Современные производственные процессы требуют высокой скорости, надежности и минимального вмешательства человека. Процедура программирования ПЛИС, несмотря на свою техническую сложность, часто включает в себя множество рутинных, повторяющихся операций: поиск корректной версии прошивки, физическое подключение программатора, визуальный контроль индикаторов, заполнение журналов в формате Excel и печать паспортов устройств. Данный подход является источником ошибок, непроизводительных затрат времени и низкой воспроизводимости результатов.

В качестве решения предлагается декомпозиция данного процесса на набор независимых микросервисов: сервис управления прошивками, сервис выполнения сценариев программирования, автоматического тестирования и валидации, сервис логирования и генерации отчетности. Такая архитектура потенциально позволяет автоматизировать сквозной процесс. Однако для валидации экономического и операционного эффекта необходима количественная оценка.

Цель данного исследования — провести сравнительный анализ монолитного и микросервисного подхода к программированию ПЛИС с применением объективных статистических методов для доказательства значимости улучшений.

Для получения сравнительных данных выполнены две серии контрольных измерений по 20 сеансов работы инженера с фиксацией ключевых параметров: первая — при использовании традиционного монолитного подхода, вторая — при применении приложения с микросервисами.

Для сравнения были выбраны следующие количественные метрики и критерии для оценки:

1) Время выполнения полного цикла в минутах (англ.Time to Complete). Измеряет общее время от момента получения заявки на прошивку до получения готового паспорта устройства. Гипотеза: Значительное сокращение.

2) Количество ручных операций (англ. Manual Steps). Измеряет число действий, требующих прямого участия инженера (поиск файла, подключение программатора, визуальная проверка, заполнение Excel, печать). Гипотеза: Резкое снижение.

3) Количество ошибок на сеанс (англ.Error Rate). Измеряет число случаев, когда была использована неверная прошивка, некорректно заполнена таблица, допущена опечатка в паспорте и т. д. Гипотеза: Снижение до минимума.

Монолитный процесс изображен на рисунке 1. Данные собирались путем хронометража и фиксации ошибок в течение 20 сеансов подготовки, программирования плат, проверки плат, заполнения отчетов.

Рис. 1. Монолитный процесс

Микросервисная система изображена на рисунке 2. Инженер через единый Web-интерфейс выбирает задание, подключает плату, и система автоматически выполняет весь цикл: загружает прошивку, программирует ПЛИС по заданному сценарию, проводит тесты, определяет статус операций, вносит запись в базу данных и генерирует паспорт. Данные собирались в течение 20 сеансов после внедрения тестовой микросервисной системы.

Рис. 2. Микросервисная система

Для сравнения двух независимых групп был выбран статистический метод U-критерий Манна-Уитни. Данный непараметрический критерий применяется для оценки различий между двумя выборками по уровню какого-либо признака, измеренного количественно. Его использование оправдано, так как: не требует предположения о нормальном распределении данных, устойчив к выбросам, работает с порядковыми данными и данными в интервальной шкале.

Нулевая гипотеза ( H0 ): Различия между распределениями двух выборок по оцениваемому критерию являются незначимыми.

Альтернативная гипотеза ( H1 ): Распределения выборок различаются.

Уровень статистической значимости p был установлен на уровне α = 0.05.

Данные, собранные в ходе эксперимента, были заполнены в Excel-таблицы и рассчитаны по формуле (1)

- T , (1)

где -объемы выборок; -объем выборки, имеющий большую ранговую сумму; T — большая сумма рангов из выборок X и Y.

Таблица 1

Сводные результаты эксперимента

Анализ данных, представленный в таблице 1, позволяет сформулировать следующие выводы:

1. Время выполнения полного цикла сократилось более чем в 3.5 раза. Рассчитанное значение уровня p < 0.001 существенно ниже уровня значимости α=0.05. Это позволяет с высокой достоверностьюотвергнуть нулевую гипотезу H0 и принять альтернативную H1 . Статистический анализ подтверждает, что микросервисная архитектура приводит к значительному сокращению времени выполнения процесса.

2. Количество ручных операций, требующих вмешательства инженера, снизилось с 28 до 5. Значение уровня p < 0.001 также свидетельствует о статистически значимом различии. Это высвобождает время высококвалифицированного специалиста для решения более сложных задач.

3. Количество ошибок на сеанс при микросервисной системе снизилось до нуля. Значение уровня p =0.003 < 0.05, что позволяет отвергнуть H0. Автоматизация исключила «человеческий фактор» на этапах выбора прошивки, проверки и документирования, что привело к повышению качества процесса.

Проведенное исследование с применением U-критерия Манна-Уитни количественно доказало эффективность предложенного подхода. Внедрение микросервисной архитектуры в процесс программирования ПЛИС привело к статистически значимым улучшениям по всем рассматриваемым метрикам:

— Существенное сокращение времени выполнения операций.

— Минимизация ручного труда и связанного с ним человеческого фактора.

— Снижение количества ошибок до нулевого уровня.

Это подтверждает тезис о том, что микросервисы являются мощным инструментом не только для построения масштабируемых IT-систем, но и для оптимизации конкретных бизнес-процессов в инженерной и производственной сферах. Полученные результаты позволяют рекомендовать данный подход для внедрения в аналогичных процессах, где присутствует высокая доля рутины и строгие требования к документированию.

Литература:

1. Саати Т. Принятие решений. Метод анализа иерархий / пер. с английского Р. Г. Вачнадзе. — Москва: Радио и связь, 1993. — 278 с.

2. Шитько А. М. Проектирование микросервисной архитектуры программного обеспечения // Труды БГТУ. Серия 3: Физико-математические науки и информатика. 2017. № 9 (200). URL: https://cyberleninka.ru/article/n/proektirovanie-mikroservisnoy-arhitektury-programmnogo-obespecheniya (дата обращения: 15.10.2025).

3. Фаулер М. Архитектура корпоративных программных приложений — Текст: электронный. — URL: http://www.ooart.ru/uploads/book/arhitektura_korporativnyh_programmnyh_prilozhenij_fauler_m.pdf (дата обращения: 26.10.2025).