Ступина А.А. Моделирование управляемых процессов. Лабораторный практикум

Подождите немного. Документ загружается.

А.А. Ступина, С.Н. Ежеманская, Л.Н. Корпачёва, А.В. Фёдорова

МОДЕЛИРОВАНИЕ

УПРАВЛЯЕМЫХ

ПРОЦЕССОВ

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ

Красноярск 2008

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО И ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

А.А. Ступина, С.Н. Ежеманская, Л.Н. Корпачёва, А.В. Фёдорова

УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ

ДЛЯ ВЫПОЛНЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«МОДЕЛИРОВАНИЕ УПРАВЛЯЕМЫХ ПРОЦЕССОВ»

КРАСНОЯРСК, 2008

УДК 004.383.4

А.А. Ступина, С.Н. Ежеманская, Л.Н. Корпачёва, А.В. Фёдорова

Моделирование управляемых процессов: Учеб.- метод. пособие/ СибФУ. –

Красноярск, 2008. – 89 с.

В учебно-методическом пособии представлены лабораторные работы

по дисциплине «Моделирование управляемых процессов», направленные на

обучение магистрантов современному инструментарию моделирования для

решения реальных прикладных задач, возникающих в управленческой дея-

тельности.

Издание предназначено для магистров, обучающихся по направлению

080500.68 «Менеджмент», программа магистерской подготовки 080500.68.03

«Информационный менеджмент».

 Сибирский федеральный

университет

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ ............................................................................................................................................... 4

ВВЕДЕНИЕ .................................................................................................................................................... 5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.

ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛЕЙ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА

ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ .............................................................................................................. 6

Теоретическое введение ............................................................................................................................ 6

Каскадная модель ............................................................................................................................... 7

Спиральная модель ......................................................................................................................... 11

Практическая часть ................................................................................................................................... 13

Общие характеристики этапов разработки программного

обеспечения ...................................................................................................................................... 14

Сравнительный анализ моделей ..................................................................................................... 24

Варианты заданий .................................................................................................................................... 25

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.

ПОСТРОЕНИЕ И ОБУЧЕНИЕ НЕЙРОСЕТИ ................................................................................................ 26

Теоретическое введение .......................................................................................................................... 26

Общие сведения об нейроэмуляторе NeuroPro ............................................................................. 27

Описание меню ................................................................................................................................. 27

Нейросетевая парадигма ................................................................................................................. 29

Подача и снятие сигналов ................................................................................................................ 29

Точность решения задачи ................................................................................................................ 30

Обучение нейронной сети ................................................................................................................ 31

Упрощение нейронной сети ............................................................................................................. 31

Вербализация нейронной сети ........................................................................................................ 32

Этапы решения задач с использованием нейронных сетей .......................................................... 32

Практическая часть ................................................................................................................................... 34

Варианты заданий .................................................................................................................................... 40

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3.

ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ БИЗНЕС-АНАЛИЗА .......................................................................... 42

Теоретическое введение .......................................................................................................................... 42

Практическая часть ................................................................................................................................... 45

Варианты заданий .................................................................................................................................... 66

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 4

ПЛАНИРОВЩИК ЗАДАЧ РЕАЛЬНОГО ВРЕМЕНИ .................................................................................... 68

Теоретическое введение .......................................................................................................................... 68

Планировщик задач .......................................................................................................................... 70

Методологии разработки программного обеспечения ................................................................. 70

Разработка программного обеспечения систем реального времени

в методологии Real ........................................................................................................................... 71

Пакет «NVS-Designer» для автоматизированного формирования

мультиверсионного ПО .................................................................................................................... 73

Практическая часть ................................................................................................................................... 81

Варианты заданий .................................................................................................................................... 87

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ ............................................................................................ 89

ВВЕДЕНИЕ

Лабораторный практикум по курсу «Моделирование управляемых про-

цессов» состоит из четырёх работ. В каждой лабораторной работе содержится

подробное теоретическое введение, практическая часть и варианты индивиду-

альных заданий.

В первой лабораторной работе рассматриваются вопросы построения

жизненного цикла программного обеспечения, его основные этапы. Суще-

ствует несколько моделей жизненного цикла. В работе рассматриваются кас-

кадная и спиральная модель, их характерные черты. Перечисляются основные

шаги построения каскадной и спиральной моделей, проводится их краткий

сравнительный анализ.

Вторая работа посвящена нейросетевым технологиям. Рассматриваются

вопросы, связанные с построением, обучением и тестированием нейронных

сетей. В данной работе используется нейроэмулятор NeuroPro, предназначен-

ный для работы с нейронными сетями и для производства знаний из данных с

помощью обучаемых искусственных нейронных сетей.

В лабораторной работе № 3 рассматриваются типичные ситуации биз-

нес-анализа на примере анализа процессов продаж и поставок с целью при-

менения автоматизированных процедур планирования и управления продажа-

ми. Автоматизированные технологии управления, рассмотренные в работе,

способствуют выработке оптимальных стратегий управления с помощью ав-

томатизированных информационно-управляющих систем.

Лабораторная работа № 4 направлена на приобретение магистрантами

навыков изучения объектов, с точки зрения происходящих на них событий,

выбора алгоритмов планирования в зависимости от программно-зависимых

характеристик заданий и использование пакета автоматизированного фор-

мирования мультиверсионного ПО исполнения технологических циклов

управления «NVS-Designer» для проектирования систем управления реально-

го времени.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1.

ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛЕЙ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА

ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

Цель работы: построить каскадную и спиральную модель. Провести

сравнительный анализ.

Теоретическое введение

В настоящее время просматривается тенденция в сторону увеличения

объема работ, связанных с разработкой программного обеспечения по сравне-

нию с работами, выполнение которых позволит получить аппаратные сред-

ства ЭВМ.

В основе деятельности по созданию и использованию программного

обеспечения (ПО) лежит понятие жизненного цикла. В общем случае различа-

ют понятия жизненного цикла программного обеспечения и технологическо-

го процесса его разработки. Более четко различия между данными понятиями

просматривается в отношении программных средств. Жизненный цикл яв-

ляется моделью создания и использования программного обеспечения, отра-

жающей его различные состояния, начиная с момента возникновения необхо-

димости в данном ПО и заканчивая моментом его полного выхода из употреб-

ления у пользователей.

Существует несколько моделей жизненного цикла. Традиционно выде-

ляют следующие основные этапы жизненного цикла:

– стратегическое планирование; анализ требований;

– проектирование (предварительное и детальное);

– кодирование (программирование);

– тестирование и отладка;

– эксплуатация и сопровождение.

Под моделью обычно понимается структура, определяющая последова-

тельность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач на протя-

жении жизненного цикла. Из существующих в настоящее время моделей наи-

более распространены две: каскадная и спиральная.

Каждому этапу соответствуют определенный результат и набор доку-

ментации, являющейся исходными данными для следующего этапа. В заклю-

чение каждого этапа производится верификация документов и решений с це-

лью проверки их соответствия первоначальным требованиям заказчика.

В менеджменте программных проектов приходится решать задачу со-

ставления и соблюдения оптимального баланса расходования ресурсов. Эти

задачи характерны для деятельности менеджера практически любого проекта.

Разумеется, на нее влияют и специфика проекта, и условия его выполнения.

Как следствие, существует множество подходов, методов, методик и даже

технологий, поддерживающих менеджмент. Очень часто они претендуют на

универсальность поддержки. И хотя подобные претензии – не более чем

реклама, разобраться в том, какова на самом деле область адекватного при-

менения предлагаемых инструментов, без специальной подготовки довольно

трудно. По этой причине будем пытаться представить менеджмент программ-

ных проектов в виде, не зависящем от конкретных методик и технологий, с

тем, чтобы любая из них могла быть соответствующим образом интерпрети-

рована, и магистр смог осознанно подходить к выбору рекомендаций и подхо-

дов в своей практической деятельности.

Каскадная модель

Разновидностью классической итерационной модели является так назы-

ваемая каскадная модель, которую можно рассматривать в качестве показа-

тельного примера того, какими методами можно минимизировать возвраты.

Характерные черты каскадной модели:

– завершение каждого этапа (они почти те же, что и в классической мо-

дели) проверкой полученных результатов, с целью устранить как можно

большее количество проблем, связанных с разработкой изделия;

– циклическое повторение пройденных этапов (как в классической мо-

дели).

Мотивация каскадной модели связана с так называемым управлением

качеством программного обеспечения. В связи с ней уточняются понятия эта-

пов, некоторые из них структурируются (спецификация требований и реали-

зация).

На рис. 1.1 приведена схема каскадной модели, построенная как моди-

фикация классической итерационной модели. В каждом блоке, обозначающем

этап, указано действие, которым этап завершается (наименования этих дей-

ствий отмечены серым фоном). Из рисунка видно, что в этой модели тестиро-

вание не выделяется в качестве отдельного этапа, а считается лишь порогом,

через который нужно перейти, чтобы завершить этап, точно так же как и дру-

гие подобные действия.

В соответствии с каскадной моделью завершение этапа определения си-

стемных требований включает фиксацию их в виде специальных документов,

называемых обзорами того, что требуется от системы (описание функций), а

спецификация требований к программам – подтверждением выполнения за-

фиксированных в обзорах функций в планируемых к реализации программах.

Кроме того, подтверждение предполагается и на первом этапе, т.е. после

определения требований. Это отражает тот факт, что полученные требования

необходимо согласовывать с заказчиком.

Рис. 1.1. Каскадная модель

Результат проектирования верифицируется, т.е. проверяется, обеспечи-

вают ли принятая структура системы и реализационные механизмы выполни-

мость специфицированных функций.

Реализация контролируется путем тестирования компонентов, а после

интеграции компонентов в систему и комплексной отладки проводится атте-

стация, т.е. проверка-фиксация фактически реализованных функций системы,

описание ограничений реализации и т.п.

В каскадной модели верификация и аттестация приписаны к разным

этапам, а потому при поверхностном взгляде можно подумать, что это одна и

та же деятельность, относящаяся к различным проектным результатам. Одна-

ко если рассматривать их как метод проверки каких бы то ни было проектных

результатов, то нужно иметь в виду отличие этих родственных видов деятель-

ности. Кратко их можно охарактеризовать следующим образом:

– верификация отвечает на вопрос, правильно ли создана программная

система;

– аттестация отвечает на вопрос, правильно ли работает программная

система.

Согласно этим определениям, верификация проверяет соответствие

программного обеспечения спецификациям. И можно говорить о верифика-

Определение требований

Подтверждение

Проектирование

Верификация

Требования к программам

Спецификация требований:

системные требования

Подтверждение

Подтверждение, обзоры

Реализация:

кодирование и комплексная отладка

Тестирование

Аттестация

Интеграция и комплексная отладка

Эксплуатация и сопровождение

Переаттестация

Чем

заканчиваются

этапы

ции декомпозиции системы (как это требуется в каскадной модели), а также о

верификации программного изделия как результата выполнения проекта. Но

этот последний результат передается в другую сферу оперирования, т.е. в экс-

плуатацию, где может оказаться недостаточно соответствия когда-то состав-

ленным и отражающим далеко не все потребности спецификациям. На уровне

проверки продукта появляется дополнительный критерий правильности: со-

ответствие ожиданиям заинтересованных в проекте лиц. Отсюда следует, что,

если верификация может осуществляться силами команды разработчиков (не-

пременно задействуются роли менеджера, архитектора, проектировщиков

подсистем и эксперта предметной области), то для проведения аттестации

обязательно привлекаются внешние специалисты, и именно они дают мотиви-

рованное заключение о пригодности или непригодности предлагаемого изде-

лия для пользователей.

В ходе эксплуатации и сопровождения изделия устанавливается, на-

сколько хорошо система соответствует пользовательским запросам, т.е. осу-

ществляется переаттестация.

Каждая из указанных проверок может отослать разработчиков системы

к любому из ранее пройденных этапов, что иллюстрируется стрелками на рис.

1.1. В то же время каскадная модель разработана в ответ на требование прак-

тики реализации программных проектов, в которых за счет преодоления про-

верочных барьеров достигается минимизация возвратов к пройденным эта-

пам. Такая минимизация возможна не только в отношении количества отка-

тов по схеме: за счет ужесточения проверок разработчики пытаются ликвиди-

ровать прямые возвраты через несколько этапов. Соответствующая схема, на-

зываемая строгой каскадной моделью, которая представлена на рис. 1.2.

Можно проследить, как в строгой каскадной модели исправляются

ошибки ранних этапов. В соответствии с ее схемой в качестве исходных мате-

риалов для деятельности на любом этапе, т.е. как задание на разработку,

предъявляются результаты предыдущего этапа, прошедшие соответствую-

щую проверку (в идеале исполнители этапа могут вовсе не знать о более ран-

них этапах). При проведении работ этапа может быть выяснено, что задание

невыполнимо по одной из следующих причин:

– оно противоречиво, т.е. содержит несовместимые или невыполнимые

требования;

– не выработаны критерии для выбора одного из возможных вариантов

решения.

Обе ситуации квалифицируются как ошибки задания, т.е. как ошибки

предыдущего этапа. Для исправления обнаруженных ошибок работы преды-

дущего этапа возобновляются. В результате ошибки либо ликвидируются,

либо констатируется невозможность их непосредственного исправления. В

первом случае работы этапа, вызвавшего возврат, возобновляются с откоррек-

тированным заданием. Второй случай квалифицируется как ошибка более

раннего этапа.

Рис. 1.2. Строгая каскадная модель

Строгая каскадная модель фиксирует два важных момента жизненного

цикла:

– точное разделение работ, заданий и ответственности разработчиков

этапов и тех, кто, проверяя работы, инициирует переход к следующему этапу;

– малые циклы между соседними этапами, в результате которых дости-

гается компромиссное задание.

Первый момент – это шаг к осознанию фактического разделения труда,

из которого можно явно выделить производственные и организационные

функции, выполняемые на каждом этапе. В результате появляется возмож-

ность постановки задачи создания автоматизированной поддержки этих

функций. Второй момент можно трактовать как совместное выполнение ра-

бот соседних этапов, т.е. их перекрытие. Однако в рамках каскадной модели

эти обстоятельства отражаются лишь косвенно. Продуктивность явного

включения их в качестве элементов модели жизненного цикла демонстриру-

ется в следующем разделе.

Строгая каскадная модель с незначительными модификациями часто

рассматривается в реальных технологических шаблонах как основа жизнен-

ного цикла разработки программных систем, когда она строится по последо-

вательной схеме. В качестве примера такого использования приведем каскад-

ную модель, предлагаемую разработчиками MSF для управления последова-

тельно развивающимися проектами или частями проектов (рис. 1.3).

Определение требований

Подтверждение

Проектирование

Верификация

Требования к программам

Спецификация требований:

системные требования

Подтверждение

Подтверждение, обзоры

Реализация:

кодирование и комплексная отладка

Тестирование

Аттестация

Интеграция и комплексная отладка

Эксплуатация и сопровождение

Переаттестация

Чем

заканчиваются

этапы