Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
«Проектирование автоматизированных систем управления и связи»
1. Цель работы: ознакомиться с понятием жизненного цикла программного продукта, этапами проектирования АСУ, получить практические навыки моделирования функций автоматизированных систем управления для заданной предметной области.
2. Основные теоретические сведения
2.1. Жизненный цикл программного изделия и его критичные этапы
В основе деятельности по созданию и использованию программного обеспечения (ПО) лежит понятие жизненного цикла (ЖЦ). ЖЦ является моделью создания и использования ПО, отражающей его различные состояния, начиная с момента возникновения необходимости в данном программном изделии и заканчивая моментом его полного выхода из употребления у всех пользователей.
Традиционно выделяются следующие основные этапы ЖЦ ПО:
Обобщенно ЖЦ можно представить в виде схемы:
ЖЦ образуется в соответствии с принципом нисходящего проектирования и, как правило, носит итерационный характер: реализованные этапы, начиная с самых ранних, циклически повторяются в соответствии с изменениями требований и внешних условий, введением ограничений и т.п. На каждом этапе ЖЦ порождается определенный набор документов и технических решений, при этом для каждого этапа исходными являются документы и решения, полученные на предыдущем этапе.
Существующие модели ЖЦ определяют порядок исполнения этапов в ходе разработки, а также критерии перехода от этапа к этапу. В соответствии с этим наибольшее распространение получили три следующие модели ЖЦ:
1) КАСКАДНАЯ МОДЕЛЬ (70-80г.г.) – предполагает переход на следующий этап после полного окончания работ по предыдущему этапу.
2) ПОЭТАПНАЯ МОДЕЛЬ С ПРОМЕЖУТОЧНЫМ КОНТРОЛЕМ (80-85 г.г.) – итерационная модель разработки ПО с циклами обратной связи между этапами. Преимущество такой модели заключается в том, что межэтапные корректировки обеспечивают меньшую трудоемкость по сравнению с каскадной моделью; с другой стороны, время жизни каждого из этапов растягивается на весь период разработки.
3) СПИРАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ (86-90 г.г.) – делает упор на начальные этапы ЖЦ: анализ требований, проектирование спецификаций, предварительное и детальное проектирование. На этих этапах проверяется и обосновывается реализуемость технических решений путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует поэтапной модели создания фрагмента или версии программного изделия, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество, планируются работы следующего витка спирали. Таким образом, углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации.
АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ является первой фазой разработки ПО, на которой требования заказчика уточняются, формализуются и документируются. Фактически на этом этапе дается ответ на вопрос: «Что должна делать будущая система?». Именно здесь лежит ключ к успеху всего проекта. В практике создания больших систем ПО известно немало примеров неудачной реализации проекта именно из-за неполноты и нечеткости определения системных требований. Список требований к разрабатываемой системе должен включать:
На этом этапе определяются:
ЭТАП ПРОЕКТИРОВАНИЯ дает ответ на вопрос: «Как (каким образом) система будет удовлетворять предъявленным к ней требованиям?». Задачей этого этапа является исследование структуры системы и логических взаимосвязей ее элементов, причем здесь не рассматриваются вопросы, связанные с реализацией на конкретной платформе. Проектирование определяется как «(итерационный) процесс получения логической модели системы вместе со строго сформулированными целями, поставленными перед нею, а также написания спецификаций физической системы, удовлетворяющей этим требованиям». Обычно этот этап разделяют на 2 подэтапа:
В результате деятельности на этапах анализа и проектирования должен быть получены проект системы, содержащий достаточно информации для реализации системы, содержащий достаточно информации для реализации системы на его основе в рамках бюджета выделенных ресурсов и времени.
2.2. Принципы структурного анализа
Анализ требований разрабатываемой системы является важнейшим среди этапов ЖЦ. Он оказывает существенное влияние на все последующие этапы, являясь в то же время наименее изученным и понятным процессом. На этом этапе, во-первых, необходимо понять, что предполагается сделать, а во-вторых, задокументировать это, т.к. если требования не зафиксированы и не сделаны доступными для участников проекта, то они вроде бы и не существуют. При этом язык, на котором формулируются требования, должен быть достаточно прост и понятен заказчику.
Конечно, применение известных аналитических методов снимает некоторые из перечисленных проблем анализа, однако эти проблемы могут существенно быть облегчены за счет применения современных структурных методов, среди которых центральное место занимают методологии структурного анализа и проектирования.
Структурным анализом принято называть метод исследования системы, которое начинается с ее общего обзора и затем детализируется, приобретая иерархическую структуру со все большим числом уровней. Для таких методов характерно разбиение на уровни абстракции с ограничением числа элементов на каждом из уровней (обычно от 3 до 6-7); ограниченный контекст, включающий лишь существенные на каждом уровне детали; использование строгих формальных правил записи; последовательное приближение к конечному результату.
Все методологии структурного анализа базируются на ряде общих принципов, часть из которых регламентирует организацию работ на начальных этапах ЖЦ, а часть используется при выработке рекомендаций по организации работ. В качестве базовых принципов используются: принцип «разделяй и властвуй» и принцип иерархического упорядочивания. Первый является принципом решения трудных проблем путем разбиения их на множество меньших независимых подзадач, легких для понимания и решения. Второй принцип в дополнение к тому, что легче понимать проблему, если она разбита на части, декларирует, что устройство этих частей также существенно для понимания. Понимаемость проблемы резко повышается при организации ее частей в древовидные иерархические структуры, т.е. система может быть понята и построена по уровням, каждый из которых добавляет новые детали. Выделение двух базовых принципов инженерии программного обеспечения вовсе не означает, что остальные принципы являются второстепенными, игнорирование любого из них может привести к непредсказуемым последствиям (в том числе и неуспеху всего проекта). Перечислим основные из этих принципов: принцип абстрагирования, принцип формализации, принцип упрятывания, принцип концептуальной общности, принцип полноты, принцип непротиворечивости, принцип логической независимости, принцип независимости данных, принцип структурирования данных, принцип доступа конечного пользователя.
2.3. Средства структурного анализа и проектирования
Для целей моделирования систем вообще и структурного анализа в частности используются 3 группы средств, иллюстрирующих:
Среди многообразия средств решения данных задач в методологиях структурного анализа наиболее часто и эффективно применяются следующие:
Функциональные модели: SADT (IDEF0)-модели (реализуются с использованием пакетов IDEF, AllFusion Process Modeler).
Информационные модели: ERD (IDEF1X) – пакеты IDEF, AllFusion ERWin Data Modeler.
Динамические модели: IDEF/CPN – пакет IDEF, IDEF3 – пакет AllFusion Process Modeler.
2.4. Основные сведения по методологии IDEF0
Модель в нотации IDEF0 представляет собой совокупность иерархически упорядоченных и взаимосвязанных диаграмм. Каждая диаграмма является единицей описания системы и располагается на отдельном листе.
Цель моделирования (Purpose). Модель не может быть построена без четко сформулированной цели. Пример цели: «Описать функциональность предприятия с целью написания спецификаций ИС».
Точка зрения (Viewpoint). Точку зрения можно представить как взгляд человека, который видит систему в нужном для моделирования аспекте. Как правило, выбирается точка зрения человека, ответственного за моделируемую работу в целом. Цель и точка зрения документируются.
Основные элементы IDEF0-модели
В основе методологии IDEF0 лежат 4 основных понятия:
- функциональный блок;
- интерфейсная дуга (стрелка);
- декомпозиция;
- глоссарий.
1. Функциональный блок
Функциональные блоки обозначают поименованные процессы, функции или задачи, которые происходят в течение определенного времени и имеют распознаваемые результаты. Графически функциональные блоки изображаются в виде прямоугольников. Все блоки должны быть названы и определены. Имя функционального блока должно быть выражено сочетанием отглагольного существительного, обозначающего процесс, или глаголом (рис. 2.1):
|
а) |
б) |
Рисунок 2.1 – Примеры работ
Определение функционального блока заносится в глоссарий или словарь работ (Activity Dictionary).
Все функциональные блоки модели нумеруются. Номер состоит из префикса и числа. Может использоваться префикс любой длины, но обычно используется префикс А. Контекстная (корневая) работа (функциональный блок) имеет номер А0.
2. Интерфейсная дуга (стрелка - Arrow)
Взаимодействие функциональных блоков с внешним миром и между собой описывается в виде интерфейсных дуг (стрелок). Стрелки представляют собой некую информацию и обозначаются существительными (например, «Заготовка», «Изделие») или именуемыми сочетаниями (например, «Готовое изделие»). Все стрелки должны быть определены. Определения заносятся в словарь стрелок – глоссарий (Arrow Dictionary).
В IDEF0 различают 4 типа стрелок (рис.2.2).
Каждая стрелка имеет свое расположение относительно функционального блока.
Рисунок 2.2 – Типы стрелок
Вход (Input) – материал или информация, которые используются или преобразуются работой для получения результата (выхода). Стрелка Input рисуется входящей в левую грань работы.
Управление (Control) – правила, стратегии, процедуры или стандарты, которыми руководствуется работа. Каждая работа должна иметь хотя бы одну стрелку управления. Рисуется как входящая в верхнюю грань работы.
Выход (Output) – материал или информация, которые производятся работой. Каждая работа должна иметь хотя бы одну стрелку выхода. Работа без результата не имеет смысла и не должна моделироваться. Изображается исходящей из правой грани работы.
Механизм (Mechanism) – ресурсы, которые выполняют работу, например, персонал предприятия, станки, устройства и т.д. Рисуется как входящая в нижнюю грань работы.
3. Глоссарий – набор определений, ключевых слов и т.д., которые характеризуют каждый объект модели.
4. Декомпозиция – это разбиение системы на крупные фрагменты – функции, функции – на подфункции и т.д. до конкретных процедур.
Модель может содержать 4 типа диаграмм:
- контекстную (в каждой модели может быть только 1 контекстная диаграмма);
- декомпозиции;
- дерева узлов;
- только для экспозиции (FEO).
Контекстная диаграмма является вершиной древовидной структуры диаграмм и представляет собой общее описание системы и ее взаимодействия с внешней средой.
После описания системы в целом проводится разбиение ее на крупные фрагменты. Этот процесс называется функциональной декомпозицией, а диаграммы, которые описывают каждый фрагмент и взаимодействие фрагментов – диаграммами декомпозиции. После декомпозиции контекстной диаграммы проводится декомпозиция каждого большого фрагмента системы на более мелкие и т.д., до достижения нужного уровня подробности описания.
Диаграмма дерева узлов показывает иерархическую зависимость работ, но не взаимосвязи между работами.
Диаграммы для экспозиции (FEO) строятся для иллюстрации отдельных фрагментов модели, для иллюстрации альтернативной точки зрения либо для специальных целей.
Все диаграммы имеют нумерацию. Контекстная диаграмма имеет номер А-0, декомпозиция контекстной диаграммы – номер А), остальные диаграммы-декомпозиции – номера по соответствующему узлу (например, А1, А2, А21 и т.д.).
3. Методика выполнения лабораторной работы
В качестве примера рассматривается процесс выполнения студентом курсовой работы (курсового проекта).
3.1. Создание контекстной диаграммы.
1. Запустите AllFusion Process Modeler.
2. Если появится диалог ModelMart Connection Manager, нажмите кнопку Cancel.
3. Заполнение реквизитов мастерской страницы. Щелкните по кнопке или воспользуйтесь меню (File→New). Появится диалог I would like to.. Введите имя модели: «Курсовая работа» и выберите Type – Business Process (IDEF0). Нажмите ОК. Появится окно Properties for new Models. Во вкладке General необходимо ввести имя автора модели, инициалы. Нажмите кнопку ОК.
Автоматически создается контекстная диаграмма.
Перейдите в меню Model/Model Properties. Во вкладке General диалога Model Properties следует внести имя проекта «Модель выполнения курсовой работы», а также тип модели – Time Frame: AS-IS.
Во вкладке Definition внесите определение «Это учебная модель, описывающая процесс выполнения студентом курсовой работы» и цель Scope: «Изучение процесса и выявление недостатков».
На вкладке Status отметьте галочкой Working.
Нажатием кнопки ОК закройте диалоговое окно Model Properties. При этом автоматически будет создана мастерская страница.
4. Определение цели и точки зрения. Перейдите в меню Model/Model Properties. Во вкладке Purpose внесите цель – «Purpose: Моделировать процесс выполнения курсовой работы» и точку зрения – «Viewpoint: Студент».
С помощью кнопки внесите текст в поле диаграммы – точку зрения и цель (рисунок 3.1).
Рисунок 3.1 – Внесение текста в поле диаграммы с помощью редактора Text Block Editor
5. Определение настроек параметров текста
Для правильного отображения элементов модели, необходимо задать настройки шрифта, которые будут использоваться по умолчанию. Для этого выберите пункт меню Model/ Default Fonts (рис. 3.2) и во всплывающем меню для всех пунктов установите следующие параметры: Font: Arial, Size: 11, Script: Кириллический. Проставьте галочку в пункте Change all occurrences of this font in the model.
Рисунок 3.2 – Настройка параметров текста
При внесении элементов на диаграммы модели настройки шрифта можно изменить нажатием правой кнопки мыши и выбором пункта Font в контекстном меню.
6. Обратите внимание на кнопку на панели инструментов. Эта кнопка включает и выключает инструмент просмотра и навигации – Model Explorer (появляется слева). Model Explorer имеет 3 вкладки – Activities, Diagrams, Objects. Во вкладке Activities щелчок правой кнопкой по объекту позволяет редактировать его свойства.
7. Перейдите на контекстную диаграмму и правой кнопкой мыши щелкните по работе. В контекстном меню выберите Name. Во вкладку Name внесите имя: «Выполнить курсовую работу».
8. Во вкладке Definition внесите определение: «Текущие процессы выполнения курсовой работы».
9. Нажатием копки создайте стрелки на контекстной диаграмме (Таблица 3.1).
Таблица 3.1 – Стрелки контекстной диаграммы
|
Имя стрелки (Arrow Name) |
Определение стрелки (Arrow Definition) |
Тип стрелки (Arrow Type) |
|
График |
График консультаций и сроки сдачи |
Input |
|
Список литературы |
Источники информации для выполнения курсовой работы |
Input |
|
Варианты заданий |
Список заданий на курсовую работу, подлежащий распределению между студентами |
Input |
|
Методические указания |
Документ, содержащий указания по выполнению курсовой работы, описывающий содержание ее частей и основные требования |
Control |
|
Положение о курсовом проектировании |
Документ, отражающий организационные требования по выполнению и сдаче курсовой работы |
Control |
|
Курсовая работа |
Документ, являющийся основанием для получения оценки |
Output |
|
Оценка за курсовую работу |
Результат выполнения курсовой работы |
Output |
|
Студент |
Тот, кто выполняет курсовую работу |
Mechanism |
10. Результат выполнения предыдущих пунктов представлен на рисунке 3.3.
Рисунок 3.3 – Контекстная диаграмма
3.2. Создание диаграммы декомпозиции
1. Выберите кнопку перехода на нижний уровень на панели инструментов (или щелкните правой кнопкой мыши по работе в Model Explorer на вкладке Activities, выберите в контекстном меню Decompose) и в диалоге Activity Box Count установите число работ на диаграмме нижнего уровня – 7 (рис. 3.4). Нажмите кнопку ОК.
Рисунок 3.4 – Диалог Activity Box Count
2. Автоматически будет создана диаграмма декомпозиции (рис. 3.5).
Рисунок 3.5 – Диаграмма декомпозиции
Правой кнопкой мыши щелкните по работе, выберите Name, внесите имя работы и определение. Повторите операцию для всех 7 работ согласно таблице 3.2.
Таблица 3.2 – Работы диаграммы декомпозиции А0
|
Имя работы (Activity Name) |
Определение (Definition) |
|
Получить задание |
Выбрать задание из списка, согласовать его с преподавателем |
|
Подобрать литературу |
Выбрать из списка литературы подходящие источники |
|
Сделать расчеты |
Выполнить (если необходимо) расчетную часть курсовой работы согласно заданию |
|
Сделать графическую часть |
При необходимости сделать графики и чертежи |
|
Оформить пояснительную записку |
Оформить текстовую часть и объединить все сделанные части в единое целое |
|
Получить консультацию |
Получить консультацию у преподавателя перед защитой, выявить неточности и недостатки |
|
Защитить курсовую работу |
Сдать готовую курсовую работу и ответить на вопросы преподавателя |
3. Просмотреть свойства работ и внести изменения можно, воспользовавшись словарем работ. Вызов словаря – меню Dictionary/Activity (рис. 3.6).
Рисунок 3.6 – Словарь Activity Dictionary
4. Добавить функциональный блок на диаграмму декомпозиции можно нажатием кнопки . Удалить работу можно нажатием клавиши Del, предварительно выделив ее. Нумерация работ изменится автоматически.
Примечание. Если работа удаляется из диаграммы, из словаря она не удаляется. Имя и описание такой работы может быть использовано в дальнейшем. Для удаления всех имен работ, не использующихся в модели, щелкните по кнопке (см. рис. 3.6).
5. Для связывания граничных, не связанных с работами стрелок (рис. 3.5) необходимо щелкнуть по наконечнику стрелки и по соответствующему сегменту работы. Не связанные стрелки рассматриваются как синтаксическая ошибка. Свяжите граничные стрелки с работами, как показано на рисунке 3.7.
Разветвление стрелок. Расписание необходимо для того, чтобы прийти на консультацию и на защиту, т.е. необходимо подвести одноименную стрелку к 2 работам. Для разветвления стрелки необходимо в режиме редактирования стрелок щелкнуть по фрагменту стрелки и по соответствующему сегменту работы.
Слияние стрелок. Для слияния двух стрелок выхода необходимо в режиме редактирования стрелок щелкнуть по сегменту выхода работы, а затем по соответствующему фрагменту стрелки.
6. Чтобы сделать видимыми ICOM-метки (I1, I2, C1, C2, M1, O1) граничных стрелок, воспользуйтесь пунктом меню Model/Model Properties. В закладке Display необходимо отметить галочкой ICOM codes.
Рисунок 3.7 – Связанные граничные стрелки на диаграмме декомпозиции А0
6. Создайте новую граничную стрелку механизма «Преподаватель» для работ «Получить задание», «Получить консультацию», «Получить консультацию», «Защитить курсовую работу» (см. рис. 3.7). Эта запрещенная стрелка, она автоматически не попадает на диаграмму верхнего уровня и имеет квадратные скобки на конце.
Туннелирование стрелок. Щелкните правой кнопкой мыши по квадратным скобкам и выберите пункт меню Arrow Tunnel. В появившемся диалоговом окне выберите пункт Change it to resolved rounded tunnel. Стрелка станет туннельной (с круглыми скобками на конце). Это означает, что она будет присутствовать только на данной диаграмме. Если вы выберете пункт меню Resolve it to border arrow, стрелка появится на всех диаграммах модели.
7. Создайте внутренние стрелки, как это показано на рисунке 3.8 и дайте им определения (см. табл. 3.3).
Результат выполнения предыдущих пунктов представлен на рисунке (рис. 3.8).
Таблица 3.3 – Внутренние стрелки диаграммы декомпозиции
|
Название стрелки (Arrow Name) |
Определение (Definition) |
|
Задание |
Выдается на консультации преподавателем, чтобы студенты могли выбрать самостоятельно, или назначается в зависимости от варианта |
|
Литература |
Выбранные источники, необходимые для выполнения курсовой работы |
|
Расчеты |
Выполненная расчетная часть курсовой работы |
|
Графическая часть |
Выполненная графическая часть курсовой работы |
|
Пояснительная записка |
Теоретическая часть + расчеты + графическая часть, оформленные в соответствии ГОСТ |
|
Замечания, дополнения |
Замечания преподавателя, полученные на консультации, которые необходимо исправить до защиты |
Рисунок 3.8 – Диаграмма декомпозиция блока А0
3.3. Создание дерева узлов
1. Выберите меню Diagram/Add Node Tree. В первом диалоге Node Tree Wizard внесите имя диаграммы, укажите диаграмму корня дерева и количество уровней (рис. 3.9). Нажмите кнопку «Далее».
Рисунок 3.9 – Первый диалог Node Tree Wizard
2. Во втором диалоге все параметры можно оставить без изменения, данные опции описывают внешний вид дерева (рис. 3.10):
Рисунок 3.10 – Параметры настройки диаграммы Node Tree
3. Нажмите кнопку «Готово».
4. Автоматически будет сформирована диаграмма, представленная на рисунке 3.11. Просмотреть и отредактировать Дерево узлов можно на вкладке Diagrams в Model Explorer.
Рисунок 3.11 – Диаграмма узлов
3.4. Создание глоссария
Вызов словаря работ: меню Dictionary/ Activity. Заголовки столбцов таблицы словаря можно отредактировать (меню View/ Customize) – добавив или удалив столбцы. Словарь работам представлен на рисунке 3.12.
Рисунок 3.12 – Словарь работ
Вызов словаря стрелок: меню Dictionary/ Arrow (рис. 3.13).
Рисунок 3.13 – Словарь стрелок
4. Задание
Создать функциональную модель предметной области с использованием пакета AllFusion Process Modeler в соответствии с вариантом задания. Вариант задания определяет преподаватель. Функциональная модель должна содержать 3 уровня декомпозиции.
5. Порядок выполнения работы
Для выполнения работы необходимо:
1) повторить правила техники безопасности при работе с вычислительной техникой;
2) изучить теоретическую часть настоящего методического указания;
3) получить у преподавателя вариант задания;
4) выполнить лабораторную работу согласно описанной в пункте 3 методике;
5) в соответствии с требованиями, приведенными в разделе 6, оформить отчет по лабораторной работе;
6) защитить лабораторную работу.
6. Требования к отчету
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
а) титульный лист;
б) название лабораторной работы, цель работы;
в) основные определения;
г) краткое описание предметной области;
д) функциональную модель (контекстная диаграмма, диаграммы декомпозиции, дерево узлов) предметной области в соответствии с вариантом задания;
е) выводы по проделанной работе.
7. Контрольные вопросы
1. Каковы цели функционального моделирования?
2. Чем модель отличается от диаграммы?
3. Назовите основные компоненты функциональной модели.
4. Какие виды интерфейсных дуг различают в IDEF0?
5. Для чего нужна цель и точка зрения?
6. Что такое функциональный блок?
7. Что такое глоссарий? Каким образом он формируется в AllFusion Process Modeler?
8. Какие виды отчетов по модели можно сформировать в AllFusion Process Modeler?
9. Какие виды диаграмм может содержать функциональная модель?
10. Что представляет собой туннельная стрелка?
11. Дайте определение ЖЦ ПО.
12. Перечислите модели ЖЦ. В чем их отличие.
13. Назовите основные стадии ЖЦ ПО.
14. Назовите принципы, лежащие в основе структурного анализа и проектирования.
PAGE 18
CASE
М
ИМ
ФМ
анализ опыта эксплуатации
сопровождение
внедрение
отладка и испытание
программирование
физическое проектирование
логическое проектирование
разработка технического задания
анализ требований
оценка реализации
разработка отрасли автоматизации