Выбор методологии проектирования информационной системы. Новая методология проектирования ис

14.05.2019

Тема 2. Методология проектирования ИС

Понятие методологии. 1

Методология разработки ИС.. 1

Выбор методологии создания ИС.. 5

Понятие методологии

Очевидно, что разработка сложных информационных систем (ИС) невозможна без тщательно обдуманного методологического подхода. Как следует из определения методология – это учение о структуре, логической организации, методах и средствах деятельности. Какие этапы необходимо пройти, какие методы и средства использовать, как организовать контроль за продвижением проекта и качеством выполнения работ – на эти и другие вопросы дает ответ методология (Рис. 9).

Рис. 9. Структура методологии

Методология разработки ИС

В настоящее время существует ряд общих методологий разработки ИС.

На настоящий момент специалисты выделяют два подхода и более трех десятков методологий, ориентированных на создание систем комплексной автоматизации или проведения информационных проектов (Рис. 10). В числе наиболее известных методологий можно выделить: Rapid Application Development (RAD), DATARUN, Rational Unified Process (RUP), Oracle Custom Development Method (Oracle CDM) и другие. Такое количество методологий вызвано тем, что для создания различных классов систем используются разные методы их разработки, определяемые типом создаваемой системы и средствами реализации. Перечисленные методологии либо стандартизированы либо воспринимаются в профессиональном сообществе в качестве стандарта "де-факто".

Рис. 10. Подходы к проектированию ИС

Главное во всех этих методологиях – единая дисциплина работы на всех этапах жизненного цикла системы, учет критических задач и контроль их решения, применение развитых инструментальных средств поддержки процессов анализа, проектирования и реализации ИС (Рис. 11).

Рис. 11. Требования к методологии разработки ИС

Очевидно, что решение этих задач – сложная проблема, которая не может быть выполнена интуитивным путем. Поэтому, при решении поставленных задач, в первую очередь, необходимо выбрать методологические основания, в соответствии с которыми будут выполняться работы.

Сегодня в нашей стране недостаточно оценивается роль и значение методологии. Однако, в последнее время наблюдается позитивная тенденция, когда ряд ведущих российских консалтинговых фирм уходят от интуитивных подходов в работе и внедряют либо существующую, либо собственную методологию проекта создания ИС. Можно утверждать, что необходимость методологически обоснованного подхода является объективной и вызвана резким усложнением ИС. Таким образом, возникла насущная необходимость формирования новой методологии построения информационных систем.

– обеспечивать создание корпоративных ИС, отвечающих целям и задачам организации, а также предъявляемым требованиям по автоматизации деловых процессов заказчика;

– гарантировать создание системы с заданным качеством в заданные сроки и в рамках установленного бюджета проекта;

– поддерживать удобную дисциплину сопровождения, модификации и наращивания системы;

– обеспечивать преемственность разработки, т. е. использование в разрабатываемой ИС существующей информационной инфраструктуры организации (задела в области информационных технологий).

Рис. 12. Задачи методологии проектирования ИС

Внедрение методологии должно приводить к снижению сложности процесса создания ИС за счет полного и точного описания этого процесса, а также применения современных методов и технологий создания ИС на всем жизненном цикле ИС - от замысла до реализации.

Проектирование ИС охватывает три основные области:

– проектирование объектов данных, которые будут реализованы в базе данных ;

– проектирование программ, экранных форм, отчетов, которые будут обеспечивать выполнение запросов к данным;

– учет конкретной среды или технологии, а именно: топологии сети, конфигурации аппаратных средств, используемой архитектуры (файл-сервер или клиент-сервер), параллельной обработки, распределенной обработки данных и т. п.

– требуемой функциональности системы и уровня ее адаптивности к изменяющимся условиям функционирования;

– требуемой пропускной способности системы;

– требуемого времени реакции системы на запрос;

– безотказной работы системы;

– необходимого уровня безопасности;

– простоты эксплуатации и поддержки системы.

Согласно современной методологии, процесс создания ИС представляет собой процесс построения и последовательного преобразования ряда согласованных моделей на всех этапах жизненного цикла (ЖЦ) ИС. На каждом этапе ЖЦ создаются специфичные для него модели - организации, требований к ИС, проекта ИС, требований к приложениям и т. д. Модели формируются рабочими группами команды проекта, сохраняются и накапливаются в репозитарии проекта. Создание моделей, их контроль, преобразование и предоставление в коллективное пользование осуществляется с использованием специальных программных инструментов - CASE-средств.

Процесс создания ИС делится на ряд стадий (фаз), ограниченных некоторыми временными рамками и заканчивающихся выпуском конкретного продукта (моделей, программных продуктов, документации и пр.).

Обычно выделяют следующие стадии создания ИС: формирование требований к системе, проектирование, реализация, тестирование, ввод в действие , эксплуатация и сопровождение.

Выбор методологии создания ИС

Очевидно, что от того насколько правильно выбрана методология создания ИС во многом зависит конечный результат проекта. Как показывает опыт ряда консалтинговых проектов, причиной провала зачастую является именно неправильный выбор методологии создания ИС.

Выбор одной из более чем трех десятков методологий и более чем пяти десятков стандартов, поддерживающих эти методологии – задача непростая. Выполнить ее за один шаг – невозможно, поэтому на практике сложился следующий подход к решению этой задачи. Сначала дается формулировка особенностей проекта создания ИС по следующим направлениям: требования к системе; команда разработчиков; риски разработки; коллектив пользователей и тип проекта. Часто этот список дополняют вопросом о наличии отраслевых решений. После того, как выполнено описание специфики проекта и продукта проекта выполняется следующая последовательность шагов, на каждом из которых сокращается список возможных для данного проекта стандартов:

1 шаг. Выбор подхода к созданию ИС. На этом этапе, исходя из учета специфики проекта и, прежде всего, таких его особенностей как коллектив разработчиков и необходимость изменения бизнес-процессов объекта автоматизации принимается решение о том какой из двух существующих подходов более подходит для реализации проекта. В результате появляется решение либо об ориентации на методы структурного подхода, либо на объектно-ориентированного. Выбор подхода сразу значительно сокращает список возможных методологий создания ИС.

2 шаг. Выбор модели жизненного цикла ИС. На этом этапе происходит проверка применимости одной из трех базовых моделей жизненного цикла для конкретного проекта. Целесообразно выполнять эту проверку по методике предложенной Software Engineering Institute (SEI). Выбор модели жизненного цикла и выполненный на предыдущем шаге выбор подхода приводит к сокращению возможных для данного проекта стандартов до единиц.

3 шаг. Выбор стандарта/стандартов для реализации проекта. На этом этапе оставшиеся в рассмотрении стандарты проверяются на применимость с учетом специфики конкретного проекта и принимается окончательное решение о принятии за основу какого-либо из них. Иногда возникает ситуация, когда требуется комбинировать стандарты, создавая тем самым новый – гибридный вариант. Примером такой комбинации служит достаточно часто применяемая в практике отечественных консалтинговых компаний комбинация плана Уайта и ГОСТ 34.601-90. Необходимость такой комбинации вызвана тем, что ГОСТ более проработан в части проектирования ИС и имеет детально описанные требования к документированию проекта, а план Уайта – в части реализации и внедрения типовых проектных решений.

Процесс моделирования предметной области при проектировании ИС может быть реализован в рамках различных методологий, отличающихся подходом к тому, что представляет собой моделируемая область. В соответствии с различными представлениями методологии принято делить на объектные и функциональные (структурные).

Объектные методологии рассматривают моделируемую предметную область как набор взаимодействующих объектов – производственных единиц. Объект определяется как осязаемая реальность – предмет или явление, имеющие четко определяемое поведение. Целью применения данной методологии является выделение объектов, составляющих организацию, и распределение между ними ответственностей за выполняемые действия. Объектно-ориентированная методология описывает предметную область в терминах объектов и связей между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами. Концептуальной основой объектно-ориентированного подхода является объектная модель, которая строится с учетом следующих принципов: абстрагирование; инкапсуляция; модульность; иерархия; типизация; параллелизм; устойчивость. Основными понятиями объектно-ориентированного подхода являются объект и класс. Объект – предмет или явление, имеющее четко определенное поведение и обладающий состоянием, поведением и индивидуальностью. Структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс. Класс – это множество объектов, связанных общностью структуры и поведения. Понятие полиморфизм может быть интерпретировано, как способность класса принадлежать более чем одному типу. Наследование означает построение новых классов на основе существующих с возможностью добавления или переопределения данных и методов.

Важным качеством объектного подхода является согласованность моделей деятельности организации и моделей проектируемой информационной системы от стадии формирования требований до стадии реализации. По объектным моделям может быть прослежено отображение реальных сущностей моделируемой предметной области (организации) в объекты и классы информационной системы. Большинство существующих методов объектно-ориентированного подхода включают язык моделирования и описание процесса моделирования. Процесс – это описание шагов, которые необходимо выполнить при разработке проекта. В качестве языка моделирования объектного подхода используется унифицированный язык моделирования UML, который содержит стандартный набор диаграмм для моделирования.

Диаграмма (Diagram) – это графическое представление множества элементов. Чаще всего она изображается в виде связного графа с вершинами (сущностями) и ребрами (отношениями) и представляет собой некоторую проекцию системы (рис.4).

Объектно-ориентированный подход обладает следующими преимуществами:

Дает возможность создавать модели меньшего размера путем использования общих механизмов, обеспечивающих необходимую экономию выразительных средств;

Позволяет избежать создания сложных моделей;

Ориентирован на человеческое восприятие мира.

Рис.4

К недостаткам объектно-ориентированного подхода относятся высокие затраты, т.к. подход не дает немедленной отдачи. Эффект от его применения сказывается после разработки двух-трех проектов и накопления повторно используемых компонентов. Диаграммы, отражающие специфику объектного подхода, менее наглядны.

Функциональные методологии , наиболее известной из которых является методика IDEF, рассматривают предметную область как набор функций , преобразующий поступающий поток информации в выходной поток. Процесс преобразования информации потребляет определенные ресурсы. Основное отличие от объектной методологии заключается в четком отделении функций от самих данных.

Каждый из подходов обладает своими преимуществами. Объектный подход позволяет построить более устойчивую к изменениям систему, лучше соответствует существующим структурам организации. Функциональное моделирование хорошо показывает себя в тех случаях, когда организационная структура находится в процессе изменения или вообще слабо оформлена. Подход от выполняемых функций интуитивно лучше понимается исполнителями при получении от них информации об их текущей работе.

Функциональная методика IDEF0

Методологию IDEF0 можно считать следующим этапом развития хорошо известного графического языка описания функциональных систем SADT (Structured Analysis and Design Teqnique). Исторически IDEF0 как стандарт был разработан в 1981 году в рамках обширной программы автоматизации промышленных предприятий, которая носила обозначение ICAM (Integrated Computer Aided Manufacturing). Семейство стандартов IDEF унаследовало свое обозначение от названия этой программы, и последняя его редакция была выпущена в декабре 1993 года Национальным Институтом по Стандартам и Технологиям США (NIST). Целью методики является построение функциональной схемы исследуемой системы, описывающей все необходимые процессы с точностью, достаточной для однозначного моделирования деятельности системы. В основе методологии лежат четыре основных понятия: функциональный блок, интерфейсная дуга, декомпозиция, глоссарий.

Функциональный блок (Activity Box) представляет собой некоторую конкретную функцию в рамках рассматриваемой системы. По требованиям стандарта название каждого функционального блока должно быть сформулировано в глагольном наклонении. На диаграмме функциональный блок изображается прямоугольником (рис. 5). Каждая из четырех сторон функционального блока имеет свое определенное значение (роль), при этом:

Верхняя сторона имеет значение «Управление» (Control);

Левая сторона имеет значение «Вход» (Input);

Правая сторона имеет значение «Выход» (Output);

Нижняя сторона имеет значение «Механизм» (Mechanism).

Рис. 5. Функциональный блок

Интерфейсная дуга (Arrow) отображает элемент системы, который обрабатывается функциональным блоком или оказывает иное влияние на функцию , представленную данным функциональным блоком. Интерфейсные дуги часто называют потоками. С помощью интерфейсных дуг отображают различные объекты, в той или иной степени определяющие процессы, происходящие в системе. Такими объектами могут быть элементы реального или потоки данных и информации (документы, данные, инструкции и т.д.). В зависимости от того, к какой из сторон функционального блока подходит данная интерфейсная дуга, она носит название «входящей», «исходящей» или «управляющей».

Необходимо отметить, что любой функциональный блок по требованиям стандарта должен иметь, по крайней мере, одну управляющую интерфейсную дугу и одну исходящую. Т.к. каждый процесс должен происходить по каким-то правилам и должен выдавать некоторый результат, иначе его рассмотрение не имеет никакого смысла. Обязательное наличие управляющих интерфейсных дуг является одним из главных отличий стандарта IDEF0 от других методологий классов DFD (Data Flow Diagram) и WFD (Work Flow Diagram).

Декомпозиция (Decomposition) является основным понятием стандарта IDEF0. Принцип декомпозиции применяется при разбиении сложного процесса на составляющие его функции . При этом уровень детализации процесса определяется непосредственно разработчиком модели. Декомпозиция позволяет постепенно и структурированно представлять модель системы в виде иерархической структуры отдельных диаграмм, что делает ее менее перегруженной и легко усваиваемой. Модель IDEF0 всегда начинается с представления системы как единого целого – одного функционального блока с интерфейсными дугами, простирающимися за пределы рассматриваемой области. Такая диаграмма с одним функциональным блоком называется контекстной диаграммой (рис. 6)

В процессе декомпозиции функциональный блок, который в контекстной диаграмме отображает систему как единое целое, подвергается детализации на другой диаграмме. Получившаяся диаграмма второго уровня содержит функциональные блоки, отображающие главные подфункции функционального блока контекстной диаграммы, и называется дочерней (Child Diagram) по отношению к нему (каждый из функциональных блоков, принадлежащих дочерней диаграмме, соответственно называется дочерним блоком – Child Box).

Рис.6

В свою очередь, функциональный блок – предок называется родительским блоком по отношению к дочерней диаграмме (Parent Box), а диаграмма, к которой он принадлежит – родительской диаграммой (Parent Diagram). Каждая из подфункций дочерней диаграммы может быть далее детализирована путем аналогичной декомпозиции соответствующего ей функционального блока. В каждом случае декомпозиции функционального блока все интерфейсные дуги, входящие в данный блок или исходящие из него, фиксируются на дочерней диаграмме. Этим достигается структурная целостность IDEF0-модели (рис. 7).

Рис.7

Обычно IDEF0-модели несут в себе сложную и концентрированную информацию, и для того, чтобы ограничить их перегруженность и сделать удобочитаемыми, в стандарте приняты соответствующие ограничения сложности. Рекомендуется представлять на диаграмме от трех до шести функциональных блоков, при этом количество подходящих к одному функциональному блоку (выходящих из одного функционального блока) интерфейсных дуг предполагается не более четырех.

Наглядность графического языка IDEF0 делает модель вполне читаемой и для лиц, которые не принимали участия в проекте ее создания, а также эффективной для проведения показов и презентаций. В дальнейшем на базе построенной модели могут быть организованы новые проекты, нацеленные на производство изменений в модели.

Целью методики является построение модели рассматриваемой системы в виде диаграммы потоков данных (Data Flow Diagram – DFD), обеспечивающей правильное описание выходов (отклика системы в виде данных) при заданном воздействии на вход системы (подаче сигналов через внешние интерфейсы). Диаграммы потоков данных являются одним из основных инструментов структурного анализа и проектирования информационных систем, моделирования функциональных требований к проектируемой системе.

При создании диаграммы потоков данных используются четыре основных понятия: потоки данных, процессы (работы) преобразования входных потоков данных в выходные, внешние сущности, накопители данных (хранилища).

Потоки данных являются абстракциями, использующимися для моделирования передачи информации (или физических компонент) из одной части системы в другую. Потоки на диаграммах изображаются именованными стрелками, ориентация которых указывает направление движения информации.

Назначение процесса (работы) состоит в продуцировании выходных потоков из входных в соответствии с действием, задаваемым именем процесса. Имя процесса должно содержать глагол в неопределенной форме с последующим дополнением. Каждый процесс имеет уникальный номер для ссылок на него внутри диаграммы, который может использоваться совместно с номером диаграммы для получения уникального индекса процесса во всей модели.

Хранилище (накопитель) данных позволяет на указанных участках определять данные, которые будут сохраняться в памяти между процессами. Фактически хранилище представляет «срезы» потоков данных во времени. Информация, которую оно содержит, может использоваться в любое время после ее получения, при этом данные могут выбираться в любом порядке. Имя хранилища должно определять его содержимое и быть существительным.

Внешняя сущность представляет собой материальный объект вне контекста системы, являющейся источником или приемником системных данных. Ее имя должно содержать существительное. Предполагается, что объекты, представленные как внешние сущности, не должны участвовать ни в какой обработке (рис. 8).

Рис.8

Кроме основных элементов, в состав DFD входят словари данных и спецификации. Словари данных являются каталогами всех элементов данных, присутствующих в DFD, включая групповые и индивидуальные потоки данных, хранилища и процессы, а также все их атрибуты. Спецификации обработки – описывают DFD-процессы. Фактически спецификации представляют собой алгоритмы описания задач, выполняемых процессами: множество всех спецификаций является полной спецификацией системы.

Процесс построения DFD начинается с создания так называемой основной диаграммы типа «звезда», на которой представлен моделируемый процесс и все внешние сущности, с которыми он взаимодействует. В случае сложного основного процесса он сразу представляется в виде декомпозиции на ряд взаимодействующих процессов. Декомпозиция завершается, когда процесс становится простым, т.е. процесс:

1) имеет два-три входных и выходных потока;

2) может быть описан в виде преобразования входных данных в выходные;

3) может быть описан в виде последовательного алгоритма.

Для простых процессов строится спецификация – формальное описание алгоритма преобразования входных данных в выходные. Спецификация удовлетворяет следующим требованиям: для каждого процесса строится одна спецификация; спецификация однозначно определяет входные и выходные потоки для данного процесса; спецификация не определяет способ преобразования входных потоков в выходные; спецификация ссылается на имеющиеся элементы, не вводя новые; спецификация по возможности использует стандартные подходы и операции .

После построения диаграмма должна быть проверена на полноту и непротиворечивость. Полнота диаграммы обеспечивается, если в системе нет «повисших» процессов, не используемых в процессе преобразования входных потоков в выходные. Непротиворечивость системы обеспечивается выполнением наборов формальных правил о возможных типах процессов: на диаграмме не может быть потока, связывающего две внешние сущности – это взаимодействие удаляется из рассмотрения; ни одна сущность не может непосредственно получать или отдавать информацию в хранилище данных – хранилище данных является пассивным элементом, управляемым с помощью интерфейсного процесса; два хранилища данных не могут непосредственно обмениваться информацией – эти хранилища должны быть объединены.

К преимуществам методики DFD относятся:

Возможность проектирования сверху вниз, что облегчает построение модели «как должно быть»;

Наличие спецификаций процессов нижнего уровня позволяет преодолеть логическую незавершенность функциональной модели и построить полную функциональную спецификацию разрабатываемой системы.

Функциональная методика ERD

Диаграммы «сущность-связь» (ERD) предназначены для разработки моделей данных и обеспечивают стандартный способ определения данных и отношений между ними. Фактически с помощью ERD осуществляется детализация хранилищ данных проектируемой системы, а также документируются сущности системы и способы их взаимодействия, включая идентификацию объектов, важных для предметной области (сущностей), свойств этих объектов (атрибутов) и их отношений с другими объектами (связей).

Сущность представляет собой множество экземпляров реальных или абстрактных объектов (людей, событий, состояний, идей, предметов и т.п.), обладающих общими атрибутами или характеристиками. Любой объект системы может быть представлен только одной сущностью, которая должна быть уникально идентифицирована. При этом имя сущности должно отражать тип или класс объекта, а не его конкретный экземпляр Т.е. сущности представляют собой базовые типы информации, хранимой в базе данных.

Каждый экземпляр сущности должен однозначно идентифицироваться и отличаться от всех других экземпляров данного типа сущности. Сущность должна обладать некоторыми свойствами:

Каждая сущность должна иметь уникальное имя, к одному имени должна применяться только одна интерпретация. Одна и та же интерпретация не может применяться к различным именам, если только они не являются псевдонимами;

Сущность обладает атрибутами, которые принадлежат сущности, либо наследуются через связь;

Сущность обладает атрибутами, которые однозначно идентифицируют каждый экземпляр сущности;

Каждая сущность может обладать любым количеством связей с другими сущностями модели.

Для идентификации требований, в соответствии с которыми сущности вовлекаются в отношения, используются Связи . Каждая связь соединяет сущности, при этом каждый экземпляр одной сущности ассоциирован с произвольным количеством экземпляров второй сущности, и наоборот. Пара значений связей, принадлежащих одному и тому же отношению, определяет тип этого отношения. Практика показала, что для большинства приложений достаточно использовать следующие типы отношений:

1) 1*1 (один-к-одному). Используются, как правило, на верхних уровнях иерархии модели данных.

2) 1*n (один-к-многим). Являются наиболее часто используемыми.

3) n*m (многие-к-многим). Используются на ранних этапах проектирования с целью прояснения ситуации.

В некоторых нотациях отношения именуются. Именование связей осуществляется с помощью грамматического оборота глагола (имеет, определяет и т.п.). Введение подобных отношений преследует две основополагающие цели:

Обеспечение хранения информации в единственном месте (даже если она используется в различных комбинациях);

Использование этой информации различными приложениями.

Рис. 9

Каждая сущность обладает одним или несколькими атрибутами , которые однозначно идентифицируют каждый экземпляр сущности. Атрибут определяет тип характеристик или свойств, ассоциированных с множеством реальных или абстрактных объектов (людей, мест, событий, предметов и т.д.). Экземпляр атрибута – это определенная характеристика отдельного элемента множества. Экземпляр атрибута определяется типом характристики и ее значением – значением атрибута. При этом любой атрибут может быть определен как ключевой.

Детализация сущности осуществляется с использованием диаграмм атрибутов, которые раскрывают ассоциированные сущностью атрибуты. Диаграмма атрибутов состоит из детализируемой сущности, соответствующих атрибутов и доменов, описывающих области значений атрибутов. На диаграмме каждый атрибут представляется в виде связи между сущностью и соответствующим доменом, являющимся графическим представлением множества возможных значений атрибута. Все атрибутные связи имеют значения на своем окончании (рис.9).

Проектированием информационных систем называется многоступенчатый процесс их создания и/или модернизации путём применения упорядоченной совокупности методологий и инструментария. Проектирование (в отличие от моделирования) предполагает работу с пока несуществующим объектом и направлено на создание информационной системы в области:

обработки объектов будущей базы данных,
написания программ (в том числе - отчётных и экранных форм), обеспечивающих выполнение запросов к данным,
выполнения учёта функционирования конкретной среды (технологии).

Если выделять стадию проектирования информационных систем в качестве отдельного этапа, то его можно разместить между этапами анализа и разработки. Однако на практике чёткое разделение на этапы, как правило, затруднено или невозможно, поскольку проектирование, формально начинаясь с определения цели проекта, часто продолжается на стадиях тестирования и реализации.

Цель проектирования информационной системы и связанные понятия

Современные руководители государственных и частных организаций отдают себе отчёт в том, что скорость обработки информации, которая постоянно изменяется и растёт в объёме, – это вопрос выживания компании на рынке и конкурентное преимущество. В общем виде целевые установки проектов по созданию информационных систем сводятся к обеспечению условий, позволяющих эту информацию получать, обрабатывать и использовать путём создания функциональной безотказной системы с достаточным:

уровнем адаптивности к изменяемым условиям,
пропускной способностью,
временем системной реакции на запрос,
уровнем безопасности,
степенью простоты в эксплуатации.

Информационной системой (ИС) называют совокупность информации, содержащейся в базе данных, и технологий (а также технических инструментов), обеспечивающих обработку информации. В данном случае, к технологиям относят и методы обнаружения, сбора, обработки, хранения, распространения информации, и способы, которые позволяют эти методы реализовать. Информационное управление при этом сводится к применению данных методов для контроля за процессами планирования, дизайна, эксплуатации и анализа ИС. В основе технологии проектирования лежит выбранная для конкретной задачи методология как совокупность принципов, выраженная в единой определённой концепции.

Организация проектирования ИС

Организацию проектирования ИС принято разделять на 2 типа:

Каноническое проектирование отражает особенности технологии оригинального (индивидуального) процесса.
Типовое проектирование, для которого характерно типовое проектное решение (ТПР), тиражируется и пригодно к многократному использованию.

Каноническое проектирование отличает отражение ручной технологии проектирования, осуществление на уровне исполнителей, использование инструментария универсальной компьютерной поддержки.

Применяется каноническое проектирование, главным образом, для локальных и относительно небольших ИС с минимальным использованием типовых решений. Адаптация проектных решений происходит только посредством перепрограммирования программных модулей.

Организовывается каноническое проектирование с использованием каскадной модели жизненного цикла. Это предполагает разделение процесса на следующие стадии и этапы:

Предпроектная стадия. Производится предпроектный анализ и составляется техническое задание. То есть, формируются требования к ИС, разрабатывается её концепция, составляется технико-экономическое обоснование и пишется ТЗ.
Проектная стадия предусматривает составление эскизного и технического проектов, разработку рабочей документации.
Послепроектная стадия даёт старт мероприятиям по внедрению ИС, обучению персонала, анализу результатов испытания. Частью этой стадии становится сопровождение ИС и устранение выявленных недостатков.

Этапы, в случае необходимости, можно укрупнять или детализировать – объединять последовательные этапы, исключать «лишние», начинать выполнение очередной стадии до завершения предыдущей.

Метод типового проектирования отличается возможностью декомпозиции проектируемой ИС с разделением на компоненты, в число которых входят программные модули, подсистемы, комплексы задач и др. Для реализации компонентов можно воспользоваться типовыми решениями, которые уже существуют на рынке, и настроить их под нужны конкретной организации. При этом типовое проектирование предполагает обязательное наличие документации, описывающей в деталях ТПР и процедуры настройки.

Декомпозиция может иметь несколько уровней, что позволяет выделить классы ТПР:

элементные – по отдельной задаче (элементу),
подсистемные – по отдельным подсистемам,
объектные – отраслевые типовые проектные решения, содержащие весь набор подсистем.

Возможность реализации модульного подхода считается достоинством элементных ТПР. Однако в случае несовместимости разных элементов процесс их объединение приводит к увеличению затрат. Подсистемные ТПР, помимо реализации модульного подхода, дают возможность провести параметрическую настройку на объекты разных уровней управления. Проблемы с объединением возникают в случае привлечения продукта нескольких разных производителей ПО. Кроме того, адаптивность ТПР с позиций непрерывного реинжиниринга процессов считается недостаточной. Объектные ТПР, по сравнению с предыдущими классами, отличаются большим количеством достоинств:

масштабируемостью, что делает возможным применение конфигураций ИС для разного числа рабочих мест,
методологическим единством компонентов,
совместимостью компонентов ИС,
открытостью архитектуры – возможностью развёртывать проектные решения на платформах различного типа,
конфигурируемостью – возможностью применения нужного подмножества компонентов ИС.

В ходе реализации типового проектирования применяются параметрически-ориентированный и модельно-ориентированный подходы.

Основные методологии проектирования ИС

Специфические особенности процесса проектирования позволяют выделять методологии, построенные на разных принципах. Среди основных современных методологий проектирования ИС называют следующие:

SADT . Методология функционального моделирования работ, которая основана на структурном анализе и графическом представлении организации как системы функций. Тут выделяется функциональная, информационная и динамическая модели. В настоящее время методология известна как нотация (стандарт) IDEF0. Анализируемый процесс графически представляется в виде четырёхугольника, где сверху изображаются регламентирующие и управляющие воздействия, снизу – объекты управления, слева – входные данные, а справа – выходные.
RAD . Методология быстрой разработки приложений. В RAD быстрая разработка приложений возможна за счёт применения компонентно-ориентированного конструирования. Методология применяется на проектах с ограниченным бюджетом, нечёткими требованиями к ИС, при сжатых сроках реализации. К ней прибегают, если пользовательский интерфейс можно продемонстрировать в прототипе, а проект разделить на функциональные элементы.
RUP . В методологии RUP реализуются итерационный и наращиваемый (инкрементный) подходы. Построение системы происходит на базе архитектуры информационной системы, а планирование и проектное управление – на базе функциональных требований к ИС. Разработка общей информационной системы происходит итерациями, как комплекс отдельных небольших проектов со своими планами и задачами. Для итерационного цикла характерна периодическая обратная связь и адаптация к ядру ИС.

Существуют несколько классификаций методологий: по использованию ТПР, по применению средств автоматизации и др. Например, по степени адаптивности выделяются реконструкции (когда происходит перепрограммирование модулей), параметризации (когда изменение параметров влечёт за собой генерацию проектного решения), реструктуризации (когда изменение модели проблемной области сопровождается автоматическим генерированием проектного решения).

Согласно статистическим данным, собранным Standish Group (США), из 8380 проектов, обследованных в США в 1994 году, неудачными оказались более 30% проектов, общая стоимость которых превышала 80 миллиардов долларов. При этом оказались выполненными в срок лишь 16% от общего числа проектов, а перерасход средств составил 189% от запланированного бюджета. В то же время, заказчики ИС стали выдвигать все больше требований, направленных на обеспечение возможности комплексного использования корпоративных данных в управлении и планировании своей деятельности. Таким образом, возникла насущная необходимость формирования новой методологии построения информационных систем.

Цель такой методологии заключается в регламентации процесса проектирования ИС и обеспечении управления этим процессом с тем, чтобы гарантировать выполнение требований как к самой ИС, так и к характеристикам процесса разработки. Основными задачами, решению которых должна способствовать методология проектирования корпоративных ИС, являются следующие: обеспечивать создание корпоративных ИС, отвечающих целям и задачам организации, а также предъявляемым требованиям по автоматизации деловых процессов заказчика; гарантировать создание системы с заданным качеством в заданные сроки и в рамках установленного бюджета проекта; поддерживать удобную дисциплину сопровождения, модификации и наращивания системы; обеспечивать преемственность разработки, т.е. использование в разрабатываемой ИС существующей информационной инфраструктуры организации (задела в области информационных технологий).

Проектирование ИС охватывает три основные области: проектирование объектов данных, которые будут реализованы в базе данных; проектирование программ, экранных форм, отчетов, которые будут обеспечивать выполнение запросов к данным; учет конкретной среды или технологии, а именно: топологии сети, конфигурации аппаратных средств, используемой архитектуры (файл-сервер или клиент- сервер), параллельной обработки, распределенной обработки данных и т.п.

Проектирование информационных систем всегда начинается с определения цели проекта. В общем виде цель проекта можно определить как решение ряда взаимосвязанных задач, включающих в себя обеспечение на момент запуска системы и в течение всего времени ее эксплуатации: требуемой функциональности системы и уровня ее адаптивности к изменяющимся условиям функционирования; требуемой пропускной способности системы; требуемого времени реакции системы на запрос; безотказной работы системы; необходимого уровня безопасности; простоты эксплуатации и поддержки системы.

Процесс создания ИС делится на ряд этапов, ограниченных некоторыми временными рамками и заканчивающихся выпуском конкретного продукта (моделей, программных продуктов, документации и пр.). Обычно выделяют следующие этапы создания ИС: формирование требований к системе, проектирование, реализация, тестирование, ввод в действие, эксплуатация, сопровождение.

Начальным этапом процесса создания ИС является моделирование бизнес-процессов, протекающих в организации и реализующих ее цели и задачи. Модель организации, описанная в терминах бизнес-процессов и бизнес-функций, позволяет сформулировать основные требования к ИС. Это фундаментальное положение методологии обеспечивает объективность в выработке требований к проектированию системы. Множество моделей описания требований к ИС затем преобразуется в систему моделей, описывающих концептуальный проект ИС. Формируются модели архитектуры ИС, требований к программному обеспечению (ПО) и информационному обеспечению (ИО). Затем формируется архитектура ПО и ИО, выделяются корпоративные БД и отдельные приложения, формируются модели требований к приложениям и проводится их разработка, тестирование и интеграция. Целью начальных этапов создания ИС, выполняемых на стадии анализа деятельности организации, является формирование требований к ИС, корректно и точно отражающих цели и задачи организации-заказчика. Чтобы специфицировать процесс создания ИС, отвечающей потребностям организации, нужно выяснить и четко сформулировать, в чем заключаются эти потребности. Для этого необходимо определить требования заказчиков к ИС и отобразить их на языке моделей в требования к разработке проекта ИС так, чтобы обеспечить соответствие целям и задачам организации.

Задача формирования требований к ИС является одной из наиболее ответственных, трудно формализуемых и наиболее дорогих и тяжелых для исправления в случае ошибки. Современные инструментальные средства и программные продукты позволяют достаточно быстро создавать ИС по готовым требованиям. Но зачастую эти системы не удовлетворяют заказчиков, требуют многочисленных доработок, что приводит к резкому удорожанию фактической стоимости ИС. Основной причиной такого положения является неправильное, неточное или неполное определение требований к ИС на этапе анализа.

На этапе проектирования прежде всего формируются модели данных. Проектировщики в качестве исходной информации получают результаты анализа. Построение логической и физической моделей данных является основной частью проектирования базы данных. Полученная в процессе анализа информационная модель сначала преобразуется в логическую, а затем в физическую модель данных. Параллельно с проектированием схемы базы данных выполняется проектирование процессов, чтобы получить спецификации (описания) всех модулей ИС. Оба эти процесса проектирования тесно связаны, поскольку часть бизнес-логики обычно реализуется в базе данных (ограничения, триггеры, хранимые процедуры). Главная цель проектирования процессов заключается в отображении функций, полученных на этапе анализа, в модули информационной системы. При проектировании модулей определяют интерфейсы программ: разметку меню, вид окон, горячие клавиши и связанные с ними вызовы. Конечными продуктами этапа проектирования являются: схема базы данных (на основании ER-модели, разработанной на этапе анализа); набор спецификаций модулей системы (они строятся на базе моделей функций).

Кроме того, на этапе проектирования осуществляется также разработка архитектуры ИС, включающая в себя выбор платформы (платформ) и операционной системы (операционных систем). В неоднородной ИС могут работать несколько компьютеров на разных аппаратных платформах и под управлением различных операционных систем. Кроме выбора платформы, на этапе проектирования определяются следующие характеристики архитектуры: будет ли это архитектура "файл-сервер" или "клиент-сервер"; будет ли это 3-уровневая архитектура со следующими слоями: сервер, ПО промежуточного слоя (сервер приложений), клиентское ПО; будет ли база данных централизованной или распределенной. Если база данных будет распределенной, то какие механизмы поддержки согласованности и актуальности данных будут использоваться; будет ли база данных однородной. Если база данных не будет однородной, то какое ПО будет использовано для обмена данными между СУБД разных производителей (уже существующее или разработанное специально как часть проекта); будут ли для достижения должной производительности использоваться параллельные серверы баз данных (например, Oracle Parallel Server, DB2 UDB и т.п.). Этап проектирования завершается разработкой технического проекта ИС. На этапе реализации осуществляется создание программного обеспечения системы, установка технических средств, разработка эксплуатационной документации.

Этап тестирования обычно оказывается распределенным во времени. После завершения разработки отдельного модуля системы выполняют автономный тест, который преследует две основные цели: обнаружение отказов модуля (жестких сбоев); соответствие модуля спецификации (наличие всех необходимых функций, отсутствие лишних функций). После того как автономный тест успешно пройден, модуль включается в состав разработанной части системы и группа сгенерированных модулей проходит тесты связей, которые должны отследить их взаимное влияние. Далее группа модулей тестируется на надежность работы, то есть проходят, во- первых, тесты имитации отказов системы, во-вторых, тесты наработки на отказ. Первая группа тестов показывает, насколько хорошо система восстанавливается после сбоев программного обеспечения, отказов аппаратного обеспечения. Вторая группа тестов определяет степень устойчивости системы при штатной работе и позволяет оценить время безотказной работы системы. В комплект тестов устойчивости должны входить тесты, имитирующие пиковую нагрузку на систему. Затем весь комплект модулей проходит системный тест - тест внутренней приемки продукта, показывающий уровень его качества. Сюда входят тесты функциональности и тесты надежности системы. Последний тест информационной системы - приемо-сдаточные испытания. Такой тест предусматривает показ информационной системы заказчику и должен содержать группу тестов, моделирующих реальные бизнес-процессы, чтобы показать соответствие реализации требованиям заказчика.

Необходимость контролировать процесс создания ИС, гарантировать достижение целей разработки и соблюдение различных ограничений (бюджетных, временных и пр.) привело к широкому использованию в этой сфере методов и средств программной инженерии: структурного анализа, объектно-ориентированного моделирования, CASE-систем.

Жизненный цикл программного обеспечения ИС ЖЦ ПО ИС это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания ИС и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации. Основным нормативным документом, регламентирующим ЖЦ ПО, является международный стандарт ISO/IEC (ISO Международная организация по стандартизации, IEC Международная комиссия по электротехнике).

Структура ЖЦ ПО по стандарту ISO/IEC базируется на трех группах процессов: основных процессах ЖЦ ПО (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение); вспомогательных процессах, обеспечивающих выполнение основных процессов (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит, решение проблем); организационных процессах (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого ЖЦ, обучение).

Разработка проекта включает в себя все работы по созданию ПО и его компонентов в соответствии с заданными требованиями, включая оформление проектной и эксплуатационной документации, подготовку материалов, необходимых для проверки работоспособности и соответствующего качества программных продуктов, материалов, необходимых для организации обучения персонала, и т.д. В разработку ПО входят, как правило, анализ, проектирование и реализация (программирование).

Управление проектом связано с вопросами планирования и организации работ, создания коллективов разработчиков и контроля над сроками и качеством выполняемых работ. Техническое и организационное обеспечение проекта предусматривает выбор методов и инструментальных средств реализации проекта, определение методов описания промежуточных состояний разработки, разработку методов и средств испытаний ПО, обучение персонала и т.п. Обеспечение качества проекта связано с проблемами верификации, проверки и тестирования ПО. Верификация это процесс определения того, отвечает ли текущее состояние разработки, достигнутое на данном этапе, требованиям этого этапа. Проверка позволяет оценить соответствие параметров разработки исходным требованиям. Тестирование связано с идентификацией различий между действительными и ожидаемыми результатами и оценкой соответствия характеристик ПО исходным требованиям. В процессе реализации проекта важное место отводится вопросам идентификации, описания и контроля конфигурации отдельных компонентов и всей системы в целом.

Эксплуатация содержит работы по внедрению компонентов ПО в эксплуатацию, в том числе конфигурирование базы данных и рабочих мест пользователей, обеспечение эксплуатационной документацией, проведение обучения персонала и т.д., и непосредственно эксплуатацию, в том числе локализацию проблем и устранение причин их возникновения, модификацию ПО в рамках установленного регламента, подготовку предложений по совершенствованию, развитию и модернизации системы.

Управление конфигурацией является одним из вспомогательных процессов, поддерживающих основные процессы жизненного цикла ПО, прежде всего процессы разработки и сопровождения ПО. При создании проектов сложных ИС, состоящих из многих компонентов, каждый из которых может иметь разновидности или версии, возникает проблема учета их связей и функций, создания унифицированной структуры и обеспечения развития всей системы. Управление конфигурацией позволяет организовать, систематически учитывать и контролировать внесение изменений в ПО на всех стадиях ЖЦ. Общие принципы и рекомендации конфигурационного учета, планирования и управления конфигурациями ПО отражены в проекте стандарта ISO

Модели жизненного цикла ПО Стандарт 1SО/1ЕС не предлагает конкретную модель ЖЦ и методы разработки ПО. Под моделью ЖЦ понимается структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач, выполняемых на протяжении ЖЦ. Модель ЖЦ зависит от специфики ИС и специфики условий, в которых последняя создается и функционирует. Его регламенты являются общими для любых моделей ЖЦ, методологий и технологий разработки. Стандарт ISO/IEC описывает структуру процессов ЖЦ ПО, но не конкретизирует в деталях, как реализовать или выполнить действия и задачи, включенные в эти процессы. К настоящему времени наибольшее распространение получили следующие основные модели ЖЦ: каскадная модель; спиральная модель; итерационная модель.

Каскадная модель Каскадная модель, которую иногда называют моделью "водопада" (waterfall model). Каскадная модель была предложена Уинстоном Рейсом в 1970 году В изначально существовавших однородных ИС каждое приложение представляло собой единое целое. Для разработки такого типа приложений применялся каскадный способ. Его основной характеристикой является разбиение всей разработки на этапы, причем переход с одного этапа на следующий происходит только после того, как будет полностью завершена работа на текущем. Каждый этап завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков.

Достоинства каскадной модели: на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности. На заключительных этапах также разрабатывается пользовательская документация, охватывающая все предусмотренные стандартами виды обеспечения информационной системы: организационное, методическое, информационное, программное, аппаратное; выполняемые в логичной последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения и соответствующие затраты.

Недостатки каскадной модели: задержка получения результатов обычно считается главным недостатком каскадной схемы. Данный недостаток проявляется в основном в том, что вследствие последовательного подхода к разработке согласование результатов с заинтересованными сторонами производится только после завершения очередного этапа работ. Поэтому может оказаться, что разрабатываемая информационная система не соответствует требованиям пользователей. Причем такие несоответствия могут возникать на любом этапе разработки искажения могут непреднамеренно вноситься и проектировщиками-аналитиками, и программистами, так как они не обязательно хорошо разбираются в тех предметных областях, для которых производится разработка информационной системы; возврат на предыдущую стадию. Данный недостаток является одним из проявлений предыдущего. Поэтапная и последовательная работа над проектом может быть следствием того, что ошибки, допущенные на более ранних этапах, как правило, обнаруживаются только на следующих стадиях работы над проектом. Поэтому, после того как ошибки проявятся, проект возвращается на предыдущий этап, перерабатывается и снова передается на последующую стадию. Это может служить причиной срыва графика работ; сложность параллельного ведения работ. Сложности параллельного ведения работ связаны с необходимостью постоянного согласования различных частей проекта. Чем сильнее взаимозависимость отдельных частей проекта, тем чаще и тщательнее должна выполняться синхронизация, тем сильнее зависимы друг от друга группы разработчиков. Поэтому преимущества параллельного ведения работ просто теряются; информационная перенасыщенность. Проблема информационной перенасыщенности возникает вследствие сильной зависимости между различными группами разработчиков. Данная проблема заключается в том, что при внесении изменений в одну из частей проекта необходимо оповещать всех разработчиков, которые использовали или могли использовать эту часть в своей работе; сложность управления проектом при использовании каскадной схемы в основном обусловлена строгой последовательностью стадий разработки и наличием сложных взаимосвязей между различными частями проекта. Последовательность разработки проекта приводит к тому, что одни группы разработчиков должны ожидать результатов работы других команд. Поэтому требуется административное вмешательство для того, чтобы согласовать сроки работы и состав передаваемой документации.

Спиральная модель. Для преодоления перечисленных проблем была предложена спиральная модель ЖЦ, делающая упор на начальные этапы ЖЦ: анализ и проектирование. На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии ПО, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка спирали. Таким образом, углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации. Разработка итерациями отражает объективно существующий спиральный цикл создания системы. Неполное завершение работ на каждом этапе позволяет переходить на следующий этап, при этом необязательно ждать полного завершения работы на текущем. При итеративном способе разработки недостающую работу можно будет выполнить на следующей итерации. Главная же задача как можно быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым активизируя процесс уточнения и дополнения требований.

Достоинства спиральной модели: итерационная разработка существенно упрощает внесение изменений в проект при изменении требований заказчика; при использовании спиральной модели отдельные элементы информационной системы интегрируются в единое целое постепенно. При итерационном подходе интеграция производится фактически непрерывно. Поскольку интеграция начинается с меньшего количества элементов, то возникает гораздо меньше проблем при ее проведении (по некоторым оценкам, при использовании каскадной модели разработки интеграция занимает до 40% всех затрат в конце проекта); уменьшение уровня рисков. Данное преимущество является следствием предыдущего, так как риски обнаруживаются именно во время интеграции. Поэтому уровень рисков максимален в начале разработки проекта. По мере продвижения разработки ожидаемый риск уменьшается; итерационная разработка обеспечивает большую гибкость в управлении проектом, давая возможность внесения тактических изменений в разрабатываемое изделие. Например, можно сократить сроки разработки за счет уменьшения функциональности системы или использовать в качестве составных частей системы продукцию сто ронних фирм вместо собственных разработок; спиральная модель позволяет получить более надежную и устойчивую систему. Это связано с тем, что по мере развития системы ошибки и слабые места обнаруживаются и исправляются на каждой итерации.

Недостаток спиральной модели это определение момента перехода на следующий этап. Для решения этой проблемы необходимо ввести временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла ИС. Иначе процесс разработки может превратиться в бесконечное совершенствование уже сделанного. Поэтому завершение итерации должно производиться строго в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. Одним из примеров реализации спиральной модели является метод быстрой разработки приложений RAD (Rapid Application Development),

Естественное развитие каскадной и спиральной моделей привело к их сближению и появлению современного итерационного подхода, который представляет рациональное сочетание этих моделей. Итерационная модель. Создание 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 комплектуются в общие системные решения, и при этом возникает потребность в пересмотре ранее сформулированных требований. Как правило, вследствие большого числа итераций возникают рассогласования в выполненных проектных решениях и документации. Запутанность функциональной и системной архитектуры созданной ИС, трудность в использовании проектной документации вызывают 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. Различные варианты итерационного подхода реализованы в большинстве современных технологий и методов: Rational Unified Process (RUP), Microsoft Solutions Framework (MSF) и Extreme Programming (XP).

RUP предлагает итеративную модель разработки, включающую четыре фазы: начало, исследование, построение и внедрение. Каждая фаза может быть разбита на этапы (итерации), в результате которых выпускается версия для внутреннего или внешнего использования. Прохождение через четыре основные фазы называется циклом разработки, каждый цикл завершается генерацией версии системы. Если после этого работа над проектом не прекращается, то полученный продукт продолжает развиваться и снова минует те же фазы. Суть работы в рамках RUP это создание и сопровождение моделей, а не бумажных документов, поэтому этот процесс привязан к использованию конкретных средств моделирования (UML), также конкретной технологии проектирования и разработки (объектно- ориентированный анализ, объектно-ориентированное программирование).

MSF сходна с RUP, так же включает четыре фазы: анализ, проектирование, разработка, стабилизация, является итерационной, предполагает использование объектно-ориентированного моделирования. MSF в сравнении с RUP в большей степени ориентирована на разработку бизнес- приложений. Экстремальное программирование (ХР) является самым новым среди рассматриваемых методологий, сформировалось в 1996 году. В основе методологии лежит командная работа, эффективная коммуникация между заказчиком и исполнителем в течение всего проекта по разработке ИС, а разработка ведется с использованием последовательно дорабатываемых прототипов.