Software & Systems

Одним из эффективных методов изучения сложных динамических систем, успешно развивающимся во многих странах, является предложенный в 1960-х годах Джеем Форестером специализированный метод имитационного моделирования – метод системной динамики [4]. Данный метод позволяет исследовать поведение сложных систем, опираясь на возможности компьютерного моделирования. Язык описания модели представляется как набор системных диаграмм. Когда объект исследования является сложной системой, то построение системных диаграмм становится затруднительным, и синтез приемлемой для практического использования системно-динамической модели может занимать длительный период времени. Поэтому актуальна проблема автоматизации процесса моделирования сложных систем.

В Институте информатики и математического моделирования Кольского научного центра РАН разработан программный комплекс автоматизации синтеза структуры моделей системной динамики. Программный комплекс обеспечивает представление знаний экспертов об объекте моделирования в виде древовидной концептуальной моде-ли [1,3]. Для генерации системно-динамической модели используется технология концептуальных шаблонов [2,6]. Программа реализует технологию автоматизированного перехода от формальной модели экспертных знаний к соответствующим имитационным моделям, в частности, к моделям системной динамики [5].

Программная реализация имеет модульную структуру, что обеспечивает удобство и относительную легкость редактирования отдельных модулей, не влияющее на работу остальных, и добавление новых функциональных возможностей в комплекс. Каждый модуль программно реализуется в виде стандартной динамически подключаемой библиотеки (.dll).

Структура комплекса состоит из следующих основных блоков (рис. 1).

1. База знаний системы представляет собой компьютерную реализацию формализованных знаний экспертов о предметной области.

2. Блок пользовательского интерфейса – это набор программ, обеспечивающих удобное взаимодействие пользователя с системой. Программы пользовательского интерфейса обслуживают все функции инструментальной системы, реализующие обмен информацией с пользователем.

3. Блок формализации знаний экспертов представляет собой блок формирования общей структуры концептуальной модели и частных подмоделей экспертов. Программы данного блока выполняют настройку системы на исследуемую предметную область путем задания цели, состава и способа декомпозиции концептуальной модели; создание экспертных вариантов декомпозиции концептуальной модели в виде персональных баз знаний; реализацию экспертного метода задания отношений концептуальной модели в виде связей базы знаний.

4. Блок формирования шаблонов – это комплекс программ, позволяющих экспертам реализовать шаблоны с помощью таких действий, как добавить, редактировать и удалить шаблон.

5. Блок сопоставления шаблонов – это комплекс программ, позволяющих экспертам сопоставлять разработанные шаблоны соответствующим примитивам, то есть создавать экземпляры шаблонов.

6. Блок синтеза модели представляет собой комплекс программ, позволяющих системному аналитику осуществить синтез разработанной концептуальной модели, то есть составить файл-описатель структуры, связей и законов функционирования.

Основные функции, реализуемые программным комплексом, можно условно разделить на четыре класса: организация диалога с пользователем, приобретение и пополнение знаний, реализация шаблонов, сопоставление шаблонов.

Программы комплекса «Организация диалога с пользователем» обеспечивают организацию сеанса работы: выполнение процедур загрузки системы, идентификация пользователя, предоставление ему прав соответственно его статусу, защита системы от несанкционированного доступа к данным, завершение работы с системой, ввод экспертных знаний в диалоговом режиме.

Программы комплекса «Приобретение и пополнение знаний» реализуют в режиме диалога аналитика и экспертов концептуальную модель предметной области в виде базы знаний иерархической древовидной структуры (рис. 2).

Программы комплекса «Реализация шаблонов» реализуют в режиме диалога с системным аналитиком и экспертами разработку, редактирование и удаление шаблонов, выделенных в процессе построения концептуальной модели (рис. 3).

Программы комплекса «Сопоставление шаблонов» реализуют в режиме диалога с системным аналитиком и экспертами наполнение шаблонов и получение экземпляров, соответствующих примитивам дерева целей концептуальной модели (рис. 4).

Программы комплекса «Синтез модели предметной области» реализуют в режиме диалога с системным аналитиком синтез единой концептуальной модели предметной области.

Для удобства хранения и обработки информация системы разбита на базы данных (БД):

· БД вершин дерева целей, содержит атрибуты каждой вершины: порядковый номер, название, количество дочерних вершин, закон вхождения дочерних вершин и другие вспомогательные данные;

· БД спецификаций шаблонов, содержит информацию о шаблоне, в частности, числовой идентификатор, название шаблона, количество входных, выходных параметров, количество начальных значений и другую служебную информацию для функционирования программного комплекса;

· БД экземпляров шаблонов, хранит информацию о сопоставленных вершинах дерева целей и наполненных содержимым шаблонах, названных экземплярами;

· БД пользователей, содержит необходимые данные о каждом пользователе, участвующем в проекте, и системные данные для организации защиты информации на уровне пользователя;

· БД справочника, содержит описанные экспертами основные понятия и термины, различные нормы и константы предметной области;

· БД информационных связей – это служебная база, содержащая необходимые данные для описания информационных связей между экземплярами.

В системе предусмотрено разделение пользователей по категориям в зависимости от выполняемых ими функций: системный аналитик – специалист, имеющий системный взгляд на исследуемую проблему и отчасти выполняющий администраторские функции в программном комплексе; эксперт – специалист в определенной предметной области. Программный комплекс осуществляет защиту информации на уровне пользователя для предотвращения несанкционированного доступа к персональным данным пользователя и его разработкам. Политика доступа одного пользователя к рабочим данным другого может изменяться и настраиваться системным аналитиком.

В программном комплексе экспертные знания формализуются в виде концептуальной модели, построенной с помощью функционально-целевой технологии [3]. Концептуальная модель реализуется в виде базы знаний древовидной структуры, состоящей из декларативной и процедурной части. Процедурная составляющая содержит разработанные формальные процедуры вывода, обеспечивающие синтез системно-динамической модели из набора типовых шаблонов. Комплекс позволяет сократить сроки построения системно-динамических моделей, предоставляя разработчикам удобный инструментарий, который позволяет эксперту представлять знания в наглядной структурированной форме. В результате исследовательскую деятельность коллектива специалистов различных предметных областей можно представить как работу одного эксперта, разрабатывающего динамическую модель сложной системы.

Список литературы

1. Емельянов С.В., Олейник А.Г., Попков Ю.С., Путилов В.А. Информационные технологии регионального управления. - М.: Едиториал УРСС, 2004. - 400 с.

2. Казаков С.А., Шебеко Ю.А. Использование концептуальных паттернов в проектах разработки аналитических моделей бизнес-процессов. // Матер. Всерос. конф.: Теория и практика системной динамики. - Апатиты, КНЦ РАН, 2004. - 187 с.

3. Кузьмин И.А., Путилов В.А., Фильчаков В.В. Распределенная обработка информации в научных исследованиях - СПб.: Наука, 1991. - 304 с.

4. Путилов В.А., Горохов А.В. Системная динамика регионального развития: Монография. - Мурманск: НИЦ «Пазори», 2002. - 119 с.

5. Путилов В.А., Горохов А.В., Олейник А.Г. Технология автоматизированной разработки динамических моделей для поддержки принятия решений // Информационные ресурсы России. - 2004. - №1. - С. 30-33.

6. Шебеко Ю.А. Имитационное моделирование и ситуационный анализ бизнес-процессов принятия управленческих решений (Учеб. и практич. пособ.). – М.: Диаграмма, 1999.