Файл: Применение объектно-ориентированного подхода при проектировании информационной системы (Основные принципы и элементы объектной модели).pdf

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время разработано большое количество методов проектирования информационных систем любого направления. В данной работе будет проанализирован и применен конкретный метод, а именно объектно-ориентированная методология проектирования систем.

Знакомство с методологией будет проходить на примере проектирования информационной системы с целью автоматизировать производственный процесс, а именно частичного проектирования автоматизированной системы сбора и обработки данных в условиях статических испытаний свай.

Статическое испытание свай – длинный и трудозатратный производственный процесс. Продолжительность испытания варьируется от 2 до 30 суток, на протяжении которых работник, в посменном порядке, каждый заданный промежуток времени (в среднем каждые 15 минут) обязан совершать ручное снятие данных с датчиков часового типа, а также обслуживание участка проведения испытаний. Данный тип испытаний проводится преимущественно в осенне-зимние периоды, что, на фоне отсутствия здорового продолжительного сна, провоцирует возникновение простудных заболеваний и вызывает затруднения с доступом к отдельным элементам испытательной конструкции.

Актуальность проектирования данной системы обоснована неэффективными материальными и трудозатратами, плохими условиями труда. Внедрение системы в процесс позволит значительно сократить количество выполняемых человеком действий, повысить качество измерений и условий труда.

Цель курсовой работы: изучение и применение объектно-ориентированного подхода на примере автоматизации производственного процесса.

Задачи курсовой работы:

1. Проанализировать объектно-ориентированный подход проектирования.

2. Применить объектно-ориентированный подход при проектировании автоматизированной системы сбора данных.

Таким образом, поставленные задачи помогут изучить объектно-ориентированный подход в теории и на практике.

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1.1. Основные принципы и элементы объектной модели

Объектная модель является основой объектно-ориентированного подхода в проектировании.

Объект – дискретная сущность, обладающая индивидуальными свойствами (экземпляр класса).

Класс – группа объектов, обладающих общими атрибутами и операциями.

Основные принципы объектно-ориентированного проектирования:

Индивидуальность – данные делятся на объекты, отличимые друг от друга.

Классификация – объекты с одинаковыми атрибутами и операциями группируются в классы.

Наследование – наличие общих атрибутов и операций, передающихся от родителя наследнику.

Полиморфизм – одна и та же процедура/трансформация может означать разное поведение в разных классах.

Таким образом, элементами объектной модели являются объекты (компоненты), которые имеют свойства и методы, и их совокупности, имеющие общие набор свойств и поведение, называемые классом. Основными принципами объектной модели являются индивидуальность, наследование, классификация и полиморфизм.

1.2.Унифицированный язык моделирования UML

UML – унифицированный язык моделирования.

Основные свойства языка UML:

Искусственность – наличие конкретных авторов языка.

Формальность – наличие правил его употребления.

Основные элементы языка UML:

Синтаксис – определение правил построения конструкций языка.

Семантика – определение правил, в соответствии с которыми конструкции языка приобретают смысловые значения.

Прагматика – определения правил использования языка для достижения поставленных целей.

Однако в случае, как свойств, так и элементов, UML язык не однозначный, так как сочетает в себе ряд исключений. Унифицированность языка объясняется тем, что UML объединяет в себе лучшее от всех предшествующих методов построения описательной модели, почему и является единственным языком моделирования, дотягивающим до «планки» стандарта. [1]

Таким образом, унифицированный язык моделирования UML фактически является стандартом по объектно-ориентированным технологиям.

1.3. Диаграммы

Далее будут описаны диаграммы, применяемые при объектно-ориентированном подходе проектирования в соответствии с нотациями UML.

Диаграмма прецедентов - это диаграмма, представляющая динамические или поведенческие действия системы.

Диаграмма составляется из эктора(actor) – действующего лица.
Прецедента(use-case) – описания отдельного действия системы с точки зрения пользователя. Прецедентов(use case) – описание группы действий системы с точки зрения пользователя.

Обозначения прецедента по стандарту UML принято проводить эллипсом, а эктора изображением человечка.

Пример оформления диаграммы прецедентов показан на Рисунке 1.

Рисунок 1. Пример диаграммы прецедентов.

Цели создания диаграмм прецедентов:

1. Определение контекста и границы моделируемой предметной области.
2. Формирование общих требований к системе.
3. Разработка концептуальной модели системы, в целях дальнейшей ее детализации.
4. Подготовка документации для взаимодействия с пользователями системы и заказчиками.

Диаграмма классов – это набор статических элементов системы.

Класс – группа объектов, обладающих общими атрибутами и операциями. По своей сути – это строительные блоки любой объектно-ориентированной системы.

При построении диаграмма обозначается прямоугольником, разделенным горизонтальными линиями на три части – имя, атрибуты и действия.

Пример оформления диаграммы классов показан на Рисунке 2.

Применяется такая диаграмма как при прямом проектировании системы – создании новой, так и обратном – описании уже существующей.

Рисунок 2. Пример диаграммы классов.

Диаграмма объектов отображает множество объектов, и отношения между ними в определенный момент времени. Она используется для пояснения и детализации диаграмм взаимодействия.

Объект – сущность с инкапсулированным поведением и состоянием.

Объект в диаграмме обозначается прямоугольником с обязательным подчеркиванием имени. Объект может быть анонимным, а его графическое обозначение может иметь дополнительную секцию для атрибутов.

Пример оформления диаграммы объектов показан на Рисунке 3.

Рисунок 3. Пример диаграммы объектов.

Диаграмма последовательностей – это диаграмма, отображающая динамическое взаимодействие объектов во времени, измеряемом прецедентом использования. Тем самым она обозначает временные особенности приема и передачи сообщений объектами.

Объекты на диаграмме обозначаются в купе с вызовами методов (стрелки) и возвращаемыми результатами (пунктир). Вертикальные прямоугольники обозначают время жизни.

Пример оформления диаграммы последовательностей показан на Рисунке 4.

Диаграммы последовательностей используются для уточнения диаграмм прецедентов.

Рисунок 4. Пример диаграммы последовательностей.

Диаграмма взаимодействия – это диаграмма, отображающая динамическое взаимодействие объектов в потоке прецедентов, не ограниченном во времени

Является альтернативой диаграммы последовательностей. Оформляется объектами и линиями между ними, обозначающими прецеденты. Над линиями могут помечаться стрелки с указанием сообщения и порядкового номера.

Пример оформления диаграммы взаимодействий показан на Рисунке 5.

Рисунок 5. Пример диаграммы взаимодействий.

Любой объект что-то делает и что-то «знает», т.е. обладает определенным поведением и состоянием, в котором находится во времени. Чтобы объяснить, каким образом работают сложные объекты, используются диаграммы состояний.

Состояние(state) – ситуация в жизненном цикле объекта, в которой он выполняет определенное действие, ожидает какое-то событие или обладает определенным свойством. Определяется атрибутами и связями.

Диаграмма состояний показывает переход только одного объекта, обладающего поведением, из одного состояния в другое.

Состояния, через которые объект проходит в течении своей жизни, обозначаются скругленными прямоугольниками, а переходы между ними – стрелками. Сразу после создания объект находится в начальном псевдосостоянии, обозначаемом черным кружком, а после достижения состояния, из которого уже не сможет выйти – в конечном, обозначаемом черным кружком обведенным окружностью.

Пример оформления диаграммы состояний показан на Рисунке 6.

Рисунок 6. Пример диаграммы состояний.

Диаграмма активности – это диаграмма, отображающая физические модули программного кода, раскрывающая детали алгоритмов, реализующих систему.

Алгоритм – последовательность действий или операция, приводящая к желаемому результату.

Оформление диаграммы схоже с оформлением классических блок-схем алгоритмов, но с добавлением нотаций диаграмм состояний.

Пример оформления диаграммы активности показан на Рисунке 7.

Рисунок 7. Пример диаграммы активности.

Диаграмма развертывания – это графическое представление инфраструктуры, на которую будет развернуто приложение. Данная диаграмма имеет смысл только при проектировании аппаратно-программных систем. Она помогает более рационально распределить компоненты системы по узлам сети и тем самым увеличить производительность, а также увеличивает безопасность и помогает решить другие вспомогательные проблемы.

Узлы системы обозначаются на диаграмме в виде кубиков. [2]

Пример оформления диаграммы развертывания показан на Рисунке 8.

Рисунок 8. Пример диаграммы развертывания.

Таким образом, система объектно-ориентированных моделей в соответствии с нотациями UML включает в себя следующие диаграммы: вариантов использования (прецедентов), классов, объектов, последовательностей, взаимодействий, состояний, активности и развертывания. В общей сложности было рассмотрено 8 из 12 существующих типов диаграмм, в силу узкой специфики отдельных из них.

1.4.Преимущества объектно-ориентированного подхода

Основные преимущества объектно-ориентированного подхода:

1. Распараллеливание работ – позволяет вносить изменения и дополнения на любом этапе проектирования, без полной переработки проекта.
2. Упрощение внесения изменений – обозначает локальных характер внесенных изменений, в основном благодаря свойству наследования.
3. Гибкая архитектура и переносимость – возможность гибко и эффективно менять роли объектов в системе, возможность изменения конфигурация объектов без изменения системы.
4. Повторное использование программных компонентов – решения, разработанные данным методом, часто являются типовыми, что дает возможность использовать их в других приложениях.
5. Естественность описания – позволяет описывать как статические, так и динамические отношения между объектами модели на удобном пользователю уровне детализации.

Таким образом, преимуществами объектно-ориентированного подхода являются:

Распараллеливание работ, простота редактирования, гибкость архитектуры и переносимость, повторное использование компонентов и естественность описания.

1. Скорость работы приложения – динамические связи в классах увеличивают время обращения к ним.
2. Каскад вызовов – чрезмерное количество вызовов методом в процессе работы приложения, связанное с большим количеством методов и излишним обращением к ним.
3. Производительность систем на компьютерах с сегментированной организацией памяти - низкая производительность в ситуации с расположением различных классов в разных сегментах памяти устройства.
4. Низкая производительность выполнения задач в реальном времени – подход активно использует динамическое создание и удаление объектов, что замедляет и дестабилизирует выполнение задач в условиях реального времени.