Модели адаптивных пользовательских интерфейсов систем автоматизации проектирования в строительстве тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.12, кандидат технических наук Крылов, Артём Олегович

• Крылов, Артём Олегович
• кандидат технических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат технических наук Крылов, Артём Олегович

ОГЛАВЛЕНИЕ.

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ТЕОРИЯ И ПРАКТИКА АДАПТАЦИИ САПР.

1.1. Потребность в адаптации САПР.

1.2. Способы адаптации САПР.

1.3. Обзор современных строительных САПР и предоставляемых ими программных интерфейсов.

1.4. Системный подход.

1.5. Архитектура программного обеспечения.

1.6. Адаптивный интерфейс пользователя в информационных системах.

1.7. Перспективные задачи адаптации интерфейса пользователя.

1.8. Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. АДАПТИВНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНТЕРФЕЙСА

ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ САПР.

2.1. Адаптивный интерфейс пользователя.

2.2. Архитектура аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя

2.2.1. Шаблон «Модель-представление-поведение».

2.2.2. Конструктор интерфейса пользователя.

2.3. Абстрактная модель адаптивного интерфейса пользователя.

2.3.1. Хранение данных модели адаптивного интерфейса пользователя.

2.3.2. Хранение информации о представлениях адаптивного интерфейса

2.3.3. Хранение логики адаптивной модели интерфейса пользователя.

2.3.4. Алгоритмы генерируемого адаптивного интерфейса пользователя

2.4. Типизированные модели адаптивного интерфейса пользователя.

2.4.1. Модель унифицированный конструктор отчётов.

2.4.2. Модель генератор двухмерных и трёхмерных графических полигонов.

2.4.3. Модель вычислитель инженерных расчетов.

2.4.4. Комбинированная модель вычислитель-генератор.

2.5. Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА МОДЕЛЕЙ АДАПТИВНОГО ИНТЕРФЕЙСА

ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ.

3.1. Требования к логико-математическому аппарату САПР.

3.1.1. Макросы.

3.1.2. Встроенный интерпретатор примитивного синтетического языка

3.1.3. Встроенные средства поддержки сложного синтетического языка

3.1.4. Интерфейс прикладного программирования системы.

3.2. Способ интеграции адаптивного интерфейса пользователя в САПР.

3.3. Концепция подключаемых модулей.

3.4. Общая база знаний пользовательских функций.

3.5. Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. РЕАЛИЗАЦИЯ И ИНТЕГРАЦИЯ ПОДСИСТЕМЫ

АДАПТИВНОГО ИНТЕРФЕЙСА ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ В СОВРЕМЕННУЮ

САПР.

4.1. Структура подсистемы адаптивного интерфейса пользователя.

4.2. Описание механизма интеграции.

4.3. Возможные проблемы создания и интеграции аппарата адаптивного интерфейса пользователя.

4.4. Реализация аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя для AutoCAD 2012.

4.5. Практика применения модели адаптивного интерфейса пользователя

4.6. Выводы по главе 4.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Модели адаптивных пользовательских интерфейсов систем автоматизации проектирования в строительстве»

На любой стадии создания строительного проекта с использованием систем автоматизированного проектирования (САПР) проектировщику целесообразно располагать некоторым набором средств, упрощающих и ускоряющих его работу, помогающих ему в его информационной и конструктивной деятельности по пониманию и анализу сущности проектной задачи. Такой набор средств должен предоставить проектировщику помощь в решении как сложных задач проектирования или анализа проекта, так и простых задач. При этом решение простых, рутинных задач должно проходить при минимальном участии проектировщика. В рамках жизненного цикла зданий и сооружений САПР решает задачи автоматизации работ на стадиях проектирования и подготовки производства. Основная цель создания САПР - повышение эффективности труда инженеров. К сожалению, несмотря на наличие развернутых средств комплексных САПР, специалисты вынуждены решать многие узкоспециализированные задачи в недостаточно автоматизированном режиме. Современные архитектурно-строительные САПР предоставляют пользователю богатые возможности настройки и наращивания функционала. В этом смысле можно выделить два подхода к адаптации САПР.

Настройка существующего функционала - это набор средств, позволяющих подключать и отключать существующие функции систем автоматизированного проектирования. Этот набор средств, как правило, прост в использовании и не требует от специалиста дополнительных навыков в области программирования.

Наращивание функционала представляет собой набор средств, позволяющих добавить к системе автоматизированного проектирования функции, не предусмотренные разработчиками системы. Работа с нетривиальным логико-математическим аппаратом наращивания функционала предполагает наличие у специалиста глубоких знаний об архитектуре конкретной строительной САПР, навыков программирования и, как правило, продолжительного времени.

Исследования в области адаптивных интерфейсов автоматизированных систем актуальны, поскольку позволяют создать набор общих средств и методов, реализующих аппарат добавления новых необходимых функций строительных САПР, не требуя при этом навыков программирования от проектировщика. Под интерфейсом пользователя, в рамках диссертации понимается не просто взаимодействие человека с компьютером на уровне графических и терминальных представлений, а более широкое понятие интерфейса, включающее в себя набор возможностей и функций, предоставляемых пользователю прикладной системой.

Новый теоретический аппарат и практические решения позволят создавать новые функции системы быстрее и проще, чем классические логико-математические аппараты строительных САПР.

Научно-техническая гипотеза диссертации состоит в предположении возможности повышения эффективности процессов и результатов автоматизации строительного проектирования на основе расширения механизма адаптивных пользовательских интерфейсов.

Цель работы состоит в разработке модели адаптивных пользовательских интерфейсов систем автоматизации проектирования в строительстве.

Достижение цели требует решения следующих основных задач:

• анализ современных систем автоматизированного проектирования с точки зрения расширения возможностей адаптации интерфейса пользователя;

• формулировка технологических границ моделирования адаптивного интерфейса пользователя в строительных САПР;

• разработка аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя строительных САПР;

• построение абстрактной модели адаптивного интерфейса пользователя строительных САПР;

• разработка типизированных моделей адаптивного интерфейса пользователя для различных предметных областей строительных САПР;

• формулировка требований к логико-математическому аппарату строительных САПР, предусматривающих возможность создания надмножества моделей адаптивного интерфейса пользователя;

• определение способа интеграции моделей адаптивного интерфейса пользователя в строительных САПР.

Объектом исследования является системное строительное проектирование, как вид деятельности, в котором реализуются все возможные действия над объектом проектирования на всех его жизненных этапах.

Предмет исследования - системотехнические и информационные особенности представления объектов и процессов, и логико-математический аппарат автоматизированного строительного проектирования, эргономика пользовательского интерфейса строительных САПР.

Теоретические и методологические основы исследования включают теорию построения систем автоматизации проектирования, классическую математическую логику, системный анализ и системное проектирование, теорию информации, эргономику интерфейсов информационных систем, тематические публикации и результаты исследований отечественных и зарубежных ученых и специалистов в области совершенствования практики разработки и применения строительных САПР.

Научная новизна диссертационного исследования заключается в создании нового подхода к построению моделей адаптивных пользовательских интерфейсов систем автоматизации строительного проектирования, состоящего в следующем:

• предложен аппарат моделей адаптивного интерфейса пользователя строительных САПР, обеспечивающий функционирование множества типизированных моделей;

• предложена абстрактная модель адаптивного интерфейса строительных САПР, не предусматривающая необходимости дополнительного логико-математического моделирования пользователем;

• выделены различные типы моделей адаптивного интерфейса пользователя строительных САПР, предложены типизированные модели для различных предметных областей;

• сформулированы требования к логико-математическому аппарату строительных САПР, предусматривающие возможность создания надмножества моделей адаптивного интерфейса пользователя.

Практическая значимость. Результаты диссертации позволяют практически реализовать аппарат построения недокументированных интерфейсов, предоставляющий инженерам-проектировщикам дополнительные возможности расширения функционала отраслевых систем автоматизированного проектирования, не устанавливая при этом особых требований к навыкам практического программирования на специализированных языках.

Апробация результатов исследования. Основные теоретические и методические положения диссертации докладывались и апробированы на Международных межвузовских научно-практических , конференциях молодых ученых, аспирантов и докторантов «Строительство - формирование среды жизнедеятельности» (г.Москва, 2010, 2011 гг.), секции Научно-методического совета по информационным системам и технологиям науки и образования в области строительства (НМС ИСТ) при Международной Ассоциации строительных вузов (АСВ) и Учебно-методическом объединении (УМО) вузов Российской Федерации в области строительства (2010, 2011 гг.), Международной научной конференции «Интеграция, партнерство и инновации в строительной науке и образовании» (г. Москва, 2011г.), заседаниях и научных семинарах кафедр Системного анализа в строительстве (САС) и Информационных систем, технологий и автоматизации в строительстве (ИСТАС) ФГБОУ ВПО «Московской государственный строительный университет» (г. Москва, 2009-2011 гг.).

Внедрение результатов исследования. Экспериментальная проверка и практическое внедрение результатов работы выполнено в Обществе с ограниченной ответственностью (ООО) «Инженерная фирма «ГИПРОКОН».

Материалы диссертации опубликованы в 2009-2011 гг. в 5 научных работах, в том числе - в 3 работах в научных изданиях, входящих в действующий перечень российских рецензируемых научных журналов, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертаций на соискание ученых степеней доктора и кандидата наук, утвержденный Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех основных глав, основных выводов и предложений, библиографического списка и приложений.

Заключение диссертации по теме «Системы автоматизации проектирования (по отраслям)», Крылов, Артём Олегович

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И ПРЕДЛОЖЕНИЯ

Исследование показало, что разработка средств автоматизации отдельных процессов в САПР востребована пользователями. Современные инженеры стремятся автоматизировать рутинные операции. Однако часто для автоматизации своих действий пользователи САПР применяют сторонние средства разработки, не ориентированные на задачи САПР непосредственно. Разнообразие этих средств разработки и, зачастую, отсутствие возможности интеграции их продуктов в САПР представляет актуальную научно-практическую проблему, так как распространение и использование подобных продуктов не формализовано в достаточной степени.

Существенно более целесообразным представляется использование пользователями САПР средств, ориентированных на автоматизацию САПР.

В ходе исследования выявлен и решен ряд конкретных проблем, связанных с недостаточной степенью автоматизации работы пользователей САПР.

1. Проанализированы современные САПР с точки зрения возможностей адаптации интерфейса пользователя. Выявлены критерии, влияющие на возможность интеграции аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР. Доказана возможность интеграции сторонних программных модулей в САПР.

2. Сформулированы технологические границы модели адаптивного интерфейса пользователя. Исследование показало, что для интеграции аппарата моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР, аппарат должен отвечать следующим требованиям: аппарат должен обладать доступом к АРІ САПР, аппарат должен поддерживать реляционную модель хранения данных, аппарат должен обладать средствами доступа к модели данных САПР.

3. Разработан аппарат моделей адаптивного интерфейса пользователя, обеспечивающий создание и эксплуатацию типизированных моделей адаптивного интерфейса пользователя и интеграцию множества моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР.

4. Разработана абстрактная модель адаптивного интерфейса пользователя. Разработана архитектура и структура абстрактной модели адаптивного интерфейса пользователя. Выделены подсистемы абстрактной модели и аппарата абстрактных моделей, определенны интерфейсы взаимодействия подсистем.

5. Разработаны типизированные модели адаптивного интерфейса пользователя для различных предметных областей. Определенны условия типизации абстрактной модели адаптивного интерфейса пользователя. Разработаны типизированные модели:

• Модель «унифицированный конструктор отчётов». Позволяет создавать отчёты, на основании выборок любой сложности из БД (база данных) комплексной САПР.

• Модель «генератор двухмерных и трёхмерных графических полигонов». Позволяет автоматизировать процесс начертания графических полигонов любой степени сложности.

• Модель «калькулятор инженерных расчетов». Позволяет автоматизировать инженерные расчеты.

• Комбинированная модель «калькулятор-генератор». Позволяет одновременно произвести инженерные расчеты и сгенерировать графические полигоны.

6. Сформулированы требования к логико-математическому аппарату САПР, предусматривающие возможность создания надмножества моделей адаптивного интерфейса пользователя.

7. Определён способ интеграции моделей адаптивного интерфейса пользователя в САПР.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Крылов, Артём Олегович, 2011 год

1. Быков А. С. Желаемое и действительное в геометрическом моделировании // САПР и Графика. М.: КомпьютерПресс, 2002. - № 1.

2. Введение в язык С# и .NET Framework http://msdn.microsoft.com/library/zlzx9t92 21.08.2011

3. Гамма Э., Хелм Р., Джонсон Р., Влиссидес Дж. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. СПб.: Питер, 2001.

4. Гарсиа-Молина Гектор , Джеффри Д. Ульман, Дженнифер Уидом, Системы баз данных: Полный курс, М.: "Вильяме", 2003

5. Глушков В. М. "Основы безбумажной информатики". М.: Наука 1982.

6. Горанский Г.К. К теории автоматизации инженерного труда. -Минск: Изд. АН БССР, 1962. 168 с.

7. Горбатина Г. Н. Программные средства адаптации САПР ТП к условиям приборостроительного производства (Автореферат на соиск.учен.степени канд,техн.наук).-Кишинёв." ПКБ АСУ, 1983.

8. Григорьев Э.П., A.A. Гусаков. Ж. Зейтуи; С. Порада Архитектурно строительное проектирование. Метеодология и автоматизация: Совм. Изд. СССР-Франция/ М.:Стройиздат, 1985. 240 е., ил.

9. Гультяев А.К., Машин В.А. Проектирование и дизайн пользовательского интерфейса. СПб.: КОРОНА принт, 2000. 352 с.

10. Дейт К. Дж. Введение в системы баз данных = Introduction to Database Systems. 8-е изд. - M.: «Вильяме», 2006. - 1328 с.

11. П.Демников H. H. SCADA системы как инструмент проектирования АСУТП: учеб. Пособие. - М.: изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана 2004. -328 с.

12. Денинг В., Эссиг Г., Маас С. Диалоговая система «человек-ЭВМ». Адаптация к требованиям пользователя М.: Мир 1984.

13. И.Деревицкий Д. П., Фрадков A. JI. Прикладная теория дискретных адаптивных систем управления. М.: Наука, 1981. 216 с.

14. Иан Соммервилл Инженерия программного обеспечения = Software Engineering. 6-е изд. - М.: «Вильяме», 2002. 642 с.

15. Илес Питер (Peter Eeles) Что такое архитектура программного обеспечения? http://www.ibm.com/developerworks/ru/library/eeles/ 11.10.10

16. Иллингуорт В. Толковый словарь по вычислительным системам: Пер. с англ. А. К. Белоцкого и др.; Под ред. Е. К. Масловского М.: Машиностроение, 1990. - 560 с.

17. Кериевски Д. Рефакторинг с исспользованием шаблонов М.: Вильяме 2006. 400 с.

18. Кирюшкин О. В. Управление техническими системами: Уфа: изд-во УНГТУ, 2005.-170 с.

19. Когаловский М.Р. Методы интеграции данных в информационных системах.23 .Концепция системотехникиhttp://www.integro.ru/system/ots/conception.htm 06.11.10

20. Куликовский Р. Оптимальные и адаптивные процессы в системах автоматического регулирования. Пер. с польск. М.: Наука, 1967. 380 с.

21. Купер Алан . «Об интерфейсе. Основы проектирования взаимодействия». СПб.: Символ-Плюс, 2009

22. Ларман К. Применение UML и шаблонов проектирования. 2-е изд. М.: Изд. дом «Вильяме», 2002.

23. Малюх В. Н. Введение в современные САПР: Курс лекций М.: ДМК Пресс, 2010.-192 с.

24. Мирошник И. В., Никифоров В. О., Фрадков А. JI. Нелинейное и адаптивное управление сложными динамическими системами. СПб.: Наука, 2000. 550с.

25. Мишкин Э., Браун JI. Приспосабливающиеся автоматические системы. Пер. с англ. М.: ИИЛ, 1963. 672 с.

26. Неббет Гэри Справочник по базовым функциям API Windows NT/2000 = Windows NT/2000 Native API Reference M.: «Вильяме», 2002. - С. 528.

27. Общие сведения о N-уровневых приложениях для работы с данными http://msdn.microsoft.com/ru-ru/library/bb384398.aspx 06.11.1034.0мура Джордж . AutoCAD 3D: Трёхмерное моделирование. М.: "Лори", 1997. - 544с.

28. От электронного кульмана к трехмерной модели. http://www.nwec.ru/index.php?issueid=47&id=38 29.09,2011.

29. Павлов В.В. Математическое моделирование технических систем при автоматизированном синтезе рациональных технических решений./В сб. Методы выбора и оптимизации проектных решений. -Горький: ГГУ, 1977.

30. Папа Джон Обзор ADO.NET Entity Framework http://msdn.microsoft.com/ru-ru/magazine/ccl63399.aspx 5.11.2011

31. Andries van Dam. Post-WIMP User Interfaces // Communications of the ACM. February 1997. - № 40(2). - c. 63-67

32. AutoCAD .NET Developer's Guide (англ.), см. также: Руководство разработчика по .Net API AutoCAD 2010

33. AutoCAD 2002r User's guide. Autodesk, Inc. США, 2001.

34. AutoCAD для строительного проектирования http://www.autodesk.ru/adsk/servlet/pc/index?siteID=871736&id=l4626749 20.10.2011

35. Bass, Len; Paul Clements, Rick Kazman (2003). Software Architecture In Practice, Second Edition. Boston: Addison-Wesley, pp. 21-24.

36. Buschmann F., Meunier R., Rohnert H., Sommerlad P. and Stal. Pattern-Oriented Software Architecture: A System of Patterns West Sussex. England: Wiley, 1996.

37. Busner Rusty & Smith Joseph. Maximizing . AutoCAD release 12.CLLLA. 1992 Orely 564 c.

38. C# Language Specification 4th. - ECMA International, 2006 http://www.ecma-international.org/publications/files/ECMA-ST/Ecma-334.pdf 21.10.2011

39. C# 2.0 Specification Microsoft http://download.microsoft.com/download/9/8/f/98fdf0c7-2bbd-40d3-9fdl-5a4159fa8044/csharp%202.0%20specificationsept2005.doc 19.10.2011

40. C# Programming Guide http://msdn.microsoft.com/en-us/library/67ef8sbd.aspx 22/10/2011

41. CAD Chronology: The 80's http://mbinfo.mbdesign.net/CAD1980.htm 07.11.1086.char и varchar (Transact-SQL) http://msdn.microsoft.com/ru-ru/library/msl 76089.aspx 12.11.10

42. Clements, Paul; Felix Bachmann, Len Bass, David Garlan, James Ivers, Reed Little, Paulo Merson, Robert Nord, Judith Stafford (2010).

43. Documenting Software Architectures: Views and Beyond, Second Edition. Boston: Addison-Wesley.

44. Differences Between С++ Templates and C# Generics (C# Programming Guide)

45. Dot Net Anywhere http://dotnetanywhere.org/index.php/net-features/ 5.08.2011

46. Erhard Rahm, Philip A. Bernstein A Survey of Approaches to Automatic Schema Matching. VLDB JOURNAL (2001).

47. Fradkov, A. L., Miroshnik, I. V., Nikiforov, V. O. Nonlinear and Adaptive Control of Complex Systems. (Series: Mathematics and Its Applications. Vol. 491.) Kluwer, Dordrecht, 1999. 528 pages.

48. ISO/IEC 23270:2003, Information technology C# Language Specification

49. James McGovern, et al., A Practical Guide to Enterprise Architecture (Джеймс Мак-Говерн и другие, Практическое руководство по архитектуре корпораций). Издательство Prentice Hall 2004 г.

50. Kovacs James C#/.NET History Lesson http://jameskovacs.com/2007/09/07/cnet-history-lesson/ 20.10.2011

51. Kruchten, Philippe (1995, November). Architectural Blueprints The "4+1" View Model of Software Architecture. IEEE Software 12 (6), pp. 42-50.

52. Len Bass, Paul Clements, and Rick Kazman, Software Architecture in Practice, Second Edition (Лен Басс, Пол Клементе и Рик Кацман , Практическая архитектура программного обеспечения, второе издание), издательство Addison Wesley 2003 год.

53. Mikko Kontio (2005, February) Architectural manifesto: Designing software architectures, Part 3

54. Mikko Kontio (2005, February) Architectural manifesto: Designing software architectures, Part 5

55. New C# Features in the .NET Framework 4 http://msdn.microsoft.com/en-us/magazine/ff796223 .aspx 23.10.2011

56. Object Management Group Inc., Спецификация унифицированного языка моделирования OMG версия 1.5, Документ номер 03-03-01. март 2003 г.

57. Olsen, Dan . User Interface Management Systems: Models and Algorithms. Morgan Kaufmann Publishers 1991 231c.: с ил.

58. Omura George. AutoCAD 2002 SYBEX. США, 2002.

59. Philippe Kruchten, The Rational Unified Process: An Introduction, Third Edition (Филипп Крачтен, Rational Unified Process: введение, третье издание, издательство Addison-Wesley Professional 2003).

60. Pitzer Dave. AutoLISP Aatodesk Learning Center Course Overview 2000

61. Standard ECMA-334 C# Language Specification, 4rd edition (June 2006)

62. Visual C#.net Standard (JPEG). Microsoft (September 4, 2003). Архивировано из первоисточника 21 августа 2011. Проверено 18 июня 2009.

63. William Kent Solving Domain Mismatch and Schema Mismatch Problems with an Object-Oriented Database Programming Language. Proceedings of the International Conference on Very Large Data Bases Orelly (1991). 342 c.