9.6 Основы проектирования информационных систем
Исходным материалом проектирования ИС служат результаты анализа объекта управления, которые позволяют прежде всего определить функции системы управления и задачи, решаемые в каждой из них с помощью системы обработки данных.
Исходя из функциональной структуры определяются или разрабатываются математические модели и алгоритмы, применяемые для реализации функциональных подсистем. Далее определяется состав необходимой информации, способы ее организации, осуществляется выбор или разработка необходимого программного и технического обеспечения, уточняются организационные и функциональные обязанности персонала. Правовое обеспечение закрепляет правила взаимодействия элементов организационной структуры управления в условиях функционирования ИС.
Технология проектирования АИС. Современные информационные технологии предоставляют широкий набор способов реализации АИС, выбор которых осуществляется на основе требований со стороны предполагаемых пользователей, которые, как правило, изменяются в процессе разработки. Для теории принятия решений процесс проектирования АИС -это процесс принятия проектно-конструкторских решений, направленных на получение описания системы (проекта АИС), удовлетворяющего требования заказчика.
Под проектом АИС будем понимать проектно-конструкторскую и технологическую документацию, в которой представлено описание проектных решений по созданию и эксплуатации АИС в конкретной программно-технической среде.
Под проектированием АИС понимается процесс преобразования входной информации об объекте проектирования, о методах проектирования и об опыте проектирования объектов аналогичного назначения в соответствии с ГОСТом в проект АИС. С этой точки зрения проектирование АИС сводится к последовательной формализации проектных решений на различных стадиях жизненного цикла ЭИС: планирования и анализа требовании, технического и рабочего проектирования, внедрения и эксплуатации ЭИС.
Объектами проектирования АИС являются отдельные элементы или их комплексы функциональных и обеспечивающих частей. Так, функциональными элементами в соответствии с традиционной декомпозицией выступают задачи, комплексы задач и функции управления. В составе обеспечивающей части АИС объектами проектирования служат элементы и их комплексы информационного, программного и технического обеспечения системы.
В качестве субъекта проектирования АИС выступают коллективы специалистов, которые осуществляют проектную деятельность, как правило, в составе специализированной (проектной) организации, и организация-заказчик, для которой необходимо разработать АИС. Масштабы разрабатываемых систем определяют состав и количество участников процесса проектирования.
Технология проектирования АИС - это совокупность методологии и средств проектирования АИС а также методов и средств организации проектирования (управление процессом создания и модернизации проекта АИС) – рисунок 9.7.
Рисунок 9.7. Состав компонентов технологии проектирования.
В основе технологии проектирования лежит технологический процесс, который определяет действия, их последовательность, состав исполнителей, средства и ресурсы, требуемые для выполнения этих действий.
Так, технологический процесс проектирования ЭИС в целом делится на совокупность последовательно-параллельных, связанных и соподчинении цепочек действий, каждое из которых может иметь свой Предмет. Действия, которые выполняются при проектировании ЭИС, могут быть определены как неделимые технологические операции или как подпроцессы технологических операций. Все действия могут быть собственно проектировочными, которые формируют или модифицируют результаты проектирования, и оценочными действиями, которые вырабатывают по установленным критериям оценки результатов проектирования. Таким образом, технология проектирования задается регламентированной последовательностью технологических операций, выполняемых в процессе создания проекта на основе того или иного метода, в результате чего стало бы ясно, не только ЧТО должно быть сделано для создания проекта, но и КАК, КОМУ и в КАКОЙ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТИ это должно быть сделано.
Предметом любой выбираемой технологии проектирования должно служить отражение взаимосвязанных процессов проектирования на всех стадиях жизненного цикла АИС. К основным требованиям, предъявляемым к выбираемой технологии проектирования, относятся следующие:
• созданный с помощью этой технологии проект должен отвечать требованиям заказчика;
• выбранная технология должна максимально отражать все этапы цикла жизни проекта;
• выбираемая технология должна обеспечивать минимальные трудовые и стоимостные затраты на проектирование и сопровождение проекта;
• технология должна быть основой связи между проектированием и сопровождением проекта;
• технология должна способствовать росту производительности труда проектировщика;
• технология должна обеспечивать надежность процесса проектирования и эксплуатации проекта;
• технология должна способствовать простому ведению проектной документации.
Основу технологии проектирования АИС составляет методология, которая определяет сущность, основные отличительные технологические особенности. Методология проектирования предполагает наличие некоторой концепции, принципов проектирования, реализуемых набором методов проектирования, которые, в свою очередь, должны поддерживаться некоторыми средствами проектирования.
Организация проектирования предполагает определение методов взаимодействия проектировщиков между собой и с заказчиком в процессе создания проекта АИС, которые могут также поддерживаться набором специфических средств.
Методы проектирования АИС можно классифицировать по степени использования средств автоматизации, типовых проектных решений, адаптивности к предполагаемым изменениям.
Так, по степени автоматизации методы проектирования разделяются на методы:
• ручного проектирования, при котором проектирование компонентов ЭИС осуществляется без использования специальных инструментальных программных средств, а программирование - на алгоритмических языках; '
• компьютерного проектирования, которое производит генерацию иди конфигурацию (настройку) проектных решений на основе использования специальных инструментальных программных средств.
По степени использования типовых проектных решений различают следующие методы проектирования:
• оригинального (индивидуального) проектирования, когда проектные решения разрабатываются «с нуля» в соответствии с требованиями к АИС;
• типового проектирования, предполагающего конфигурацию АИС из готовых типовых проектных решений (программных модулей).
Оригинальное (индивидуальное) проектирование АИС характеризуется тем, что все виды проектных работ ориентированы на создание индивидуальных для каждого объекта проектов, которые в максимальной степени отражают все его особенности.
Типовое проектирование выполняется на основе опыта, полученного при разработке индивидуальных проектов. Типовые проекты как обобщение опыта для некоторых групп организационно-экономических систем или видов работ в каждом конкретном случае связаны со множеством специфических особенностей и различаются по степени охвата функций управления, выполняемым работам и разрабатываемой проектной документации.
По степени адаптивности проектных решений методы проектирования классифицируются на методы:
• реконструкции, когда адаптация проектных решений выполняется путем переработки соответствующих компонентов (перепрограммирования программных модулей);
• параметризации, когда проектные решения настраиваются (перегенерируются) в соответствии с изменяемыми параметрами;
• реструктуризации модели, когда изменяется модель проблемной области, на основе которой автоматически перегенерируются проектные решения.
Сочетание различных признаков классификации методов проектирования обусловливает характер используемой технологии проектирования АИС, среди которых выделяются два основных класса: каноническая и индустриальная технологии.
Индустриальная технология проектирования, в свою очередь, разбивается на два подкласса: автоматизированное (использование CASE-технологий) и типовое (параметрически-ориентированное или модельно-ориентированное) проектирование. Использование индустриальных технологий проектирования не исключает использования в отдельных случаях канонической технологии.
Для конкретных видов технологий проектирования свойственно применение определенных средств разработки АИС, которые поддерживают выполнение, как отдельных проектных работ, этапов, так и их совокупностей. Поэтому перед разработчиками АИС, как правило, стоит задача выбора средств проектирования, которые по своим характеристикам в наибольшей степени соответствуют требованиям конкретного предприятия.
Средства проектирования должны быть:
• в своем классе инвариантными к объекту проектирования;
• охватывать в совокупности все этапы жизненного цикла ЭИС;
• технически, программно и информационно совместимыми;
• простыми в освоении и применении;
• экономически целесообразными.
Средства проектирований АИС можно разделить на два класса: без использования ЭВМ и с использованием ЭВМ.
Средства проектирования без использования ЭВМ применяются на всех стадиях и этапах проектирования ЭИС. Как правило, это средства организационно-методического обеспечения операций проектирования и в первую очередь различные стандарты, регламентирующие процесс проектирования систем. Сюда же относятся единая система классификации и кодирования система документации, модели описания и анализа потоков информации и т.п.
Средства проектирования с использованием ЭВМ могут применяться как на отдельных, так и на всех стадиях и этапах процесса проектирования АИС и соответственно поддерживают разработку элементов проекта системы, разделов проекта системы, проекта системы в целом. Все множество средств проектирования с использованием ЭВМ делят на четыре подкласса.
К первому подклассу относятся операционные средства, которые поддерживают проектирование операций обработки информации. К данному подклассу средств относятся алгоритмические языки, библиотеки стандартных подпрограмм и классов объектов, макрогенераторы, генераторы программ типовых операций обработки данных и т.п., а также средства расширения функций операционных систем (утилиты). В данный класс включаются также такие простейшие инструментальные средства проектирования, как средства для тестирования и отладки программ, поддержки процесса документирования проекта и т.п. Особенность последних программ заключается в том, что с их помощью повышается производительность труда проектировщиков, но не разрабатывается законченное проектное решение.
Таким образом, средства данного подкласса поддерживают отдельные операции проектирования АИС и могут применяться независимо друг от друга.
Ко второму подклассу относят средства, поддерживающие проектирование отдельных компонентов проекта АИС. К данному подклассу относятся средства общесистемного назначения:
• системы управления базами данными (СУБД);
• методоориентированные пакеты прикладных программ (решение задач дискретного программирования, математической статистики и т.п.); табличные процессоры, статистические ППП, оболочки экспертных систем, графические редакторы, текстовые редакторы, интегрированные ППП (интерактивная среда с встроенными диалоговыми возможностями, позволяющая интегрировать вышеперечисленные программные средства).
Для перечисленных средств проектирования характерно их использование для разработки технологических подсистем АИС: ввода информации, организации хранения и доступа к данным, вычислений, анализа и отображения данных, принятия решений.
К третьему подклассу относятся средства, поддерживающие проектирование разделов проекта АИС. В этом подклассе выделяют функциональные средства проектирования.
Функциональные средства направлены на разработку автоматизированных систем, реализующих функции, комплексы задач и задачи управления. Разнообразие предметных областей порождает многообразие средств данного подкласса, ориентированных на тип организационной системы (промышленная, непромышленная сферы), уровень управления (например, предприятие, цех, отдел, участок, рабочее место), функцию управления (планирование, учет и т.д.).
К функциональным средствам проектирования систем обработки информации относятся типовые проектные решения, функциональные пакеты прикладных программ, типовые проекты.
К четвертому подклассу средств проектирования АИС относятся средства, поддерживающие разработку проекта на стадиях и этапах процесса проектирования. К данному классу относится подкласс средств автоматизации проектирования АИС (САSЕ-средства).
Современные СASE-средства, в свою очередь, классифицируются в основном по двум признакам:
1) по охватываемым этапам процесса разработки ЭИС;
2) по степени интегрированности: отдельные локальные средства (tools), набор неинтегрированных средств, охватывающих большинство этапов разработки АИС (toolkit) и полностью интегрированные средства, связанные общей базой проектных данных - репозиторием (workbench).
Жизненный цикл АИС. Потребность в создании АИС может обусловливаться либо необходимостью автоматизации или модернизации существующих информационных процессов, либо необходимостью коренной реорганизации в деятельности предприятия (проведении бизнес-реинжиниринга). Потребности создания АИС указывают, во-первых, для достижения каких именно целей необходимо разработать систему; во-вторых, к какому моменту времени целесообразно осуществить разработку; в-третьих, какие затраты необходимо осуществить для проектирования системы.
Проектирование АИС - трудоемкий, длительный и динамический процесс. Технологии проектирования, применяемые в настоящее время, предполагают поэтапную разработку системы. Этапы по общности целей могут объединяться в стадии. Совокупность стадий и этапов, которые проходит АИС в своем развитии от момента принятия решения о создании системы до момента прекращения функционирования системы, называется жизненным циклом АИС.
Суть содержания жизненного цикла разработки АИС в различных подходах одинакова и сводится к выполнению следующих стадий:
1. Планирование и анализ требований - системный анализ. Исследование и анализ существующей информационной системы, определение требований к создаваемой АИС, оформление технико-экономического обоснования (ТЭО) и технического задания (ТЗ) на разработку АИС,
2. Проектирование (техническое проектирование, логическое проектирование). Разработка в соответствии со сформулированными требованиями состава автоматизируемых функций (функциональная архитектура) и состава обеспечивающих подсистем (системная архитектура), оформление технического проекта АИС.
3. Реализация (рабочее проектирование, физическое проектирование, программирование). Разработка н настройка программ, наполнение баз данных, создание рабочих инструкций для персонала, оформление рабочего проекта.
4. Внедрение (тестирование, опытная эксплуатация). Комплексная отладка подсистем АИС, обучение персонала, поэтапное внедрение АИС в эксплуатацию по подразделениям экономического объекта, оформление акта о приемо-сдаточных испытаниях АИС.
5. Эксплуатация ЭИС (сопровождение, модернизация). Сбор рекламаций и статистики о функционировании ЭИС, исправление ошибок и недоработок, оформление требований к модернизации ЭИС и ее выполнение (повторение стадий 2-5).
Методология проектирования АИС учитывает спиральную модель ее жизненного цикла. Каждый виток спирали включает полный цикл разработки, в результате которого система выходит на более высокий уровень требований и реализации следующей версии (рисунок 9.8).
Рисунок 9.8. Спиральная модель жизненного цикла проекта
информационной системы
В результате развертывания спирального жизненного цикла АИС появляются все более новые, более совершенные ее версии, которыми заменяются прежние на рабочих местах пользователя. Спиральная модель жизненного цикла ИС нашла воплощение в технологии RAD (Rapid Application Development). В соответствии с этой технологией на фазе анализа результатов обследования и формирования требований к системе определяют функции, которые она должна выполнять, расставляют их приоритеты, описывают информационные потребности. Ограничивается масштаб проекта, устанавливаются временные рамки для каждой из последующих фаз. Определяется степень реализации целей проекта в рамках имеющегося финансирования. Результат этого этапа — список расставленных по приоритету функций информационной системы, предварительные функциональные и информационные модели системы.
На фазе разработки проекта системы используется CASE-технология для быстрого получения работающих макетов приложений. Термин «CASE» (Computer Aided Software Engineering) используется в настоящее время в весьма широком смысле. Первоначальное значение термина CASE, ограниченное вопросами автоматизации разработки только лишь программного обеспечения (ПО), в настоящее время приобрело новый смысл, охватывающий также процесс разработки сложных АИС в целом. Пользователи привлекаются к работе с макетами для уточнения и дополнения требований к системе, которые не были выявлены на предыдущей фазе. Анализируется и при необходимости корректируется функциональная модель. Определяется состав необходимой документации.
После детального определения состава процесса оценивается количество функциональных элементов разрабатываемой системы и принимается решение о разделении информационной системы на подсистему. Проект разделяется между группами разработчиков с помощью CASE-средств.
Результатами данного этапа должны быть:
- общая информационная модель системы;
- -функциональные модели системы и подсистем, реализуемых отдельными группами разработчиков;
- -определенные с помощью CASE-средств интерфейсы между автономно разрабатываемыми подсистемами;
- - макеты (прототипы) экранов, отчетов, диалогов.
На фазе реализации компонент системы осуществляется быстрая разработка приложения. Программный код формируется при помощи автоматических генераторов, получающих информацию из репозитария CASE-средств. Комплексная отладка и тестирования производятся по мере готовности компонент системы. После окончания работ по каждой из компонент производится интеграция частей системы в единый комплекс, формируется полный программный код, выполняется тестирование отдельных приложений, а затем тестирование системы в целом.
Проводятся работы по завершению проекта;
- определяется необходимость распределения данных;
- - осуществляется анализ использования данных;
- - производится физическое проектирование данных;
- - определяются требования к аппаратным ресурсам;
- - определяются способы увеличения производительности;
- - завершается разработка документации проекта.
На фазе установки на рабочих местах пользователей производится: обучение пользователей, сбор замечаний и рекомендаций по улучшению интерфейса и развитию функциональных возможностей. Объектно-ориентированное проектирование (ООП) АИС. Объектно-ориентированное проектирование — это разработка набора моделей, связанных с понятием объекта, объединяющего состояние и поведение. Краеугольный камень ООП — характеристика программного обеспечения в терминах поведения, т.е. тех действий, которые должны быть выполнены приложением. В практике объектно-ориентированной разработки приложений баз данных концептуальное моделирование должно обеспечить информацию по следующим пунктам:
- объекты и их отношения с другими объектами;
- - поведение объектов;
- - взаимодействие между объектами.
Концептуальные модели должны использовать обозначения, которые непосредственно выражают семантику реального мира и имеют достаточную выразительную силу для описания сложных проблем. Модель должна:
-позволять разработчику представлять объекты, классифицировать их на значимые множества объектов;
-описывать отношения между объектами и множествами объектов и группировать отношения в определенные группы;
-позволять описывать поведение объекта, состояния, в которых находится объект, условия при которых происходит переход из состояния в состояние и потенциальные действия, которые являются допустимыми в различных состояниях;
-позволять разработчику определять по отношению к взаимодействию объектов, как объекты общаются и обмениваются информацией друг с другом, чтобы иметь соответствующее формальное обоснование.
Синтаксис и семантика всех конструкций модели должны быть выражены математически. Мировая практика разработки сложных программных комплексов показывает, что обычно такие системы имеют предысторию в виде совокупности программ, частично или полностью реализующих требования к системе. Для их развития и дальнейшего сопровождения такой системы именно в силу ее сложности требуется создание совокупности моделей, представляющих в графическом виде разные аспекты системы и отражающих иерархию ее построения. В особенности это касается систем, предыстория которых в той или иной мере основана на применении ООП. Наиболее характерный представитель средств ООП — система Rational Rose. Эта система предназначается для автоматизации этапов анализа и проектирования, а также для генерации кодов на различных языках и выпуска проектной документации.