Этапы проектирования

Этап 1. Концептуальный– работа по изучению предметной области (типов элементов; видов отношений, ограничений и требований по времени, ресурсам, способам переработки информации; цели функционирования системы).

Этап 2. Формализация– создание схемы системы на логическом уровне (т.е. с помощью математических отношений и выражений или других конструктивных способов).

Этап 3. Оптимизация–оптимизация структуры системы на уровне схемы до конкретного внедрения системы: для этого необходимо уметь оценивать проект на уровне структурной и функциональной сложности.

Введем следующие обозначения:

S – система;

– предметная область, , где определяется система;

– объекты системы S;

– информация;

– поведение системы;

– целевая функция системы;

– подсистема, ;

– схема системы или подсистемы;

– схема объекта или проект объекта – результат процесса проектирования ;

– процесс проектирования системы S;

– -ый шаг проектирования;

– логический оператор (распознаватель: «хорошо», «плохо»);

– имитационное моделирование схемы системы (проекта).

На рис. 5 процесс проектирования формально представлен средствами граф-схемы.

СХЕМА ПРОЦЕССА ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМЫ

Рис. 5

Процесс проектирования– выполнение оператора , который может быть формально представлен граф-схемой вида (5), где в фигурных скобках задаются операнды, или объекты, над которыми выполняется процесс проектирования . Исходя из схемы весь процесс проектирования интерпретируется следующим образом:

1. Первая скобка – множество результатов обследования и анализа предметной области , т.е. это перечень объектов , функций, связанных с множеством объектов, или отношений, имеющих место между объектами.

Результаты анализа отображаются в ТЗ и ТЭО:

ТЗ – Техническое Задание, содержащее описание существующих входов, результатов по обработке входных значений, перечня ограничений и условий, связанных с реализацией системы и основных целей проекта.

ТЭО – Технико-Экономическое Обоснование – это априорное вычисление эффективности внедрения системы по среднестатистическим характеристикам как среды, так и средств реализации системы.

2. После получения результатов ТЭО по данным ТЗ реализуется сам процесс проектирования т.е. -ый шаг проектирования.

В процессе проектирования можно получить более чем одну схему, которая отображает возможные связи между элементами системы, скобка 2.

3. Следующий шаг это логический оператор – отбор из множества наилучшей схемы по показателю структурной оптимальности. Оценка выполняется по следующим признакам:

· сложность,

· надежность,

· степень иерархичности,

· пропускная способность.

4. По результатам имитационного моделирования обрабатывается множество полученных экспертных оценок, скобка 3.

5. Логический оператор – – оценщик имитационного моделирования на «хороший» и «плохой» проект .

Таким образом, процесс проектирования сводится к:

- Структурному моделированию и

- Имитационному моделированию системы S, а решение задачи проектирования – это решение структуризации системы.

Структуризация– это процесс анализа предметной области объекта и синтеза элементов объекта для получения неделимо функционирующей единицы, как системы.

ДЕРЕВО “ПРОБЛЕМ” СТРУКТУРИЗАЦИИ СИСТЕМЫ S

Рис. 6

Расшифровка состояний-узлов дерева “Проблем”.

1. Выбор уровня абстракции описания системы и процесса проектирования.

2. Определение принципа деления на уровни системы.

3. Определение механизма связей между объектами системы и уровнями.

4. Разработка языка описания структур и системы в рамках выбранной абстракции.

5. Описание связей на формальном языке.

6. Определение механизма перехода от уровня к уровню.

7. Определение поведения системы, подсистемы и моделей описания поведения.

8. Определение влияния уровней друг на друга и на систему в целом.

9. Определение влияния композиции на функционирование системы.

10. Определение методов декомпозиции и композиции.

11. Определение способов автоматизации построения структур системы для получения схемы системы.

1.1.1.6. Технические и рабочие проекты.
Оценка проекта системы и документирование проекта.

Введем следующую систему понятий

ТЗ – Техническое Задание, документ, получающийся в результате обследования предметной области, содержит показатели эффективности цели, ограничения и критерии поведения, которым должен удовлетворять проект.

ТЭО – Технико-Экономическое Обоснование, априорный расчет эффективности (предварительный расчет эффективности по усредненно-статистическим характеристикам средств реализации системы).

ТП – Технический Проект, описание структуры системы на логическом уровне. При разработке ТП не достаточно одного структурного моделирования, если система требует высокой надежности и точности.

КТС – комплекс технических средств, совокупность аппаратных элементов, средств связи, средств хранения информации.

Структурное моделированиеоценивает поведение системы в статике.

Имитационное моделированиеоценивает систему в динамике, с учетом воздействия на функционирование системы различных случайных факторов.

После структурного и имитационного моделирования переходят к воплощению системы в реальной технически-программной среде, получая рабочий проект(РП).

РП – Рабочий Проект, внедряется в несколько этапов, которые потом состыковываются.

Прагматически, проектирование представляется тремя шагами:

1. Макропроектирование (концептуализация, формализация и оптимизация (рис. 6а); результат 1-го шага это технический проект (ТП).

2. Микропроектирование – внедрение проекта (схемы) в реальную среду функционирования систем; результат это (РП).

3. Внедрение рабочего проекта поэтапно в среду, где функционирует система.

Рис. 6а

ТП и РП – это самостоятельные объекты. Поэтому требования к ТП и РП это требования, которые отражаются в специальной документации по ТП и РП. Эта документация называется проектной документацией.

СОСТАВ ПРОЕКТНОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ ПО СИСТЕМЕ

Рис. 7

ПРИНЦИПЫ И КОНЦЕПЦИИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СИСТЕМ

Процесс проектирования основывается на 2-х базовых принципах:

1. анализи

2. синтез.

Анализ – процесс расчленения системы (объекта) на элементы (подсистемы) по заданным внешним характеристическим признакам.

Объект рассматривается в аспекте составляющих его элементов. При этом должно соблюдаться 3 требования:

1. Функциональной полноты– любое функциональное множество корректно, если оно обладает свойствами:

· полноты (достаточное количество – функций и достаточность для реализации цели),

· непротиворечивости (никакая функция из не противоречит другой),

· независимости (невыводимости из , ).

2. Принцип пары– каждый элемент соответствующий функции , обладает свойством наличия входа и выхода, т.е.

~ , или , или

3. Свойство надежностиэлементов и системы в целом.

Синтез– процесс составления неделимо функционирующей единицы из входящих в нее элементов (частей).

Чтобы процесс синтеза был совершен корректно, необходимо выполнение следующих требований:

1. Координации. Все элементы должны быть связаны по конкретной схеме: либо координации управления, либо координации времени, либо координации информации, т.е. соответствие входов выходов.

2. Завершенности,или законченности, переходных процессов в элементах системы. Переход к следующему этапу работы в системе возможен при завершении предыдущих.

3. Автономностиработы элементов системы.

4. Качестваработы элементов системы.

ПРИНЦИПЫ СИСТЕМНОЙ РАЗРАБОТКИ ПРОЕКТА СИСТЕМЫ

1. Принцип системного единства (удовлетворение концепции координации и системного единства).

2. Принцип адекватности (соответствие строящейся системы реальной предметной области).

3. Принцип инвариантности (независимо от форм входной информации, от среды, где реализуется система – система должна выполнять свою функцию).

4. Принцип информационного единства.

5. Принцип совместимости частей системы между собой и самой системы с другими системами.

6. Принцип развития.

7. Принцип включения (в систему можно встраивать новые части без изменения самой системы).

8. Принцип комплексности (сложности) и согласованности частей системы.

При разработке системы возникают следующие проблемы, которые должны решаться в процессе ее создания.

1. Технологическая (выбор средств реализации системы, режимы работы системы).

2. Концептуальная (разработка системных принципов по проектированию системы, т.е. совокупности научных тезисов, выбор концептуальной схемы ТП, определение структуры баз данных (БД) на логическом уровне).

3. Методологическая (разработка методологии, правил проектирования системы).

4. Теоретическая (выбор математической модели для структурного и имитационного моделирования).

5. Языковая (выбор языка для описания систем, проектов и функционирования систем).

6. Оценочная – оценка качества разрабатываемой системы на проектном уровне и на уровне функционирования (работы) системы.