Теоретические основы проектирования автоматизированных информационных систем

Методическое пособие

По выполнению курсовых проектов

Дисциплина: «Проектирование автоматизированных

информационных систем»

Направление: 230100 «Информатика и вычислительная техника»

Курс: 3, 4

Форма обучения: очная, заочная

Составитель: к.э.н., доцент Кораблёва Галина Владимировна

Вязьма - 2014

Г. В. Кораблёва

Методическое пособие по выполнению курсовых проектов для студентов направления 230100 «Информатика и вычислительная техника», очной и заочной форм обучения. – Вязьма: филиал МГУТУ имени К. Г. Разумовского (ПКУ) в г. Вязьме. - 51 с.

Настоящее пособие разработано для оказания методической поддержки студентам направления 230100 «Информатика и вычислительная техника» при формировании и совершенствовании у студентов навыков проектирования автоматизированных информационных систем различных классов в процессе подготовки и выполнения курсовых проектов по дисциплине «Проектирование АИС». В учебно-методическом пособии студенты могут ознакомиться с вариантами заданий курсовых проектов, требованиями и правилами оформления пояснительных записок курсовых проектов. В методическом пособии рассмотрены примеры выполнения и оформления разделов курсовых проектов по дисциплине «Проектирование АИС».

Рецензент: д.ф.-м.н., профессор, заведующий кафедрой «Информационные технологии» федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный университет технологий и управления имени К. Г. Разумовского (ПКУ)»

Краснов Андрей Евгеньевич

Ó Филиал федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Московский государственный университет технологий и управления имени К. Г. Разумовского (ПКУ)»

в г. Вязьме Смоленской области, 215119, г. Вязьма, ул. Ленина, д. 54

Оглавление

1. Пояснительная записка. 3

2. Теоретические основы проектирования автоматизированных информационных систем. 7

3. Требования к оформлению и содержанию пояснительной записки. 16

курсового проекта. 16

3.1. Требования к содержанию пояснительной записки курсового проекта. 16

3.2. Требования к оформлению пояснительной записки курсового проекта. 43

4. Порядок выполнения, проверки и защиты курсового проекта. 44

5. Примерный список тем курсовых проектов по дисциплине «Проектирование автоматизированных информационных систем». 46

6. Литература и источники, рекомендуемые к изучению.. 50

Приложение 1. 51

Пояснительная записка

Управление — важнейшая функция, без которой немыслима целенаправленная деятельность любой социально-экономической, организационно-производственной системы (предприятия, органи­зации, территории).

Систему, реализующую функции управления, называютсисте­мой управления. Важнейшими функциями, реализуемыми этой сис­темой, являются прогнозирование, планирование, учет, анализ, контроль и регулирование.

Управление связано с обменом информацией между компонен­тами системы, а также системы с окружающей средой. В процессе управления получают сведения о состоянии системы в каждый мо­мент времени, о достижении (или не достижении) заданной цели с тем, чтобы воздействовать на систему и обеспечить выполнение управленческих решений.

Таким образом, любой системе управления экономическим объ­ектом соответствует своя информационная система, называемая экономической информационной системой.

Экономическая информационная система (ЭИС) — это совокуп­ность внутренних и внешних потоков прямой и обратной информаци­онной связи экономического объекта, методов, средств, специалистов, участвующих в процессе обработки информации и выработке управ­ленческих решений.

Информационная система является системой информацион­ного обслуживания работников управленческих служб и выпол­няет технологические функции по накоплению, хранению, пе­редаче и обработке информации. Она складывается, формирует­ся и функционирует в регламенте, определенном методами и структурой управленческой деятельности, принятой на кон­кретном экономическом объекте, реализует цели и задачи, стоящие перед ним.

Современный уровень информатизации общества предопреде­ляет использование новейших технических, технологических, про­граммных средств в различных информационных системах эконо­мических объектов.

Автоматизированная информационная система (АИС) представляет собой совокупность информации, экономико-математических методов и моделей, технических, программных, технологических средств и специалистов, предназначенную для обработки информации и принятия управленческих решений.

Создание АИС способствует повышению эффективности производства экономического объекта и обеспечивает качество управления. Наибольшая эффективность АИС достигается при оптимизации планов работы предприятий, фирм и отраслей, быстрой выработке оперативных решений, четком маневриро­вании материальными и финансовыми ресурсами и т.д. Поэто­му процесс управления в условиях функционирования автома­тизированных информационных систем основывается на эко­номико-организационных моделях, более или менее адекватно отражающих характерные структурно-динамические свойства объекта.

Опыт создания АИС, внедрение в практику экономической работы оптимизационных методов, формализация ситуаций производственно-хозяйственных процессов, оснащение государ­ственных и коммерческих структур современными вычисли­тельными средствами коренным образом видоизменили техно­логию информационных процессов в управлении. Повсеместно создаются АИС управленческой деятельности.

Современное развитие информатизации в области экономиче­ской и управленческой деятельности требует единых подходов в решении организационных, технических и технологических про­блем. Основными факторами, определяющими результаты созда­ния и функционирования АИС и процессов информатизации, яв­ляются:

- активное участие человека — специалиста — в системе автомати­зации обработки информации и принятия управленческих решений;

- интерпретация информационной деятельности как одного из видов бизнеса;

- наличие научно обоснованной программно-технической, тех­нологической платформы, реализуемой на конкретном экономиче­ском объекте;

- создание и внедрение научных и прикладных разработок в области информатизации в соответствии с требованиями пользова­телей;

- формирование условий организационно-функционального взаимодействия и его математическое, модельное, системное и программное обеспечение;

- постановка и решение конкретных практических задач в об­ласти управления с учетом заданных критериев эффективности.

Определяя АИС как организованную для достижения общей цели совокупность специалистов, средств вычислительной и другой техники, математических методов и моделей, интеллек­туальных продуктов и их описаний, а также способов и порядка взаимодействия указанных компонентов, следует подчеркнуть, что главным звеном и управляющим субъектом в перечислен­ном комплексе элементов был и остается по сей день человек, специалист. Однако современные специалисты, работающие в сфере информационных технологий, отличаются от тех, которые трудились де­сять лет назад, когда преобладающей была технология центра­лизованной обработки информации в условиях вычислительных центров. Прежде всего, в нынешних условиях функционирова­ния новых информационных технологий нет четкого различия между экономистом-пользователем системы, постановщиком задач, оператором, программистом, представителем обслужи­вающего технического персонала, как это было раньше. Более того, рухнула непреодолимая до недавнего времени стена между разработчиком и пользователем АИС. Сегодня существуют го­товые инструментальные программные средства, которые по­зволяют методом интерпретации быстро разрабатывать собст­венные проблемно-ориентированные продукты — пакеты при­кладных программ. Для этого нужно быть, прежде всего, хоро­шим специалистом в своей области и в меньшей степени вла­деть программированием. В помощь пользователю все активнее внедряется объектно-ориен­тиро­ванный подход, который позво­ляет программисту при разработке программного продукта оперировать теми же понятиями, которые использовались в предметной области до автоматизации.

Основным направлением деятельности бакалавров по направлению 230100 «Информатика и вычислительная техника» профиль «Автоматизированные системы обработки информации и управления» является проектирование, адаптация и сопровождение АИС и программных продуктов, позволяющих повысить эффективность и оперативность деятельности сотрудников различных предметных областей народного хозяйства. Поэтому дисциплине «Проектирование автоматизированных информационных систем» отводится значительное количество часов при подготовке бакалавров по направлению 230100. Указанная дисциплина изучается студентами очной и заочной форм обучения в течение двух учебных семестров на заключительном этапе подготовки. В соответствии с действующими учебными планами студентам предлагается выполнить курсовой проект по дисциплине «Проектирование автоматизированных информационных систем». Необходимые методические рекомендации по выполнению курсового проекта содержатся в настоящем методическом пособии.

Выполнение курсового проекта по дисциплине «Проектирование АИС» формирует у студентов следующие профессиональные компетенции:

- разрабатывать интерфейсы «человек – электронно-вычислительная машина» (ПК-3),

- разрабатывать модели компонентов информационных систем, включая модели баз данных (ПК-4),

- разрабатывать компоненты программных комплексов и баз данных, использовать современные инструментальные средства и технологии программирования (ПК-5).

Теоретические основы проектирования автоматизированных информационных систем

В ГОСТ 34.003 – 90 рассматриваются термины и определения, в числе которых Р50 – 34.119 – 90, определяющий термин «Автоматизированная система».

Автоматизированная система – это система, состоящая из персонала и комплекса средств автоматизации его деятельности, реализующая информационную технологию выполнения установленных задач.

В зависимости от технологического и функционального аспектов рассмотрения АИС может быть разбита на несколько составляющих элементов.

Используя технологический аспект рассмотрения, в АИС выделяют аппарат управления, а также технико-экономическую информацию, методы и средства ее технологической обработки. Выделив аппарат управления, оставшиеся элементы, технологически тесно взаимосвязаны, при условии единого системного использования экономико-математических методов и технических средств управления образуют автоматизированную информационную технологию данных (АИТ).

Являясь человеко-машинной системой, в рамках которой реализуется информационная модель, формализующая процессы обработки данных в условиях новой технологии, АИТ замыкает через себя прямые и обратные информационные связи между объектом управления (ОУ) и аппаратом управления (АУ), а также вводит в систему и выводит из нее потоки внешних информационных связей.

Функции АИТ определяют ее структуру, которая включает следующие процедуры: сбор и регистрацию данных; подготовку информационных массивов; обработку, накопление и хранение данных; формирование результатной информации; передачу данных от источников возникновения к месту обработки, а результатов (расчетов) – к потребителям информации для принятия управленческих решений.

Как правило, информация подвергается всем перечисленным выше процедурам преобразования, но в ряде случаев некоторые процедуры могут отсутствовать. Последовательность их выполнения также бывает различной, при этом некоторые процедуры могут повторяться. Состав процедур преобразования и особенности их выполнения во многом зависят от экономического объекта, ведущего автоматизированную обработку информации. Рассмотрим особенности выполнения основных процедур преобразования информации.

Сбор и регистрация информации происходит по - разному в различных экономических информационных системах. Наиболее сложна эта процедура в автоматизированных управленческих процессах промышленных предприятий, фирм, организаций, где производятся сбор и регистрация первичной учетной информации, отражающей организационно – управленческую или производственно-хозяйственную деятельность объекта, особенно в том случае, когда объект управления характеризуется множеством свойств и параметров, описываемым совокупностью первичных документов.

В условиях автоматизации управления предприятием или организацией особое внимание придается использованию технических средств сбора и регистрации информации, совмещающих операции количественного измерения, регистрации, накопления и передачи информации по каналам связи, ввод непосредственно в ЭВМ для формирования нужных документов или накопление полученных данных в системе.

Передача информации в информационной системе может осуществляться различными способами: с помощью курьера, пересылки по почте, доставки транспортными средствами, дистанционной передачи по каналам связи или с помощью других средств коммуникаций. Дистанционная передача по каналам связи сокращает время передачи данных, однако для ее осуществления необходимы специальные технические средства, что удорожает процесс передачи.

Хранение и накопление экономической информации вызвано многократным ее использованием, применением условно-постоянной, справочной и других видов информации, необходимостью комплектации первичных данных до их обработки. Хранение и накопление информации осуществляется в информационных базах, на машинных носителях в виде информационных массивов, где данные располагаются по установленному в процессе проектирования порядку.

С хранением и накоплением непосредственно связан поиск данных, т.е. выборка нужных данных из хранимой информации, включая поиск информации, подлежащей корректировке или замене. Процедура поиска информации выполняется автоматически на основе составленного пользователем или ПЭВМ запроса на нужную информацию.

Обработка экономической и других видов информации производится на ПЭВМ, как правило, децентрализовано, в местах возникновения первичной информации, где организуются автоматизированные рабочие места специалистов той или иной управленческой службы. Однако, после обработки, полученная результатная информация может понадобиться не только специалистам, осуществляющим её обработку, но и их коллегам.

Технологическое обеспечение АИС состоит из подсистем, автоматизирующих информационное обслуживание пользователей, решения задач с применением ЭВМ и других технических средств управления в установленных режимах работы (см. рис. 1).

Технологическое обеспечение АИС, как правило, по составу однородно для различных систем, что позволяет реализовать принцип совместимости систем в процессе их функционирования. Обязательными элементами обеспечения АИС являются информационное, лингвистическое, техническое, программное, математическое, правовое, организационное и эргономическое обеспечение.

Рис. 1. Структура автоматизированной информационной системы

Лингвистическое обеспечение (ЛО) объединяет совокупность языковых средств для формализации естественного языка, построения и сочетания информационных единиц в ходе общения персонала АИС со средствами вычислительной техники. С помощью лингвистического обеспечения осуществляется общение человека с машиной. ЛО включает информационные языки для описания структурных единиц информационной базы АИС (документов, показателей, реквизитов и т.п.): языки управления и манипулирования данными информационной базы АИС; языковые средства информационно-поисковых систем; языковые средства автоматизации проектирования АИС и АИТ; диалоговые языки специального назначения и другие языки; систему терминов и определений, используемых в процессе разработки и функционирования автоматизированных систем управления.

Техническое обеспечение (ТО) представляет собой комплекс технических средств (технические средства сбора регистрации, передачи, обработки, отображения, размножения информации, оргтехника и др.), обеспечивающих работу АИС. Центральное место среди всех технических средств занимает ПЭВМ. Структурными элементами ТО наряду с техническими средствами являются также методические и руководящие материалы, техническая документация и обслуживающий эти технические средства персонал.

Программное обеспечение (ПО) включает совокупность программ, реализующих функции и задачи АИС и обеспечивающих устойчивую работу комплексов технических средств. В состав программного обеспечения входят общесистемные и специальные программы, а также инструктивно-методические материалы по применению средств программного обеспечения и персонал, занимающийся его разработкой и сопровождение на весь период жизненного цикла АИС.

Программное обеспечение любой АИС включает во – первых, системное программное обеспечение, которое представлено базовым программным обеспечением: операционными системами, программами – оболочками; сервисным программным обеспечением: антивирусными средствами, программами обслуживания различных устройств (например, жёсткого диска), утилитами и т.д. Во – вторых, для работы пользователей с АИС необходимо прикладное программное обеспечение: графические редакторы, прикладные программы общего назначения (например, пакет MS Office’ 2000), специальные прикладные программы для решения задач в различных предметных областях: программы бухгалтерского учёта, планирования, управления персоналом и т.д. В - третьих, для разработки нового программного обеспечения и обновления существующего программного обеспечения АИС особое значение имеют инструментальные средства разработки программного обеспечения: СУБД, системы программирования, интегрированные среды, а также CASE – технологии.

Математическое обеспечение (МО)- это совокупность математических методов, моделей и алгоритмов обработки информации, используемых при решении функциональных задач и в процессе автоматизации проектировочных работ АИС. МО включают средства моделирования процессов управления, методы и средства решения типовых задач управления, методы оптимизации исследуемых управленческих процессов и принятия решений (методы многокритериальной оптимизации, математического программирования, математической статистики, теории массового обслуживания и т.д.). Техническая документация по этому виду обеспечения АИС содержит описание задач, задания по алгоритмизации, экономико-математические модели задач, текстовые и контрольные примеры их решения.

Организационное обеспечение (ОО) представляет собой комплекс документов, регламентирующих деятельность персонала АИС в условиях функционирования АИС. В процессе решения задач управления данный вид обеспечения определяет взаимодействие работников управленческих служб и персонала АИС с техническими средствами и между собой.

Правовое обеспечение (ПрО) представляет собой совокупность правовых норм, регламентирующих правоотношения при создании и внедрении АИС и АИТ. Правовое обеспечение на этапе разработки АИС и АИТ включает нормативные акты, связанные с договорными отношениями разработчика и заказчика в процессе создания АИС и АИТ, с правовым регулированием различных отклонений в ходе этого процесса, а также обусловленные необходимостью обеспечения процесса разработки АИС и АИТ различными видами ресурсов. Правовое обеспечение на этапе функционирования АИС и АИТ включает определение их статуса в конкретных отраслях государственного управления, правовое положение о компетенции звеньев АИС и АИТ и организации их деятельности, права, обязанности и ответственность персонала, порядок создания и использования информации в АИС, процедуры ее регистрации, сбора, хранения, передачи и обработки, порядок приобретения и использования электронно-вычислительной техники и других технических средств, порядок создания и использования математического и программного обеспечения.

Информационное обеспечение (ИО) - совокупность единой системы классификации и кодирования информации, унифицированных систем документации, схем информационных потоков, циркулирующих в организации, методология построения баз данных. Данная подсистема предназначена для своевременного представления информации, принятия управленческих решений. Информационное обеспечение предприятий и организаций представляет собой информационную модель данного объекта.

Эргономическое обеспечение (ЭО) как совокупность методов и средств, используемых на разных этапах разработки и функционирования АИС, предназначено для создания оптимальных условий высокоэффективной и безошибочной деятельности человека в АИС, для ее быстрейшего освоения. В состав эргономического обеспечения АИС входят: комплекс различной документации, содержащей эргономические требования к рабочим местам, информационным моделям, условиям деятельности персонала, а также набор наиболее целесообразных способов реализации этих требований и осуществления эргономической экспертизы уровня их реализации; комплекс методов, учебно-методической документации и технических средств, обеспечивающих обоснование формулирования требований к уровню подготовки персонала, а также формирование системы отбора и подготовки персонала АИС; комплекс методов и методик, обеспечивающих высокую эффективность деятельности человека в АИС.

АИС и АИТ реализуют решение функциональных задач управления, совокупность которых составляет так называемую, функциональную часть деятельности экономического объекта как системы. Состав, порядок и принципы взаимодействия функциональных подсистем, задач и их комплексов устанавливаются исходя и с учетом достижения стоящей перед экономическим объектом цели функционирования. Основными принципами декомпозиции – выделения самостоятельных функциональных подсистем комплексов задач – являются: относительная самостоятельность каждой из них, т.е. наличие конкретного объекта управления; наличие соответствующего набора функций и функциональных задач с четко выраженной локальной целью функционирования; минимизация состава включенных в подсистему элементов; наличие одного или нескольких локальных критериев, способствующих оптимизации режима работы подсистемы и согласующихся с глобальным критерием оптимизации функционирования АИС и системы в целом.

На сегодняшний день в программной инженерии существуют два основных подхода к разработке программных продуктов и АИС, принципиальное различие между которыми обусловлено разными способами декомпозиции систем. Первый подход называют функционально – модульным или структурным. В его основу положен принцип функциональной декомпозиции, при котором структура системы описывается в терминах иерархии её функций и передачи информации между отдельными функциональными элементами.

Второй, объектно – ориентированный подход, использует объектную декомпозицию. При этом структура системы описывается в терминах объектов и связей между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами.

Базовыми принципами структурного подхода являются:

- принцип «разделяй и властвуй»;

- принцип иерархического упорядочения;

- принцип абстрагирования;

- принцип непротиворечивости;

- принцип структурирования данных.

В структурном подходе используется в основном две группы средств, описывающих функциональную структуру системы и отношения между данными. Каждой группе средств соответствуют определенные типы моделей (диаграмм), наиболее распространенными из которых являются:

- DFD – диаграммы потоков данных;

- SADT (метод структурного анализа и проектирования) – функциональные модели (диаграммы);

- ERD – диаграммы «Сущность - связь».

Концептуальной основой объектно - ориентированного подхода является объектная модель. Основные её характеристики:

- абстрагирование;

- инкапсуляция;

- модульность;

- иерархия.

Имеются также три дополнительных элемента объектной модели, не являющихся в отличие от основных строго обязательными:

- типизация;

- параллелизм;

- устойчивость.

Основными понятиями объектно – ориентированного подхода являются объект и класс. Объект – это некоторая осязаемая реальность, идентифицируемая в информационной системе или в некоторой предметной области. Объект обладает состоянием, поведением и индивидуальностью. Структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс.

Класс – это множество объектов, связанных общностью структуры и поведения. Любой объект является экземпляром класса.

При проектировании АИС с применением объектно – ориентированного подхода прикладное значение имеет язык UML, который встроен в различные case – средства (например, Pacestar UML Diagrammer, Visual UML) и инструментальные среды (например, JBuilder 7). Язык UML представляет собой общецелевой язык визуального моделирования, который разработан для спецификации, визуализации, проектирования и документирования компонентов программного обеспечения, бизнес-процессов и других систем. Язык UML одновременно является простым и мощным средством моделирования, который может быть эффективно использован для построения концептуальных, логических и графических моделей сложных систем самого различного целевого назначения.

Методики анализа информационной системы объекта автоматизацииивозможности применения различных графических средств анализа информационных процессов, правила построения SADT – моделей, DFD (диаграмм потоков данных), UML – диаграмм подробно рассмотрены в методическом пособии по выполнению лабораторных работ по дисциплине «Проектирование автоматизированных систем обработки информации и управления».

Проектирование автоматизированных информационных систем на практике наиболее часто осуществляется на основе канонической или типовой технологии проектирования. Лишь коллективам разработчиков, а не отдельным исполнителям по силам применение индустриальной технологии проектирования АИС для разработки крупных автоматизированных систем, внедрение которых позволит осуществить реинжиниринг бизнес-процессов организации.

Этапы проектирования АИС в рамках канонической технологии регламентируются ГОСТ 34601 – 90 «Автоматизированные системы. Стадии создания», который предполагает следующие стадии:

1. «Исследование и обоснование создания системы»;

2. «Разработка технического задания»;

3. «Разработка эскизного проекта»;

4. «Техническое проектирование»;

5. «Рабочее проектирование»;

6. «Внедрение проекта»;

7. «Эксплуатация, сопровождение и модернизация проекта».

Основными методами типового проектирования АЭИС являются:

- элементный метод;

- подсистемный метод;

- объектный метод.

В рамках типового проектирования используются параметрически - ориентированного проектирование АЭИС и модельно – ориентированное проектирование АЭИС.