Стадии разработки информационных систем

Отличительная черта проектирования информационных систем (ИС) — коллективное проектирование. В связи с этим важное значение приобретает методология, основной целью которой является уменьшение цикличности и увеличение линейности проектирования.

Проектирование можно рассматривать как процесс, который дает начало изменениям в искусственной среде. Такое определение акцентирует внимание на последствиях внедрения. Проектировщик должен предвидеть конечный результат осуществления своего проекта и определять меры, необходимые для достижения этого результата. Важной чертой современного проектирования является усиление аспекта, отражающего изменения, которые должны произойти в среде использования результатов проектирования (производстве, экономике, управлении, образовании и т. п.). Основные принципы и закономерности проектирования определяются системотехникой.

Системотехника — направление в кибернетике, изучающее вопросы планирования, проектирования, конструирования и поведения сложных информационных систем, основу которых составляют универсальные средства преобразования информации — электронные вычислительные машины (ЭВМ).

Проектирование можно представить как цикл, каждая итерация которого отличается большей детализацией и меньшей общностью (рис. 7.2.).

Основными свойствами процесса проектирования являются дивергенция, трансформация, конвергенция.

Дивергенция — расширение границ проектной ситуации с целью обеспечения более обширного пространства поиска решения.

Трансформация — стадия создания принципов и концепций (исследование структуры проблемы).

Конвергенция охватывает традиционное проектирование (программирование, отладка, проработка деталей).

Учитывая сложность проектирования ИС следует заострить внимание на трудностях этого процесса:

• • предположение о конечном результате проектирования приходится делать еще до того, как исследованы средства его достижения;
• • часто случается, что в ходе исследования событий в обратном порядке (от конечного результата) обнаруживаются непредвиденные трудности или открываются новые, более благоприятные возможности;

Рис. 7.2. Процесс проектирования.

• самая интересная и самая сложная часть разработки — это как раз поиск решения путем изменения формулировки задачи.

Основными особенностями исходных данных для проектирования ИС являются следующие:

• • большое число действий, подлежащих реализации (многофункциональность);
• • значительный объем и сложность ограничений на взаимосвязи проектируемой системы с окружением и трудности их формального описания;
• • распределенный и асинхронный режим обработки данных;
• • многообразие используемых информационных объектов и их

свойств;

• • нечеткость требований, их субъективный характер;
• • неполнота требований, их расширение в процессе проектирования, необходимость учета развития системы.

Перечисленные особенности исходных данных обосновывают необходимость развития такого направления в проектировании информационных систем как функциональные спецификации (ФС).

Функциональные спецификации — это часть исходных данных для проектирования информационно-управляющей системы, определяющая, что должна сделать система и как она должна быть взаимосвязана с окружением. Разработка ФС тесно связана с обоснованием включения тех или иных действий в функциональные требования, но не заменяет его. Для математически определенного действия достаточно включить его наименование с указанием типов исходных данных. Однако при проектировании ИС именно выявление сущности выполняемого действия составляет один из важнейших элементов проектирования.

Процесс проектирования ИС требует больших временных, трудовых и материальных затрат, а ошибки при реализации проекта приводят к значительным экономическим потерям. Поэтому важна оценка риска проекта, при этом рассматривают характеристики трех составляющих:

• • заказчика;
• • исполнителя;
• • проекта.

Характеристики заказчика, влияющие на оценку риска проекта:

• • стабильность организационной структуры;
• • удовлетворенность заказчика организационной структурой;
• • уровень формализации процессов обработки данных в существующей технологии;
• • существующий уровень автоматизации процессов сбора и обработки данных;
• • уровень подготовки кадров в области автоматизированной технологии обработки данных.

Характеристики исполнителя, влияющие на оценку риска проекта:

• • опыт разработки прикладного программного обеспечения (ПО);
• • опыт работы с системным ПО;
• • опыт работы с техническими средствами;
• • предполагаемая смена технической и программной среды;
• • наличие в группе специалистов в данной предметной области.

Общие показатели проекта, влияющие на оценку его риска:

• • уровень охвата автоматизацией процессов обработки данных;
• • наличие территориально разнесенных подразделений;
• • объем обрабатываемых данных;
• • наличие прототипов;
• • требования к времени ответа;
• • требования к достоверности данных;
• • требования к надежности;
• • требования к обслуживающему персоналу;
• • характер обработки данных (сбор, поиск, представление, оптимизация).

Проектирование информационных систем будем рассматривать в следующих трех аспектах:

• • стадии разработки;
• • модели представления;
• • уровни детализации.

Стадии разработки определяют в наиболее обшей форме состав действий по проектированию ИС, их последовательность и требования к составу и содержанию проектной документации. Стадии разработки регламентируются ГОСТами и отраслевыми стандартами.

Модели представления определяют совокупность понятий (видов элементов и отношений между ними), привлекаемых для описания проектных решений в рамках конкретной предметной области на определенной стадии разработки, выбранной методики проектирования.

Уровни детализации определяют иерархическую декомпозицию компонентов проектируемой системы. Они могут регламентироваться в рамках определенной методики проектирования.

Модель представления — это синтаксически и семантически определенная средствами ядра совокупность конфигураций, позволяющая описывать, анализировать и документировать заданные аспекты проектируемой системы на заданных стадиях разработки с различными уровнями детализации ее элементов.

Предлагается ввести пять основных моделей представления для проектирования информационных систем:

• • функциональная модель;
• • модель данных;
• • модель пользовательского интерфейса;
• • структура программных модулей;
• • логика.

Первые две модели представления в качестве основных используют следующие виды элементов:

• • действие;
• • данное;
• • систему;
• • объект;
• • атрибут.

Функциональная модель ориентирована на описание систем, способных выполнять действия над данными.

Модель данных ориентирована на описание структуры информационных объектов, их функциональных взаимосвязей, необходимых для поддержания заданных действий.

Указанные две модели взаимно дополняют друг друга, разрабатываются совместно и не требуют привлечения понятий языков программирования высокого уровня.

Модель пользовательского интерфейса ориентирована на описание взаимодействий пользователей с проектируемой системой, состава форм представления и команд управления заданиями.

Структура программных модулей ориентирована на описание статической структуры программой системы и опирается на понятия языков программирования высокого уровня.

Логика ориентирована на описание потока управления (последовательности выполнения) операторов программной системы и действий пользователей.

Для представления структуры ИС может быть использована информационно-логическая модель, основу описания которой представляет граф, отражающий типизированные связи между типизированными компонентами. Каждый компонент представляется парой:

Каждая связь представляется совокупностью элементов:

Метаобъекты — это базовые компоненты для конструирования модели предметной области.

Виды элементов — это экземпляры конкретного метаобъекта. Модель представления конкретной предметной области есть описание совокупности видов элементов и их взаимосвязей. Элемент — это экземпляр вида элемента.

Конкретные проектные данные представляются в виде совокупности элементов и их разнообразных взаимосвязей.

Используется три вида цепочек связей:

— описание структуры метаобъектов;

— описание структуры видов элементов;

— описание связей элементов.

Важным элементом проектирования ИС является ядро моделей представления функциональных спецификаций, опирающееся на следующие компоненты: конфигурацию и структуру.

Конфигурация определяется как граф, представляющий интересующий разработчика аспект проектируемой системы. Вершинам этого графа ставятся в соответствие элементы различных видов системы. Дугам графа ставятся в соответствие интересующие отношения между элементами.

С дугами и вершинами могут быть связаны разнообразные количественные меры, задаваемые соответствующими функциями принадлежности.

Структура — это совокупность конфигураций. Таким образом, структура системы определяется через множество выбранных видов элементов, множество элементов, множество рассматриваемых видов отношений и множество функций принадлежности, характеризующих количественно связи элементов.

Структура (лат. structura) — прочная, относительно устойчивая связь (отношение) и взаимодействие элементов, сторон, частей предмета, явления, процесса как целого.

Ядро — это система понятий, посредством которой можно определять интересующие разработчика конфигурации и структуры проектируемой системы. Основными понятиями ядра являются:

вид_элемента — определяет устойчивый для конкретной предметной области набор свойств, объединяющий конкретные проектируемые компоненты в группы;

вид_отношения — определяет устойчивые для конкретной предметной области группы связей между проектируемыми компонентами;

отношение — определяется видами элементов, вступающими во взаимосвязь и видом отношения, задающим семантику связей.

Ядро позволяет описывать требуемые виды отношений, виды элементов и отношения.

На рис. 7.3 показана схема ядра моделей представления функциональных спецификаций ИС.

Синтаксис языка функциональных спецификаций представлен в виде синтаксических диаграмм на рис. 7.4.

Рис. 7.3. Схема ядра моделей представления функциональных спецификаций ИС.

Рис. 7.4. Синтаксис языка функциональных спецификаций ПО.