Принципи проектування інформаційних систем

В даний час інформаційна індустрія стала новою галуззю технологій, що приносить користувачам велику вигоду. Тому у сучасних умовах керівник організації повинен володіти знаннями методичних основ створення ІС. Знання методичних основ створення і використання ІC тісно пов’язано з розвитком і вдосконаленням управлінських процесів.

Основоположником кібернетики (науки про системи і методи управління) є Норберт Вінер (США). Праці його послідовників стали фундаментом теорії автоматичного управління. Це наука про загальні закони отримання, зберігання, передачі і перетворення інформації в складних системах управління. Застосування комп’ютерної техніки для вирішення задач управління привело до розвитку теорії інформації, теорії кодування, сформувався самостійний науковий напрям інформатика. Результати цих наукових досліджень полягли в основу розробки методології застосування технічних і програмних засобів для вирішення задач різної практичної спрямованості.

Економічні об'єкти почали розглядатися як складні системи, а управління ними ототожнюватися з інформаційним процесом. Інтенсивний розвиток можливостей комп’ютерної техніки і сфери її застосування привів до створення в економічних об'єктах людино-машинних ІС. Призначенням ІС став не тільки інформаційний супровід виробничих і господарських процесів, вирішення функціональних задач управління усередині організації, але і інформаційна взаємодія між різними зв’язаними між собою організаціями у виробничому, господарському та інформаційному аспектах.

Основоположником єдиних методичних підходів в проектуванні ІС був академік В. М. Глушков, який сформулював науково-методичні положення і практичні рекомендації по створенню автоматизованої інформаційної системи. Основними принципами єдиних методичних підходів є[9]:

1. Принцип системності, який є найважливішим при створенні, функціонуванні і розвитку ІС. Він розглядає досліджуваний економічний об'єкт, як єдине ціле. При цьому, встановлює напрями виробничо-господарської діяльності організації і конкретні функції, що реалізуються нею; виявляє різноманітні типи зв’язків між його структурними елементами забезпечуючи цілісність системи. Принцип системності припускає проведення в організації двох аспектного аналізу, а саме макроі мікроаналізу. При макроаналізі система і (або) її' елементи розглядаються як частина системи вищого порядку. Особлива увага приділяється інформаційним зв’язкам: встановлюються їх напрями руху, виділяються і аналізуються ті зв’язки, які обумовлені метою функціонування і дослідження об'єкту, а потім вибираються найбільш переважні, що враховуються в процесі проектування ІС. При мікроаналізі вивчаються всі аспекти діяльності організації, аналізуються її структурні складові (включаючи діяльність на кожному робочому місці) з метою їх функціональних характеристик, що виявляються через зв’язки з іншими елементами і зовнішнім середовищем.

При проектуванні ІС для організаційної структури управління економічним об'єктом найбільш характерна багаторівнева, ієрархічна структура. Ієрархічна структура для кожного рівня системи дає можливість різних поєднань локальних критеріїв оптимальності з глобальним критерієм оптимальності функціонування системи в цілому; забезпечує відносну гнучкість системи управління і можливість пристосовуватися до умов, що змінюються; підвищує надійність за рахунок можливості введення елементної надмірності, впорядкування напрямів потоків інформації. Переваги ієрархічних структур сприяли їх широкому розповсюдженню в системах управління і визначали організаційно — функціональний підхід до створення ІС. Накопичений при цьому досвід зробив вплив на сучасний процесний підхід при проектування ІС.

Практичне значення застосування системного принципу полягає в тому, що він дозволяє в доступній для аналізу формі не тільки виявити що цікавить творців системи, але і використовувати комп’ютерне моделювання для дослідження поведінки проектованої системи в конкретних, заданих експериментатором умовах. Тому в основі створення ІС лежить метод моделювання, що дозволяє знаходити найбільш прийнятні і обгрунтовані проектні рішення, варіанти побудови системи і тим самим забезпечувати найбільшу ефективність функціонування економічного об'єкту.

• 2. Принцип розвитку, який полягає в тому, що ІС створюється з урахуванням можливості постійного поповнення і оновлення функцій системи і видів її забезпечення. Його суть в тому, що розвиваються виробничі і управлінські процеси, ускладнюються і перебудовуються організаційні структури економічних об'єктів — це викликає необхідність нарощування обчислювальних потужностей ІС, оснащення їх новими технічними і програмними засобами для постійного поповнення і оновлення вирішуваних завдань, розширення інформаційного фонду, що створюється у вигляді баз і сховищ даних, баз знань.
• 3. Принцип інформаційний, який направлений на детальне і всебічне вивчення інформації і інформаційних процесів, що супроводжують процеси управління в економічному об'єкті. Інформація вивчається в семантичному (змістовному), синтаксичному (знаковому) і прагматичному (корисному) аспектах. Крім цього, вивчення інформації необхідне для проектування автоматизованих робочих місць, систем передачі, зберігання і обробки даних, захисту інформації, де основними є знання об'ємів, змісту, і корисності відомостей.

В теперішній час на інформаційному підході грунтується об'єктноорієнтований метод моделювання інформаційних процесів і автоматизації проектувальних робіт для аналізу управлінських процесів і проектування інформаційних електронних потоків.

4. Принцип сумісності, який полягає в забезпеченні взаємодії ІС різних видів, призначень, рівнів в процесі функціонування економічного об'єкту. Тому в процесі проектування повинна бути забезпечена системна єдність методичних підходів у вирішенні проблем інформаційної, технічної, програмної сумісності всіх ІС, що використовуються. Єдність методичних підходів відбивається в нормативно-правових документах, що регламентують процес розробки, документування, приймання і експлуатації ІС. Це міжнародні і вітчизняні стандарти (ДСТУ), галузеві і відомчі нормативні матеріали, регламенти, протоколи, стандарти організацій.

Широко використовуються стандарти, що регламентують мовні засоби інформаційної обробки, комунікаційні технології і організацію обчислень, між об'єктна взаємодія і тому подібне.

• 5. Принцип стандартизації і уніфікації, якийполягає в необхідності застосування типових, уніфікованих і стандартизованих елементів функціонування ІС. Це перш за все відноситься до складових інформаційного, технічного, програмного і інших забезпечувальних підсистем IT. Цей принцип дозволяє скоротити тимчасові, трудові і вартісні витрати на створення ІС при максимально можливому використанні накопиченого досвіду у формуванні проектних рішень і впровадженні автоматизації проектувальних робіт, забезпечує багатоаспектну взаємодію ІС.
• 6. Принцип декомпозиції, який заснований на розділенні системи на частини і виділенні окремих комплексів робіт, що створює умови для ефективнішого аналізу існуючого стану управлінської діяльності, вивчення особливостей вирішення функціональних завдань для подальшого моделювання конкретних аспектів управлінської діяльності і перекладу їх на автоматизовану технологію. Принцип використовується як при вивченні особливостей властивостей елементів і системи в цілому, так і при створенні ІС на новій інформаційно-технологічній базі.
• 7. Принцип ефективності, який полягає в досягненні раціонального співвідношення між витратами на створення ІС і цільовим ефектом, що отримується при її функціонуванні.

Опис життєвого циклу інформаційної системи передбачає оперування такими поняттями:

• — процес — ланцюжок робіт, що послідовно виконуються;
• — етапи — послідовні відрізки часу, упродовж якого виконуються роботи. Протягом етапу можуть виконуватися роботи, що належать до різних процесів. В основі діяльності із створення й використання автоматизованої інформаційної системи управління економічним об'єктом лежить поняття її життєвого циклу (ЖЦ). Життєвий цикле моделлю створення і використання, автоматизованої інформаційної системи управління економічним об'єктом, що відображає різні її стани, починаючи з моменту виникнення та необхідності в неї і закінчуючи моментом повного виходу з використання всіх, без винятку, користувачів [4].

Традиційно виділяють такі основні етапи ЖЦ АІС [6]:

• — аналіз вимог;
• — проектування;
• — програмування / впровадження;
• — тестування і налагодження;
• — експлуатація і супровід.

Розгляньмо детальніше основні етапи ЖЦ АІС:

1. Аналіз вимог є першою фазою розробки АІС, на якій вимоги замовника уточнюються, формалізуються і документуються. Фактично на цьому етапі дається відповідь на питання: «Що повинна робити майбутня система?», а це є успіхом всього проекту. У практиці створення великих систем відомо чимало прикладів невдалої реалізації проекту саме через неповноту і нечіткість визначення системних вимог.

Перелік вимог до АІС повинен включати:

• 1) сукупність умов, за яких передбачається експлуатувати майбутню систему (апаратні й програмні ресурси, що надаються системі; зовнішні умови її функціонування; склад працівників і робіт, що мають до неї відношення);
• 2) опис функцій, що їх має виконувати система;
• 3) обмеження в процесі розробки (директивні терміни завершення окремих етапів, наявні ресурси, організаційні процедури і заходи, що забезпечують захист інформації).

Метою аналізу є перетворення загальних, нечітких знань про вимоги до майбутньої системи в точні (по можливості) визначення.

Результатом етапу повинна бути модель вимог до системи (іншими словами — системний проект), що визначає:

• 1) архітектуру системи, її функції, зовнішні умови, поділ функцій між апаратною і програмною частинами;
• 2) інтерфейси і поділ функцій між людиною і системою;
• 3) вимоги до програмних та інформаційних компонентів програмної частини: необхідні апаратні ресурси, вимоги до бази даних, фізичні характеристики компонент програмної частини, їх інтерфейси.

Модель вимог повинна включати;

• 1) повну функціональну модель вимог до майбутньої системи з глибиною опрацювання до рівня кожної операції кожної посадової особи;
• 2) специфікації операцій нижнього рівня;
• 3) пакет звітів і документів по функціональній моделі, що включає характеристику об'єкта моделювання, перелік підсистем, вимоги до способів і засобів зв’язку для інформаційного обміну між компонентами, вимоги до характеристик взаємозв'язків системи із суміжними системами, вимоги до функцій системи;
• 4) концептуальну інформаційну модель вимог;
• 5) пакет звітів і документів з інформаційної моделі;
• 6) архітектуру системи з прив’язкою до концептуальної інформаційної моделі;
• 7) пропозиції щодо організації структури для підтримки системи.

Таким чином, модель вимог містить функціональну, інформаційну і, можливо, подійну (у разі, якщо цільова система є системою реального часу) моделі. Це забезпечує ряд переваг порівняно з традиційною моделлю, а саме:

• 1) Для традиційної розробки характерним є здійснення початкових етапів кустарними неформалізованими способами. Тому замовники і користувачі уперше можуть побачити систему після того, як вона вже значною мірою реалізована. Природно, ця система відрізнятиметься від тієї, якої вони очікували. Тож далі матимуть місце ще декілька ітерацій її розробки або модифікації, що вимагає додаткових (і значних) витрат грошей і часу. Ключ до розв’язання цієї проблеми і дає модель вимог, що дозволяє:
  • — описати, «побачити» і скоригувати майбутню систему до того, як вона буде реалізована фізично;
  • — зменшити витрати на розробку і впровадження системи;
  • — оцінити розробку за часом і результатами;
  • — досягнути взаєморозуміння між усіма учасниками роботи (замовниками, користувачами, розробниками, програмістами);
  • — поліпшити якість системи, що розробляється, а саме: виконати її функціональну декомпозицію і спроектувати оптимальну структуру інтегрованої бази даних.
• 2) Модель вимог повністю незалежна і відокремлена від конкретних розробників, не вимагає супроводження її творцями і може бути безболісно передана іншим особам. Понад те, якщо з яких-небудь причин підприємство не готове до реалізації системи на основі моделі вимог, вона може бути залишена «на полиці» доти, доки в ній не виникне потреба.
• 3) Модель вимог може бути використана для самостійної розробки або коригування вже реалізованих на її основі програмних засобів силами програмістів відділу автоматизації підприємства.
• 4) Модель вимог може використовуватися для автоматизованого і швидкого навчання нових працівників конкретного напряму діяльності підприємства, оскільки її технологія міститься в моделі.

Етап аналізу вимог є найважливішим серед усіх етапів ЖЦ. Він істотно впливає на всі подальші етапи, залишаючись водночас найменш вивченим і зрозумілим процесом. На цьому етапі, по-перше, потрібно зрозуміти, що саме треба зробити, а по-друге, задокументувати це, бо якщо вимоги не зафіксовані і не зроблені доступними для учасників проекту, то вони начебто й не існують. При цьому мова, якою формулюються вимоги, повинна бути досить простою і зрозумілою замовникові.

• 2. Розробка технічного завдання виконується після побудови моделі, яка містить вимоги до майбутньої системи. На її основі розробляється технічне завдання зі створення системи, що включає в себе:
  • — вимоги до автоматизованих робочих місць, їхніх складу і структури, а також до способів і схем інформаційної взаємодії між ними;
  • — розробку вимог до технічних засобів;
  • — визначення вимог до програмних засобів;
  • — розробку топології, складу і структури локальної обчислювальної мережі;
  • — вимоги до етапів і термінів виконання робіт.
• 3. Проектування. Цей етап дає відповідь на питання: «Як (яким чином) система задовольнятиме вимоги, що ставляться до неї? Завданням цього етапу

Є дослідження структури системи 1 логічних взаємозв'язків елементів, причому тут не зачіпаються питання, пов’язані з реалізацією на конкретній платформі. Проектування розглядається як ітераційний процес отримання логічної моделі системи разом зі строго сформульованими цілями, поставленими перед нею, а також написання специфікацій фізичної системи, що задовольняє ці вимоги. Цей етап звичайно поділяють на два підетапи:

• — проектування архітектури системи, що включає розробку структури та інтерфейсів компонентів, узгодження функцій і технічних вимог до компонентів, методів і стандартів проектування;
• — детальне проектування, яке передбачає розробку специфікацій кожного компонента, інтерфейсів між компонентами, розробку вимог до тестів і плану інтеграції компонентів.

Іншими словами, проектування є етапом ЖЦ, на якому визначається, як слід реалізовувати вимоги до ЛІС, що породжені й зафіксовані на етапі аналізу. В результаті повинна бути побудована модель реалізації, яка демонструє, як система задовольнятиме пред’явлені до неї вимоги (без технічних подробиць). Фактично модель реалізації є розвитком і уточненням моделі вимог, а саме проектування є мостом між аналізом і реалізацією.

• 4. Реалізація (програмування / адаптація). На цьому етапі здійснюється створення ЛІС, як комплексу програмно-апаратних засобів (починаючи з проектування і створення телекомунікаційної інфраструктури і завершуючи розробкою та інсталяцією додатків).
• 5. Тестування і налагодження. Коректність АІС є її найважливішою властивістю та головним предметом турботи розробників. У ідеальному випадку під коректністю 1C мають на увазі відсутність у ній помилок. Однак для більшості складних програмних продуктів досягти цього неможливо (у кожній програмі міститься хоча б одна помилка). Тому під «коректним» зазвичай розуміють програмний продукт, що працює відповідно до пред’явлених до нього вимог, іншими словами — продукт, для якого поки ще не знайдені такі умови, в яких він виявиться непрацездатним.

Встановлення коректності є головною метою етапу життєвого циклу, що розглядається. Треба зазначити, що етап тестування і налагодження — один із найбільш трудомістких, стомлюючих і непередбачуваних етапів розробки ІС. У середньому за розробки традиційними методами цей етап займає від ½ до 1/3 всього часу розробки. З іншого боку, тестування і налагодження являють собою серйозну проблему: у деяких випадках тестування і налагодження програми вимагають в декілька разів більше часу, ніж безпосередньо програмування.

Тестування — це набір процедур і дій, призначених для демонстрації коректної роботи ІС у заданих режимах і зовнішніх умовах. Мета тестування — виявити наявність помилок або переконливо продемонструвати їх відсутність, що можливо лише в окремих тривіальних випадках. Важливо розрізнювати тестування і супутнє поняття «налагодження». Налагодження — це набір процедур і дій, що починаються з виявлення самого факту наявності помилки і закінчуються встановленням точного місця, характеру цієї помилки і способів її усунення.

Найважливішим і найчастіше застосовуваним на практиці є метод детермінованого тестування. При цьому як еталони тестів використовуються конкретні початкові дані, що складаються з взаємопов'язаних вхідних і результуючих величин і правильних послідовностей іх опрацювання. У процесі тестування із заданими початковими величинами треба встановити відповідність результатів їх опрацювання еталонним величинам.

Для складних систем потрібна велика кількість тестів, і виникає проблема оцінки їх необхідної кількості й використання методів їх скорочення. Тому тестування (як і будь-який інший вид діяльності) доцільно планувати. План тестування повинен містити:

• 1) формулювання цілей тестування;
• 2) критерії якості тестування, що дозволяють оцінити його результати;
• 3) стратегію проведення тестування, що забезпечує досягнення заданих критеріїв якості;
• 4) потреби в ресурсах для досягнення заданого критерію якості за обраної стратегії.

Існують системи автоматизація тестування і налагодження (САТН). Вони являють собою складний комплекс алгоритмічних і програмних засобів, призначених для автоматизації аналізу АІС, тестування, налагодження й оцінок її якості, і дозволяє полегшити модифікацію компонент АІС, забезпечити виявлення помилок на ранніх стадіях налагодження, підвищити процент помилок, що автоматично виявляються.

• 6. Експлуатація і супроводження. Основними завданнями цього етапу є такі:
  • — забезпечення стійкості роботи системи і збереження інформації - адміністрування;
  • — своєчасна модернізація і ремонт окремих елементів — технічна підтримка;
  • — адаптація можливостей системи, що експлуатується, до поточних потреб бізнесу підприємства — розвиток системи.

Ці роботи необхідно включати в оперативний план інформатизації підприємства, який повинен формуватися обов’язково з дотриманням усіх умов стратегічного плану. В іншому випадку в межах існуючої системи можуть з’явитися фрагменти, які в майбутньому зроблять ефективну експлуатацію системи неможливою. Зараз за рубежем стало загальноприйнятим передавати функції технічної підтримки і частково адміністрування постачальникам системи або системним інтеграторам. Ця практика одержала назву «аутсорсинг». Часто в межах аутсорсингу стороннім підприємствам передаються й такі функції, як створення і підтримка резервних сховищ даних і центрів виконання критичних бізнес-додатків, які задіються у разі стихійного лиха або інших особливих умов.

Особливу увагу на етапі експлуатації і супроводу потрібно приділити питанням навчання персоналу і, відповідно, плануванню інвестицій у цей процес.

ЖЦ утворюється відповідно до принципу низхідного проектування і зазвичай має ітераційний характер: реалізовані етапи, починаючи з найперших, циклічно повторюються відповідно до змін вимог і зовнішніх умов, введення обмежень тощо. На кожному етапі ЖЦ породжується певний набір документів і технічних рішень, при цьому для кожного етапу початковими є документи і рішення, отримані на попередньому етапі. Кожний етап завершується верифікацією породжених документів і рішень з метою перевірки відповідності їх вихідним.

Існуючі моделі ЖЦ визначають порядок виконання етапів у ході розробки, а також критерії переходу від етапу до етапу. Відповідно до цього найбільше поширення отримали такі три моделі ЖЩ4]:

1. Каскадна модель (70 — 80-ті роки) передбачає перехід до наступного етапу після повного завершення робіт на попередньому етапі і характеризується чітким поділом даних і процесів їх опрацювання (рис. 2.6).

Рис. 2.6. Каскадна модель життєвого циклу ІС

• 2. Поетапна модель з проміжним контролем (80 — 85-ті роки) — ітераційна модель розробки з циклами зворотного зв’язку між етапами. Перевага такої моделі в тому, що між етапні коригування забезпечують меншу трудомісткість порівняно з каскадною моделлю; з іншого боку, час життя кожного з етапів розтягується на весь період розробки.
• 3. Спіральна модель (86 — 90-ті роки) — загострює увагу на початкових етапах ЖЦ: аналізі вимог, проектуванні специфікацій, попередньому й детальному проектуванні. На цих етапах перевіряється і обгрунтовується реалізованість технічних рішень створенням прототипів. Кожний виток спіралі відповідає поетапній моделі створення фрагмента або версії системи, на ньому уточнюються цілі й характеристики проекту, визначається його якість, плануються роботи наступного витка спіралі. Таким чином поглиблюються і послідовно конкретизуються деталі проекту і в результаті обирається обґрунтований варіант, який доводиться до реалізації (рис. 2.7.).

Рис. 2.7. Спіральна модель життєвого циклу ІС

Фахівці відзначають такі переваги спіральної моделі:

• — накопичення і повторне використання програмних засобів, моделей і прототипів;
• — орієнтація на розвиток і модифікацію системи в ході її проектування;
• — аналіз ризику і витрат у процесі проектування.

При використанні спіральної моделі відбувається накопичення і повторне використання проектних рішень, засобів проектування, моделей і прототипів інформаційної системи та інформаційної технології; здійснюється орієнтація на розвиток і модифікацію системи і технологи в процесі їх проектування; проводиться аналіз ризику та витрат у процесі проектування систем і технологій.

Особливості проектування інформаційної технології. Сучасна інформаційна технологія реалізується в умовах спроектованої інформаційної системи.

Аспекти проектування: технічний (апаратно-комунікаційний комплекс), програмно-математичний (моделі і програми), методичний (сукупність засобів реалізації функцій управління), організаційний (опис документообігу і регламенту дій апарату управління), поопераційний (сукупність технологічних, логічних, арифметичних дій, що реалізуються в автоматичному режимі).