Построение системной модели

Цель работы: изучение технологии проектирования сложных распределенных систем Step-by-Step.

В качестве примера исследования сложных распределенных систем рассмотрим проектирование Наземного автоматизированного комплекса управления космическими аппаратами (НАКУ КА), который является одним из основных звеньев космической программы Украины и представляет собой сложную распределенную многоуровневую систему управления и контроля, разработка которого невозможна без использования компьютерной экспертизы и системных моделей.

Задание.

Разработать системную модель одной из подсистем НАКУ КА (см. Приложение):

1) подсистема подготовки информации;

2) подсистема предсеансового контроля;

3) подсистема управления сеансом;

4) подсистема обработки информации.

1. Целевой моделью для каждой из подсистем является часть системной целевой модели, включающая соответствующую цель и ее подцели.

2. На основе анализа целевой модели разработать ФМ соответствующей подсистемы.

3. Провести закрепления задач за целями.

4. На основе анализа ФМ построить САМ, СИМ, СММ.

5. Закрепить за функциональными задачами элементы ОС.

6. Сформировать КТС подсистемы на основе приведенного выше перечня ТС НАКУ КА.

7. Закрепить ТС за элементами ОС.

Инструкция по работе с программой.

Запустите программу PROJ.EXE. Для работы с этой программой необходим манипулятор “мышь”.

Главное меню программы состоит из меню “Система”, которое позволяет создавать новые системы, загружать в память созданные ранее и сохранять системы в файле на диске. Для перехода в меню нажмите клавишу <F10>.

Для создания новой системы выберите команду “Система \ Создать” основного меню. Для загрузки в память созданной ранее системы выберите команду “Система \ Загрузить”. В диалоговом окне “Выбор и загрузка системы в ОЗУ” выберите файл с системой (по умолчанию файлы с системами имеют расширение.SYS) и нажмите кнопку “Открыть”.

Внимание! Не забывайте периодически сохранять свою систему на диске!

Для сохранения системы на диске выберите команду “Система \ Сохранить” основного меню. В диалоговом окне “Сохранение системы в файле” выберите или введите имя файла и нажмите кнопку “Загрузить”.

Внимание! При выборе имени уже существующего файла он будет перезаписан без предупреждения. Если вы работаете с несколькими системами, убедитесь, что имя файла выбрано правильно.

Команда “Система \ Очистить” позволяет удалить систему из памяти. При этом выдаётся запрос, надо ли сохранять эту систему. Если вы решили продолжить работу с той же системой, выберите команду “Отменить”. Очистка выполняется автоматически каждый раз при загрузке или создании новой системы.

После создания или загрузки системы в верхней правой части экрана появится ряд пиктограмм, обозначающих страты системной модели:

ФПО — формирование первоначального облика;

ЦМ — целевая модель системы;

ФМ — функциональная модель системы;

САМ — системная алгоритмическая модель;

СИМ — системная информационная модель;

СММ — системная математическая модель;

ОС — организационная структура системы;

КТС — комплекс технических средств.

При выборе какой-либо пиктограммы (двойной щелчок “мышью”) разворачивается окно с соответствующей моделью. Можно работать одновременно с несколькими моделями одной системы.

Все системные модели и их элементы имеют меню “Выбор операции”. Для вызова этого меню следует выполнить двойной щелчок левой кнопкой “мыши” на соответствующем элементе, а чтобы вызвать меню “Выбор операции” какой-либо системной модели — выполнить двойной щелчок на свободном месте в окне этой модели. В дальнейшем будем понимать под меню модели или элемента его меню “Выбор операции”.

Чтобы отметить какой-либо элемент любой модели, следует щелкнуть на нем левой кнопкой “мыши”. Снять отметку можно повторным щелчком. Ниже будет рассмотрена работа проектировщика с каждой из стратифицированных моделей.

Формирование первоначального облика системы (ФПО).

Для перехода в режим формирования первоначального облика выберите пиктограмму ФПО. Этот режим позволяет задать название системы, задать системные ТТХ и провести их экспертизу. Чтобы задать название системы выберите команду “Название Системы”.

Внимание! Программа “понимает” только русские названия. Не забудьте перед началом работы запустить программу-русификатор.

Для работы с ТТХ системы, находясь в режиме ФПО, выберите команду “Системные ТТХ”. В окне “ТТХ на Систему” вы увидите список системных ТТХ. Строка, с которой вы работаете в данный момент выделена синим цветом. Вы можете добавлять, удалять и редактировать существующие ТТХ.

Внимание! ТТХ удаляются без запроса подтверждения. Убедитесь, что выделена именно та строка, которую вы собираетесь удалять.

Целевая модель (ЦМ).

Для работы с целевой моделью системы выберите пиктограмму ЦМ. В окне “Целевая модель” будет показана иерархия целей. Названия подцелей выводятся с отступом относительно целей верхнего уровня. Меню “Выбор операции” цели позволяет создавать цели и подцели, редактировать и удалять их, а также работать с ТТХ цели, списком задач, закрепленных за целью и проводить экспертизу.

Команда “Работа с ТТХ на СЦМ” позволяет работать со списком ТТХ целевой модели. Команда “Работа с ТТХ на СЦИ” позволяет работать со списком ТТХ выбранной цели. Выбирая эту команду, вы можете для каждой цели задать значения ТТХ, определенных в режиме “Работа с ТТХ на ЦМ”.

Функциональная модель системы (ФМ).

Для формирования функциональной модели системы выберите пиктограмму ФМ. В режиме ФМ вы должны сформировать иерархический список задач, которые необходимо решить, для достижения целей системы. Работа со списком задач аналогична работе со списком целей. С иерархией задач удобно работать, открыв одновременно Целевую и Функциональную модели.

Для закрепления Задачи за какой-либо Целью, отметьте в окне ЦМ нужную Цель. Выбранная Цель будет выделена красным цветом. Затем таким же способом выделите нужную задачу. Закрепления проводятся на одном уровне иерархии. После того, как будут проведены закрепления, при движении в одном из окон, в другом будут автоматически подсвечиваться красным цветом элементы, соответствующие текущей строке. Просмотреть сделанные закрепления можно также выбрав команду “Просмотр закреплений” меню ЦМ. Там вы можете также удалить ненужные связи.

Системная алгоритмическая модель (САМ).

Для работы с системной алгоритмической моделью выберите пиктограмму САМ. САМ представляет из себя плоскостной граф задач одного уровня декомпозиции. Чтобы сформировать его, выделите в окне ФМ подзадачу нужного уровня (для задач верхнего уровня САМ не создается) и выберите команду “Сделать плоскостной граф” ее меню. В окне САМ появятся вершины, соответствующие задачам выбранного в окне ФМ уровня. Расположите их, как вам удобно, перетаскивая вершину правой кнопкой “мыши”, и добавьте связи. Для добавления связи выделите начальную вершину, а затем щелкните “мышью” на конечной. Чтобы удалить ошибочно введенную связь, вызовите ее меню “Выбор операции” и выберите команду “Удалить связь”.

Сформированный таким образом плоскостной граф задач будет использоваться вами и при работе с системной инфологической и математической моделями. Изменить топологию графа можно только в режиме САМ.

Вы можете сформировать плоскостной граф для каждой группы подзадач любого уровня, исходящих из одной задачи верхнего уровня. Чтобы перейти к ранее созданному графу другой группы задач, выберите команду “Восстановить плоскостной граф” меню задачи верхнего уровня.

Меню “Выбор операции” САМ позволяет задать входные и выходные параметры САМ и плоскостного графа, провести моделирование и экспертизу САМ.

Выбрав команду “Моделирование” меню САМ, вы перейдете в меню “Выбор ТТХ для моделирования”. Вы можете провести моделирование по одной из следующих ТТХ: точность, помехоустойчивость, время решения задачи, вероятность безотказной работы, надежность. Перед началом моделирования должны быть заданы значения соответствующих ТТХ для всех задач и связей. Чтобы задать значения ТТХ задачи или связи, вызовите ее меню и выберите команду “Работа с ТТХ”. После того, как будут заданы значения ТТХ для какой-либо задачи, цвет левого нижнего квадрата соответствующей вершины плоскостного графа изменится с красного на зеленый.

Команды “Статическое моделирование” и “Имитационное моделирование” меню “Выбор ТТХ для Моделирования” запускают соответствующие программы, которые будут рассмотрены ниже.

Системная информационная модель (СИМ).

Для работы с системной информационной моделью выберите пиктограмму СИМ. В этом режиме вы будете работать с тем же плоскостным графом, что и в режиме САМ.

В этом режиме вы можете задавать значения ТТХ задач и выполнять моделирование, аналогично тому, как это делалось в режиме САМ. СИМ следует рассмотреть более подробно после того, как будет сформирована организационная структура системы.

Системная математическая модель (СММ).

Для работы с системной математической моделью выберите пиктограмму СММ. Здесь вы снова будете работать с плоскостным графом, сформированным в режиме САМ.

В режиме СММ вы можете определить для каждой задачи ее математическую модель (в этом режиме проектировщик работает только со списком моделей и методов, а не с самими моделями).

Организационная структура системы (ОС).

Для работы с организационной структурой системы выберите пиктограмму ОС. В этом режиме проектировщик строит иерархическую модель информационной структуры системы, т.е. средств, на которых будут решаться задачи, определенные в ФМ.

Выбирая команду “Создать уровень” меню ОС, создайте необходимые уровни иерархии. Затем, выбирая команду “Создать элемент ОС” меню каждого уровня, создайте элементы организационной структуры.

После того, как будут созданы все элементы ОС, проведите связи между ними, выбирая сначала начальный элемент, а затем конечный, и указывая в диалоговом окне “Выбор вида связи”, какая связь будет проведена: иерархическая или канал связи. Иерархические связи проводятся только сверху вниз, а каналы связи — как угодно. Чтобы работать со связями только одного вида, выберите в меню “Выбор операции” ОС команды “Запретить/Разрешить рисование <вид связи>”. Вы можете изменить масштаб изображения, используя команду “Масштаб изображения” меню режима ОС.

Меню элемента ОС позволяет перемещать элемент как по горизонтали, так и по вертикали, удалить элемент или исправить его название, а также работать со списком КТС элемента.

После того, как формирование организационной структуры будет завершено, следует закрепить за каждым элементом ОС задачи, которые он должен выполнять. Для этого надо открыть одновременно окна ОС и СИМ, и произвести закрепления, отмечая поочередно струкрурный элемент и соответствующую задачу. При зтом цвет одного из прямугольничков в правом нижнем углу вершины-задачи изменится с красного на зеленый. После того, как будут произведены закрепления, при движении курсора в окне ОС, в окне СИМ будут подсвечиваться задачи, соответствующие выбранному элементу. Просмотреть закрепления и удалить ненужные можно по команде “Просмотр закреплений” меню соответствующего элемента. Соответствие ОС задачам можно оценить, используя команду “Экспертиза соответствия ОС и ФЗ” меню СИМ.

Комплекс технических средств (КТС).

Для работы с комплексом технических средств выберите пиктограмму КТС. Вы перейдете в окно со списком технических средств, используемых в системе.

Чтобы создать новое техническое средство, выберите команду “Создать новый вид КТС” меню КТС. После создания списка КТС можно оценить его полноту, используя команду “Экспертиза...\ Определение полноты состава КТС” меню КТС.

После определения состава КТС следует закрепить их за элементами ОС. Для этого откройте одновременно окна ОС и КТС и произведите закрепления, отмечая структурный элемент и соответствующий вид КТС. Правильность закреплений можно оценить, используя команду “Экспертиза...\ Закрепление КТС за элементами ОС” меню КТС.