С. Метод идентификации классов и объектов для проектирования компьютерных обучающих систем // Актуальные проблемы современной науки. – 2006. № 3. — С. 294-296.
Статьи в сборниках трудов международных, всероссийских научных
конференций
- Черткова Е.А. Использование компьютерных презентаций в учебном процессе // Информационные технологии в образовании: сб. трудов VIII Междунар. конференции (ИТО-1998)/. – Москва, 1998. – С. 64-65.
- Черткова Е.А., Варакин В.П., Легонькова Н.М. Концепция использования Internet /Intranet-технологий в виртуально-тренинговых средствах обучения. // Информационное обеспечение науки: новые технологии: сб. трудов VIII научно-практического семинара / БЕН РАН. — Москва, 1999. – С. 119-124.
- Черткова Е.А., Умеренков Г.М. Опыт использования Intranet-сети в учебном процессе вуза // Информационные технологии и телекоммуникации в образовании: сб. трудов II Междунар. выставки-конференции / ВК ВВЦ «Наука и образование». – Москва, 2000.
- Черткова Е.А., Годов А.А. Методологические основы создания мультимедийного образовательного программного комплекса // Информационные технологии в образовании: сб. трудов XI Междунар. выставки-конференции (ИТО-2001)/. – Москва, 2001. – Ч.III.– С. 148-149.
- Черткова Е.А., Умеренкова О.П., Годов А.А. Использование Интранет-технологии для реализации мультимедийного образовательного программного комплекса // Информационные технологии в образовании: сб. трудов XII Междунар. выставки-конференции (ИТО-2002)/. – Москва, 2002. – Ч.IV.
- Черткова Е.А. Годов А.А. Динамическая визуализация информации в программных тренажерах // Информационные технологии в образовании: сб. трудов XIII Междунар. выставки-конференции (ИТО-2003)/. – Москва, 2003. – Ч.IV. – С. 321-322.
- Черткова Е.А., Умеренкова О.П., Тучков В.И. Визуальное моделирование модуля генерации учебно-тренировочных заданий для компьютерной обучающей системы // Информационные технологии в образовании: сб. трудов XIV Междунар. выставки-конеренции. (ИТО-2003)/. – Москва, 2004. – Ч.IV. — С. 200-201.
- Черткова Е.А. Шевырин А.Е. Визуальное моделирование интерфейса компьютерной обучающей системы // Информационные технологии в образовании: сб. трудов XIV Междунар. выставки-конференции. (ИТО-2004)/. –Москва, 2004. – Ч.III. – С 85-86.
- Черткова Е.А. Умеренкова О.П. Разработка компьютерных обучающих систем на основе Rational Unified Process // Информационные технологии в образовании: сб. трудов VI межвуз. науч.-практ. конф. / Московский гос. ун-т сервиса. — Москва, 2004.
- Софиев А.Э., Черткова Е.А., Карасев Д.И. Разработка динамической модели с использованием Unified Modeling Language для информационно-аналитической системы // Информационные технологии в профессиональной деятельности и научной работе: сб. трудов межрегиональной науч.-практ. конф. / Йошкар-Ола, 2005. –С. 127-130.
- Софиев А.Э., Черткова Е.А., Карасев Д.И. Визуальное моделирование функциональных требований к информационной системе // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов XVIII Междунар. научн. конференции. / Казан. гос. техн. ун-т. – Казань, 2005. – Т.10. – С. 112-114.
- Софиев А.Э., Вендров А.М., Черткова Е.А. Визуальное моделирование компьютерных обучающих систем с использованием Unified Modeling Language // Телематика’2005: сб. трудов XII Всероссийской научно-методич. конференции. / Санкт-Петерб. гос. ун-т информ. технологий, механики и оптики. – Санкт-Петербург, 2005. – Т.1. – С. 255-256.
- Софиев А.Э., Черткова Е.А., Карасев Д.И. Визуальное моделирование информационно-аналитической системы с использованием Unified Modeling Language //: сб. трудов VI Всероссийской научно-техн. конференции / Восточно-Сибирский гос. технологич. ун-т. – Улан-Удэ, 2005. – Ч.2. С. 259-264.
- Черткова Е.А. Развитие методологии проектирования компьютерных обучающих систем в сфере образования // Применение новых технологий в образовании: сб. материалов XVI Международной конференции / Фонд новых технологий в образовании. – Троицк, 2005. – С. 373-374.
- Черткова Е.А. Применение объектно-ориентированного моделирования для разработки компьютерных обучающих систем // Технологии Интернет – на службу обществу: сб. трудов IV Всероссийской научно-практ. конференции / Саратовский гос. техн. ун-т. - Саратов, 2005. – С. 394-396.
- Черткова Е.А. Моделирование предметной области для проектирования компьютерных обучающих систем // Информационные технологии в образовании: сб. трудов XV Междунар. выставки-конференции (ИТО-2005)/. – Москва, 2005. – Ч.III. С 287-290.
- Черткова Е.А. Умеренкова О.П. Конфигурирование и реализация Rational Unified Process для разработки программных систем // Информационные технологии XXI века: сб. материалов VII межвуз. науч.-практ. конф. — Москва, 2005. С. 129-131.
- Ананьева Т.Н., Черткова Е.А. Концепция разработки компьютерных обучающих систем для сферы образовательных услуг // Наука – сервису: сб. трудов X Междунар. научно-практич. конференции. М., 2005. — С. 10-14.
- Черткова Е.А., Карпов В.С. Проектирование компьютерных обучающих систем с использованием CASE-средств // Информационные технологии в образовании и науке: сб. трудов Всеросс. научно-практич. конференции. М., 2006. Ч.3. С. 628-632.
- Черткова Е.А., Карпов В.С. Применение шаблонов проектирования в моделях компьютерных обучающих систем // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов XIX Междунар. научн. конференции. / Воронежск. гос. техн. ун-т. – Воронеж, 2006. – Т.4. С. 220-222.
- Черткова Е.А., Шевырин А.Е. Разработка статической модели графического интерфейса с использованием шаблона модельного каркаса // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов XIX Междунар. научн. конференции. / Воронежск. гос. техн. ун-т. – Воронеж, 2006. – Т.10. С. 175-178.
- Софиев А.Э., Черткова Е.А., Карасев Д.И. Применение унифицированного процесса для проектирования информационно-аналитической системы // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов XIX Междунар. научн. конференции. / Воронежск. гос. техн. ун-т. – Воронеж, 2006. – Т.10. С. 84-86.
- Черткова Е.А. Метод объектно-ориентированного проектирования компьютерных обучающих систем с использованием паттернов. // Применение новых технологий в образовании: сб. материалов XVII Международной конференции / Фонд новых технологий в образовании. – Троицк, 2006. С. 251-252.
- Черткова Е.А., Ванярх Т.А. Концепция проектирования Web-приложений для электронного обучения // Применение новых технологий в образовании: сб. материалов XVII Международной конференции / Фонд новых технологий в образовании. – Троицк, 2006. С. 474-475.
- Черткова Е.А. Применение модельных каркасов при проектировании графических пользовательских интерфейсов // Теоретические и прикладные вопросы современных информационных технологий: материалы VII Всероссийской научно-техн. конференции / Восточно-Сибирский гос. технологич. ун-т. – Улан-Удэ, 2006. Ч.2. С. 480-481.
- Черткова Е.А. Методология объектно-ориентированного проектирования компьютерных обучающих систем // Телематика’2006: сб. трудов XIII Всероссийской научно-методич. конференции. / Санкт-Петерб. гос. ун-т информ. технологий, механики и оптики. – Санкт-Петербург, 2006. – Т.2. С. 318-319.
- Черткова Е.А. Принципы разработки архитектуры Web-приложений для электронного обучения // Технологии Интернет – на службу обществу: сб. статей по материалам V Всероссийской научно-практ. конференции / Саратовский гос. техн. ун-т. - Саратов, 2006. С. 201-204.
- Черткова Е.А. Методы программной инженерии для проектирования компьютерных обучающих систем // Информационные технологии в образовании: сб. трудов XVI Междунар. конференции-выставки (ИТО-2006)/. – Москва, 2006. – Ч.V. С.148-150.
- Черткова Е.А., Карпов В.С. Метод идентификации классов и объектов для объектно-ориентированного моделирования компьютерных обучающих систем // Информационные технологии в образовании и науке: сб. трудов II Всеросс. научно-практич. конференции / Московская фин.-юр. акад. — Москва, 2007. – Ч.1. С. 100-104.
- Черткова Е.А., Карпов В.С. Оценка эффективности стратегий и образцов для анализа и проектирования компьютерных обучающих систем // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов XX Междунар. научн. конференции. / Ярославск. гос. техн. ун-т. – Ярославль, 2007. – Т.6. С. 253-255.
- Черткова Е.А., Шевырин А.Е. Оценка качества проектной модели графического пользовательского интерфейса // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов XX Междунар. научн. конференции. / Ярославск. гос. техн. ун-т. – Ярославль, 2007. – Т.6. С. 255-258.
- Черткова Е.А., Карасев Д.И. Проектирование информационно-аналитической системы представления параметров эксплуатационного контроля // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов XX Междунар. научн. конференции. / Ярославск. гос. техн. ун-т. – Ярославль, 2007. – Т.6. С. 258-263.
- Черткова Е.А. Моделирование динамики компьютерных обучающих систем с использованием визуальных сценариев // Телематика’2007: сб. трудов XIV Всероссийской научно-методич. конференции. / Санкт-Петерб. гос. ун-т информ. технологий, механики и оптики. – Санкт-Петербург, 2007. – Т.1. С. 160-161.
- Ретинская И.В., Черткова Е.А., Дауренбеков К.К. Создание информационного модуля компьютерной обучающей системы средствами динамической визуализации // Информационные технологии в образовании: сб. трудов XVII Междунар. конференции-выставки (ИТО-2007)/. – Москва, 2007. – Ч.V. С.172-173.
- Черткова Е.А., Шевырин А.Е. Проектирование интерфейсов компьютерных обучающих систем // Информационные технологии в образовании: сб. трудов XVII Междунар. конференции-выставки (ИТО-2007)/ – Москва, 2007. – Ч.V. С.184-186.
- Черткова Е.А., Тучков В.И. Модельное проектирование программных средств контроля знаний // Новые образовательные технологии в вузе: сб. трудов V Междунар. научно-методич. конференции / Уральский гос. техн. ун-т. – Екатеринбург, 2008. – Т.2. С. 379-384.
- Черткова Е.А., Карпов В.С. Рекуррентная технологическая модель проектирования компьютерных обучающих систем // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов XXI Междунар. научн. конференции. / Саратовск. гос. техн. ун-т. – Саратов, 2008. – Т. 6. С. 1337-140.
- Черткова Е.А., Шевырин А.Е. Модельное проектирование графических интерфейсов для компьютерных обучающих систем // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов XXI Междунар. научн. конференции. / Саратовск. гос. техн. ун-т. – Саратов, 2008. – Т.6. С. 131-133.
- Черткова Е.А., Тучков В.И. Визуальное моделирование программных средств контроля знаний для образовательной сферы // Математические методы в технике и технологиях: сб. трудов XXI Междунар. научн. конференции. / Саратовск. гос. техн. ун-т. – Саратов, 2008. – Т.6. С. 133-135.
- Черткова Е.А., Софиев А.Э., Карпов В.С. Разработка пакета расширяемых объектно-ориентированных проектных моделей компьютерных обучающих систем // Телематика’2008: сб. трудов XV Всероссийской научно-методич. конференции. / Санкт-Петерб. гос. ун-т информ. технологий, механики и оптики. – Санкт-Петербург, 2008. С. 394-395.
- Черткова Е.А., Карпов В.С. Объектно-ориентированная разработка компьютерных обучающих систем с использованием проектных образцов // Информационные технологии в образовании: сб. трудов XVIII Междунар. конференции-выставки (ИТО-2008)/ Москва, 2008. Ч.2. С. 113-115.
Программные продукты
- Черткова Е.А., Годов А.А. Многофункциональная тестовая оболочка «Модуль-Тест». / Отраслевой фонд алгоритмов и программ Госкоорцентра информац. технологий Министерства образования РФ. № гос. регистрации 50200300256. — М.: ВНТИЦ, 2003.
- Черткова Е.А. Мультимедийный программно-методический комплекс «Автоматизация делопроизводства» / Отраслевой фонд алгоритмов и программ Госкоорцентра информац. технологий Федерального агентства по образованию. № гос. регистрации 50200501451. — М.: ВНТИЦ, 2005.
- Черткова Е.А. Пакет тестирующих программ по дисциплинам «Делопроизводство» и «Автоматизация делопроизводства» / Отраслевой фонд алгоритмов и программ Госкоорцентра информац. технологий Федерального агентства по образованию. № гос. регистрации 50200501448. — М.: ВНТИЦ, 2005.
- Софиев А.Э., Волкова М.Е., Черткова Е.А., Годов А.А. Мультимедийный программно-методический комплекс «Системы управления химико-технологическими процессами» / Отраслевой фонд алгоритмов и программ Госкоорцентра информац. технологий Федерального агентства по образованию. № гос. регистрации 50200501449. — М.: ВНТИЦ, 2005.
- Софиев А.Э., Черткова Е.А. Мультимедийный программно-методический комплекс «Интегрированные системы управления делопроизводством» / Отраслевой фонд алгоритмов и программ Госкоорцентра информац. технологий Федерального агентства по образованию. № гос. регистрации 50200501450. — М.: ВНТИЦ, 2005.
- Черткова Е.А., Карпов В.С. Программный тренажер «Администрирование операционной системы Windows XP» / Отраслевой фонд алгоритмов и программ Госкоорцентра информац. технологий Федерального агентства по образованию. № гос. регистрации 50200501446. — М.: ВНТИЦ, 2005.
- Черткова Е.А., Карпов В.С. Автоматизированная технология проектирования компьютерных обучающих систем / Отраслевой фонд алгоритмов и программ Госкоорцентра информац. технологий Федерального агентства по образованию. № гос. регистрации 50200501447. — М.: ВНТИЦ, 2005.
