Применение высокоуровневых методов компромиссной оптимизации для управления автономной роботизированной добычей полезных ископаемых открытым способом

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.

программное обеспечение, функциональные требования, атрибут качества, архитектура программного решения, метод архитектурно-центричного проектирования (ACDM), метод архитектурного анализа компромиссов (ATAM), матрица архитектуры предприятия (EAM)

1. Maranzano 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.2005.28

2. Ferber 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_33

3. Harley N. 11 of the most costly software errors in history, 2018. https://raygun.com/blog/costly-software-errors-history/

4. Clements P., Kazman R., Klein M. Evaluating Software Architecture: Methods and Case Studies. Addison-Wesley; 2002. 304 р.

5. Bass L., Clements P., Kazman R. Software Architecture in Practice (2nd Edition). Addison-Wesley; 2003. 560 p.

6. Carnegie Mellon University / Software Engineering Institute. The Capability Maturity Model: Guidelines for Improving the Software Process. Addison-Wesley; 1995.

7. Humphrey W.S. Introduction to the Team Software Process. Addison-Wesley; 1999. 496 p.

8. Boehm B. Software Engineering Economics. New Jersey: Prentice Hall; 1981. 767 p.

9. 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.2007.64

10. Norman D.A. The Invisible Computer. Cambridge, MA: MIT Press; 1998. 340 p.

11. 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_17

12. Lattanze A.J. Architecting software intensive systems: a practitioner’s guide. CRC Press; 2008. 416 p.

13. 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/10.1007/978-3-030-40989-0