Технология имитационного моделирования взаимодействующих фондовых потоков в задачах концептуального проектирования систем прикладного программного обеспечения

Авторитетные источники в области software утверждают, что трудности, с которыми сталкивается программная инженерия, определяются рядом специфических свойств прикладного программного обеспечения (ПО) и, прежде всего — его функциональной, структурной и поведенческой сложностью. Действительно, среда современного прикладного ПО формируется не просто из одного-двух пользователей и их интерфейса с компьютером, а из организаций, предприятий, отраслей, глобальных и корпоративных сетей, заказчиков, пользователей, готовой продукции, систем управления и т. д. Традиционно проектирование таких систем базируется на использовании самых разнообразных программных пакетов-решений.

Спектр подобных программных продуктов широк и популярен, начиная с локальных и персонифицированных СОГЗ-продуктов (Commercial Off The Shelf — готового к использованию коммерческого software) [59] и кончая широкомасштабными программными комплексами типа ERP-систем {Enterprise Resource Planning) планирования корпоративных ресурсов [30], iSCAZ-систем {Supply Chain Management) управления логистическими активностями [70- 66], В2В-систем {Business То. Business) управления электронным бизнесом [28- 58] и т. д. Основное и несомненное достоинство использования таких пакетов — смещение акцента от чрезвычайно затратного проектирования с «чистого листа» к «настройке» проектов на готовые индустриальные решения. Основной недостаток — отсутствие у большинства предлагаемых продуктов средств концептуального анализа управленческих и организационных процессов (часто объединяемых термином бизнес-процесс) прикладного ПО.

К сожалению, пакеты-решения, как и другие подходы проектирования приложений типа компонентных технологий CORBA (Common Object Request Broker Architecture — общая архитектура брокеров объектных запросов) [57], DCOM (Distributed Common Object Model — распределенная модель компонентных объектов) [34] и EJB {Enterprise JavaBeans) [67] не изменяют сложившихся схем и подходов к проектированию. Они лишь формируют среду, в которой уже готовые концептуальные решения конкретизируются и реализуются, оставляя за пределом возможного анализа латентные проблемы, возникающие на ранних стадиях реализации проектов и порождаемые поведенческой сложностью прикладных систем.

Действительно, уяснить реальное положение дел и «одним взглядом» выявить проблему порой весьма непросто и желательно иметь в своём распоряжении средства, способствующие:

— концентрации внимания аналитиков Исполнителя и Заказчика на фрагментах концептуальных схем, вызывающих наибольшие опасения;

— диагностированию источников возникновения проблемных ситуаций и выработке возможных вариантов бесконфликтных путей дальнейшего развития программного проекта;

— выделению характерных для предметной области прикладного ПО концептуальных «паттернов», по терминологии UML (Unified Modeling Language) [31] - приемлемых вариантов «типичных решений типичной проблемы в данном контексте» .

Для любой системы прикладного ПО, разрабатываемой как с «чистого листа», так и на основе настройки на «готовые» решения, хотелось бы иметь набор паттернов, способствующих организации моделирования нетривиального поведения проблемных фрагментов. Такие паттерны можно воспринимать как области соприкосновения взаимных интересов и партнерских отношений Исполнителя и Заказчика, складывающихся, начиная с самых начальных этапов развития проекта и поддерживаемых в течении всего жизненного цикла существования системы. К сожалению, предлагаемые на рынке современные технологии, несмотря на свою претенциозность, не обладают той степенью когнитивности, которая весьма желательна для поддержания плодотворных контактов между Исполнителем и Заказчиком на всех стадиях разработки и сопровождения, особенно на стадиях выявления и анализа требований.

В связи с актуальностью обозначенных проблем, актуальность темы диссертации определяется, прежде всего, необходимостью постоянной борьбы с ПОВЕДЕНЧЕСКОЙ СЛОЖНОСТЬЮ проектируемых систем. Подобные задачи традиционные средства пытаются разрешать лишь мощностью структурных и функциональных описаний, тогда как специалисты-практики на каждом шагу ощущают, что любой сколько-нибудь нетривиальный фрагмент концептуальной схемы управленческого, организационного или какого-либо другого процесса прикладной системы — нечто большее, чем простой набор функций и структур (как бы этот набор ни был велик).

Актуальность темы

определяется также необходимостью исследования ДИНАМИКИ взаимодействий между внутренними и внешними структурами паттернов, ибо их поведение (как и поведение любых процессов прикладного ПО) разворачивается вдоль оси времени некоторого «жизненного цикла» своего существования.

Актуальность темы

диктуется и тем вниманием, которое сегодня начинает уделяться исследованиям структур РЕФЛЕКСИВНЫХ КОНТУРОВ (контуров обратных связей), которые по сути и определяют природу нетривиального поведения концептуального паттерна.

Актуальность темы

связывается с теми попытками, которые предпринимаются с целью выработки правдоподобных ПРОГНОЗОВ развития проблемных ситуаций на возможно ранних стадиях проектирования практически любой системы, ибо проблемы желательно «обнаруживать до того, как они обнаружат Вас.» .

И, наконец, тема работы претендует на актуальность в связи с целесообразностью (а возможно, и с осознанной необходимостью) разработки плодотворной ТЕХНОЛОГИИ аналитического сопровождения ранних этапов жизненного цикла проектов прикладного ПО.

Цель диссертационной работы — разработка программной технологии Взаимодействующих Фондовых Потоков (ВФП), обеспечивающей аналитическую поддержку работ по формированию и исследованию поведения концептуальных паттернов («типичных решений типичной проблемы в данном контексте''''), применяемых на ранних этапах проектирования систем прикладного ПО. Технология базируется на методах системной динамики Дж. Форрестера [44- 60] и операционных возможностях персонифицированных программных пакетов имитационного моделирования типа Ithink {High Performance Systems, Inc) [62] и Powersim (Powers im, Inc) [65].

Основные задачи, решаемые в соответствии с поставленной целью:

— актуализация исследований поведенческой сложности управленческих, организационных и др. процессов прикладного ПО;

— определение возможных вариантов формирования схем простейших прототипов концептуальных паттернов;

— исследование возможностей применения средств компьютерной имитации и современных пакетов имитационного моделирования в качестве инструментальной поддержки технологии ВФП;

— разработка набора базовых паттернов как концептуальных единиц проектирования управленческих, организационных и др. процессов прикладного ПО;

— демонстрация возможностей набора базовых паттернов и технологии ВФП на примерах решения конкретных задач концептуального проектирования фрагментов реальных приложений.

Методы исследования, использованные в работе, очерчиваются понятиями и методами общей теории систем, математической логики, теории множеств, системной динамики, математической экономики, а также современных методологий построения программных комплексов и систем.

Научная новизна состоит в:

— формировании принципов конструирования концептуальных моделей технологических, организационных и др. процессов прикладного ПО на базе идей, методов и подходов системной динамики [51- 50];

— использовании концептов техники финансового анализа при конструировании потоковых схем базовых паттернов [47];

— определении набора паттернов как концептуальных единиц имитационных моделей процессов в рамках жизненного цикла системы прикладного ПО [46].

Практическая значимость работы определяется:

— разработкой технологии ВФПУ позволяющей проектировать, исследовать и сопровождать концептуальные схемы проблемных фрагментов систем прикладного ПО;

— снижением рисков при обнаружении и анализе проблемных ситуаций на ранних этапах жизненного цикла развития проектов;

— возможностью разработки набора базовых паттернов как концептуальных единиц систем прикладного ПО, формирующих содержимое «корпоративной памяти» организационных структур экономики и бизнеса.

Диссертационная работа состоит из четырех глав. Первая глава посвящена обзору и анализу наиболее известных подходов и средств, претендующих на роль инструментов разработки концептуальных моделей проблемных фрагментов систем прикладного ПО. Внимание концентрируется на методологиях, которые могут использоваться на ранних этапах выявления и анализа требований к проектируемым системам. Во второй главе рассматривается предлагаемая технология ВФП, предпосылки её возникновения, её место в задачах анализа требований. В третьей главе рассмотрено применение технологии ВФП для построения набора паттернов базовых бизнес-процессов, представленных рефлексивными контурами обратных связей. В четвертой главе демонстрируются операционные возможности технологии ВФП и набора паттернов на примере действующего прототипа реального проекта.

Заключение

.

В диссертации приведены наиболее популярные подходы к решению задач выявления требований и разработки концептуальных моделей систем прикладного ПО. Показано, что таких подходов достаточно много, однако наблюдающийся до сих пор высокий процент неудач проектов прикладного ПО определенно указывает на то, что они недостаточно эффективны. Корни проблем лежат в разном подходе к ним аналитиков Исполнителя и Заказчика.

Аналитики Заказчика понимают свои задачи на уровне описания процессов (бизнес-процессов) прикладной области, тогда как аналитики Исполнителя пытаются интерпретировать их, как правило, в концептах профессионального программирования. Попытки разрешения этого противоречия предпринимались в рамках методологий систем автоматизации управления компаниями.

Наиболее популярны в России — методологии, основанные на стандартах семейства 1DEF, языке UML, а также система ARJS. Однако все они в разной степени не отвечают актуальности разработки единого когнитивного базиса, одинаково приемлемого для аналитики Исполнителя и Заказчика при разработке прикладных систем. Так, в методологиях, базирующихся на стандартах IDEF или на языке UML, средства концептуального анализа проблемных ситуаций практически отсутствуют. Система ARIS является дорогостоящей, громоздкой и сложной в освоении, значительная часть её аналитических функций доступна только в дополнительных коммерческих модулях (уж не говоря о том, что адекватность моделей, построенных с помощью этой системы, порой ставится под сомнение).

В диссертации концентрируется внимание на необходимости уточнения понятия бизнес-процесса (которое, возможно, в состоянии заменить расплывчатые понятия управленческих, организационных, логистических, мотивационных и др. процессов прикладных систем). Действительно, для бизнес-процесса определения типа «набор функций или последовательность действий, преобразующей входы в выходы'''' сегодня уже неприемлемы. Практика современного успешного менеджмента показывает, что бизнес-процесс неразрывно связан со временем и всегда существует в контексте своего жизненного цикла.

Бизнес-процесс характеризуется, прежде всего, как сложная система, определяющая нетривиальное поведение самых разнообразных, требующих глубокого анализа управленческих ситуациях. Здесь большую роль начинают играть системные свойства бизнес-процесса, обусловленные обратными связями и возникающими внутренними рефлексиями.

В тексте диссертации обосновывается очевидность потребности в технологии, сочетающей концептуальную прозрачность и развитый программный инструментарий с возможностями анализа сложных динамических взаимодействий и системных свойств бизнес-процессов как базовых единиц конструирования прикладных систем. Такой технологией, может быть технология ВФП.

Фундамент технологии — теория фондовых циклов, предложенная Э. Хэлфертом [47] и концепция системной динамики Дж. Форрестера [44- 60]. И если теория фондовых циклов утверждает, что принятие любого управленческого решения вызывает движение соответствующих фондов (тем самым генерируя фондовые потоки), системная динамика как нельзя лучше подходит для формализации этой сугубо экономической концепции. Кроме того, уже реализованы и активно используются программные продукты, способные обеспечить информационную и аналитическую поддержку технологии ВФП.

В тексте диссертации делается предположение, что используя технологию ВФП, можно будет эффективно решать следующие задачи концептуального проектирования прикладных систем:

— использовать единый метафорический базис и понятийную среду для всех участников работ по инжинирингу и реинжинирингу бизнес-процессов;

— разрабатывать имитационные модели, которые позволяют анализировать и сопоставлять результаты нетривиального поведения взаимодействующих структур бизнеса;

— исследовать последствия разнообразных предположений («а что, если .»), которые способствуют более глубокому пониманию природы поведения бизнес-процесса;

— использовать эти предположения при ранней диагностике негативных проблемных ситуаций, а также при выявлении причин их возникновения;

— формировать динамические варианты управленческих ситуаций «ТО-ВЕ» («как должно быть») на фоне существующего состояния бизнеса «AS-IS» («как есть»);

— организовывать мониторинг таких интегральных характеристик состояния бизнеса, как отставание от графика выполнения работ, перерасход стоимости, показатель размера упущенной выгоды и т. д.;

— аккумулировать плодотворный опыт процессного управления в корпоративной «памяти» базовых структур и прототипов имитационных моделей отраслевых бизнес-процессов.

Следуя Дж. Форрестеру [44], предполагается, что в основе конструкции практически любого бизнес-процесса лежит ограниченный набор моделей базовых рефлексивных контуров обратных связей. Это позволяет, создав такой набор, строить из его компонентов бизнес-процессы любой сложности. В этом случае прогнозируется поведение бизнес-процесса и упрощается выработка рекомендаций по управлению им, так как его компоненты будут хорошо исследованы. В терминологии UML каждый такой контур является паттерном типичным решением типичной проблемы в данном контекстеС помощью технологии ВФП спроектировано 12 таких паттернов.

В тексте диссертации продемонстрировано, как предложенная технология была опробована при реализации проекта моделирования логистических активностей крупной компании, производящей безалкогольные напитки. Показано, что разработанная модель позволяет не только анализировать бизнес-процессы компании, но и находить оптимальные производственные и транспортные планы с помощью генетического алгоритма — метода эволюционного поиска.

Представленные в диссертационной работе результаты обладают достаточной перспективой для дальнейшего развития. Анализ бизнес-процессов невозможен без релевантных входных данных. Манипулируя достоверностью и темпом поступления данных, можно строить оперативные, тактические и стратегические прогнозы развития ситуации. Также перспективно развитие, уточнение паттернов базовых бизнес-процессов. Возможно построение специальных наборов паттернов, нацеленных на определенные области деятельности. Плодотворным может быть исследование возможности интеграции предложенной технологии ВФП и языка моделирования UML. Одной из целей такого исследования должно стать построение соответствий между моделями UML и ВФП с целью выработки механизмов взаимного преобразования моделей.