Анотація до роботи:

Ткачук М.В. Моделі, методи та інформаційні технології адаптивної розробки і реінжинірингу інформаційно-управляючих систем. – Рукопис. Дисертація на здобуття вченого ступеня доктора технічних наук за спеціальністю 05.13.06 – Автоматизовані системи управління та прогресивні інформаційні технології. – Національний технічний університет “Харківський політехнічний інститут”, Харків, 2006.

В дисертації представлені концепція, моделі та технології адаптивної розробки та перспективного реінжинірингу (АППР) багаторівневих і розподілених інформаційно-управляючих систем (БРІУС). Запропонована концепція уперше дозволяє розглядати процеси АППР як схему функціонування адаптивної системи з моделлю знань у контурі зворотного зв’язку. Розроблена та досліджена модель багатовимірного інформаційного метапростору, що дає можливість розробити нову технологію макро-проектування архітектури БРІУС. Побудована інваріантна по відношенню до конкретної предметної області сукупність критеріїв оцінки стану системних вимог (СВ) і з використанням нечіткої логіки розроблено новий метод визначення експертних оцінок СВ, що суттєво поліпшує ефективність роботи на етапі накопичення та аналізу СВ. Багаторівневий композиційний підхід до моделювання характеристик ПЗ забезпечує побудову комплексу імітаційних та метричних моделей оцінки їх продуктивності, надійності та ін. Створено каталог проектних шаблонів для побудови відкритої еталонної архітектури БРІУС і реалізовані програмні компоненти багаторазового використання для розробки нових і модернізації вже існуючих систем. Запропонований підхід з успіхом застосовано для створення Інтернет-базованих ІУС на ряді нафтогазовидобуваючих підприємств у Харківському регіоні, при цьому отримано позитивний проектний ефект в вигляді скорочення витрат на розробку на 35-40%.

В дисертаційній роботі поставлено, досліджено та вирішено комплекс наукових і прикладних задач, що забезпечує можливість застосування їх для розв’язання актуальної науково-технічної проблеми: створення концепції, моделей і методів та відповідного інтегрованого модельно-технологічного інструментарію для підвищення ефективності процесів розробки та реінжинірингу складних ІУС, а також практичне впровадження цих підходів на об’єктах газотранспортної та нафтогазовидобувної галузей ПЕК України.

Основні наукові результати дисертаційної роботи полягають у наступному:

1. Проаналізовані актуальні тенденції в сфері розробки ІТ і ПЗ і визначені основні фактори впливу та якісні критерії ефективності процесів розробки та реінжинірингу ІУС, досліджені характерні особливості побудови та функціонування цих систем.

   З позицій міждисциплінарного підходу визначені методологічні принципи розробки моделей, методів і процедур АППР складних ІУС і показано їх гносеологічний зв’язок з такими напрямами досліджень в сучасній інформатиці як розвиток методів прикладного системного аналізу та рішення проблем технологічного передбачення. На підставі порівняльного аналізу змістовних аспектів компонентних моделей ЖЦ розробки ПЗ і структурних схем побудови адаптивних СУ отримана формалізована модель основних процесів АППР, яка дозволяє розглядати їх як схему функціонування адаптивної СУ з моделлю знань у її контурі зворотного зв’язку.

   Розроблена та досліджена знання-орієнтована модель БІМП для моделювання процесів АППР складних ІУС, яка є функціональною композицією інформаційних та алгоритмічних ресурсів проектування, що еволюціонують у часі. В складі БІМП визначені чотири локальних інформаційних просторів (ІП): 1) ІП моделювання системної архітектури - простір П1; 2) ІП станів системних вимог (СВ) - простір П2; 3) ІП пошуку проектних рішень (ПР) - простір П3; 4) ІП моделей оцінки ПР - простір П4.

   Для структуризації простору П1 розроблено семантичну модель даних у вигляді сукупності 5 локальних онтологічних специфікацій, які визначають усі основні типові об’єкти ІУС і середовища її проектування, а також зв’язки між ними.

   Для структуризації простору П2 запропоновано систему критеріїв оцінки стану СВ у процесі проектування складних ІУС, що є інваріантною по відношенню до будь-якої предметної області. З застосуванням апарату нечіткої логіки та лінгвістичних змінних розроблено метод експертної оцінки станів СВ у процедурах підтримки прийняття рішень у процесах проектування, супроводу та реінжинірингу складних ІУС.

   За допомогою нотації уніфікованої мови опису знання-орієнтованих методів рішення слабо формалізованих задач UPML (Uniform Problem-solving Methods Language) розроблено проблемно-незалежну процедуру пошуку та оцінки ПР у просторі П3.

   Для структуризації простору П4 запропоновано багаторівневий композиційний підхід до моделювання КПР у складі ІУС, що дозволяє розробляти кластери моделей оцінки різних характеристик їх функціонування.

   Побудовано загальну схему функціонування композиції моделей і процедур в просторах П1-П4 і розроблено технологію макро-проектування архітектури ІУС.

   Розроблено формалізовані методи побудови та застосування ЕСА та уніфікованих проектних шаблонів, що дозволяє отримувати на їх основі КПР, які можуть бути використані багаторазово для побудови багаторівневих розподілених ІУС.

   Розроблені методики та відповідне інструментальне середовище для дослідження КПР, за їх допомогою проведені численні експерименти, оброблена зібрана статистика та побудовані імітаційні та метричні моделі, які дозволять отримувати достовірну оцінку продуктивності та надійності КПР, що працюють в реальному масштабі часу та під різними обчислювальними навантаженнями.

   Практичне значення результатів дисертаційної роботи підтверджено актами про впровадження перспективних Web-базованих систем SCADA на ряді нафтогазовидобуваючих підприємств у Харківській області (при цьому отримано позитивний проектний ефект в вигляді скорочення коштів на їх розробку до 35-40% за рахунок застосування уніфікованих КПР), а також довідкою про використання розроблених науково-методичних положень у навчальному процесі кафедри АСУ НТУ “ХПІ”.

Публікації автора:

1. Архитектуры, модели и технологии программного обеспечения информационно-управляющих систем / Н.В. Ткачук, В.А. Шеховцов, Д.В. Кукленко, В.Е. Сокол / Под ред. М.Д. Годлевского. – Харьков: НТУ «ХПИ», 2005. - 546 с.

Здобувачеві належать перша та друга глави монографії (загальним обсягом 175 сторінок).

2. Tkachuk N.V., Habboush A.Kh., Popov S.V., Dudko P.G. Object - oriented structural model and program package for distributed control system of air cooling facility on gas-compressor station // Вісник Харківського державного політехнічного університету. – Харків: ХДПУ. - 1999. - Вип. 73.- С. 3-7.

Здобувачем розроблена логіко-лінгвістична модель управління програмним пакетом у складі АСУ ТП газокомпресорної станції (ГКС).

3. Ткачук Н.В. Актуальные проблемы реинжиниринга унаследованных информационно-управляющих систем // Вісник Харківського державного політехнічного yніверситету. – Харків: ХДПУ. - 2000. - Вип. 121. - С. 6-11.

4. Хабуш А., Ткачук Н.В., Исмаилов Р. Применение Web – технологии в информационно-управляющей системе газокомпрессорной станции магистрального газопровода // Вісник Харківського державного політехнічного yніверситету. – Харків: ХДПУ. - 2000. - Вип. 102. - С. 113-117.

Здобувачем розроблена функціональна схема інтеграції Web-підсистеми відображення інформації в структуру САУ цеха ГКС.

5. Кукленко Д.В., Ткачук Н.В. Ретроспективная база данных в АСУ ТП: концепция и опыт реализации. // Вісник Харківського державного політехнічного yніверситету. – Харків: ХДПУ. - 2001. - Вип. 8. - С. 62-68.

Здобувачеві належить постановка задачі реінжинірингу визначеного класу успадкованих ІУС на об’єктах газовидобувної галузі.

6. Tkachuk M.V., Suchanov E.O., Gugva S.V. Web - based System for Staff Training on High Technological Objects. // Високі технології в машинобудуванні. – Харків: НТУ «ХПІ». – 2001. - Вип. 1(4). - С. 266-271.

Здобувачем розроблена модель уніфікованої програмної архітектури для автоматизованої підсистеми тренінгу технічного персоналу ІУС.

7. Tkachuk M.V. Object-Oriented Modeling Toolkit and Technological Framework for Legacy Information Systems Reengineering // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ "ХПІ". - № 22. - 2001. - C.119-126.

8. Tkachuk M. V., Mayr H.C., Kuklenko D.V., Shchekotykhin K. M. Web-Based Information Systems for Technological Process Control: Architectural Framework and Software Solutions // Проблемы программирования. - К.: НАН України. – 2002. - № 1-2. - с. 317 – 325.

Здобувачем запропоновано перелік основних характерних ознак сучасних ІУС та модель еталонної програмної архітектури таких систем.

9. Ткачук Н.В., Овасапов С.В., Храпач Ю.Н., Щекотихин К.Н. Разработка архитектуры региональной Web – базированной АСУ ТП для объектов газопромыслового управления «Харьковгаздобыча» // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ "ХПІ". - № 9, т. 6. - 2002. - C.51-60.

Здобувачем розроблений каталог шаблонів для побудови ЕСА розподіленої ІУС.

10. Mayr H.C., Sokol V.Ye., Tkachuk M.V. Reference Software Architectures in Web-based E-Commerce Systems // Високі технології в машинобудуванні. – Харків: НТУ “ХПІ”. - 2002. – Вип. 1(5) – С. 199 – 205.

Здобувачем визначено формалізоване поняття еталонної програмної архітектури ІУС.

11. Ткачук Н.В., Кукленко Д.В. Применение конценции SCADA-систем для интеллектуального реинжиниринга данных в АСУ ТП // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. – Харьков: ХНУРЭ. – 2002. - Вып. 121. - С.129-136.

Здобувачеві належить типова схема функціональності перспективної SCADA-системи.

12. Ткачук Н.В. Концепция интегрированной среды реинжиниринга cложных информационно-управляющих систем // Проблемы управления и информатики. - К.: НАН України. – 2003. - №1. - С. 74-83.

13. Ткачук Н.В. Перспективная архитектура и информационные технологии для разработки Internet-базированных ИУС // УСиМ.- К.: НАН України. - 2003.- № 3. С. 77-83.

14. Ткачук Н.В. Интеграция данных в многоуровневых WEB-SCADA системах: доменная модель и технология реализации // Вісник Національного технічного університету "ХПІ" - Харків: НТУ ”ХПІ”. – 2003. - № 7, т.2. – С.83-92.

15. Ткачук Н.В. Архитектура программных сервисов синхронизации данных в распределенной многоуровневой WEB-SCADA системе // Радиоелектронні і комп’ютерні системи. - Харків: Національний аерокосмічний університет ім. М.Є Жуковського «Харківський авіаційний інститут». - 2003. - № 2. - С. 75-81.

16. Ткачук Н.В. Об одном подходе к защите данных в распределенной многоуровневой информационно-управляющей системе // Вісник Національного технічного університету "ХПІ".- Харків: НТУ ”ХПІ”. – 2003. - № 6, т.1. – С.43-48.

17. Ткачук Н.В., Завинская Т.И. Модель интегрированного информационного пространства в концепции технологического предвидения развития сложных ИУС // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ ”ХПІ”. – 2003. - № 2, – С.120-126.

Здобувачем досліджена наявність гносеологічного зв’язку понять АППР і методів прикладного системного аналізу та технологічного передбачення.

18. Ткачук Н.В. Пространственно-траекторный подход к моделированию процессов адаптивной разработки и реинжиниринга сложных информационно-управляющих систем // Радиоэлектроника и информатика. - Харьков: ХНУРЭ. - 2003. - № 4. – С. 93-96.

19. Ткачук М.В., Кукленко Д.В. Про один підхід до побудови архітектури розподіленої обробки даних в інтранет-системах управління технологічними процесами // Системні дослідження та інформаційні технології. - К.: НТУУ “КПІ”. – 2003. - № 4. – С. 35-43.

Здобувачем запропонована структурна модель інтеграції ресурсів даних в ІУС.

20. Ткачук Н.В., Земляной А.А., Солощук В.М. Архитектура и технология реализации инструментальной среды моделирования компонентных программных решений в АСУ ТП // Автоматизированные системы управления и приборы автоматики. – Харьков: ХНУРЭ. - 2004. - Вып. 126. - С.71-77.

Здобувачеві належить архітектура програмного середовища для моделювання КПР.

21. Ткачук Н.В., Горелый А.В., Земляной А.А. Комплекс имитационных моделей для исследования компонентных программных решений в ИУС АСУ ТП // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". - Харків: НТУ ”ХПІ”. – 2004. - № 18. – С.145-152.

Здобувачем розроблена методика побудови комплексу імітаційних моделей КПР.

22. Ткачук М.В., Шеховцов В.А. Уніфіковані програмні сервіси та візуальні інтерфейси в інтранет-системах управління технологічними процесами // Системні дослідження та інформаційні технології. - К.: НТУУ “КПІ”. – 2004. - № 1. – С. 47-56.

Здобувачем запропонована уніфікована схема програмних сервісів в SCADA-системі.

23. Tkachuk M., Sokol V., Mayr H.С., Godlevsky M. A Knowledge-based Approach to Traceability and Maintenance of Requirements for Information Systems // Проблемы программирования. - К.: НАН України. - 2004. - № 2-3. - С.370 – 378.

Здобувачеві належить ідея застосування просторово-траекторного підходу до моделювання системних вимог в процесах розробки ІУС.

24. Ткачук Н.В. Модельно-технологический инструментарий для разработки и реинжиниринга сложных информационно-управляющих систем в АСУ ТП // Вестник Севастопольского государственного технического университета. - Севастополь: СевНТУ - 2005. - Вып. 63. – С.181-191.

25. Ткачук Н.В., Аль-Хассание З. Адаптивные технологии разработки и сопровождения информационно-управляющих систем: современное состояние и перспективы развития // Вісник Національного технічного університету "ХПІ" - Харків: НТУ "ХПІ". № 19. - 2005. - C.125-144.

Здобувачу належить концептуальна схема взаємодії процесів адаптивної розробки та супроводу складних ІУС.

26. Tkachuk M., Kaschek R., Popov S., Habboush A. A Gas - Compressor Station Case Study in Software Re-engineering // ReTIS’2000: 6-th International Conference on Re-Technologies for Information Systems (Preparing to E-Business). - Oesterreichische Computer Gesellschaft. - Band 132. - 2000. - p.p. 142-153.

Здобувачем досліджена програмна архітектура успадкованої ІУС ГКС та запропонована процедура її реінжинірингу.

27. Tkachuk N, Kuklenko D., Ovasapov S. , Shchekotykhin K. Knowledge - based Maintenance Environment for Large Information Handling Systems // Lecture Notes in Informatics (LNI) Proceedings, Series of the German Informatics Society (GI),Volume P-2. Printed in Bonn.–2001, p.p. 139–154.

Здобувачем запропонована модель багатовимірного інформаційного середовища розробки та супроводження складних ІУС.

28. Tkachuk Mykola V., Mayr Heinrich C., Kuklenko Dmytro V., Godlevsky Michail D. Web-based Process Control Systems: Architectural Patterns, Data Models, and Services. // Lecture Notes in Computer Science (LNCS 2510), GI Edition, Springer, Berlin 2002, pp. 721-729.

Здобувач довів ефективність застосування Інтернет-технологій для розробки SCADA-систем та запропонував підхід до побудови каталогу їх проектних шаблонів.

29. Tkachuk N.V., Shekhovtsov V.A., Kuklenko D.V., Mayr H.C. An Approach to Efficient Data Handling in Web-based Process Control Systems // Proceedings of the International Conference on Intelligent Systems and Control, June 26-26 2003, Salzburg, Austria. - ACTA Press 2003, Editor M.H.Hamza. - p.242-247.

Здобувачеві належить схема структурування даних в ІУС на основі стандарту XML.

30. Завінська Т.І., Ткачук М.В., Майер Г. Про один підход до побудови онтологічних специфікацій у задачах моделювання доменних знань // Управління розвитком. - Харків: - 2004, № 2 (спец. випуск). - С. 81 - 82.

Здобувачем удосконалена методика побудови онтологічних специфікацій для створення лексікографічної моделі обраної предметної області.

31. Kuklenko D., Gamzaev R., Goloborodko V., Tkachuk M. An Approach to Advanced Data Synchronization in Complex Process Control Systems // Lecture Notes in Informatics (LNI) Proceedings, Volume P-48. Printed in Bonn. – 2004. - p.p. 221–227.

Здобувачеві належить методика застосування метричного підходу до оцінки функціонування КПР в складних ІУС.

32. Ткачук Н.В., Кукленко Д.К., Гамзаев Р.А., Сокол В.Е. Многомерное информационное пространство проектирования и сопровождения сложных компьютеризированных систем // Труди VII Міжнар. конф. «Системний аналіз та інформаційні технології:» (САІТ-2005). – К.: НТУУ “КПІ”. - 2005. – C. 219.

Здобувач запропонував концептуальну модель багатовимірного інформаційного простору для адаптивної розробки та супроводження складних інформаційних систем.