mireabulletinRussian Technological JournalRussian Technological Journal2782-32102500-316XRTU MIREA10.32362/2500-316X-2020-8-5-7-18mireabulletin-243Research ArticleИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ. ИНФОРМАТИКА. ПРОБЛЕМЫ ИНФОРМАЦИОННОЙ БЕЗОПАСНОСТИINFORMATION SYSTEMS. COMPUTER SCIENCES. ISSUES OF INFORMATION SECURITYПрименение высокоуровневых методов компромиссной оптимизации для управления автономной роботизированной добычей полезных ископаемых открытым способомApplication of high-level methods of compromise optimization for control of autonomous robotized open pit miningГоловинС. А.GolovinS. A.

Головин Сергей Анатольевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой математического обеспечения и стандартизации информационных технологий Института информационных технологий

119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Sergey A. Golovin, D.Sci. (Engineering), Professor, Head of the Department of Mathematical Support and Standardization of Information Technologies, Institute of Information Technologies8, Vernadskogo Pr., Moscow, 119454

ЗыковС. В.ZykovS. V.

Зыков Сергей Викторович, доктор технических наук, доцент, профессор Департамента программной инженерии факультета компьютерных наук

101000, Россия, Москва, ул. Мясницкая, д. 20

Sergey V. Zykov, D.Sci. (Engineering), Associate Professor, Professor of School of Software Engineering of Faculty of Computer Science20, Myasnitskaya Str., Moscow, 101000

szykov@hse.ruКораблинЮ. П.KorablinYu. P.

Кораблин Юрий Прокофьевич, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры математического обеспечения и стандартизации информационных технологий Института информационных технологий

119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Yurii P. Korablin, D.Sci. (Engineering), Professor, Professor of the Department of Mathematical Support and Standardization of Information Technologies, Institute of Information Technologies78, Vernadskogo Pr., Moscow, 119454

КрюковД. А.KryukovD. A.

Крюков Дмитрий Алексеевич, кандидат технических наук, доцент кафедры корпоративных информационных систем Института информационных технологий

119454, Россия, Москва, пр-т Вернадского, д. 78

Dmitry A. Kryukov, Cand. Sci. (Engineering), Associate Professor, Associate Professor of the Department of ERP, Institute of Information Technologies78, Vernadskogo Pr., Moscow, 119454

МИРЭА – Российский технологический университетРоссияMIREA – Russian Technological UniversityRussian FederationНИУ «Высшая школа экономики»РоссияNRU "Higher School of Economics"Russian Federation20202010202085718Copyright © Головин С.А., Зыков С.В., Кораблин Ю.П., Крюков Д.А., 20202020Головин С.А., Зыков С.В., Кораблин Ю.П., Крюков Д.А.Golovin S.A., Zykov S.V., Korablin Y.P., Kryukov D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.rtj-mirea.ru/jour/article/view/243

В большинстве подходов программной инженерии проектирование программного обеспечения начинается с определения функциональных требований, что вполне подходит проектам по разработке программного обеспечения, ориентированного на Web-приложения. При проектировании высококритичного крупномасштабного программного обеспечения, предназначенного для промышленного использования, необходим учет и нефункциональных требований. Основная идея предлагаемого документоориентированного подхода заключается в максимально раннем проектировании стабильного архитектурного решения, учитывающего нефункциональные характеристики программного обеспечения: надежность, безопасность, сопровождаемость и производительность (атрибуты качества). При этом ключевым вопросом является согласование функциональных требований с учетом ограничений технического характера и требований бизнеса, достигаемое в ходе устойчивого взаимодействия команд заказчика и разработчика. Для повышения гибкости конструируемых решений и предупреждения кризисных ситуаций при разработке высококритичного крупномасштабного программного обеспечения предлагается использовать подход, интегрирующий метод архитектурно-центричного проектирования (Architecture-Centred Design Method, ACDM), метод архитектурного анализа компромиссов (Architecture-Tradeoff Analysis Method, ATAM) с матрицей архитектуры предприятия (Enterprise Architecture Matrix, EAM). Это позволяет получить результат, адекватный требуемому уровню ответственности и надежности. Рассмотрение атрибутов качества в рамках метода анализа компромиссов дает возможность выбора и принятия определенных решений в проектировании программного обеспечения, учитывающих масштаб программного обеспечения и сферу его применения. Выделены основные атрибуты качества продукта (стандарт ISO 25010), для которых определены критичные сценарии. Использование указанных сценариев для детального проектирования программного обеспечения с необходимыми параметрами функциональных требований, бизнес-условий и технологических ограничений уменьшает риск развития непредсказуемого и неопределенного поведения системы. На основе предложенного подхода представлено архитектурное решение для высококритичного, ответственного, крупномасштабного программного обеспечения для управления автономной роботизированной добычей полезных ископаемых открытым способом. Выявлены и проранжированы критически важные атрибуты для создания указанного программного обеспечения и описана архитектура решения согласно стандарту разработки программного обеспечения SWEBOK. Далее, с учетом характера, масштаба и области применения программного решения даны рекомендации по высокоуровневым архитектурным решениям для проекта системы, включая слои, конвейеры и микросервисы. Предлагаемый архитектурно-ориентированный метод разработки подходит для программного обеспечения промышленного уровня различных предметных областей.

In most software engineering approaches, software design begins with defining functional requirements, which is well suited to web-based software development projects. When designing high-critical large-scale software intended for industrial use, accounting for non-functional software requirements is also required. The main idea of the proposed document-oriented approach is to design a stable architectural solution as early as possible, taking into account the nonfunctional characteristics of the software: reliability, security, maintainability and performance (quality attributes). At the same time, the key issue is the coordination of functional requirements, taking into account technical limitations and business requirements achieved during the steady interaction of customer and developer teams. To increase the flexibility of the designed solutions and prevent crisis situations when developing highly critical large-scale software, it is proposed to use the approach integrating the architecture-centric design method (ACDM), the architecture-tradeoff analysis method (ATAM) with a matrix enterprise architecture matrix (EAM). This allows getting a result that is adequate to the required level of responsibility and reliability. Consideration of quality attributes within the framework of the method of compromise analysis makes it possible to select and make certain decisions in software design taking into account the scale of the software and its scope. The main attributes of product quality are highlighted (ISO 25010 standard), critical scenarios are defined for each of them (templates and use cases). The use of these templates for detailed software design with the necessary parameters of functional requirements, business conditions and technological limitations reduces the risk of developing unpredictable and uncertain system behavior. Based on the proposed approach, an architectural solution is presented for highly critical, responsible, large-scale software for managing autonomous robotic open-pit mining of minerals. Critical attributes for creating the specified software were identified and ranked, and the architecture of the solution according to the SWEBOK software development standard was described. Further, taking into account the nature, scale and scope of the software solution, recommendations are given on high-level architectural templates for the system design, including layers, pipelines and microservices. The proposed architecture-oriented development method is suitable for industrial-level software in various subject areas.

программное обеспечениефункциональные требованияатрибут качестваархитектура программного решенияметод архитектурно-центричного проектирования (ACDM)метод архитектурного анализа компромиссов (ATAM)матрица архитектуры предприятия (EAM)software developmentfunctional requirementsquality attributearchitecture of software solutionsarchitecture-centric design method (ACDM)method of architectural compromise analysis (ATAM)enterprise architecture matrix (EAM)Работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда (проект No 19-17-00184).ReferencesMaranzano J.R., Rozsypal S.A., Zimmerman G.H., Warnken G.W.,Wirth P.E. Architecture reviews: practice and experience. IEEE Software. 2005;22(2):34-43. https://doi.org/10.1109/MS.2005.28Maranzano J.R., Rozsypal S.A., Zimmerman G.H., Warnken G.W.,Wirth P.E. Architecture reviews: practice and experience. IEEE Software. 2005;22(2):34-43. https://doi.org/10.1109/MS.2005.28Ferber S., Heidl P., Lutz P. Reviewing Product Line Architectures: Experience Report of ATAM in an Automotive Context. In: van der Linden F. (Ed.) Software Product-Family Engineering. PFE 2001. Lecture Notes in Computer Science, V. 2290. Heidelberg Berlin, Heidelberg: Springer; 2002. P. 364-382. https://doi.org/10.1007/3-540-47833-7_33Ferber S., Heidl P., Lutz P. Reviewing Product Line Architectures: Experience Report of ATAM in an Automotive Context. In: van der Linden F. (Ed.) Software Product-Family Engineering. PFE 2001. Lecture Notes in Computer Science, V. 2290. Heidelberg Berlin, Heidelberg: Springer; 2002. P. 364-382. https://doi.org/10.1007/3-540-47833-7_33Harley N. 11 of the most costly software errors in history, 2018. https://raygun.com/blog/costly-software-errors-history/Harley N. 11 of the most costly software errors in history, 2018. https://raygun.com/blog/costly-software-errors-history/Clements P., Kazman R., Klein M. Evaluating Software Architecture: Methods and Case Studies. Addison-Wesley; 2002. 304 р.Clements P., Kazman R., Klein M. Evaluating Software Architecture: Methods and Case Studies. Addison-Wesley; 2002. 304 р.Bass L., Clements P., Kazman R. Software Architecture in Practice (2nd Edition). Addison-Wesley; 2003. 560 p.Bass L., Clements P., Kazman R. Software Architecture in Practice (2nd Edition). Addison-Wesley; 2003. 560 p.Carnegie Mellon University / Software Engineering Institute. The Capability Maturity Model: Guidelines for Improving the Software Process. Addison-Wesley; 1995.Carnegie Mellon University / Software Engineering Institute. The Capability Maturity Model: Guidelines for Improving the Software Process. Addison-Wesley; 1995.Humphrey W.S. Introduction to the Team Software Process. Addison-Wesley; 1999. 496 p.Humphrey W.S. Introduction to the Team Software Process. Addison-Wesley; 1999. 496 p.Boehm B. Software Engineering Economics. New Jersey: Prentice Hall; 1981. 767 p.Boehm B. Software Engineering Economics. New Jersey: Prentice Hall; 1981. 767 p.Patel J., Lee R.Y., Kim H-K. Architectural View in Software Development Life-Cycle Practices. In: 6th IEEE/ACIS International Conference on Computer and Information Science (ICIS 2007). Melbourne, Australia; 2007. https://doi.org/10.1109/ICIS.2007.64Patel J., Lee R.Y., Kim H-K. Architectural View in Software Development Life-Cycle Practices. In: 6th IEEE/ACIS International Conference on Computer and Information Science (ICIS 2007). Melbourne, Australia; 2007. https://doi.org/10.1109/ICIS.2007.64Norman D.A. The Invisible Computer. Cambridge, MA: MIT Press; 1998. 340 p.Norman D.A. The Invisible Computer. Cambridge, MA: MIT Press; 1998. 340 p.Cabrera A.A.A., Komoto H., van Beek T.J., Tomiyama T. Architecture-centric design approach for multidisciplinary product development. In: T. Simpson, J. Jiao, Z. Siddique, K. Hölttä-Otto (Eds.). Advances in Product Family and Product Platform Design. Methods & Applications. New York: Springer; 2014. P. 419-447. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-7937-6_17Cabrera A.A.A., Komoto H., van Beek T.J., Tomiyama T. Architecture-centric design approach for multidisciplinary product development. In: T. Simpson, J. Jiao, Z. Siddique, K. Hölttä-Otto (Eds.). Advances in Product Family and Product Platform Design. Methods & Applications. New York: Springer; 2014. P. 419-447. https://doi.org/10.1007/978-1-4614-7937-6_17Lattanze A.J. Architecting software intensive systems: a practitioner’s guide. CRC Press; 2008. 416 p.Lattanze A.J. Architecting software intensive systems: a practitioner’s guide. CRC Press; 2008. 416 p.Zykov S.V., Singh A. Agile Enterprise Engineering: Smart Application of Human Factors. Models, Methods, Practices, Case Studies. Springer Nature Switzerland AG; 2020. 158 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-40989-0Zykov S.V., Singh A. Agile Enterprise Engineering: Smart Application of Human Factors. Models, Methods, Practices, Case Studies. Springer Nature Switzerland AG; 2020. 158 p. https://doi.org/10.1007/978-3-030-40989-0

The authors declare that there are no conflicts of interest present.