Методы и средства псевдокодового интерфейсного прототипирования проектных решений

Актуальность работы.

Успешность разработок и результативность функционирования сложных автоматизированных систем в существенной мере зависит от рационального .и качественного включения-' в автоматизированные системы (АС) человеко-компьютерных взаимодействий. Осуществление таких взаимодействий, распределенных по> жизненному циклу АС и между лицами, вовлеченными в5 этот цикл, обеспечивают интерфейсные средства, в совокупности образующих интерфейсное: обеспечение (ИО) АС. Hai разных этапах проектирования ИО помогаете решать" различные задачи, в число которых, например, входит, «интерактивное взаимодействие пользователя] с АС» и «интерактивное связывание проектных решений в проектный прототип».

Создание интерфейсного обеспечениям конкретной АС представляет собой специфический поток проектных работ, который" базируется на. распределении:. действийвложенных в АС, между ее пользователями и техникой-. При этом статистика, последних пятнадцати лет констатирует безоговорочный: успех разработок АС только на уровне: 30−40%. Работы по созданию интерфейсного обеспечения4занимают до 40% от всего времени разработки системы, что указывает на исключительную важность, обеспечения качества интерфейсов для обеспечениям итогового качества и успешности в целом разрабатываемой АС. «.

Успешность, проектирования-. АС определяется, тремя: ключевыми, показателями, установленным, сроком: проекта, его бюджетом* и соответствием^ требованиям по качеству, для достижения которых часто используют тотальный контроль качества. Отсутствие возможности установкитотального контроля, над проектом в рамках указанных показателей вызывает рост количества необоснованных решений, увеличивает финансовые и: проектные риски, связанные с разработкой и внедрением АС.

Тотальный контроль качества, предполагающий контроль каждого из проектных решений, становится: осуществим при использовании нормативных метрик (ISO 9126, ISO 9241, ISO 9001 и др.). При этом использование апробированных подходов в управлении качеством разработки и внедрения крупных программных систем значительно повышает предсказуемость проектов, снижает финансовые и ресурсные издержки.

Одним из средств достижения требуемого уровня качества интерфейсного обеспечения является быстрое прототипирование проектных решений, которое позволяет:

• осуществить уточнение неясных требований;

• провести анализ осуществимости проекта и отдельных проектных решений;

• получить предварительные отзывы от пользователей о проектируемой системе;

• осуществить предварительное тестирование на ранних стадиях;

• продемонстрировать отдельные решения заказчикам и членам проектной группы;

• осуществить быструю генерацию шаблонных решений, которые могут быть в дальнейшем использованы в основной программной реализации;

• осуществить помощь в выборе одного или нескольких проектных решений.

В настоящее время существует множество средств быстрого прототипирования, решающих частные задачи, но низкий процент успешности программных проектов говорит о недостаточности этих средств, т.к. они либо не предоставляют средств для быстрой генерации прототипов из моделей задач пользователя, либо не предоставляют доступа к концептуальным решениям, не имеющим готовой программной реализации, либо не предоставляют средств к генерации прототипов на нескольких программных платформах. Исследования и разработки методов и средств быстрого прототипирования проектных решений считается актуальной задачей.

В диссертационной работе исследуется возможность повышения качества проектируемой АС за счет быстрого псевдокодового прототипирования проектных решений, основанного на лучших практиках ведущих компаний-производителей АС и на международных стандартах. Основное внимание уделяется как связыванию решений, представляющих интерфейсы пользователя АС, так и оперативному интерфейсному связыванию промежуточных проектных решений в различных утилитарных целях.

В диссертационной работе роль области исследований возложена на меры, действия и средства псевдокодового прототипирования проектных решений в концептуальном проектировании АС.

Направление исследований в диссертации связано с инструментально-технологическими методами и средствами, которые введены в процесс разработки АС специально для псевдокодового прототипирования проектных решений АС.

Функции объекта исследований в диссертации выполняют методы и инструментально-технологические средства псевдокодового прототипирования проектных решений АС, использующие интерфейсные прецеденты и модели представления прототипов.

Роль предмета исследований в диссертации возложена на методы и средства* преобразований интерфейсных диаграмм в абстрактные модели, абстрактных моделей в конкретные модели, конкретных моделей в псевдокодовые прототипы и псевдокодовых прототипов в исполняемые прототипы на целевой платформе, использующих интерфейсные прецеденты, созданные на основе нормативных принципов создания качественных интерфейсов АС.

Цель исследований. Целью исследований является повышение степени успешности разработок АС за счет выгод от использования быстрого псевдокодового прототипирования проектных решений.

Задачи диссертационного исследования:

1. Выявить способы поиска точек интерактивных взаимодействий в проектируемой АС.

2. Исследовать и разработать механизмы построения интерфейсных диаграмм, абстрактных и конкретных моделей прототипов АС.

3. Создать систему прецедентов, обслуживающих процессы псевдокодового прототипирования проектных решений, и материализовать её в виде базы прецедентов.

4. Разработать механизмы псевдокодового прототипирования проектных решений в версии, допускающей комплексирование с инструментально-технологическими средствами разработки АС.

5. Создать методическое обеспечение комплекса средств, обеспечивающих псевдокодовое прототипирование проектных решений АС.

Провести испытания комплекса средств псевдокодового прототипирования проектных решений.

На научную новизну претендуют:

1. Метод псевдокодового интерфейсного прототипирования концептуальных проектных решений, в основу которого положены механизмы аспектно-ориентированного выбора и визуализации точек интерактивного взаимодействия, их псевдокодовое кодирование и сериализация с использованием XML преобразований, выводящих на библиотеку кодов метрик эргономики разрабатываемого прототипа, что повышает уровень автоматизации в оперативном тестировании алгоритмической логики сценариев проектных решений без явного обращения к языку программирования.

2. Метод построения интерфейсной диаграммы, интегрирующей графически и формально с использованием XML средств для прототипируемого проектного решения диаграмму прецедентов, диаграмму классов и модель интерфейсной навигации проектного решения, что обеспечивает инкапсуляцию необходимых действий в разработке интерфейсного прототипа.

3. Интерпретируемый язык описания интерфейсных прецедентов, определяющий правила трансформации интерфейсных диаграмм в абстрактные модели и абстрактных моделей в прикладные исполняемые модели с указанием свойств элементов управления, их событий и связей с другими элементами проектного решения.

4. Библиотека метрик интерфейсного обеспечения АС, объединяющая типовые интерфейсные решения стандартов и их расширений, зарекомендовавших себя на практике, в которой каждая метрика представлена в виде модели прецедента, интегрирующей текстовую, логическую, графическую, псевдопрограммную и исполняемую версию ее продукционного представления, что упрощает выбор и настройку метрики по месту ее использования.

Достоверность результатов диссертационной работы подтверждается полнотой и корректностью исходных посылок, использованием в выводах и доказательствах теории и практики продукционных формализмов, ХМЬ-трансформаций, а также использованием рекомендаций из российских и международных стандартов и экспериментами, проведенными в рамках внедрения средств интерфейсного прототипирования.

Основные положения, выносимые на защиту, включают в себя:

• Метод псевдокодового прототипирования проектных решений, обеспечивающий интерфейсное связывание их частей без использования проектировщиком* программных средств кодирования как для решений, включающих интерфейсы пользователя, так и для решений, не содержащих таких интерфейсов.

• Метод построения интерфейсных диаграмм, в реализации которого для связывания частей решения любых типов («заглушка», исполняемый код, функциональность, вызываемая извне и другие артефакты) в единое целое используются диаграммные (графические) средства, подобные диаграммам прецедентов языка ИМЬ.

• Совокупность трансформаций, преобразующая шаг за шагом графику интерфейсных диаграмм в исполняемый прототип так, что в прототип включаются базовая интерфейсная схема (вопросно-ответное представление), элементы управления, связываемые составляющие проектных решений и исполняемый код (платформонезависимый и/или платформозависимый).

• Библиотека интерфейсных прецедентов, представленная в виде совокупности продукционных форм (текстовая, графическая, вопросно-ответная, логическая, исходный исполняемый код), обеспечивающая автоматический или автоматизированный выбор интерфейсных метрик в любой момент процесса формирования интерфейсного прототипа.

Практическая ценность.

Разработан набор средств, обеспечивающий реализацию псевдокодового г интерфейсного прототипирования" проектных решений АС, созданабиблиотека-прецедентов" и метрик интерфейсных решений, основанная на руководстве по созданию интерфейсов Microsoft-, стандартах ISO* 9126, ISO1 9241, разработан* комплекс методик про псевдокодовому интерфейсному прототипированию. проектных решений.

Реализация и внедрение результатов работы.

Разработанные программные средства и комплекс методик их использования внедрены на ФНПЦ' ОАОНПО «МАРС», проведен эксперимент по оценке эффективности использования предлагаемых средств.

В первой главе диссертационной работы раскрываются вопросы, связанные с системной-', инженерией, жизненным циклом АС, человеко-компьютерным взаимодействием' и дизайномориентированным на пользователя, обосновывается необходимость использования псевдокодового прототипирования проектных решенийв жизненном циклеАС. Обосновывается* необходимость учета коллективной деятельностиво1 времяреализации АС. Упоминаются вопросы профессиональной зрелости процессов разработки АС. Приводится обзор парадигм, методов и средств? прототипированияпользовательских интерфейсов и проверки проектных решений на ранних стадиях разработки АС.

Приводятсяаргументы, доказывающие целесообразность псевдокодового прототипирования проектных решений АС. Приведена общаясхема области интересов-человеко-компьютерного взаимодействия в привязке к проектированию АС.

Во второй главе представлены модели интерфейсных диаграмм, абстрактной и конкретной моделей пользовательского интерфейса, языка представления интерфейсных прецедентов, объединенных в библиотеку, описание языка псевдокодового представления интерфейсных прототипов проектных решений, механизмы трансформации моделей и кодогенерации.

В третьей главе диссертации раскрыта общая алгоритмическая схема псевдокодового прототипирования проектных решений АС и приведены его детали. Для представления деталей используются методики и ЦМЬ-диаграммы.

В четвёртой главе раскрываются вопросы реализации системы псевдокодового прототипирования проектных решений АС, описание экспериментальных исследований системы псевдокодового прототипирования проектных решений.

1.3. Выводы по четвертой главе.

1. На рациональность реализации комплекса средств псевдокодового прототипирования проектных решений существенное воздействие оказало взаимодействие с комплексом средств WIQA.NET.

2. Реализацию комплекса существенно упростило использование механизмовобъектно-вопросно-ответных преобразований вместе с системой атрибутики и системы прецедентов.

3. Эксперименты с методом псевдокодового прототипирования проектных решений и методом построения интерфейсных диаграмм подтвердили их результативность.

Заключение

.

Подводя обобщающий итог диссертационному исследованию и практическим разработкам, реализованным на базе результатов исследований, можно утверждать следующее:

Цель исследований, направленная на повышение степени успешности разработок АС за счет выгод от использования быстрого псевдокодового прототипирования проектных решений на концептуальном этапе проектирования АС, достигнута.

Предложена, исследована и проверена совокупность новых методов и моделей, на базе которых осуществляется псевдокодовое программирование интерфейсных прототипов в проектировании АС.

Получены новые научные результаты:

1. Метод псевдокодового интерфейсного прототипирования концептуальных проектных решений, в основу которого положены механизмы аспектно-ориентированного выбора и визуализации точек интерактивного взаимодействия, механизмов интерпретации правил ХМЬ-преобразований, объединяющих интерфейсные метрики с программными кодами решения, что открывает возможность для оперативного тестирования логики сценария разрабатываемой системы без явного обращения к языку программирования.

2. Модель интерфейсных диаграмм, основанная на диаграммах вариантов использования с дополнением в виде объектной модели и модели навигации, и связанная с ней абстрактная модель пользовательского интерфейса, представленная в вопросно-ответном виде с расширением в виде системы атрибутов.

3. Конкретная модель пользовательского интерфейса, получаемая из абстрактной модели путем автоматического выбора интерфейсных прецедентов визуальных элементов управления с возможностью последующего автоматизированного выбора с целью конкретизации получаемого исполняемого прототипа.

4. Язык описания интерфейсных прецедентов и интерпретатор правил, описанных на этом языке, осуществляющий трансформацию моделей с целью их конкретизации: из интерфейсных диаграмм в абстрактные модели и из абстрактных в конкретные.

5. Библиотека прецедентов интерфейсного обеспечения АС, содержащая элементы интерфейсных прототипов с описанием предусловий их использования, рекомендаций по выбору среди нескольких альтернативных элементов управления, описанием свойств соответствующих элементов интерфейсных прецедентов, представленные в виде вопросно-ответных XML шаблонов с назначенными атрибутами (17 прецедентов, включающих в себя около 500 метрик интерфейсного обеспечения, основанных на рекомендациях Microsoft, ISO 9126, ISO 9241 и других источниках).