И теоретические основы проектирования ЭИС

Жизненный цикл ЭИС

на различных стадиях жизненного цикла)

Совокупность стадий и этапов, которые проходит ЭИС в своем развитии от момента принятия решения о создании системы до момента прекращения функционирования системы, называется жизненным циклом ЭИС.

Т.е. в жизненном цикле ЭИС выделяют: 1) этапы разработки и 2) период эксплуатации системы.

Разработка (проектирование) ЭИС – процесс составления описания еще не существующей системы на разных языках и с различной степенью детализации, в ходе которого осуществляется оптимизация проектных решений.

Проектирование ЭИС – трудоемкий, длительный и динамический процесс. Технологии проектирования, применяемые в настоящее время, предполагают поэтапную разработку системы. Этапы по общности целей могут объединяться в стадии.

Проектирование разделяется на проектные операции. Проектная операция включает выбор проектных решений и позволяет определить значения параметров, характеризующих БД, вычислительную систему и программное обеспечение.

Этапами проектирования являются:

· обоснование создания ЭИС,

· разработка технического задания,

· техническое и рабочее проектирование,

· ввод ЭИС в действие.

Процесс эксплуатации обычно через некоторые периоды времени прерывается стадиями модификации системы.

Стадия эксплуатации – период стабильного функционирования ЭИС, не требующий изменения ранее принятых проектных решений.

Стадия модификации – процесс корректировки проектных решений по отдельным компонентам ЭИС.

Детальное описание работ на стадии проектирования включает в себя следующие действия:

1. Обследование предметной области:

· границы предметной области и возможности ее расширения,

· перечень объектов предметной области,

· информационные потребности пользователей,

· необходимые процессы обработки данных с указанием их периодичности,

· ЭВМ, на которой предполагается реализовать ЭИС,

· требования к функционированию ЭИС, частота поступления и корректировки информации, методы обеспечения ее достоверности.

Результатом обследования предметной области должно быть техническое задание на разработку системы.

2.Определение объектов и их атрибутов.

Для каждого объекта и процесса необходимо:

· выделить идентифицирующие свойства и провести нормализацию,

· определить количество экземпляров каждого объекта и рост этой величины во времени,

· определить методы вычислений производных показателей на основе значений исходных показателей.

3. Установление структурных связей между объектами и процессами (для организации на этой основе всех запросов). Разработка структуры БД, проверка ее корректности и полноты.

4. Определение технологии работы ЭИС, т.е. определение порядка сбора, контроля и хранения данных, определение форматов ввода-вывода данных, установление объемных и временных характеристик выдачи информации, установление правил работы всех групп пользователей.

5. Выбор ЭВМ и программных средств (программного и аппаратного обеспечения) для реализации ЭИС:

¾ операционная система;

¾ процессор;

¾ объем оперативной памяти;

¾ СУБД;

¾ оценка трудоемкости разработки программ.

6. Проверка корректности проекта и определение сроков его реализации.

Итогом перечисленных действий – техни­ческий проект ЭИС.

На стадии рабочего проектирования необходимо:

· создать описания всех компонентов БД,

· разработать экранные формы и системы меню для всех групп пользователей,

· разработать программы для всех приложений,

· заполнить ЭИС отладочными данными и протестировать ее,

· составить инструкции пользователей.

Стадия эксплуатации начинается с заполнения ЭИС реаль­ными данными.

Этапы эксплуатации и модификации ЭИС поочередно ме­няют друг друга до тех пор, пока не наступит момент мораль­ного старения ЭИС и будет принято решение о ее ликвидации и разработке принципиально новой системы.

Проектирование	Эксплуатация. Модификация	Утилизация
ТЗ и ТП	РП	Ввод
· Обследование ПО · Идентифика-ция · Структура БД · Технология · Выбор ЭВМ и СУБД · Проверка корректности	· Описание БД · Интерфейсы · Программиро-вание · Тестирование · Обучение	· Актуализация БД · Опытная эксплуатация · Авторский надзор	· Использова-ние старого проекта в новом · Использова-ние содержи-мого БД · Продажа компонентов ЭИС

Рисунок – Жизненный цикл ЭИС:

ТЗ – техническое задание; ТП – технический проект; РП – рабочий проект; Э – эксплуатация; М – модификация

На стадии эксплуатации ЭИС требуется:

· обеспечить реорганизацию БД,

· рестарт и восстановление,

· копирование БД,

· контроль непротиворечивости БД.

Сопровождение ПО на стадии эксплуатации ЭИС осуществляет прикладной программист. Сопровождение БД реализует администратор БД. Сопровождение ВС выполняют операторы и сменные инженеры.

Важность исследования процессов модернизации ЭИС:

· стоимостные затраты на модернизацию ЭИС достигают примерно 1/3 объема эксплуатационных расходов,

· за год в ЭИС обычно меняется 10-40% первичных документов и 20-50% выходных документов.

Экономическим объектам свойственны динамичность и развитие, что непосредственно влияет на состояние ИС. Поэтому на стадии эксплуатации отслеживаются факторы, доказывающие необходимость последующей модернизации:

· изменения на объекте управления и во внешней среде (дрейф параметров предметной области),

· изменение состава рабочей нагрузки вычислительной системы, замена оборудования, рост объема файлов,

· накопление опыта работы с ЭИС,

· обнаружение проектных ошибок.

Задачи модификации ЭИС обычно рассматриваются как неперспективные и нежелательные. Эта работа считается очень простой в сравнении с проектированием ЭИС. Однако планомерная модификация БД и других компонентов ЭИС позволяет поддерживать в требуемых границах ее технические и эксплуатационные характеристики, отсрочить момент морального старения системы.

В процессе эксплуатации ЭИС производится слежение за изменением параметров ЭИС и предметной области, например, по следующим параметрам:

· информация об изменениях в системе документооборота и структуре отдельных документов,

· данные об изменениях в составе решаемых экономичес­ких задач, системе экономических показателей и мето­дах их расчета,

· характеристики потока запросов к БД,

· оценки пользователей о качестве получаемой информа­ции,

· информация системной мониторной программы или ана­логичных средств, работающих в составе применяемых операционных систем и СУБД, сбор статистики о выпол­ненных заданиях.

Должны также фиксироваться изменения количественных и качественных характеристик предметной области, например:

· изменения в организационной структуре экономического объекта,

· изменения в составе параметров, характеризующих объект,

· изменения в методах расчета параметров.

Отклонение текущих параметров функционирования ЭИС от нормативных, могут дать основание для проведения модификации ЭИС. Необходимо определить цель модификации ЭИС и методы, ведущие к достижению цели. Анализ собранной информации докажет (или опровергнет) целесообразность применения конкретного метода модификации.

Рисунок – Взаимозависимость действий на стадиях

эксплуатации и модификации ЭИС

Спецификация – документ, подробно перечисляющий условия, которым должен соответствовать изготовляемый или заказываемый предмет. Для ИТ (при разработке профилей открытых систем) существуют архитектурные спецификации и уровень базовых спецификаций (функциональные возможности ЭИС, структуры данных и документов, язык баз данных и многое другое, задокументированное в строго регламентированной форме).

Цели модификации ЭИС можно разделить на шесть больших групп:

· исправление проектных ошибок,

· улучшение эксплуатационных характеристик ЭИС,

· адаптация к изменениям в предметной области,

· разработка нового приложения,

· обеспечение совместимости с другими ИС,

· перенос БД в новую аппаратно-программную среду.

Конкретные методы модификации ЭИС группируются по четырем направлениям:

· реструктуризация БД,

· перепрограммирование прикладных задач,

· реорганизация БД,

· настройка вычислительной системы.

Таблица – Соответствие целей и методов модификации ЭИС

Цели модификации	Методы модификации ЭИС
Реструктури-зация	Перепрограм-мирование прикладных задач	Реоргани-зация	Настройка вычисли-тельной системы
Исправление проектных ошибок	▲	▲		▲
Улучшение эксплуатационных характеристик	▲	▲	▲	▲
Адаптация к изменениям в предметной области	▲	▲
Разработка нового приложения	▲	▲		▲
Совместимость с другими ИС	▲	▲		▲

Данные таблицы показывают, что автономные операции над БД (реструктуризация и реорганизация) не могут быть эффективно использованы для целей модификации без одновременного совершенствования ВС и ПО.

Большинство процедур модификации ЭИС могут производиться без прекращения стадии эксплуатации. Однако необходим контроль всех компонентов ЭИС (БД, вычислительной системы, программных средств) после проведения каких-либо усовершенствований.

Таким образом, суть содержания жизненного цикла разработки ЭИС в различных подходах одинакова и сводится к выполнению следующих стадий:

1. Планирование и анализ требований (предпроектная стадия) – системный анализ.

Исследование и анализ существующей ИС, определение требований к создаваемой ЭИС, оформление технико-экономического обоснования (ТЭО) и технического задания (ТЗ) на разработку ЭИС.

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 ЭИС.

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 ЭИС, обучение персонала, поэтапное внедрение ЭИС в эксплуатацию по подразделениям экономического объекта, оформление акта о приемо-сдаточных испытаниях ЭИС.

5. Эксплуатация ЭИС (сопровождение, модернизация). Сбор рекламаций и статистики о функционировании ЭИС, исправление ошибок и недоработок, оформление требований к модернизации ЭИС и её выполнение (повторение стадий 2-5).

Часто второй и третий этапы объединяют в одну стадию, называемую техно-рабочим проектированием или системным синтезом. На рисунке представлена обобщенная блок-схема жизненного цикла ЭИС. Рассмотрим основное содержание стадий и этапов на представленной схеме.

Системный анализ.

Основные цели процесса:

· сформулировать потребность в новой ЭИС (идентифицировать все недостатки существующей ЭИС);

· выбрать направление и определить экономическую целесообразность проектирования ЭИС.

Блок 1 – начало системного анализа ЭИС. Результат этапа – выявление основных недостатков существующей ЭИС, на основе которых формируется блок 2.

Блок 2. Результат этапа – создание технико-экономического обоснования проекта.

Блок 3 – осуществляется на основе выбора программно-технических средств. Результат этапа – ТЗ на проект, в котором отражаются технические условия и требования к ЭИС, а также ограничения на ресурсы проектирования.

Рисунок – Обобщенная технологическая схема ЖЦ ЭИС

Системный синтез.

Этот процесс предполагает:

· разработать функциональную архитектуру ЭИС, которая отражает структуру выполняемых функций;

· разработать системную архитектуру выбранного варианта ЭИС, то есть состав обеспечивающих подсистем;

· выполнить реализацию проекта.

Блок 4 – этап по составлению функциональной архитектуры (совокупность функциональных подсистем и связей между ними), наиболее значим с точки зрения качества всей последующей разработки.

Блок 5 – Построение системной архитектуры (СА) на основе ФА предполагает:

· выделение элементов и модулей информационного, технического, программного обеспечения и других обеспечивающих подсистем,

· определение связей по информации и управлению между выделенными элементами

· разработку технологии обработки информации.

Блок 6 – физическое проектирование системы – разработка инструкций пользователям и программ, создание информационного обеспечения, включая наполнение баз данных.

Блоки 7-10 – внедрение разработанного проекта(опытное и промышленное).

Блок 7 – этап опытного внедрения – проверка работоспособности элементов и модулей проекта, устранении ошибок на уровне элементов и связей между ними.

Блок 9 – этап сдачи в промышленную эксплуатацию – организация проверки проекта на уровне функций и контроля соответствия его требованиям, сформулированным на стадии системного анализа.

Блоки 11-12 – эксплуатация и сопровождение проекта–выполняются этапы эксплуатации проекта системы и модернизации проекта ЭИС.

Рассмотренная схема жизненного цикла ЭИС условно включает в свой состав только основные процессы, реальный набор которых и их разбиение на этапы и технологические операции в значительной степени зависят от выбираемой технологии проектирования.

Характерные черты жизненного цикла ЭИС:

· повторяемость «системный анализ– разработка – сопровождение – системный анализ».

Это соответствует представлению об ЭИС как о развивающейся, динамической системе. При первом выполнении стадии «Разработка» создается проект ЭИС, а при повторном выполнении осуществляется модификация проекта для поддержания его в актуальном состоянии.

· наличие нескольких циклов внутри схемы.

I (блоки 1–12) – цикл первичного проектирования ЭИС;

II (блоки: 7–8, 6–7) – цикл, который возникает после опытного внедрения, в результате которого выясняются частные ошибки в элементах проекта, исправляемые начиная с 6-го блока.

III (блоки: 9–10, 4–9) – цикл, который 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 связям между ними;

IV 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;

V цикл (блоки: 12, 1–12) – возникает, если проект системы совершенно не соответствует требованиям, предъявляемым к организационно-экономической системе ввиду того, что осуществляется его моральное старение и требуется полное перепроектирование системы.

В технологиях проектирования ЭИС 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 г.) – последовательный переход на следующий этап после завершения предыдущего;

· итерационная модель (70–80-е г.) – с итерационными возвратами на предыдущие этапы после выполнения очеред. этапа;

· спиральная модель (80–90-е годы) – прототипная модель, предполагающая постепенное расширение прототипа ЭИС.

Каскадная модель

Для нее характерна автоматизация отдельных несвязанных задач, не требующая выполнения информационной интеграции и совместимости, программного, технического и организационного сопряжения.

Достоинство – модель оправдывала себя в рамках решения отдельных задач по срокам разработки и надежности.

Недостаток – модель практически нереализуема при применении к сложным проектам вследствие большой длительности процесса проектирования и изменчивости требований.

Итерационная модель

Подход к проектированию «снизу-вверх» с итерационными возвратами, что позволяет проектные решения по отдельным задачам скомплектовать в общие системные решения, при этом пересматриваются ранее сформулированные требования.

Достоинство – возможность создания комплексных ЭИС, в которых увязаны проектные решения, получаемые при реализации отдельных задач.

Недостатки:

· вследствие большого числа итераций, как правило, возникают рассогласования в выполненных проектных решениях и документации.

· запутанность функциональной и системной архитектуры созданной ЭИС, трудность в использовании проектной документации вызывают на стадиях внедрения и эксплуатации сразу необходимость перепроектирования всей системы.

Длительный жизненный цикл разработки ЭИС заканчивается этапом внедрения, за которым начинается жизненный цикл создания новой ЭИС.

Спиральная модель

Подход к организации проектирования ЭИС – «сверху-вниз», когда сначала определяется состав функциональных подсистем, а затем постановка отдельных задач. Т.е.:

1) разработка общесистемных вопросов (организация интегрированной БД; определение технологии сбора, передачи и накопления информации);

2) разработка технологии 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 взаимодействия интерфейсов программных модулей между собой и с базой данных, а на второй план – реализация алгоритмов.

В основе спиральной модели жизненного цикла лежит применение прототипной технологии или RAD-технологии (Rapid Application Development – технологии быстрой разработки приложений – J. Martin. Rapid Application Development. New York: Macmillan, 1991). Согласно этой технологии ЭИС разрабатывается путем расширения программных прототипов, повторяя путь от детализации требований к детализации программного кода.

Достоинства:

· сокращение числа итераций и, как следствие снижение ошибок и несоответствий, которые необходимо исправлять на последующих итерациях;

· ускорение темпов проектирование ЭИС;

· упрощение создания проектной документации.

Для более точного соответствия проектной документации разработанной ЭИС все большее значение придается ведению общесистемного репозитория и использованию CASE-технологий.

Жизненный цикл при использовании RAD-технологии предполагает активное участие на всех этапах разработки конечных пользователей будущей системы и включает четыре основные стадии информационного инжиниринга:

1. Анализ и планирование информационной стратегии.

Пользователи вместе со специалистами разработчиками участвуют в идентификации проблемной области;

2. Проектирование.

Пользователи принимают участие в техническом проектировании под руководством специалистов-разработчиков;

3. Конструирование.

Специалисты-разработчики проектируют рабочую версию ЭИС с использованием языков 4-го поколения;

4. Внедрение. Специалисты-разработчики обучают пользователей работе в среде новой ЭИС.