Классификация методов проектирования ИС
Методы проектирования ИС можно классифицировать по степени использования средств автоматизации, типовых проектных решений, адаптивности к предполагаемым изменениям.
Так, по степени автоматизацииметоды проектирования разделяются на методы:
· ручного проектирования, при котором проектирование компонентов ИС осуществляется без использования специальных инструментальных программных средств, а программирование – на алгоритмических языках;
· компьютерного проектирования, которое производит генерацию или конфигурацию (настройку) проектных решений на основе использования специальных инструментальных программных средств.
По степени использования типовых проектных решенийразличаютследующие методы проектирования:
· оригинального (индивидуального) проектирования, когда проектные решения разрабатываются «с нуля» в соответствии с требованиями к ИС;
· типового проектирования, предполагающего конфигурацию ИС из готовых типовых проектных решений (программных модулей).
Оригинальное (индивидуальное) проектирование ИС 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 связано с множеством специфических особенностей и различается по степени охвата функций управления, выполняемым работам и разрабатываемой проектной документации.
Постепени 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 ИС, среди которых выделяются два основных класса: индивидуальнаяи индустриальная технологии (таблица 3). 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 индивидуальной технологии.
Таблица 3 - Характеристики классов технологий проектирования
| Класс технологии проектирования | Степень автоматизации | Степень типизации | Степень адаптивности |
| Индивидуальное проектирование | ручное проектирование | оригинальное проектирование | реконструкция |
| Индустриальное проектирование: автоматизированное | компьютерное проектирование | оригинальное проектирование | реструктуризация модели (генерация ИС) |
| Индустриальное проектирование: типовое | компьютерное проектирование | сборочное проектирование | параметризация и реструктуризация модели (конфигурация ИС) |
Для конкретных видов технологий проектирования свойственно применение определенных средств разработки ИС, которые поддерживают выполнение, как отдельных проектных работ, этапов, так и их совокупностей. Поэтому перед разработчиками ИС, 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 ИС;
· технически, программно и информационно совместимыми;
· простыми в освоении и применении;
· экономически целесообразными.
Средства проектирования ИС можно разделить на два класса:без использования ЭВМис использованием ЭВМ.
Средства проектирования без использования ЭВМ применяются на всех стадиях и этапах проектирования ИС. 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 информации, унифицированная 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 ИС и соответственно поддерживают разработку элементов проекта системы, разделов проекта системы, проекта системы в целом. Все множество средств проектирования с использованием компьютера 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 ИС и могут применяться независимо друг от друга.
Ко второму подклассу относят средства, поддерживающие проектирование отдельных компонентов проекта ИС. К данному подклассу относятся средства общесистемного назначения:
· системы управления базами данными (СУБД);
· методо-ориентированные 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 ИС: ввода информации, организации хранения и доступа к данным, вычислений, анализа и отображения данных, принятия решений.
К третьему подклассу относятся средства, поддерживающие проектирование разделов проекта ИС. В этом подклассе выделяют функционально-ориентированные средства проектирования.
Функционально-ориентированные 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 сфера), уровень управления (например, предприятие, цех, отдел, участок, рабочее место), функцию управления (планирование, учет и т.п.).
К функциональным средствам проектирования систем обработки информации относятся типовые проектные решения, функциональные пакеты прикладных программ, типовые проекты.
К четвертому подклассу средств проектирования ИС относятся средства, поддерживающие разработку проекта на стадиях и этапах процесса проектирования.К данному классу относится подкласс средств автоматизации проектирования ИС (CASE-средства).
Современные CASE-средства в свою очередь классифицируются в основном по двум признакам:
1) по охватываемым этапам процесса разработки ИС;
2) по степени интегрированности: отдельные локальные средства (tools), набор неинтегрированных средств, охватывающих большинство этапов разработки ИС (toolkit) и полностью интегрированные средства, связанные общей базой проектных данных – репозитарием (workbench).
Жизненный цикл ИС
Потребность в создании ИС может обусловливаться либо необходимостью автоматизации или модернизации существующих информационных процессов, либо необходимостью коренной реорганизации в деятельности предприятия (проведения бизнес-реинжиниринга). Потребности создания ИС 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 ИС – 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 ИС в своем развитии от момента принятия решения о создании системы до момента прекращения функционирования системы, называется жизненным циклом ИС.
Суть содержания жизненного цикла разработки ИС в различных подходах одинакова и сводится к выполнению следующих стадий:
1. Планирование и анализ требований (предпроектная стадия) – системный анализ. Исследование и анализ существующей информационной системы, определение требований к создаваемой ИС, оформление технико-экономического обоснования (ТЭО) и технического задания (ТЗ) на разработку ИС.
2. Проектирование (техническое проектирование, логическое проектирование)- системный синтез. Разработка в соответствии со сформулированными требованиями состава автоматизируемых функций (функциональная архитектура) и состава обеспечивающих подсистем (системная архитектура), оформление технического проекта ИС.
3. Реализация (рабочее проектирование, физическое проектирование, программирование). Разработка и настройка программ, наполнение баз данных, создание рабочих инструкций для персонала, оформление рабочего проекта.
4. Внедрение (тестирование, опытная эксплуатация). Комплексная отладка подсистем ИС, обучение персонала, поэтапное внедрение ИС в эксплуатацию по подразделениям экономического объекта, оформление акта о приемо-сдаточных испытаниях ИС.
5. Эксплуатация ИС (сопровождение, модернизация). Сбор рекламаций и статистики о функционировании ИС, исправление ошибок и недоработок, оформление требований к модернизации ИС и ее выполнение (повторение стадий 2 – 5).
Часто второй и третий этапы объединяют в одну стадию, называемую техно-рабочим проектированием или СИСТЕМНЫМ СИНТЕЗОМ. На рисунке 8 представлена обобщенная блок-схема жизненного цикла ИС. Рассмотрим основное содержание стадий и этапов на представленной схеме.
Рисунок 8 - Обобщенная технологическая схема жизненного цикла ИС
Системный анализ. К основным целям процесса относится следующее:
· сформулировать потребность в новой ИС (идентифицировать все недостатки существующей ИС);
· выбрать направление и определить экономическую целесообразность проектирования ИС.
Системный анализ ИС начинается с описания и анализа функционирования рассматриваемого экономического объекта (системы) в соответствии с требованиями (целями), которые предъявляются к нему (блок 1). В результате этого этапа выявляются основные недостатки существующей ИС, на основании которых формулируется потребность в совершенствовании системы управления этим объектом, и ставится задача определения экономически обоснованной необходимости автоматизации определенных функций управления (блок 2), то есть создается технико-экономическое обоснование проекта. После определения этой потребности возникает проблема выбора направлений совершенствования объекта на основе выбора программно-технических средств (блок 3). Результаты оформляются в виде технического задания на проект, в котором отражаются технические условия и требования к ИС, а также ограничения на ресурсы проектирования. Требования к ИС определяются в терминах функций, реализуемых системой, и предоставляемой ею информации.
Системный синтез. Этот процесс предполагает:
· разработать функциональную архитектуру ИС, которая отражает структуру выполняемых функций;
· разработать системную архитектуру выбранного варианта ИС, то есть состав обеспечивающих подсистем;
· выполнить реализацию проекта.
Этап по составлению функциональной архитектуры (ФА), представляющей собой совокупность функциональных подсистем и связей между ними (блок 4), является наиболее ответственным с точки зрения качества всей последующей разработки.
Построение системной архитектуры (СА) на основе ФА (блок 5) предполагает выделение элементов и модулей информационного, технического, программного обеспечения и других обеспечивающих подсистем, определение связей по информации и управлению между выделенными элементами и разработку технологии обработки информации.
Этап конструирования (физического проектирования системы) включает разработку инструкций пользователям и программ, создания информационного обеспечения, включая наполнение баз данных (блок 6).
Внедрение разработанного проекта(блоки 7 – 10). Процесс предполагает выполнение следующих этапов: опытное внедрение и промышленное внедрение.
Этап опытного внедрения (блок 7) заключается в проверке работоспособности элементов и модулей проекта, устранение ошибок на уровне элементов и связей между ними.
Этап сдачи в промышленную эксплуатацию (блок 9) заключается в организации проверки проекта на уровне функций и контроля соответствия его требованиям, сформулированных на стадии системного анализа.
Эксплуатация и сопровождение проекта.На этой стадии (блоки 11 и 12) выполняются этапы: эксплуатация проекта системы и модернизация проекта ИС.
Рассмотренная схема жизненного цикла ИС условно включает в свой состав только основные процессы, реальный набор которых и их разбиение на этапы и технологические операции в значительной степени зависит от выбираемой технологии проектирования, о чем более подробно будет сказано в последующих разделах данной работы.
Важной чертой жизненного цикла ИС является его повторяемость "системный анализ – разработка – сопровождение – системный анализ". Это соответствует представлению об ИС как о развивающейся, динамической системе. При первом выполнении стадии "Разработка " создается проект ИС, а при повторном выполнении осуществляется модификация проекта для поддержания его в актуальном состоянии.
Другой характерной чертой жизненного цикла является наличие нескольких циклов внутри схемы:
· первый цикл, включающий блоки 1 – 12 – это цикл первичного проектирования ИС;
· второй цикл (блоки: 7 – 8, 6 – 7) – цикл, который возникает после опытного внедрения, в результате которого выясняются частные ошибки в элементах проекта, исправляемые, начиная с 6-ого блока.
· третий цикл (блоки: 9 – 10, 4 – 9) возникает после сдачи в промышленную эксплуатацию, когда выявляют ошибки в функциональной архитектуре системы, связанные с несоответствием проекта требованиям заказчика по составу функциональных подсистем, составу задач и связями между ними;
· четвертый цикл (блоки: 12, 5 – 12) возникает в том случае, когда требуется модификация системной архитектуры в связи с необходимостью адаптации проекта к новым условиям функционирования системы.
· пятый цикл (блоки: 12, 1 – 12) возникает, если проект системы совершенно не соответствует требованиям, предъявляемым к организационно-экономической системе в виду того, что осуществляется моральное его старение и требуется полное перепроектирование системы.
Чтобы исключить пятый цикл и максимально уменьшить необходимость выполнения третьего и четвертого циклов, необходимо выполнять проектирование ИС на всех этапах первого основного цикла разработки ИС в соответствии с требованиями в следующих аспектах:
· разработка ИС должна быть выполнена в строгом соответствии со сформулированными требованиями к создаваемой системе;
· требования к ИС должны адекватно соответствовать целям и задачам эффективного функционирования экономического объекта;
· созданная ИС должна соответствовать сформулированным требованиям на момент окончания внедрения, а не на момент начала разработки;
· внедренная ИС должна развиваться и адаптироваться в соответствии с постоянно изменяющимися требованиями к ИС.
Модели жизненного цикла ИС
С точки зрения реализации перечисленных аспектов в технологиях проектирования ИС модели жизненного цикла, определяющие порядок выполнения стадий и этапов, претерпевали существенные изменения. Среди известных моделей жизненного цикла можно выделить следующие модели:
Каскадная модель (до 70-х гг.) – последовательный переход на следующий этап после завершения предыдущего.
Итерационная модель (70-80 гг.) – с итерационными возвратами на предыдущие этапы после выполнения очередного этапа.
Спиральная модель (80-90 гг.) – прототипная модель, предполагающая постепенное расширение прототипа ИС.
КАСКАДНАЯ МОДЕЛЬ. Разработка ИС каскадным способом имеет следующие особенности (см. рисунок 9):
• Весь процесс разбивался на этапы.
• Переход с предыдущего на последующий этап происходит лишь по завершению всех задач.
• Каждый этап завершается выпуском полного комплекта документации, оформленной таким образом, чтобы разработку могли продолжить и другие разработчики.
Рисунок 9 - Схема каскадной модели организации проектирования ИС
К преимуществам каскадного способа можно отнести:
- На каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающей критериям полноты и согласованности.
- Поэтапное выполнение работ позволяет планировать сроки их выполнения и финансирование проекта.
Недостатки каскадной модели проявляются в несовпадении реального процесса создания программного обеспечения ИС с запланированными мероприятиями. Очень часто возникает необходимость возврата на предыдущие этапы для уточнения или пересмотра принятых ранее решений, происходит запаздывание результатов, их согласование возможно лишь в точках планируемых после завершения очередного этапа работ. Требования к информационной системе «замораживаются» в ТЗ на весь период ее разработки, а свои замечания заказчики могут внести только после завершения работ. В случае неточного изложения требований или их изменения в течение длительного периода создания ИС пользователи получают продукт, не удовлетворяющий их потребностям.
Для этой модели организации жизненного цикла характерна автоматизация отдельных несвязанных задач, не требующая выполнения информационной интеграции и
совместимости, программного, технического и организационного сопряжения.
В рамках решения отдельных задач каскадная модель жизненного цикла по срокам разработки и надежности оправдывала себя. Применение каскадной модели жизненного цикла к большим и сложным проектам вследствие большой длительности процесса проектирования и изменчивости требований за это время приводит к их практической нереализуемости.
Этот способ построения жизненного цикла проекта ИС удачно применяется, если на начальном этапе работы можно точно сформулировать все требования. Как правило, это – сложные расчетные системы и системы реального времени.
Итерационная модель. К особенностям итерационной модели реализации проекта ИС можно отнести (см. рисунок 10):
• Эта модель предусматривает проведение промежуточного контроля и является дальнейшим развитием каскадной модели.
• Она позволяет проводить межэтапные корректировки. Однако, это приводит к дополнительным затратам времени, но позволяет получить более надежный результат.
Рисунок 10 - Схема итерационной модели организации проектирования ИС
Создание комплексных ИС предполагает проведение увязки проектных решений, получаемых при реализации отдельных задач. Подход к проектированию «снизу-вверх»обусловливает необходимость таких итерационных возвратов, когда проектные решения по отдельным задачам комплексируются в общие системные решения и при этом возникает потребность в пересмотре ранее сформулированных требований. Как правило, вследствие большого числа итераций возникают рассогласования выполненных проектных решений и документации.
Запутанность функциональной и системной архитектуры созданной ИС, трудность в использовании проектной документации вызывает на стадиях внедрения и эксплуатации сразу необходимость перепроектирования всей системы. Длительный жизненный цикл разработки ИС заканчивается этапом внедрения, за которым начинается жизненный цикл создания новой ИС.
Спиральная модель.Для этого подхода характерны следующие особенности (см. рисунок 11):
• в нем делают упор на начальные этапы – анализ и проектирование;
• создавая прототипы программных компонент, проверяют реальность выполнения проекта;
• каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии программного продукта ИС и затем в очередной раз уточняются цели и характеристики проекта;
• определяется качественный уровень результата;
• планируются работы следующего витка спирали.
Рисунок 11 - Схема спиральной модели организации проектирования ИС
К плюсам использования спиральной модели можно отнести:
1. Разработка проекта итерациями открывает возможность последовательно конкретизировать детали и выбрать обоснованный вариант, который и будет окончательно реализован.
2. Этот подход близок к реально существующему процессу разработки ИС.
3. Возможность переходить к следующему этапу, не завершая предыдущего, дает возможность не тратить лишнего времени на то, что можно сделать либо позднее, либо вообще не выполнять.
В итоге, разработчикам предоставляется возможность как можно раньше показать пользователям прототип готового продукта. Это инициирует процесс уточнения и дополнения требований.
Используется подход к организации проектирования ИС «сверху-вниз», когда сначала определяется состав функциональных подсистем, а затем постановка отдельных задач. Соответственно сначала разрабатываются такие общесистемные вопросы как организация интегрированной базы данных, технология сбора, передачи и накопления информации, а затем технология решения конкретных задач.
В рамках комплексов задач программирование осуществляется по направлению от головных программных модулей к исполняющим отдельные функции модулям. При этом на первый план выходят вопросы организации интерфейсов программных модулей между собой и с базой данных, а на второй план – реализация алгоритмов.