Программа дисциплины Моделирование процессов и систем (стр. 4 )

Раздел 4. Моделирование и технологии создания и управления жизненным
циклом информационных систем, основанные
на использовании моделей

Тема 17.  Понятие модели и моделирования, классификация моделей ИС

Понятие информационной системы (ИС). Понятие модели. Моделирование информационных систем. Свойства моделей и основные принципы моделирования ИС. Классификация моделей ИС. Использование моделей для формализации требований к ИС.

Понятие бизнес-процесса (БП). ERP-системы. Моделирование БП. Диаграммы потоков данных (DFD) и потоков работ (WFD). Семейство стандартов IDEF. Диаграммы активности языка UML. Нотация eEPC. Стандарт BPMN.

Тема 18.  Структурный подход к моделированию ИС

Сущность структурного подхода. Базовые принципы структурного подхода: а) «разделяй и властвуй», б) принцип иерархического упорядочения, в) абстрагирования, г) принцип непротиворечивости, д) принцип структурирования данных. Плюсы и минусы структурного подхода. Метод функционального моделирования SADT. Набор стандартов IDEF. Моделирование потоков данных, диаграммы DFD. Моделирование структур данных, диаграммы ERD.

Тема 19.  Объектно-ориентированный подход к моделированию ИС

Сущность объектно-ориентированного подхода. Определения, базовые принципы объектно-ориентированного подхода: уникальность, классификация, инкапсуляция, наследование, полиморфизм. Плюсы и минусы объектно-ориентированного подхода. Унифицированный язык UML. История UML. Определение языка UML. Диаграммы прецедентов (UseCase-диаграммы). Определение концептуальной модели. Проектирование взаимодействия. Диаграммы классов. Моделирование бизнес-процессов, диаграммы активностей. Концептуальное моделирование и диаграммы понятий. Моделирование поведения системы и диаграмма последовательностей. Проектирование поведения системы и диаграммы сотрудничества. Проектирование статической структуры системы и диаграмма классов. Модель реализации и диаграмма компонентов.

Тема 20.  Иерархия моделей, понятие метамоделирования

Четырёхуровневая иерархия моделей. Понятие метамоделей.

Архитектура, управляемая моделью (MDA). Принципы MDA, стандарт MOF. Платформенно-независимые модели (PIM) и платформенно-зависимые модели (PSM). Понятие трансформации моделей, требования к трасформациям. Процесс разработки ИС с использованием MDA. Примеры.

Тема 21.  Предметно-ориентированные языки и языковые инструментарии

Недостатки традиционных подходов к моделированию. Понятие предметно-ориентированного языка (DSL, DSML), связь с метамоделированием. Классификация DSLs. Использование DSL при разработке ИС, плюсы и минусы. Языковые инструментарии, DSM-платформы. Общая характеристика. Структура DSM-платформы. Примеры: MS DSL Tools, MetaEdit+, Eclipse GMF и др. Сравнение возможностей. Принципы разработки DSL. Примеры разработки DSL. Мультиязыковые системы. Понятие трансформаций. Вертикальные и горизонтальные трансформации.

Понятие абстрактного и конкретного синтаксиса. Алгоритмические сети, автоматные модели, графовые грамматики. Различные формализмы представления графовых грамматик: классические графы и орграфы, мультиграфы, псевдографы, метаграфы, hi-графы, гиперграфы и др.

Проблема преобразования моделей из одной нотации в другую. Подходы к трансформации моделей: язык трансформации ATL; подходы, основанные на трансформации графовых грамматик GReAT, Attributed Graph Grammar; подход к трансформации на основе обучающей выборки примеров MTBE.

Тема 22.  Понятие жизненного цикла ИС и модели жизненного цикла

Понятие жизненного цикла ИС. Этапы жизненного цикла, модели жизненного цикла. Процессы жизненного цикла. Модели жизненного цикла ИС, сравнение. Роль инструментальных средств в управлении жизненным циклом ИС.

Тема 23.  Моделирование и CASE-средства

Понятие CASE-системы. Подходы к разработке ИС с использованием CASE-средств. Понятие адаптируемой системы и использование моделей для реализации средств адаптации ИС. Использование технологии DSM.

Тема 24.  Понятие онтологии и использование онтологий при разработке ИС

Понятие онтологии. Определение онтологии Томаса Грубера. Содержание онтологии: классы, отношения, функции, аксиомы, экземпляры. Классификация онтологий по цели создания и содержанию. Языки описания онтологий (OWL, RDF, KIF, CycL и др.): основные возможности, элементы языков.

Инструментальные средства описания онтологий: Protégé, DOE, OntoEdit, OilEd, WebOnto.

Тема 25.  Паттерны проектирования

Понятие паттерна проектирования, элементы паттерна (имя, задача, решение, результат). Назначение и преимущества использования паттернов проектирования. Классификация паттернов. Пространство паттернов проектирования. Примеры.

Литература по разделу:

1.  Шаврин С. М. Моделирование и проектирование информационных систем: учеб.-метод. пособие / , , ; Перм. гос. ун т.– Пермь, 2007. – 152 с.: ил. (электронный ресурс).

2.  Лядова Л. Н., Сухов А. О. Материалы лекций по дисциплине. [Электронный ресурс в формате файлов MS Word и презентаций Power Point]

Формы и методы проведения занятий по разделу, применяемые учебные технологии:

-  «Проблемно-ориентированное» чтение лекций с обсуждением задач, решаемых на различных этапах жизненного цикла ИС с использованием моделей, и вариантов решений с использованием презентаций.

-  Оперативные опросы по материалам лекций и практических занятий.

-  Практические занятия в компьютерном классе: индивидуальное выполнение лабораторных работ и практических заданий с использованием установленного программного обеспечения, решение задач с обсуждением и анализом результатов.

-  Выполнение индивидуальных проектов по темам раздела с представлением результатов (отчёта, выступления с презентацией).

-  Оформление документов на регистрацию созданных электронных ресурсов (с консультациями преподавателя).

План практических занятий приведён в Приложении 1.

Раздел 5. Моделирование и анализ процессов и систем
с использованием моделей

Тема 26.  Сети Петри: определение и использование для анализа процессов и систем

Сети Петри: определение, классификация. Правила моделирования с использованием сетей Петри, структура и динамика процессов. Ограничения использования. Примеры. Свойства и анализ сетей Петри (ограниченность, безопасность, сохраняемость, достижимость, живость). Анализ достижимости, дерево достижимости. Структурный анализ сети на основе заданной матрицы инцидентности и начального маркирования сети.

Тема 27.  Имитационное моделирование процессов и систем

Метод имитационного моделирования: понятие, применение. Подходы к разработке имитационных моделей. Системы моделирования, архитектура, общие принципы работы. Применение средств имитационного моделирования для анализа процессов и систем.

Литература по разделу:

1.  Лядова Л. Н., Сухов А. О. Материалы лекции по дисциплине. [Электронный ресурс в формате файлов MS Word и презентаций Power Point]

Формы и методы проведения занятий по разделу, применяемые учебные технологии:

-  «Проблемно-ориентированное» чтение лекций с обсуждением задач, решаемых на различных этапах жизненного цикла ИС с использованием моделей, и вариантов решений с использованием презентаций.

-  Оперативные опросы по материалам лекций и практических занятий.

-  Практические занятия в компьютерном классе: индивидуальное выполнение лабораторных работ и практических заданий с использованием установленного программного обеспечения, решение задач с обсуждением и анализом результатов.

-  Выполнение индивидуальных проектов по темам раздела с представлением результатов (отчёта, выступления с презентацией).

План практических занятий приведён в Приложении 1.

Тематический расчёт часов

Наименование разделов и тем	Аудиторные часы	Самостоятельная работа	Всего часов
Лекции	Семинарские или практические занятия	Всего аудиторных
Раздел 4. Моделирование и технологии создания и управления жизненным циклом информационных систем, основанные на использовании моделей	20	20	40	46	86
Тема 17.  Понятие модели и моделирования, классификация моделей ИС	2	0	2	4	6
Тема 18.  Структурный подход к моделированию процессов и систем	2	4	6	6	12
Тема 19.  Объектно-ориентированный подход к моделированию процессов и систем	4	6	10	16	26
Тема 20.  Иерархия моделей, понятие метамоделирования	2	0	2	4	6
Тема 21.  Предметно-ориентированные языки и языковые инструментарии	2	6	8	18	26
Тема 22.  Понятие жизненного цикла ИС и модели жизненного цикла	2	0	2	2	4
Тема 23.  Моделирование и CASE-средства	2	0	2	2	4
Тема 24.  Понятие онтологии и использование онтологий при разработке ИС	2	4	6	8	14
Тема 25.  Паттерны проектирования	2	0	2	6	8
Раздел 5. Моделирование и анализ процессов и систем с использованием моделей	8	10	18	20	38
Тема 26.  Сети Петри: определение и использование для анализа процессов и систем	4	6	10	10	20
Тема 27.  Имитационное моделирование процессов и систем	4	4	8	10	18
Всего:	28	30	58	86	144

9.  Образовательные технологии

На занятиях рекомендуется выполнять разбор практических задач с использованием нормативно-справочной информации, материалов выполненных проектов в НИУ ВШЭ.

В рамках курса предусмотрены встречи с представителями ИТ-компаний города (, ГК «ИВС» и др.), телеконференции (по возможности) с преподавателями НИУ ВШЭ, иностранными специалистами – представителями фирм-производителей программного обеспечения, исследователями.

9.1  Методические рекомендации преподавателю

1.  На первом занятии следует сформулировать цель курса, определить порядок его прохождения, требования и сроки контрольных мероприятий.

2.  Поскольку сдача индивидуальных заданий в полном объеме всеми студентами в конце семестра приведет к значительному росту нагрузки на преподавателя и (как следствие) к снижению качества проверки, рекомендуется установить систему льгот и/или штрафов, поощряющую студентов к постепенной сдаче результатов индивидуальной работы в течение всего семестра. Например, регулярность работы и сдачи результатов в течение семестра может быть поощрена путем сокращения количества требований, прощения мелких огрех и т. п.

3.  На занятиях используется «проблемный» подход к изложению материала: материал каждой лекции иллюстрируется примерами, рассматриваются проблемные ситуации, требующие решения с использованием рассматриваемого материала. При этом студенты должны активно участвовать в обсуждении вопросов, выработке решений. Для самостоятельного изучения предлагается использовать электронные ресурсы.

9.2  Методические указания студентам

Студенту рекомендуется следующая схема подготовки к занятию:

1)  проработать конспект лекций;

2)  проанализировать основную и дополнительную литературу, рекомендованную по изучаемому разделу;

3)  проанализировать варианты решений, предложенные преподавателем;

4)  при затруднениях сформулировать вопросы к преподавателю.

Для изучения курса рекомендуется «метод наката». Состоит он в следующем.

Перед началом каждого семестра просмотрите материал основного учебника в режиме «пять секунд» на страницу и с вопросом: «Что из этого я уже знаю?». Цель такого просмотра – создать в голове некоторый «информационный ком», за который будут «цепляться» последующие знания. Наличие такого задела способствует резкому повышению «запоминаемости» материала. Это – «первое прочтение» материала.

При «втором прочтении» ставится вопрос: «Что из этого я понимаю?». Не надо стремиться понять все и сразу. Но надо выделить понятный Вам материал и зафиксировать непонятные места.

«Третье чтение» проводится под знаком вопроса «Что я еще могу понять?». Оно может быть повторено несколько раз и сопровождаться постепенным расширением понятного материала.

Отдельное «чтение» должно быть проведено с целью «Запомнить». Что следует запоминать? Во-первых, терминологию. Термины надо выучить, даже если вы не до конца понимаете соответствующие разделы курса. Во-вторых, структуру курса. Для этого надо выучить оглавление курса: названия глав и параграфов, их следование и вложенность. Кроме того, следует выбрать в каждом параграфе максимально информативный абзац и выучить его наизусть. Цель такого заучивания – научиться говорить по теме данного курса связными мыслями.

Последнее «пятое прочтение» курса следует провести перед зачетом (экзаменом) опять в режиме «пять секунд на страницу». Его цель – освежить в памяти материал, который вы уже знаете.

Студентам для самостоятельной работы предлагается ряд индивидуальных заданий.

Поскольку общий объем всех описанных ниже заданий может потребовать времени большего, нежели это отведено учебным планом для самостоятельной работы, конкретный набор индивидуальных заданий и требований к их выполнению для каждого студента формируется преподавателем индивидуально.

На практических занятиях следует провести обсуждение результатов, полученных разными студентами при выполнении их индивидуальных заданий.

10.  Оценочные средства для текущего контроля и аттестации студента

10.1  Тематика заданий текущего контроля

Темы работ для домашнего задания (1 год изучения) для каждого студента утверждаются преподавателем в индивидуальном порядке:

Оценка идеальности системы

Провести оценку идеальности технической системы.

Отследить изменение идеальности данной системы в течение последних нескольких (десятков) лет.

Построить прогноз развития данной системы на основе формулы идеальности.

Дерево целей.

Построить дерево своих собственных целей.

Дерево целей фирмы

Построить дерево целей фирмы.

Дерево противоречий свое

Достроить дерево своих собственных целей до дерева противоречий.

Дерево противоречий фирмы

Достроить дерево целей фирмы до дерева противоречий

SMART дерево целей свое

Достроить дерево собственных противоречий: оценить каждую цель в дереве по критериям SMART.

SMART дерево целей фирмы

Достроить дерево противоречий фирмы: оценить каждую цель в дереве по критериям SMART.

Системный оператор

Описать системный оператор для фирмы.

Фирма – та же, для которой описывали дерево целей.

Описание внешних связей фирмы (описание фирмы как черного ящика)

В качестве тренировочного задания провести описание внешних связей факультета бизнес-информатики. Это описание будем рассматривать на практике.

В качестве проекта описать внешние связи фирмы.

Описание внешних связей вести по следующей схеме.

Для входных воздействий:

1) Какая внешняя система оказывает воздействие?

2) В чем заключается воздействие? Как меняется его интенсивность? От чего она зависит?

3) На какие параметры рассматриваемой системы воздействие влияет? Каково это влияние?

Для выходных воздействий:

1) На какую внешнюю систему направлено воздействие?

2) От каких параметров рассматриваемой системы воздействие зависит? Какова эта зависимость?

3) В чем заключается воздействие с точки зрения внешней системы?

Классификация

Построить многоуровневые классификации для 3-х множеств из файла "Аристотель и Линней":

1) множества фактов,

2) множества из животных,

3) множества растений.

Принятие решений: вариантный сектор

Использовать методику вариантных секторов для фиксации обоснования проектного решения

Принятие решений: МАИ

Использовать метод анализа иерархий для фиксации обоснования проектного решения.

Иерархия должна иметь не менее трех уровней.

Оценить согласованность МПС.

Довести согласованность до приемлемого уровня.

В отчет по проекту включить описание действий по согласованию МПС.

Сценарии

Описать набор неальтернативных сценариев. Сгенерировать обобщенный сценарий и словесное описание его результатов.

Коробка максимального объема

Определить размеры коробки максимального объема, которую можно изготовить из прямоугольного куска жести размером 2 на 3 м. Коробка без крышки.

Решить задачу дважды: аналитически (используя методы математического анализа) и численно (без привлечения математического анализа).

В численном варианте минимизировать объем вычислений (для ручного счета, без использования Excel).

Сравнить результаты.

Тема для домашней контрольной работы: анализ организации

Провести анализ организации по следующему плану:

1)  Проблема, для решения которой создана организация

2)  Цели

3)  Выделение из окружающего мира

4)  Внешние связи (кто и как влияет на систему, на кого и как влияет система).

5)  Разрешение неопределенностей разного рода

6)  Состав

7)  Структурная модель

8)  Функциональная модель

9)  Параметрическая модель

Задание на анализ организации выдается в начале изучения курса с тем, чтобы при освоении всех инструментов системного анализа студент видел в перспективе их применение для выполнения этой работы, мог к ней готовиться, выполнять ее части по мере изучения соответствующих тем. Часть индивидуальных заданий напрямую связана с данной работой, является подготовкой к ее реализации. Т. е. выполнение данной контрольной работы растягивается почти на весь курс и включает в себя практическое применение большей части изученных инструментов системного анализа.

Оценка за контрольную работу ставится с учетом выполнения следующих требований:

1.  В отчете отражены все требуемые пункты. Содержимое всех пунктов соответствует друг другу. В описании разных пунктов могут присутствовать несущественные недочеты (1-4 шт.). – 8-10 баллов.

2.  В отчете отражены все требуемые пункты. Между содержимым разных пунктов могут быть несущественные несоответствия. В описании разных пунктов может присутствовать 5–6 несущественных недочетов или какой-то один существенный недочет. – 6-7 баллов.