Методика разработки программного обеспечения на основе типовых программных компонентов для автоматизированных информационных систем предприятий хранения и переработки зерна

На текущем этапе развития производства и информационных технологий невозможно эффективно управлять производственными процессами в пищевой промышленности без комплексной автоматизации технологического и бухгалтерского учета на предприятии. Для осуществления функций учета и управления различной информацией применяют комплексные автоматизированные информационные системы (АИС), которые полностью охваты-: вают учет на производстве и в бухгалтерии предприятия. Эти системы пришли на смену отдельным, не связанным между собой программам на отдельных участках технологического или бухгалтерского учета.

Информационные системы представляют собой сложный комплекс технических, -программных, информационных и организационных средств, обеспечивающих централизованное накопление и коллективное использование информации [54]. Их разработка и внедрение может занять значительный промежуток времени, но усилия по автоматизации учета окупаются с лихвой. Требования, которым должны удовлетворять информационные вычислительные системы, были описаны в работах [12,17,32,49,54 и др.].

Сейчас на рынке программного обеспечения существует огромное количество программ, автоматизирующих бухгалтерский, складской и производственный учет на малых предприятиях. Но большинство этих программ не являются информационными системами в полном объеме, они автоматизируют отдельные участки учета и не позволяют получить цельной картины работы предприятия.

Таким образом, актуальной задачей сегодняшнего дня является создание автоматизированных информационных систем, охватывающих весь цикл, начиная с цехов и заканчивая администрацией предприятия [79], а также принципов создания программного обеспечения (ПО) информационных систем.

Актуальность темы

Трудоемкость разработки, внедрения и сопровождения комплексной автоматизированной информационной системы предпри-: ятий хранения и переработки зерна (АИС ПХПЗ) может достичь сотен человеко-лет, а время эксплуатации измеряется десятилетиями, при этом требуется значительное ускорение разработки программ и баз данных, повышение их надежности и качества в условиях постоянно повышающихся требований к программному обеспечению (ПО). По этому разработка методов и средств реализации этих требований является актуальной задачей.

Для большинства российских АИС, которые разрабатываются разными коллективами программистов, характерна разработка собственных инструментальных средств, которые в дальнейшем используются для компоновки и наращивания конкретной АИС. В большинстве случаев разработка ведется спонтанно, решая возникающие в процессе работы текущие проблемы, без систематизации и научного подхода к структуре проектируемых компонентов. Такие инструментальные средства, к сожалению, не только не становятся стандартом, но в большинстве своем непригодны для разработки программных систем другой предметной области, в частности для предприятий отрасли хлебопродуктов.

Отсутствие единого подхода к построению ПО АИС, множество несовместимых между собой библиотек программных модулей и колоссальные затраты на разработку программных компонентов практически с нуля при построении АИС ПХПЗ показали необходимость более глубокого рассмотрения принципов создания ПО информационной системы предприятий по хранению и переработке зерна, разработки и применения при создании ГЮ современных методов и средств программной инженерии.

Объект исследования — предприятия по хранению и переработке зерна как объект для создания АИС.

Предмет исследования — совокупность методов и средств создания программного обеспечения автоматизированной информационной системы для предприятий хранения и переработки зерна.

Целью данной работы является повышение эффективности процесса создания и сопровождения программного обеспечения автоматизированной информационной системы для предприятий хранения и переработки зерна, повышение качества и надежности системы в целом путем разработки и систематизации типовых проектных решений для создания ПО конкретной предметной области.

Были использованы следующие методы исследования: анализ функциональности АИС ПХПЗ на основе анализа ПХПЗ как объекта для создания АИСанализ методов и средств программной инженериисинтез функциональности программного компонента АИС ПХПЗ с применением метода от абстрактного к конкретномумоделирование компонента АИС ПХПЗ и анализ результатов применения полученной модели.

Научная новизна исследования: предложено и описано применение методов программной инженерии для создания ПО АИС ПХПЗразработано формальное определение типовых программных компонентов (ТПК) для АИС ПХПЗпроведен анализ структуры и взаимодействия подразделений и предприятий отрасли, на основе которого выделен класс задач для создания ТПК АИС ПХПЗразработаны методы адаптации ТПК АИС ПХПЗпредложены методы реализации динамического формирования представлений данных в ТПК АИС ПХПЗразработан метод поиска файлов данных на основе эталонов адресов хранения файловразработан метод создания идентификаторов записей (ID).

Практическая значимость работы состоит в разработке инженерной методики создания программного обеспечения АИС ПХПЗ.

Апробация результатов исследования. Основные результаты работы обсуждались на научно-практической конференции «Автоматизация технологических процессов и управление производством на предприятиях пищевой промышленности», МГУПП, 1998; Всероссийской научно-практической конференции «Современные информационные технологии и системы для отраслей агропромышленного комплекса», МГУПП, 1999; Второй международной научной конференции «Управление свойствами зерна в технологии муки, крупы и комбикормов», МГУПП, 2000; на заседаниях кафедры «Системы обработки информации и управления» МГТУ им Н. Э. Баумана, где работа получила положительную оценкупромежуточные результаты исследования публиковались в ряде статей периодических изданий.

Апробация результатов осуществлялась при создании системы обработки банковских документов, модулей автоматизированной информационной системы для зерноперерабатывающих и хлебозаготовительных предприятий (АИС КХП) на основе инструментальных средств, созданных на языке программирования Microsoft FoxPro с отдельными функциями, созданными на языках Assembler, Watcom С, Visual Basic, Microsoft Visual С++ для персональных ЭВМ, совместимых с IBM PC. АИС КХП успешно внедрена на нескольких десятках предприятий отрасли хлебопродуктов в промышленную эксплуатацию.

Структура диссертационной работы.

В главе 1 проведен анализ научных работ, проводимых в области методов и средств программной инженерии для ускоренной разработки и компоI новки программных систем и создания программных библиотек различного назначения. Показано, что разработка объектной структуры типового программного компонента для ПО АИС ПХПЗ является актуальной задачей и ранее не разрабатывалась. Намечены направления дальнейшего исследования.

В главе 2 на основе произведенного анализа взаимодействия подразделений ПХПЗ и опроса экспертов определен класс задач АИС, для которых целесообразно создание типового программного компонента. Определен и описан набор функций и объектов для создания типового программного компонента. Разработан метод создания ID. Разработан и описан межкомпонентный интерфейс.

В главе 3 описаны методы адаптации программных компонентов к изменению конфигурации рабочих станций, к изменяющимся условиям функционирования предприятия, к различным функциональным обязанностям и уровню подготовки пользователя, описаны пути динамического формировав ния представлений данных.

В главе 4 описана реализация ТПК. Предложена объектная структура программных компонентов ведения журналов документов АИС ПХПЗ. Описана методика создания ПО АИС ПХПЗ на основе ТПК. Описана практическая реализация ТПК при построении системы обработки платежных документов и автоматизированной информационной системы комбината хлебопродуктов.

Выход.

Рис. 4.8. Пример сложного экрана построителя выражений.

В данном экране возможна работа с несколькими реквизитами одновременно. Для составления строк фильтрации любой сложности используется экран, пример которого представлен на Рис. 4.9 Построитель ЗАПРОСОВ ==========.

Текст ЗАПРОСА: Дата: 28/06/2000.

Список и типы ПОЛЕЙ таблицы: ОПЕРАЦИИ: ЗАПРОСЫ :

Имя ЗАПРОСА:

ПОИСК <

ВЫХОД >

Рис. 4.9. Пример построителя ограничений с непосредственным редактированием строки ограничения.

Для изменения порядка представления данных используются построитель, аналогичный построителю строк ограничения.

Для динамического формирования печатной копии журнала используется информация о полях данных, порядке представления и ограничения данных. Пример сформированного журнала показан на Рис. 4.10. с с.

D D.

Номер Дата Проводка N Расход N Приход.

С Получатель/плателыдик С Наименование услуг С Расч. счет/Корр.счет С Банк С БИК/МФО.

Щ п $ < >= <-# или Cor) и (AND) НЕ (МОТ) с.

Журнал банковских документов (ГРУППА).

Номер Дата Проводка Расход Приход Попуч.

384 27/04/1998 27/04/1998 29 384 00 Мурма!

248 27/04/1998 27/04/1998 616 00 Снежн.

2 0.00 30 000 00.

Рис. 4.10. Пример автоматически сформированного журнала документов.

Количество обрабатываемых информационных единиц в АИС КХП по сравнению с системой обработки платежных поручений значительно возросло. Все функции, выполняемые интерактивно, производятся при помощи модулей, построенных по разработанной структуре.

Общий порядок работы с информационными единицами не претерпел значительных изменений, было добавлено ограничение на вызов модулей при установленных циклических ссылках в объектах данных. Использование данного метода построения модуля системы, в котором большая часть программного обеспечения не зависит от обрабатываемых данных, привело к легкости добавления новых информационных единиц в систему, т. е. предпосылок для создания открытой информационной системы. Достаточно создать модуль обработки новой информационной единицы и включить ссылки на эти единицы в уже использующиеся модули. Однако, система не получилась открытой в полном смысле этого понятия, так как при включении новых информационных единиц требовалось внесение изменений в некоторые уже готовые модули. Это произошло потому, что для программирования системы был выбран не объектно-ориентированный язык программирования.

При изменении внешнего вида ПД была добавлена возможность вывода на печать настроенных данных, информации об использующихся в ПД полях, их формате, заголовках и т. д. Также добавлен просмотр информации о внешних установках представления, таких как пользователь, открытые файлы, пути доступа и т. п., что облегчило процесс начальной настройки и сопровождения АИС.

Система АИС КХП проходила опытную, а затем и промышленную эксплуатацию на нескольких десятках предприятий отрасли. В частности, с декабря 1996 на Шекснинском КХП (18 станций), Володарском КХП с сентября 1998 (51 станция), ОАО «Хакасхлебопродукт» с 1998 года (19 рабочих станций), ОАО «Жито» с 1999 г (17 рабочих станций).

4.4. Анализ полученных результатов.

Разработанная методика была внедрена в Московском государственном университете пищевых производств на кафедре Автоматизированные информационные системы и вычислительная техника и применялась для разработки ПО АИС КХП. Применение данной методики при разработки программ позволило получить годовой экономический эффект более 70 000 рублей за счет сокращения объема программного кода и снижения требований к квалификации программистов.

На рис. 4.11 показан график зависимости стоимости разработки от количества создаваемых компонентов. График показывает, что разработка на основе ТПК оправдывает себя с финансовой точки зрения в случае использования трех и более типовых компонентов.

На рис. 4.12 показаны временные характеристики различных журналов документов построенных на основе ТПК.

Количество компонентов Традиционная методика—в—Создание на основе ТПК.

Рис. 4.11. Зависимость стоимости разработки от количества компонентов.

Кассовые документы.

Банковские д оку м енты.

Бухгалтерские проводки.

Ос ф инансовы х сред се Журналы.

Накладные на прием /отпуск.

П родукция и П р^е д ь я вл ejHV^e>"y р н, а л, а ПЭкран редактирования ИНовая запись ПЗапись на.

IУ д, а л е н и ё~].

Рис. 4.12. Временные характеристики журналов документов.

Замеры производились на персональном компьютере с процессором Celeron 400, 64 Мб оперативной памяти и данных полученных за два года работы. Все таблицы данных находились на файловом сервере сети 100 Mbit. Размеры таблиц данных даны в табл. 15.

Заключение

.

В диссертации получены следующие результаты:

1. Проведен анализ разработок в области методов и средств программной инженерии. Выяснено, что разработка методов создания ПО АИС ПХПЗ является актуальной задачей и для успешного решения такой задачи существуют объективные предпосылки.

2. Предложено и описано применение методов программной инженерии для создание ПО АИС ПХПЗ: объектно-ориентированного анализа и проектирования и компонентного подхода к созданию ПО.

3. Разработано формальное определение типового программного компонента АИС ПХПЗ.

4. Проведен анализ структуры и взаимодействия подразделений предприятий отрасли, на основе которого выделен класс задач для создания типовых программных компонентов АИС ПХПЗ.

5. На основе экспертного опроса проведен анализ необходимых для создания ПО АИС ПХПЗ функций. Показано, что значительная часть выполняемых функцийэто ручной ввод и редактирование таблиц данных, что создание ТПК для выполнения этих функций позволит значительно сократить трудоемкость создания ПО АИС ПХПЗ.

6. Для создания ПО АИС ПХПЗ предложено использование программных компонентов единой структуры построенных на основе программных объектов, разработанных для конкретной предметной области и адаптируемых для конкретных условий эксплуатации, что позволит уменьшить трудоемкость создания ПО АИС ПХПЗ, повысить его надежность путем использования многократно протестированных программных компонентов.

7. Определены и систематизированы необходимые для ведения информационных журналов функции ТПК. Описаны пути реализации этих функций. Разработана функциональная схема ТПК и межкомпонентный интерфейс, позволяющие создавать ТПК независимый от обрабатываемых данных, наращивать ПО АИС без внесения изменений в исходный код уже готовых компонентов.

8. Проанализированы направления, а разработаны методы адаптации программных компонентов ведения журналов АИС ПХПЗ к изменению условий функционирования предприятия, конфигураций рабочих станций, к различным функциональным обязанностям и уровню подготовки пользователей без внесения изменений в исходный код ТПК. Эти методы позволят использовать одни и те же ТПК на рабочих станциях различной конфигурации, пользователями различной квалификации и с различными функциональными обязанностями в различных условиях функционирования предприятия.

9. Предложены методы реализации динамического формирования представлений данных в типовых программных компонентах ЛИС ПХПЗ.

Ю.Разработан метод поиска файлов АИС, основанный на эталонах адресов хранения файлов, заключающийся в объединении отдельных файлов для поиска в алгоритмические группы и поиске не отдельного файла, а возможных адресов хранения по установленным в системе эталонам для всей алгоритмической группы файлов. Применение этого метода позволит повысить надежность функционирования системы за счет возможности автоматического дублирования информации и устойчивости к аппаратным сбоям, значительно уменьшить трудоемкость сопровождения системы за счет автоматической адаптации к изменению карты дисковых устройств на рабочей станции.

11 .Разработан метод создания ID записей баз данных АИС ПХПЗ.

12.0писана реализация функциональной и объектной структуры для построения компонента АИС с необходимым набором функций, позволяющая создать ТПК на любом объектно-ориентированном языке программирования.

13.Создан шаблон для создания ТПК для языка FoxPro, который позволяет создавать ТПК на языке FoxPro путем минимальных изменений в шаблоне и адаптировать полученный ТПК к изменениям условий эксплуатации без внесения изменений в исходный код. Создание шаблона и применение его при создании ПО Системы обработки платежных поручений и ПО АИС КХП показало, что описанные методы построения ТПК могут быть использованы при применении и не объектно-ориентированных языков программирования.

14.Описана методика создания ПО АИС ПХПЗ на основе ТПК.

15.Описанная методика разработки программного обеспечения внедрена на кафедре АИС и ВТ МГУПП и использовалась для разработки ПО АС КХП, в результате чего получен годовой экономический эффект более 70 тыс. руб.

16. Выяснено, что система, построенная на основе компонентов, созданных по разработанному шаблону удовлетворяет требованиям к по быстродействию и используемой оперативной памяти, является гибкой, легко масштабируемой, адаптируемой к конкретным условиям применения, о чем свидетельствуют акты о внедрении АИС КХП в промышленную эксплуатацию, что также является подтверждением результатов исследования.