Проектирование информационных систем

5

Проектирование  информационных систем всегда начинается с определения цели проекта. Основная задача любого успешного проекта  заключается в том, чтобы на момент запуска системы и в течение  всего времени ее эксплуатации можно  было обеспечить:

требуемую функциональность системы и степень адаптации к изменяющимся условиям ее функционирования;

требуемую пропускную способность системы;

требуемое время реакции системы на запрос;

безотказную работу системы в требуемом режиме, иными словами - готовность и доступность системы для обработки запросов пользователей;

простоту  эксплуатации и поддержки системы;

необходимую безопасность.

Производительность  является главным фактором, определяющим эффективность системы. Хорошее  проектное решение служит основой  высокопроизводительной системы.

Проектирование  информационных систем 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.

В реальных условиях проектирование - это поиск способа, который удовлетворяет требованиям функциональности системы средствами имеющихся технологий с учетом заданных ограничений.

К любому проекту предъявляется ряд абсолютных требований, например максимальное время  разработки проекта, максимальные денежные вложения в проект и т.д. Одна из сложностей проектирования состоит в том, что оно не является такой структурированной задачей, как анализ требований к проекту или реализация того или иного проектного решения.

Считается, что сложную систему невозможно описать в принципе. Это, в частности, касается систем управления предприятием. Одним из основных аргументов является изменение условий функционирования системы, например директивное изменение тех или иных потоков информации новым руководством. Еще один аргумент - объемы технического задания, которые для крупного проекта могут составлять сотни страниц, в то время как технический проект может содержать ошибки. Возникает вопрос: а может, лучше вообще не проводить обследования и не делать никакого технического проекта, а писать систему "с чистого листа" в надежде на то, что произойдет некое чудесное совпадение желания заказчика с тем, что написали программисты, а также на то, что все это будет стабильно работать?

Если  разобраться, то так ли уж непредсказуемо развитие системы и действительно ли получить информацию о ней невозможно? Вероятно, представление о системе в целом и о предполагаемых (руководством) путях ее развития можно получить посредством семинаров. После этого разбить сложную систему на более простые компоненты, упростить связи между компонентами, предусмотреть независимость компонентов и описать интерфейсы между ними (чтобы изменение одного компонента автоматически не влекло за собой существенного изменения другого компонента), а также возможности расширения системы и "заглушки" для нереализуемых в той или иной версии системы функций. Исходя из подобных элементарных соображений описание того, что предполагается реализовать в информационной системе, уже не кажется столь нереальным. Можно придерживаться классических подходов к разработке информационных систем, один из которых - схема "водопада" (рис.1) - описан ниже. Кратко будут рассмотрены и некоторые другие подходы к разработке информационных систем, где использование элементов, описанных в схеме "водопада", также допустимо. Какого подхода из описываемых ниже придерживаться (и есть ли смысл придумывать собственный подход) - в какой-то мере дело вкуса и обстоятельств.

Рис.1. Cхема "водопада"

Жизненный цикл программного обеспечения представляет собой модель его создания и использования. Модель отражает его различные состояния, начиная с момента возникновения необходимости в данном ПО и заканчивая моментом его полного выхода из употребления у всех пользователей. Известны следующие модели жизненного цикла:

Каскадная модель. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе.

Поэтапная модель с промежуточным контролем. Разработка ПО ведется итерациями с  циклами обратной связи между  этапами. Межэтапные корректировки позволяют уменьшить трудоемкость процесса разработки по сравнению с каскадной моделью; время жизни каждого из этапов растягивается на весь период разработки.

Спиральная  модель. Особое внимание уделяется  начальным этапам разработки - выработке  стратегии, анализу и проектированию, где реализуемость тех или иных технических решений проверяется и обосновывается посредством создания прототипов (макетирования). Каждый виток спирали предполагает создание некой версии продукта или какого-либо его компонента, при этом уточняются характеристики и цели проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка спирали.

Ниже  мы рассмотрим некоторые схемы разработки проекта.

"Водопад" - схема разработки проекта.

Очень часто проектирование описывают  как отдельный этап разработки проекта между анализом и разработкой. Однако в действительности четкого деления этапов разработки проекта нет - проектирование, как правило, не имеет явно выраженного начала и окончания и часто продолжается на этапах тестирования и реализации. Говоря об этапе тестирования, также следует отметить, что и этап анализа, и этап проектирования содержат элементы работы тестеров, например для получения экспериментального обоснования выбора того или иного решения, а также для оценки критериев качества получаемой системы. На этапе эксплуатации уместен разговор и о сопровождении системы.

Ниже  мы рассмотрим каждый из этапов, подробнее  остановившись на этапе проектирования.

Стратегия.

Определение стратегии предполагает обследование системы. Основная задача обследования - оценка реального объема проекта, его целей и задач, а также получение определений сущностей и функций на высоком уровне.

На этом этапе привлекаются высококвалифицированные  бизнес-аналитики, которые имеют  постоянный доступ к руководству фирмы; этап предполагает тесное взаимодействие с основными пользователями системы и бизнес-экспертами. Основная задача взаимодействия - получить как можно более полную информацию о системе (полное и однозначное понимание требований заказчика) и передать данную информацию в формализованном виде системным аналитикам для последующего проведения этапа анализа. Как правило, информация о системе может быть получена в результате бесед или семинаров с руководством, экспертами и пользователями. Таким образом определяются суть данного бизнеса, перспективы его развития и требования к системе.

По завершении основной стадии обследования системы  технические специалисты формируют  вероятные технические подходы  и приблизительно рассчитывают затраты  на аппаратное обеспечение, закупаемое программное обеспечение и разработку нового программного обеспечения (что, собственно, и предполагается проектом).

Результатом этапа определения стратегии  является документ, где четко сформулировано, что получит заказчик, если согласится финансировать проект; когда он получит готовый продукт (график выполнения работ); сколько это будет стоить (для крупных проектов должен быть составлен график финансирования на разных этапах работ). В документе должны быть отражены не только затраты, но и выгода, например время окупаемости проекта, ожидаемый экономический эффект (если его удается оценить).

В документе  обязательно должны быть описаны:

ограничения, риски, критические факторы, влияющие на успешность проекта, например время  реакции системы на запрос является заданным ограничением, а не желательным фактором;

совокупность  условий, при которых предполагается эксплуатировать будущую систему: архитектура системы, аппаратные и  программные ресурсы, предоставляемые  системе, внешние условия ее функционирования, состав людей и работ, которые обеспечивают бесперебойное функционирование системы;

сроки завершения отдельных этапов, форма  сдачи работ, ресурсы, привлекаемые в процессе разработки проекта, меры по защите информации;

описание  выполняемых системой функций;

будущие требования к системе в случае ее развития, например возможность  работы пользователя с системой с  помощью Интернета и т.п.;

сущности, необходимые для выполнения функций  системы;

интерфейсы  и распределение функций между  человеком и системой;

требования к программным и информационным компонентам ПО, требования к СУБД (если проект предполагается реализовывать для нескольких СУБД, то требования к каждой из них, или общие требования к абстрактной СУБД и список рекомендуемых для данного проекта СУБД, которые удовлетворяют заданным условиям);

что не будет реализовано в рамках проекта.

Выполненная на данном этапе работа позволяет  ответить на вопрос, стоит ли продолжать данный проект и какие требования заказчика могут быть удовлетворены  при тех или иных условиях. Может оказаться, что проект продолжать не имеет смысла, например из-за того, что те или иные требования не могут быть удовлетворены по каким-то объективным причинам. Если принимается решение о продолжении проекта, то для проведения следующего этапа анализа уже имеются представление об объеме проекта и смета затрат.

Следует отметить, что и на этапе выбора стратегии, и на этапе анализа, и  при проектировании независимо от метода, применяемого при разработке проекта, всегда следует классифицировать планируемые функции системы по степени важности. Один из возможных форматов представления такой классификации - MoSCoW - предложен в Clegg, Dai and Richard Barker, Case Method Fast-track: A RAD Approach, Adison-Wesley, 1994.

Эта аббревиатура расшифровывается так: Must have - необходимые функции; Should have - желательные функции; Could have - возможные функции; Won't have - отсутствующие функции.

Функции первой категории обеспечивают критичные  для успешной работы системы возможности.

Реализация  функций второй и третьей категорий ограничивается временными и финансовыми рамками: разрабатываем то, что необходимо, а также максимально возможное в порядке приоритета число функций второй и третьей категорий.

Последняя категория функций особенно важна, поскольку необходимо четко представлять границы проекта и набор функций, которые будут отсутствовать в системе.

В начало. Анализ.

Этап  анализа предполагает подробное  исследование бизнес-процессов (функций, определенных на этапе выбора стратегии) и информации, необходимой для их выполнения (сущностей, их атрибутов и связей (отношений)). На этом этапе создается информационная модель, а на следующем за ним этапе проектирования - модель данных.

Вся информация о системе, собранная на этапе  определения стратегии, формализуется  и уточняется на этапе анализа. Особое внимание следует уделить полноте переданной информации, анализу информации на предмет отсутствия противоречий, а также поиску неиспользуемой вообще или дублирующейся информации. Как правило, заказчик не сразу формирует требования к системе в целом, а формулирует требования к отдельным ее компонентам. Уделите внимание согласованности этих компонентов.

Аналитики собирают и фиксируют информацию в двух взаимосвязанных формах:

функции - информация о событиях и процессах, которые происходят в бизнесе;

сущности - информация о вещах, имеющих значение для организации и о которых  что-то известно.

Двумя классическими результатами анализа  являются:

иерархия  функций, которая разбивает процесс  обработки на составные части (что  делается и из чего это состоит);

модель "сущность-связь" (Entry Relationship model, ER-модель), которая описывает  сущности, их атрибуты и связи (отношения) между ними.

Эти результаты являются необходимыми, но не достаточными. К  достаточным результатам следует  отнести диаграммы потоков данных и диаграммы жизненных циклов сущностей. Довольно часто ошибки анализа возникают при попытке показать жизненный цикл сущности на диаграмме ER.

Ниже мы рассмотрим три наиболее часто применяемые  методологии структурного анализа:

диаграммы "сущность-связь" (Entity-Relationship Diagrams, ERD), которые служат для формализации информации о сущностях и их отношениях;

диаграммы потоков  данных (Data Flow Diagrams, DFD), которые служат для формализации представления  функций системы;

диаграммы переходов состояний (State Transition Diagrams, STD), которые отражают поведение системы, зависящее от времени; диаграммы жизненных циклов сущностей относятся именно к этому классу диаграмм.

Методы проектирования информационных систем

Индустрия разработки автоматизированных информационных систем управления родилась в 50-х - 60-х годах и к концу века приобрела вполне законченные формы. Материалы данного руководства являются обобщением цикла лекций по Автоматизированным Банковским Системам (АБС) и Автоматизированным системам управления конструкторско-технологическим проектированием (АСУ КТП), читаемым в МГТУ им. Н.Э. Баумана. Не смотря на имеющиеся различия в реализации функциональных модулей данных систем, общие подходы к их разработки во многом схожи, что позволило нам объединить вопросы их проектирования в рамках одного издания.

На рынке  автоматизированных систем для крупных  корпораций и финансово-промышленных групп на сегодня можно выделить два основных субъекта: это ранок  автоматизированных банковских систем (АБС) и рынок корпоративных информационных систем промышленных предприятий. Не смотря на сильную взаимосвязь этих двух рынков систем автоматизации, предлагаемые на них решения пока еще не достаточно интегрированы между собой, чего следует ожидать в недалеком будущем.

В дальнейшем под Автоматизированной Банковской Системой (АБС) будем понимать комплекс аппаратно-программных средств реализующих мультивалютную информационную систему, обеспечивающую современные финансовые и управленческие технологии в режиме реального времени при транзакционной обработке данных.

Под Автоматизированной Информационной Системой промышленного предприятия (АСУ КТП) будем понимать комплекс аппаратно-программных средств реализующих мультикомпонентную информационную систему, обеспечивающую современное управление процессами принятия решений, проектирования, производства и сбыта в режиме реального времени при транзакционной обработке данных.

Как вы видите, оба определения достаточно схожи. На сегодня существования  нескольких методов построения автоматизированных информационных систем (АИС), среди  которых можно выделить следующие:

Метод "снизу-вверх".

Менталитет  российских программистов сформировался  именно в крупных вычислительных центрах (ВЦ), основной целью которых  было не создание тиражируемых продуктов, а обслуживание сотрудников конкретного  учреждения. Этот подход во многом сохранялся и при автоматизации и сегодня. В условиях постоянно изменяющихся законодательства, правил ведения производственной, финансово-хозяйственной деятельности и бухгалтерского учета руководителю удобно иметь рядом посредника между спущенной сверху новой инструкцией и компьютером. С другой стороны, программистов, зараженных "вирусом самодеятельности", оказалось предостаточно, тем более что за такую работу предлагалось вполне приличное вознаграждение.