Моделі та інформаційні технології реінжинірінгу успадкованих інформаційно-управляючих систем

Размещено на http://www.allbest.ru/

Національний технічний університет

“Харківський політехнічний інститут”

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Моделі та інформаційні технології реінжинірінгу успадкованих інформаційно-управляючих систем

Спеціальність 05.13.06 - Автоматизовані системи управління та

прогресивні інформаційні технології

Ахмад Хадер Ахмад Хаббуш

Харків-2000

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут”, Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник кандидат технічних наук, доцент

Ткачук Микола В'ячеславович,

Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”,

доцент кафедри автоматизованих систем управління

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор

Сіроджа Ігор Борисович,

Національний аерокосмічний університет ім. М.Є. Жуковського “ХАІ”, завідувач кафедри програмного забезпечення автоматизованих систем

доктор технічних наук, професор

Нефедов Леонід Іванович,

Харківській державний технічний університет будівництва та архітектури, професор кафедри

інформатики

Провідна установа

Харківський державний технічний університет радіоелектроніки Міністерства освіти і науки України, кафедра інформаційно-управляючих систем.

Захист відбудеться “15” березня 2001 р. о 14-30 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.050.07 у Національному технічному університеті “Харківський політехнічний інститут”, за адресою:

61002, м. Харків, вул. Фрунзе 21.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Національного технічного університету “Харківський політехнічний інститут”.

Автореферат розісланий “19” січня 2001 р.

Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Успішне та ефективне вирішення проблем функціонування більшості сучасних систем керування складними об'єктами в різних галузях промисловості, економіки та соціальної сфери передбачає проведення безперервного процесу модернізації програмно-інформаційного забезпечення так званих успадкованих систем (legacy system). Під терміном "успадкована система" при цьому мається на увазі комп'ютерна інформаційно-управляюча система (ІУС) накопичення та обробки даних, підтримки прийняття рішень та таке інше, що розроблена раніше та впроваджена в певній організації, і що має життєво важливе значення для забезпечення її нормального функціонування. При цьому, незалежно від предметної сфери та конкретного призначення тієї чи іншої успадкованої системи, в процесі її експлуатації на неї впливають різні чинники, пов'язані зі змінами, що постійно виникають в програмних та технічних засобах її реалізації. Такими чинниками є також зміни, що відбуваються в структурі даної організації та в її бізнес-процесі. Якщо при цьому програмна архітектура успадкованої системи така, що для адекватного обліку впливу цих чинників постійно необхідна її значна переробка, або повна її заміна, то це приводить до великих матеріальних витрат і зниження якості управління відповідним бізнес-процесом в цілому. Ефективні підходи для вирішення цієї проблеми в контексті всього життєвого циклу створення та супроводження ІУС визначені в сучасній інформатиці як проблема їх реінжинірінгу (reengineering).

Особливо актуальною задача реінжинірінгу є для успадкованих систем диспетчерського контролю і управління різними технологічними процесами (ТП), які мають складну технічну структуру, велику матеріальну вартість і, в багатьох випадках, безперервний цикл роботи: наприклад, в енергетиці, на транспорті і так далі. Це так звані системи типу "7х24", тобто системи, що постійно працюють 7 днів на тиждень цілодобово. Вже з однієї цієї причини, як правило, їх повна або часткова заміна технічно неможлива та економічно невиправдана. До таких систем у повній мірі належать диспетчерські ІУС (ДІУС) газокомпресорних станцій (ГКС) магістральних газопроводів (МГ), які відіграють важливу роль в технічній інфраструктурі та економіці будь-якої сучасної країни. В Україні також є своя досить розвинена система МГ, зв'язана з газотранспортними системами сусідніх країн: Росії, Румунії, Угорщини та інших, що забезпечує 90 % експортних поставок російського газу. Це становіть більш як 25 % обсягу його використання в Центральній та Західній Європі і є величезним високотехнологічним комплексом, від нормального стану якого значною мірою залежить економічна стабільність незалежної української держави. При цьому досить важливою проблемою є задача реінжинірінгу успадкованих ДІУС ГКС, що дозволяє якісно покращити контроль та керування всіма технологічними процесами на ГКС і підвищити ефективність їх функціонування. Саме це і визначає актуальність наукових досліджень і розробок, якім присвячена ця дисертаційна робота.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дана робота виконувалася відповідно до бюджетної теми кафедри АСУ Харківського державного політехнічного університету (ХДПУ) “Розвиток прикладних аспектів методології системного підходу до автоматизованого аналізу та синтезу складних систем з використанням прогресивних інформаційних технологій”, включеної до координаційного плану науково-дослідних робіт на 2000-2002 роки Міністерства освіти та науки України (рішення експертної ради від 21.03.2000 р., протокол № 3), а також на підставі договору про науково-технічне співробітництво між ХДПУ, ТОВ "АСУгазсервіс" (м. Харків) та Сумським лінійним виробничим управлінням (ЛВУ) магістральних газопроводів (МГ) філіалу Управління МГ “Київтрансгаз” дочірньої компанії “Укртрансгаз” національної акціонерної компанії (НАК) “Нафтогаз України”.

Мета і задачі дослідження. Метою дисертаційної роботи є розробка і дослідження моделей та інформаційних технологій проведення реінжинірінгу складних успадкованих ІУС, зокрема існуючих ДІУС сучасних ГКС системи МГ Укртрансгазу. Для досягнення поставленої мети треба було вирішити ряд взаємопов'язаних задач, а саме:

1) сформулювати загальну постановку задачі реінжинірінгу успадкованої ІУС;

2) проаналізувати особливості успадкованих ІУС безперервними технологічними процесами (систем типу “7х24”) на прикладі типової ДІУС ГКС системи МГ Укртрансгазу;

3) класифікувати сучасні підходи до реінжинірінгу успадкованих ІУС та мотивовано вибрати підхід, який є адекватним для розглядуваного класу ІУС;

4) розробити загальну структурну модель процесу реінжинірінгу програмної архітектури успадкованої ІУС;

5) розробити ефективну технологічну процедуру проведення реінжинірінгу успадкованої ДІУС ГКС і локальні моделі її реалізації;

6) запропонувати перспективну архітектуру цільової ДІУС для типової ГКС, інваріантну по відношенню до комплексу технічних засобів ГКС;

7) виконати експериментальну реалізацію підсистем цільової програмної архітектури ДІУС ГКС, отримати універсальні програмні рішення для них, вивчити їх характеристики та надати практичні рекомендації щодо їх поліпшення.

Об'єктом дослідження в дисертаційній роботі є успадковані розподілені ДІУС в АСУ складними технологічними процесами.

Предметом дослідження в роботі виступають методи та інформаційні технології реінжинірінгу програмної архітектури успадкованих ІУС.

Методи дослідження базуються на концепціях і принципах об'єктно-орієнтованого аналізу та синтезу систем з використанням уніфікованої мови моделювання UML (Unified Modeling Language), проектування і програмування розподілених інформаційних систем, PATTERNS-технології моделювання доменних знань, формальних граматиках.

Наукова новизна. Наукова новизна роботи полягає у постановці і розв'язанні актуальної наукової задачі розробки об'єктно-орієнтованого (ОО) підходу до реінжинірінгу програмної архітектури успадкованої ДІУС в АСУ технологічними процесами. В результаті розв'язання цієї задачі одержані нові наукові результати.

Запропонована узагальнююча класифікація сучасних підходів до реінжинірінгу успадкованих ІУС, що дозволяє ставити та мотивовано вирішувати задачі вибору адекватного підходу до реінжинірінгу того чи іншого класу ІУС (удосконалено).

Дістали подальший розвиток ОО методи аналізу та синтезу програмної архітектури успадкованих ІУС стосовно класу ДІУС сучасних ГКС. Розроблена структурна ОО модель процесу реінжинірінгу успадкованої ДІУС на основі використання концепції побудови колекції бізнес-об'єктів, що дозволяє формалізувати всі його основні етапи та перейти від попередньої модульної програмної структури до нової компонентної розподіленої архітектури цільової ДІУС (дістало подальший розвиток).

Вперше розроблена формалізована ОО технологічна процедура проведення реінжинірінгу системної архітектури успадкованої ДІУС ГКС, що дозволяє побудувати цільову системну архітектуру з використанням усіх переваг систем типу “клієнт-сервер” (одержано вперше).

Вперше на основі технології моделювання доменних знань PATTERNS розроблена структурна модель універсального телеметричного протоколу, що дозволяє забезпечити обмін даними довільної структури в ДІУС ГКС (одержано вперше).

Вперше запропонована перспективна програмна архітектура ДІУС ГКС з використанням колекції розподілених програмних бізнес-об'єктів і Web-технології, експериментально доведена її працездатність та досліджені особливості функціонування в різних варіантах реалізації (одержано вперше).

Практичне значення одержаних результатів проведеної роботи складається з наступного:

1) сформовано модельно-технологічний інструментальний комплекс, що дозволяє ефективно реалізувати усі основні етапи запропонованого об'єктно-орієнтованого підходу до реінжинірінгу успадкованих ІУС;

2) розроблені та реалізовані уніфіковані програмні компоненти (так звані бізнес-об'єкти), що можуть бути повторно використані у процедурах реінжинірінгу типових ДІУС ГКС системи МГ Укртрансгазу;

3) виконана програмна модернізація підсистеми відображення інформації та керування роботою автомату повітряного охолодження (АПО) газу, впровадження якої в експлуатацію на діючій Ромненській ГКС Сумського ЛВУ дозволило отримати суттєву щорічну реальну економію електроенергії за рахунок підвищення ефективності керування роботою окремих вентиляторних агрегатів АПО газу. Це дозволяє також знизити вірогідність загрози перегріву магістрального газу в зоні відповідальності відповідної ГКС, що, в свою чергу, дає очікувану економію коштів на необхідний ремонт теплоізоляції лінійної частини магістрального газопроводу.

Особистий внесок здобувача. Усі наукові результати, викладені в дисертації, отримані автором особисто. В публікаціях, що написані в співавторстві, автору дисертації належать: в [1] - розробка класифікації існуючих CASE-систем та інформаційних технологій для реінжинірінгу бізнес-процесів; в [2]- розробка структурної ОО моделі, що була застосована в процесі реінжинірінгу програмного пакету керування роботою АПО газу; в [3]- розробка моделі колекції розподілених бізнес-об'єктів для ОО процедур реінжинірінгу програмної архітектури успадкованих ІУС на прикладі ДІУС ГКС системи сучасних МГ; в [5]- розробка програмної архітектури уніфікованої Web-підсистеми відображення інформації для реінжинірінгу успадкованої ДІУС ГКС.

Апробація результатів дисертації.

Результати досліджень доповідалися і обговорювалися на міжнародних науково-технічних конференціях “Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я” (Харків, травень 1999 р.), “Автоматика'99” (Харків, травень 1999 р.), на міжнародній конференції “Reengineering Week'2000” (Цюріх, Швейцарія, березень 2000 р.), на наукових семінарах кафедри автоматизованих систем управління і кафедри системного аналізу і управління Харківського державного політехнічного університету.

Публікації. По результатам дисертаційного дослідження опубліковано 5 друкованих робіт, з них 4 (3 у співавторстві) у виданнях, що входять до списку, затвердженого ВАК України.

Структура роботи. Дисертація складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків і п'ятьох додатків. Повний обсяг дисертації складає 178 сторінок, у тому числі: обсяг основного тексту - 139 сторінок; на 8 окремих сторінках розміщено 5 рисунків та 3 таблиці; список використаних літературних джерел зі 150 найменувань - 15 сторінок; п'ять додатків - 37 сторінок.

Основний зміст роботи

У вступі розкривається сучасний стан проблем реінжинірінгу комп'ютерних систем, обгрунтовується актуальність теми та формулюється мета роботи, визначені об'єкт, предмет та методи дослідження, наводиться наукова новизна і практична цінність отриманих результатів.

У першому розділі розглянуті генезис та кінцева мета процесу реінжинірінгу успадкованих ІУС та визначено його місце у загальній схемі життєвого циклу (СЖЦ) розробки та супроводження комп'ютерних інформаційних систем як зворотного зв'язку між етапом супроводження поточної версії інформаційної системи та етапом розробки її нової (наступної) версії, що дозволяє перейти від традиційної каскадної схеми СЖЦ до каскадно-циклічної моделі СЖЦ. Проаналізовано основні напрямки досліджень у проблематиці реінжинірінгу успадкованих ІУС, проведено аналіз існуючих підходів та моделей як щодо реінжинірінгу програмного забезпечення (ПЗ) так і реінжинірінгу ресурсів даних в успадкованих комп'ютерних системах.

Як приклад важливого класу успадкованих ІУС, у роботі розглянуто ДІУС типової ГКС системи МГ, а саме ДІУС Ромненської ГКС Сумського ЛВУ МГ Укртрансгазу. Визначено, що успадкована ДІУС представляє собою гетерогенну розподілену ДІУС, що входить у систему накопичення та обробки інформації наступного рівня контролю та управління, а саме в регіональну диспетчерську систему Сумського ЛВУ МГ, яка, в свою чергу, також надає свої інформаційні ресурси центральним управляючим структурам Укртрансгазу в Києві. Досліджені основні недоліки успадкованої ДІУС, які є типовими для усього класу ДІУС складними ТП та визначені науково-технічні проблеми, що потребують вирішення для подолання цих недоліків. реінжиніринг експериментальний інформація технологія

На основі проведених досліджень сформульовані зазначені вище мета та задачі виконання дисертаційної роботи.

Другий розділ присвячено дослідженню деяких методологічних основ проведення ефективних процедур реінжинірінгу успадкованих ІУС. З цією метою в роботі розроблена одна з можливих класифікацій сучасних підходів до проведення реінжинірінгу, що подана на рис. 1. Згідно з нею, визначається така категорія як “реінжинірінг архітектури успадкованої ІУС”, що агрегує в собі один з можливих методів реінжинірінгу ПЗ системи та один з наявних методів реінжинірінгу її ресурсів даних. В дисертаційній роботі надалі пропонується застосовувати підхід, що базується на ОО реінжинірінгу ПЗ та інтеграції локальних баз даних успадкованої ІУС. Розроблена загальна структурна ОО модель процесу проведення реінжинірінгу, який пропонується розглядати як деяке відображення , що переводить успадковану системну архітектуру LSA (Legacy System Architecture)

в цільову системну архітектуру TSA (Target System Architecture ), а саме

(1)

Об`єкт LSA є множиною упорядкованих пар , що складаються з операційних даних і програмних модулів їх обробки, так що

, (2)

де N - кількість окремих підсистем в успадкованій ІУС. Архітектура TSA задана кортежем, що містить в собі три формальних об'єкта:

, (3)

де: (Graphical User Interface) - графічний інтерфейс користувача, (System Administration Facility) - сервер системної адміністрації, (Integrated System Database) - інтегрована база даних системи.

Таке представлення для TSA мотивовано тим, що воно, по-перше, відповідає сучасній парадигмі архітектури розподілених інформаційних систем (distributed information systems), з чітким визначенням трьох груп системних сервісів (у термінології Microsoft): 1) Сервіси інтерфейсу користувача (User Interface Services) - програмні компоненти, що забезпечують підтримку візуального інтерфейсу; 2) Сервіси бізнес-логіки (Business Logic Services) - програмні компоненти, що реалізують функції обробки даних згідно з алгоритмами вирішення задач в деякій предметній області; 3) Сервіси доступу до даних (Data Access Services) - програмні компоненти, що вирішують задачі доступу до даних, що знаходяться в загальному випадку в кількох, можливо гетерогенних, локальних базах даних.

По друге, щодо досліджуваного в роботі класу успадкованих систем, а саме, ДІУС ТП, саме таке 3-х рівневе логічне структурування системних сервісів повністю відповідає трьом основним групам задач, які ними вирішуються, а саме: 1) візуалізація параметрів відповідного ТП (Сервіси інтерфейс користувача); 2) прийом, передача та обробка відповідних телеметричних даних (Сервіси бізнес-логіки); 3) накопичення, зберігання та обробка інформації стосовно роботи об'єкту управління з метою підтримки прийняття рішень по управлінню в аварійних ситуаціях (Сервіси доступу до даних).

Структуру SAF задамо теж як кортеж з двох формальних об'єктів

, (4)

де - колекція так званих бізнес - об'єктів (Business Objects), - програмний монітор системи.

Бізнес-об'єкт - це яка завгодно логічно визначена, функціонально повна структурна компонента (задача), що відноситься до бізнес-логіки успадкованої ДІУС. Колекція бізнес-об'єктів є об'єднанням бізнес-об'єктів

, (5)

де кожний бізнес-об'єкт подано кортежем із чотирьох множин

(6)

(7)

кінцева множина властивостей (Properties)

(8)

кінцева множина методів (Methods)

(9)

кінцева множина подій (Events)

(10)

- кінцева множина повідомлень (meSsages), відповідних даному бізнес-об'єкту .

Співвідношення (5) - (10) визначають теоретико-множинний опис колекції бізнес-об'єктів в структурі . Елементи кожної з цих множин визначаються при аналізі параметрів відповідних об'єктів управління та ТП, що мають місце в структурі успадкованої ДІУС.

Програмний монітор є центральною управляючою компонентою всієї системи і може бути наданим як модифікований кінцевий автомат

, ( 11)

де: - кінцева множина вхідних повідомлень (Dispatch) від бізнес-об'єктів; - кінцева множина детермінованих станів (sTate) ; - функція переходів, така що ; - кінцева множина управляючих команд (Command), що генеруються для окремих бізнес-об'єктів.

Сукупність виразів (1) - (11) визначає структурну ОО модель процесу реінжинірінгу програмної архітектури успадкованої ІУС, що формалізує його основні етапи та дозволяє перейти від попередньої модульної програмної структури до нової компонентної розподіленої архітектури.

Актуальною методологічною проблемою досліджень в галузі реінжинірінгу є задача формування ефективного модельно-технологічного інструментального комплексу для реалізації всіх його основних етапів. В роботі на підставі певних методологічних критеріїв визначена можлива структура та наповнення такого інструментарію, що подана на рис. 2. Суттєвою перевагою цього комплексу є те, що він інтегрує в собі структурні, логіко-лінгвістичні та об'єктно-орієнтовані аспекти моделювання семантики та імплементації функціональності складних розподілених інформаційних систем. Розроблені у другому розділі теоретичні концепти та запропоновані методологічні підходи є базою для створення об'єктно-орієнтованої технологічної процедури реінжинірінгу успадкованої програмної архітектури ДІУС ГКС.

Третій розділ роботи присвячений розробці комплексу локальних моделей для проведення об'єктно-орієнтованої технологічної процедури реінжинірінгу успадкованої програмної архітектури ДІУС ГКС. З метою аналізу її структури та синтезу нової (цільової) архітектури у відповідності з запропонованим у другому розділі модельно-технологічним інструментарієм побудована її модель в UML - нотації (рис. 3), що дозволило відобразити характер зв'язків її різних компонент (асоціації, агрегування, рефлексивність).

У її складі виділяються такі компоненти як: 1) ACS (Automated Control System) - клас "Система автоматичного управління ГКС"; 2) CCU (Central Control Unit) - клас "Центральний вузол управління (ЦВУ)"; 3) CSS (Control Sub-System) - клас "Підсистема управління технологічним обладнанням (ПУТО)"; 4) ECU (Equipment Control Unit) - клас "Контролер ПУТО"; 5) OpD (Operating Data) - клас "Операційні дані ПУТО"; 6) SwM (Software Modules ) - клас "Програмне забезпечення ПУТО".

Особливості і в одночас недоліки : 1) дублювання операційних даних (OpD) у різних управляючих підсистемах CSS (Control SubSystems); 2) функціональний надлишок при реалізації та супроводі програмних модулів (Software module) в окремих CSS; 3) відсутність у системі єдиного графічного інтерфейсу користувача на рівні ЦВУ, необхідного для візуалізації параметрів та управління відповідним ТП.

Ці недоліки визначають необхідність модернізації та реструктуризації існуючої ДІУС, не торкаючись при цьому працюючих технічних підсистем, які успішно справляються зі своїми функціями і не виробили ще свого морального та технічного ресурсу. Такі проблеми у цілому характерні для успадкованих ДІУС у енергетиці, на транспорті і т.д. Вони в концептуальному плані визначаються тим, що такі системи мають архітектурну модель типу "файл-сервер" (file-server system architecture). Головна проблема при цьому полягає у тому, що алгоритми бізнес-логіки (в даному випадку це задачі телекомунікаційного обміну даними між різними контролерами і зовнішніми об'єктами управління) багаторазово і з функціональним надлишком реалізовані в окремих підсистемах. Це веде за собою необхідність внесення постійних і, можливо, не завжди коректних змін в алгоритми бізнес-логіки у процесі супроводу успадкованої ІУС і суттєве збільшення витрат на модифікацію і супровід програмного забезпечення всієї системи. Радикальним розв'язанням цієї проблеми є перехід до N-ої рівневої розподіленої системної архітектури типа "клієнт-сервер" (client-server system architecture).

Синтез цільової системної архітектури ДІУС проведено на основі структурної ОО моделі, запропонованої у другому розділі, її UML-модель наведена на рис. 4. Вона є 3-х рівневою і включає до себе на верхньому рівні логічної ієрархії такі нові структурні елементи як: SAF - клас "Сервер системної адміністрації", який агрегує в собі три нових класи :

1) GUI - клас "Графічний інтерфейс користувача", призначений для візуалізації параметрів ТП; 2) IDB - клас "Інтегрована база даних" ТП; 3) PM - клас "Програмний монітор", який координує взаємодію множини бізнес-об'єктів BO, розташованих на другому рівні ієрархії цільової програмної архітектури. І нарешті, на останньому рівні ієрархії системи знаходиться множина блоків управління технологічним обладнанням ECU (Equipment Control Unit).

Особливість цієї архітектури полягає в наявності в ній проміжного рівня - колекції бізнес-об'єктів. Це дозволяє: 1) усунути функціональний надлишок: при наявності однакових функцій у підсистемах нижнього рівня для їх реалізації достатньо наявності одного відповідного бізнес-об'єкту; 2) управляти транзакціями: бізнес-об'єкти повністю забезпечують управління транзакціями, підвищуючи тим самим надійність функціонування усієї ДІУС ГКС; 3) реалізувати уніфікований телеметричний протокол обміну даними: бізнес-об'єкти здійснюють взаємодію з блоками управління ТП, використовуючи єдиний протокол обміну даними.

Доведено, що для побудови такого протоколу недостатньо застосувати, наприклад, ту чи іншу формальну граматику, що традиційно пропонується в таких випадках. Розроблена відповідна PATTERNS-модель, що визначена як структура взаємопов'язаних об'єктів (класів об'єктів), які: 1) описують загальну схему (зразок, шаблон) вирішення певного класу задач у деякій предметній області; 2) можуть бути настроєні щодо специфічного контексту, щоб багаторазово вирішувати в цій області ті чи інші конкретні завдання. Визначені суттєвості, які агрегуються у відповідні класи і підкласи: клас Тип_Пристрою (Device_Type), що агрегує підклас Пристрій (Device); клас Тип_Запиту (Request_Type),що агрегує підклас Запит (Request); клас Тип_Відгуку (Response_Type), що агрегує підклас Відгук (Response); клас Тип_Фрейма_Параметрів (Frame_Type), що агрегує підклас Фрейм_Параметрів (FParam); клас Фрейм_Параметрів (FParam), що агрегує підклас Параметр (Param). Між класами і підкласами визначаються функціональні взаємозв'язки - асоціативні залежності з відповідними кратностями: один (або нуль) до одного, один (або нуль) до багатьох, багато які (або нуль) до багатьох. Тип запитів і тип відповідей визначаються також типом кадру (фрейму), який вони підтримують. До типу фрейму належать окремі параметри, присутні в кадрі (клас FParam), (цим враховується упаковка параметрів в один блок). На рис. 5 показана діаграма класів відповідної моделі PATTERNS в нотації Одела.

Класи Device, Response, Param відносяться операційного рівня і є інтерфейсними для структури у цілому, останні класи, такі як Device_Type, Request_Type, Response_Type, Frame_Type відносяться до рівня метаданих моделі і забезпечують зв'язок між інтерфейсними класами. На основі цієї PATTERNS - моделі розроблені та реалізовані програмні бізнес-об'єкти, що можуть бути повторно використані, для підтримки уніфікованого телеметричного протоколу обміну даними довільної структури.

У четвертому розділі розроблена інформаційна технологія для створення перспективної ДІУС ГКС, проведено критичний аналіз результатів її експериментальної реалізації та надані практичні рекомендації щодо поліпшення її експлуатаційних характеристик. Вона є 3-х рівневою розподіленою системою типу "клієнт-сервер", де наявні 4 типа клієнтів: 1) локальні клієнти, що отримують дані по протоколу HTTP за допомогою COM - компонент; 2) локальні клієнти, що працюють з технологією DCOM; 3) локальні клієнти, що не використовують DCOM; 4) віддалені клієнти, що працюють тільки за протоколом HTTP.

ДІУС реалізована як Web-орієнтована інформаційна система. Це дозволяє надавати інформаційні ресурси як корпоративним (засобами intranet-технологій) так і віддаленим (за допомогою Internet) клієнтам. Доступ до Web-системи забезпечується відповідним Web-браузером, напр., MS Internet Explorer або Netscape Navigator, підтримуючи тим самим прогресивну модель так званого “тонкого клієнта” (thin client) в загальній архітектурі “клієнт-сервер”. При цьому є два узагальнених типа клієнтів: 1) корпоративні клієнти - користувачі ДІУС ГКС з локального домену, напр. оператори чергових змін, диспетчери ЦВУ і т.д.; 2) віддалені клієнти - користувачі, що мають доступ до ДІУС ГКС через глобальну мережу Internet з віддалених центрів контролю та управлення, наприклад, з регіонального (м. Суми) та головного офісів НАК "Нафтогаз України" у Києві, безперечно з застосуванням відповідних заходів інформаційної безпеки.

Це рішення було досліджене з точки зору його ефективності щодо одного з головних критеріїв функціонування будь-якої ДІУС - її продуктивності, тобто величині, обернено пропорційній середньому часу відповіді на запит оператора (клієнта) в багатокористувальному середовищі “клієнт-сервер”. В імітаційній моделі враховані такі об'єкти як: 1) зовнішній пристрій (ЗП); 2) апаратний контролер ЗП; 3) програмний контролер ЗП; d) Web-сервер. Моделювання проведено у двох напрямках: 1) взаємодія множини клієнтів і Web-серверу; 2) взаємодія програмного і апаратного контролерів ЗП. Результати тестування Web-підсистеми для випадку CGI (Common Gateway Interface) коду реалізації її бізнес-логіки зображені на рис. 6. Вони показують значення середнього часу відповіді Web-серверу в залежності від кількості паралельних запитів клієнтів. В умовах роботи в локальній мережі помітним є вплив способу реалізації серверного коду. Найефективнішим виявився ISAPI (Internet Server API) код, ASP (Active Server Pages) - код працює на 10% - 40% повільніше. CGI - код має показники, подібні з ISAPI- кодом при малій кількості паралельних запитів, але при їх великій кількості реагує помітно гірше, тому що для реалізації кожного запиту будується окремий процес, що потребує більше витрат системних ресурсів, чим при створенні окремого потоку (thread) в існуючому процесі.

Результати моделювання реалізації взаємодії контролерів ЗП зображені у вигляді графіка на рис. 7. Найбільш слабким містом у системі є комутація програмного і апаратного контролерів. Якщо пропускна спроможність буде збільшена до 57600 біт в секунду (bps), тоді буде можливо отримувати 30 відповідей за 800 мс у середньому.

В цьому випадку середній час відповіді значно не зміниться. Для зменшення середнього часу відповіді повинна бути змінена тривалість такту апаратного контролера з 400 мс до меншого значення.

У додатках до дисертаційної роботи наведені результати моделювання для інших варіантів реалізації програмного забезпечення Web-серверу та різних варіантів пропускної спроможності комутації програмного та апаратного контролерів перспективної ДІУС ГКС, а також фрагменти вихідних текстів програмного забезпечення розробленої Web-підсистеми на MS Visual C++, Java та ASP.

Висновки

У роботі розглянута і вирішена актуальна наукова задача розробки комплексу моделей та інформаційних технологій для реінжинірінгу успадкованих ІУС в АСУ ТП на прикладі типової ДІУС сучасних ГКС системи МГ Укртрансгазу.

Дана загальна постановка задачі реінжинірінгу успадкованих ІУС, визначені групи впливових чинників, його генезис і цілі, визначено місце реінжинірінгу в запропонованій в роботі каскадно- циклічній СЖЦ ІУС.

Проаналізовані особливості успадкованих ІУС безперервними ТП (систем типу “7х24”) на прикладі типової ДІУС ГКС системи МГ Укртрансгазу, показані їх недоліки і можливі шляхи їх усування.

Побудована узагальнююча класифікація сучасних підходів до реінжинірінгу успадкованих ІУС і мотивовано вибрано ОО підхід, адекватний для розглядуваного класу успадкованих ІУС.

Розроблена загальна структурна ОО модель процесу реінжинірінгу успадкованих ДІУС на основі концепції побудови колекції бізнес-об'єктів, що формалізує його етапи та дозволяє перейти від попередньої модульної структури до нової компонентної розподіленої архітектури цільової ДІУС.

Вперше розроблена формалізована ОО технологічна процедура реінжинірінгу успадкованої ДІУС ГКС, що надає цільову програмну архітектуру з використанням всіх переваг систем типу “клієнт-сервер”.

Вперше розроблені PATTERNS - моделі для створення повторно використовуваних програмних компонент (бізнес-об'єктів), що реалізують уніфікований телеметричний протокол обміну даними довільної структури в багаторівневій розподіленій ДІУС ГКС.

Вперше запропонована перспективна архітектура ДІУС ГКС з використання колекції бізнес-об'єктів і Web- технології, експериментально показана її працездатність та за допомогою розроблених імітаційних моделей досліджені властивості отриманих програмних рішень, а також надані практичні рекомендації щодо поліпшення їх характеристик.

Сформовано модельно-технологічний інструментальний комплекс для реалізації всіх основних етапів запропонованого об'єктно-орієнтованого підходу до реінжинірінгу програмної архітектури успадкованих ІУС.

Розроблені та реалізовані уніфіковані програмні компоненти (за ActiveX- технологією), що можуть бути повторно використані в процедурах реінжинірінгу типових ДІУС ГКС системи МГ Укртрансгазу.

Результати даної роботи використані при проведенні реінжинірінгу окремих підсистем Ромненської ГКС Сумського ЛВУ МГ.

Список опублікованих праць за темою дисертації

1. Ткачук Н.В., Хабуш А. Современные информационные технологии для реинжиниринга бизнес - процессов. // Інформаційні технології: наука, техніка, технологія, освіта, здоров'я: Збірка наукових праць ХДПУ. Харків: Харк. держ. політехн. ун-т, вип. 7, в 4 частинах, ч. 1. - 1999.- С.202-206.

2. Tkachuk N.V., Habboush A.Kh., Popov S.V., Dudko P.G. Object - oriented structural model and program package for distributed control system of air cooling facility on gas-compressor station. // Вісник ХДПУ. Харків, ХДПУ. Вип. 73. - 1999. С.3-7. (опубліковано на англ. мові).

3. Tkachuk M., Kaschek R., Popov S., Habboush A. Kh. A Gas - Compressor Station Case Study in Software Re-engineering // ReTIS2000: 6-th International Conference on Re-Technologies for Information Systems (Preparing to E-Business) . - Oesterreichische Computer Geselschaft. Band 132. - 2000. - p. p. 142-153.

4. Хабуш А. Объектно-ориентированный подход к реинжинирингу программного обеспечения в системе управления технологическим процессом. // “Високі технології в машинобудуванні”. Збірник наукових праць ХДПУ.-Харків, вип.1(3), 2000.- С.273-277.

5. Хабуш А., Ткачук Н.В., Исмаилов Р. Применение Web-технологии в информационно-управляющей системе газокомпрессорной станции магистрального газопровода. // Вісник ХДПУ. Харків, ХДПУ, вип. 102, 2000- С.113-117.

Анотації

Ахмад Хадер Ахмад Хаббуш. Моделі та інформаційні технології реінжинірінгу успадкованих інформаційно-управляючих систем.- Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.13.06 - автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. Харківський державний політехнічний університет, Харків, 2000.

Дисертація присвячена розробці моделей та інформаційних технологій реінжинірінгу (РІ) успадкованих ІУС в АСУ ТП. Введена класифікація підходів до РІ успадкованих ІУС. Проаналізовані недоліки успадкованих диспетчерських ІУС (ДІУС) газокомпресорних станцій (ГКС) системи магістральних газопроводів (МГ) Укртрансгазу. З використання концепції бізнес-об'єктів розроблена структурна об'єктно-орієнтована модель РІ, що дозволяє перейти до цільової компонентної архітектури. За допомогою мови UML досліджені моделі успадкованої та цільової архітектур типової ДІУС ГКС. Вперше за технологією PATTERNS розроблена універсальна модель телеметричного протоколу обміну даними в ДІУС ГКС та реалізовані компоненти, що можуть бути повторно використані в типових ДІУС ГКС.

Розроблена та досліджена перспективна Web-орієнтована ДІУС ГКС, окремі підсистеми якої впроваджені на Ромненської ГКС.

Ключові слова: реінжинірінг, успадкована ІУС, газокомпресорна станція, об'єктно-орієнтований підхід, бізнес-об'єкт, PATTERNS-модель,Web-технологія.

Ахмад Хадер Ахмад Хаббуш. Модели и информационные технологии реинжиниринга унаследованных информационно-управляющих систем. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.13.06 - автоматизированные системы управления и прогрессивные информационные технологии. Харьковский государственный политехнический университет, Харьков, 2000.

Диссертация посвящена разработке моделей и информационных технологий реинжиниринга (РИ) унаследованных ИУС в АСУ ТП. Введена классификация подходов к РИ унаследованных ИУС. Проанализированы недостатки унаследованных диспетчерских ИУС (ДИУС) газокомпрессорных станций (ГКС) системы магистральных газопроводов (МГ) Укртрансгаза. С использованием концепции бизнес-объектов разработана структурная объектно-ориентированная модель процесса РИ унаследованных ИУС, которая позволяет перейти к компонентной архитектуре. С использованием языка UML исследованы модели унаследованной и целевой архитектур типовой ДИУС ГКС. Впервые по технологии PATTERNS разработана универсальная модель обработки телеметрического протокола обмена данными в ДИУС ГКС и реализованы повторно используемые компоненты, которые могут быть применены в типовых ДИУС ГКС.

Разработана и исследована перспективная Web-ориентированная ДИУС ГКС, отдельные подсистемы которой внедрены на Ромненской ГКС.

Ключевые слова: реинжиниринг, унаследованная ИУС, газокомпрессорная станция, объектно-ориентированный подход, бизнес-объект, PATTERNS-модель, Web-технология.

Ahmad Khader Ahmad Habboush. Models and Information Technologies for Legacy Information Management Systems Reengineering. - Manuscript.

Dissertation for the candidate's degree for the speciality 05.13.06 - automated control systems and modern information technologies. Kharkiv State Polytechnic University, Kharkiv, 2000.

The work is dedicated to the design problems of models and information technologies for legacy information management systems (IMS) reengineering issues. The common classification of existing IMS reengineering approaches was offered, and the so called object-oriented approach was motivated and selected. As a special and a important class so called “7x24” systems were considered, which control the non-stopped technological processes in several branches like power industry, chemistry, transport, etc. To such systems belong also IMS of gas-compressor stations (GPS). Such GPS are the important part of gas transport main pipe-line network, especially in the Ukraine. The technical problems of the real gas-compressor station's legacy IMS situated in Sumy - Romny region were evaluated and their typical disadvantages were depicted. The structured object-oriented model of program architecture reengineering process in such systems was developed, which allows to move from legacy modular program structure to target component-based distributed system architecture. As the main idea proposed in this model the concept of business objects was elaborated. From the conceptual point of view each business object is an elementary functional facility servicing an appropriate business logic task in target IMS, and can be given as a tupel of forth sets: P- a set of Properties, M- a set of Methods, E- a set of events, and S - a set of meSsages. All these sets can be defined in terms of appropriate technologic processes and control device parameters. Business objects can communicate each others, and they have to be coordinated from a special facility named Program Monitor. A collection of business objects and program monitor build so called System Administration Facility (SAF). Using Unified Modeling Language (UML) technique the legacy and the target program architecture models for IMS of GPS were elaborated and evaluated. SAF is introduced as a middle level service in a target system program architecture and provides the it's following advantages: 1) elimination a functionality redundancy because the same business logic tasks existing in several subsystems are now serviced from one and the same appropriate business object only; 2) transaction processing is possible based on business objects sequence defining and managing; 3) providing an unified telemetric data exchange protocol, which should be used by business objects interaction in several GPS- subsystems. The target system architecture is invariant concerning possible needed hard-ware modifications. The appropriate modeling- and CASE-tools complex was elaborated, which supports all steps of legacy IMS object-oriented reengineering process.

Accordingly to this an universal model for telemetric data exchange protocol in gas-compressor station's IMS had to be developed. How it was shown, traditional methods used for this purpose such as formal grammar specifications don't deliver a reasonable solution. Instead of it, the PATTERNS-modeling approach for universal protocol structure's definition was used, and the models for appropriate reusable software business objects were elaborated. The main point here is that this model is constructed as a framework consisting from appropriate classes such as Device_Type, Request_Type, Response_Type, Frame_Type and sub-classes such as Device, Request, Response, Param. They are connected with relationship's type association with different multiplicity: one to one(or zero), one to many(or zero), and many to many(or zero). Based on this framework is possible to implement appropriate reusable software objects components (i. g as ActiveX components), which can be used in several GPS in the Ukrtransgas main pipe-line network. Taking into account the component-based target program architecture, a perspective Web-based IMS for GPS was offered and developed. It allows to collaborate the 4 different types of system clients: 1) corporate (local area network) clients which have an access to the appropriate system facilities (performing from business objects) using COM/DCOM technologies; 2) corporate clients working on legacy workstations without COM/DCOM ; 3) corporate clients working with HTTP access; 4) remote clients, which manage technological process issues accessing an appropriate data using HTTP. Target system's data resource are situated on MS SQL Server database, and as application server the MS IIS Web-server was introduced. In order to synchronize the collaboration of all client groups an appropriate deployment diagram for target system architecture was developed, and such Windows NT system control objects as a) memory mapped files , b) mutex, c) events were used. The proposed Web- based IMS was implemented experimentally; and the elaborated program solutions were evaluated with respect to their efficiencies problems. For this purpose the appropriate simulation models were elaborated and used. The different variants of Web-programming such as CGI (Common Gateway Interface), ASP (Active Server Pages), and ISAPI (Internet Server API) were investigated and compared, and the praxis-oriented recommendations concerning their possible use cases have been made. The components of elaborated target IMS were successfully introduced and are working now in Romny GKS belongs to Sumy's regional Ukrtransgas office.

Key words: reengineering, legacy IMS, gas-compressor station, object-oriented approach, business-object, PATTERNS-model, Web-technology.

Размещено на Allbest.ru