1 Понятие информационной системы. 1 Понятие информационной системы
 Скачать 254.06 Kb.
|
|
Лекция 1. Понятие информационной системы. Классификация ИС. Понятие проекта и проектирования. Введение в методологию построения информационных систем. Объекты и субъекты проектирования ИС. Классификация методов и средств проектирования ИС. Основные задачи курса 1.1. Понятие информационной системы Для определения состава и структуры систем и, в частности, информационных, приведем основные понятия (слайд 2). Система – совокупность взаимосвязанных элементов, образующая определенную целостность. Целостность системы – проявление свойства эмерджентности, отражающего принципиальную несводимость свойств системы к сумме свойств отдельных ее элементов, и в то же время зависимость свойств каждого элемента от его места и функции внутри системы. Элемент системы – часть системы, имеющая определенное функциональное назначение. При этом отдельный элемент какой-либо системы (как и сама система) может также быть элементом другой системы. Сложные элементы систем, в свою очередь состоящие из взаимосвязанных более простых элементов, называют подсистемами. Структура системы – состав, порядок и принципы взаимодействия элементов системы, определяющие основные свойства системы. Структура– это та часть свойств, которая остается в системе неизменной при изменении ее состояния. Архитектура системы – совокупность свойств системы, существенных для организации взаимодействия ее составляющих. Системы значительно отличаются между собой как по составу, так и по целям. Примеры систем, состоящих из разных элементов и направленных на реализацию разных целей, представлены на слайде 3. Информационная система (ИС) – это комплекс, состоящий из информационного фонда, а также средств, методов, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели (слайд 4). Очевидно, многие элементы системы (см. слайд 4) являются необязательными. Например, модель объекта может отсутствовать либо отождествляться с базой данных (БД), которая часто интерпретируется как информационная модель предметной области - структурная (для случая табличных, фактографических БД) или содержательная (для случая документальных БД). Модель объекта и БД могут отсутствовать (а соответственно и процессы хранения и поиска данных), если система осуществляет динамическое преобразование информации и формирование выходных документов, без сохранения исходной, промежуточной, результирующей информации. Но отметим, что если и преобразование данных также отсутствует, то подобный объект не является ИС (он не выполняет информационной деятельности), и следовательно он должен быть отнесен к другим классам систем (например, канал передачи информации и т. п.). Процессы ввода и сбора данных также являются необязательными, поскольку вся необходимая и достаточная для функционирования АИС информация может уже находиться в БД и составе модели, и т. д. Приведенное определение информационной системы связано с привычной, но, тем не менее, особой формой целенаправленной деятельности человека - обработкой информации, обеспечивающей повышение эффективности решения задач его основной деятельности. Понятие «системности» здесь присутствует неявно и отражает существо функциональности: состав и структура ИС определяется, исходя из требований к уровню эффективности обслуживания информационных потребностей, прежде всего в части нахождения и обработки тех записей информационного фонда, которые содержат сведения, нужные для эффективного выполнения и управления процессами в сфере основной деятельности. Таким образом, информационная система имеет следующие свойства (слайд 4):
Информация как основной объект обработки ИС Поскольку основным объектом и продуктом функционирования ИС является информация, необходимо дать определение понятий «данные» и «информация»; Будем считать, что информация – это данные, связанные с контекстом их использования и обладающие свойством действенности в рамках целевых задач. Конструктивность такого определения состоит не столько в том, чтобы декларировать, что контекст есть и его надо использовать (обрабатывать), сколько в том, что система берет данные (сигналы, величины и т.д.) из бесконечно большого множества данных окружающей среды. Следовательно, необходимо выбрать только те, которые соответствуют контексту, т.е. необходимы и достаточны для решения конкретной задачи. Очевидно, что данные в этом случае должны обладать, а точнее (вследствие элементарности (атомарности) того, что называется «данное») должны быть связаны с контекстом, который обычно задается в виде набора отличительных признаков, которые, в свою очередь, также представляют собой некоторый набор данных. Далее для некоторой целевой обработки эти данные обрабатываются прикладной программой (данные связываются с методом обработки, являющимся одной из форм задания контекста) и, в итоге, полученный результат (тоже данные) должен быть связан со способом его использования, что и обеспечит действенность информации для «конечного пользователя» в реальности. Отсюда следует важный вывод, который предопределяет не только отличия ИС от СУБД, но и подходы к проектированию систем автоматизированной обработки информации: ИС, помимо средств преобразования данных, так или иначе, имеет средства хранения и обработки контекста (при этом контекст – это, естественно, тоже данные, но выполняющие роль метаданных – данных о характере обрабатываемых данных), в том числе, как самостоятельного объекта. Если бы назначением информационных систем было только хранение и поиск данных в массивах записей, то структура системы и базы данных была бы простой. Причина сложности в том, что практически любой объект характеризуется не только параметрами-величинами, но и взаимосвязями частей или состояний. Кроме того, как отмечалось выше, сам по себе отдельный элемент данных (величина) приобретает смысл (значение) только тогда, когда связан с природой значения (соответственно, другими элементами данных), что и позволит его интерпретировать. Поэтому физическому размещению данных (и, соответственно, определению структуры физической записи) должно предшествовать описание логической структуры предметной области – построение модели соответствующего фрагмента реального мира, выделяющей только те объекты, которые будут интересны будущим пользователям, и представленные только теми параметрами, которые будут значимы при решении прикладных задач. Такая модель будет иметь очень мало физического сходства с реальностью, но будет полезна как представление пользователя о реальном мире. Причем это представление будет задаваться для неадекватной человеку жесткой вычислительной среды с числовым представлением информации, но описываться удобными для пользователя средствами. Такой подход является компромиссом: за счет предварительно определяемого множества абстракций, общих для большинства задач обработки данных, обеспечивается возможность построения надежных программ обработки. Пользователь, используя ограниченное множество формальных, но достаточно знакомых понятий, выделяя сущности и связи, описывает объекты и связи предметной области; программист, используя такие типовые абстрактные понятия (как, например, числа, множества, агрегаты данных), определяет соответствующие информационные структуры. Система управления данными, используя двоичные формы представления типизированных данных, обеспечивает эффективные процедуры хранения и обработки данных. При любом методе отображения предметной области в машинных базах данных (БД) в основе отображения лежит фиксация (кодирование) понятий и отношений между понятиями. Абстрактное понятие структуры ближе всего находится к так называемой концептуальной модели предметной среды и часто лежит в основе последней. Понятие структуры используется на всех уровнях представления предметной области и реализуется как:
Основные компоненты ИС (слайд 6) Основной и определяющей составляющей любой информационной системы являются функционально взаимосвязанные комплексы данных и процедур их обработки. Отметим, что эти комплексы ни по отдельности, ни вместе еще не создают той целостности, которая свойственна системам. Системные свойства проявляются, когда ИС рассматривается в динамике взаимосвязи со средой, т. е. когда существенными становятся факторы управляемости и адаптивности к изменяющимся внешним условиям, устойчивости во времени. Именно поэтому любая система, помимо функциональных компонент - основных с точки зрения назначения системы, необходимо включает организационные и обеспечивающие компоненты, назначением которых является создание необходимых условий для функционирования, и в том числе формирование субъектов управления. В свою очередь, ИС – это составная часть некоторой большей системы, обеспечивающая достижение какой-либо конкретной цели в деятельности человека. Функциональные подсистемы реализуют и поддерживают модели, методы и алгоритмы обработки информации и формирования управляющих воздействий в рамках задач предметной области, т. е. состав и назначение функциональных подсистем зависит от предметной области особенностей использования ИС. На (слайде 6) перечислены некоторые области, функциональность которых кажется достаточно очевидной. Отметим только, что подсистема информационной поддержки так или иначе есть в составе любой деятельности, так как именно она определяет качество выполнения научно-исследовательских (в том числе маркетинговых) работ, конструкторскую и технологическую подготовку производства. Состав обеспечивающих подсистем достаточно стабилен и обычно мало зависит от предметной области использования ИС. Отметим следующие компоненты:
Организационные подсистемы также относятся к обеспечивающим, но направлены в первую очередь на обеспечение эффективной работы персонала и системы в целом, поэтому могут быть выделены отдельно. Отметим, что разработка ИС должна начинаться именно с организационного обеспечения: обоснования целесообразности системы, экономических показателей, определяющих ее деятельность, состава функциональных подсистем, организационной структуры управления, технологических схем преобразования информации, порядка проведения работ и т. д. 1.2. Классификация информационных систем (слайд 7)Понятие автоматизированной системы тесно связано с эффективностью обработки, в основе которой - специализация компонентов и процессов. Такая «специализированность» обычно обусловлена свойствами обрабатываемых объектов и задачами, предопределенными целями системы. С точки зрения назначения и применения ИС могут классифицироваться по следующим признакам: 1) по характеру использования результатной информации:
2) по области (сфере) применения:
3) по объектам управления:
4) по степени автоматизации процессов обработки:
5) по степени специализированности возможного применения:
Классификации по технологиям обработки информации. Этот аспект является собственно «информационным», где признаки классификации определяются особенностями технологий обработки информации, свойства которой и переносятся на системы. С этой точки зрения информационные системы могут классифицироваться по следующим признакам: 1) По типу хранимой информации можно выделить(исключая мультимедийную информацию) фактографические, документальные, лексикографические ИС. Фактографические системы ориентированы на обработку данных, контекст использования которых предопределен и обычно зафиксирован в схеме данных или в процедурах обработки. Документальные ИС подразделяются по уровню представления информации – полнотекстовые (обрабатывающие так называемые «первичные» документы) и библиографическо-реферативные (обрабатывающие «вторичные» документы, отражающие на адресном и содержательном уровне первичный документ). Контекст использования данных в документальных ИС может быть иным, чем тот, который был определен при её создании. Лексикографические – это классификаторы, кодификаторы, словари основ слов, тезаурусы, рубрикаторы и т. д., которые обычно используются в качестве справочных совместно с документальными или фактографическими БД и позволяют в том числе доопределить контекст данных. 2). По типу модели данных СУБД, используемой для реализации информационной системы, выделяют традиционно три класса: иерархические, сетевые, реляционные. 3). По топологии хранения данных различают локальные и распределенные ИС. 4). По оперативности использования данных можно выделить операционные и справочно-информационные. К последним можно отнести АИС ретроспективной информации (электронные каталоги библиотек, БД статистической информации и т. д.), которые используются для поддержки основной деятельности и обычно не предполагают внесение изменений в уже существующие записи. Операционные ИС предназначены для оперативного отражения состояния и управления объектами и технологическими процессами ПрО. В этом случае данные не только извлекаются из БД, но также изменяются и добавляются, в том числе в результате их использования. 5). По степени доступности информации ИС можно подразделить на общедоступные и те, которые имеют ограничения на доступ пользователей к ресурсам системы. В последнем случае говорят об авторизованном доступе, индивидуально определяющем не только набор данных, но и операции, которые доступны конкретному пользователю. Следует отметить, что представленная классификация не является исчерпывающей: она скорее отражает исторически сложившееся состояние дел в сфере деятельности, связанной с разработкой и применением информационных технологий и систем. Принципы построения эффективных информационных систем Важнейшими принципами построения эффективных информационных систем являются следующие (слайд 8): Принцип интеграции, заключающийся в том, что обрабатываемые данные, однажды введенные в систему, многократно используются для решения большого числа задач. Принцип системности, заключающийся в обработке данных в различных аспектах, чтобы получить информацию, необходимую для принятия решений на всех уровнях управления. Принцип комплексности, заключающийся в механизации и автоматизации процедур преобразования данных на всех этапах функционирования информационной системы. 1.3. Понятие проекта и проектирования Индустрия разработки автоматизированных информационных систем управления зародилась в 1950-х — 1960-х годах и к концу века приобрела вполне законченные формы (слайд 9). На первом этапе основным подходом в проектировании ИС был метод «снизу-вверх» (слайд 10), когда система создавалась как набор приложений наиболее важных в данный момент для поддержки деятельности предприятия. Основной целью этих проектов было не создание тиражируемых продуктов, а обслуживание текущих потребностей конкретного учреждения. Такой подход отчасти сохраняется и сегодня. В рамках «лоскутной автоматизации» достаточно хорошо обеспечивается поддержка отдельных функций, но практически полностью отсутствует стратегия развития комплексной системы автоматизации, а объединение функциональных подсистем превращается в самостоятельную и достаточно сложную проблему. Создавая свои отделы и управления автоматизации, предприятия пытались «обустроиться» своими силами. Однако периодические изменения технологий работы и должностных инструкций, сложности, связанные с разными представлениями пользователей об одних и тех же данных, приводили к непрерывным доработкам программных продуктов для удовлетворения все новых и новых пожеланий отдельных работников. Как следствие — и работа программистов, и создаваемые ИС вызывали недовольство руководителей и пользователей системы. Следующий этап связан с осознанием того факта, что существует потребность в достаточно стандартных программных средствах автоматизации деятельности различных учреждений и предприятий. Из всего спектра проблем разработчики выделили наиболее заметные: автоматизацию ведения бухгалтерского аналитического учета и технологических процессов. Системы начали проектироваться «сверху-вниз», т.е. в предположении, что одна программа должна удовлетворять потребности многих пользователей (слайд 11). Сама идея использования универсальной программы накладывает существенные ограничения на возможности разработчиков по формированию структуры базы данных, экранных форм, по выбору алгоритмов расчета. Заложенные «сверху» жесткие рамки не дают возможности гибко адаптировать систему к специфике деятельности конкретного предприятия: учесть необходимую глубину аналитического и производственно-технологического учета, включить необходимые процедуры обработки данных, обеспечить интерфейс каждого рабочего места с учетом функций и технологии работы конкретного пользователя. Решение этих задач требует серьезных доработок системы. Таким образом, материальные и временные затраты на внедрение системы и ее доводку под требования заказчика обычно значительно превышают запланированные показатели. 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 (слайд 12):
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. По определению Института управления проектами (Project Management Institute, PMI), проект — это временное предприятие, осуществляемое с целью создания уникального продукта или услуги. В любой инженерной дисциплине под проектированием обычно понимается некий унифицированный подход, с помощью которого мы ищем пути решения определенной проблемы, обеспечивая выполнение поставленной задачи. Проектирование - это процесс создания описания, необходимого для построения в заданных условиях еще не существующего объекта. Результатами проектирования являются модели, позволяющие понять структуру будущей системы, сбалансировать требования и наметить схему реализации (слайд 13). В контексте инженерного проектирования можно определить цель проектирования как создание системы, которая:
В другой формулировке цель проектирования — выявление ясной и относительно простой внутренней структуры, называемой архитектурой системы. Проект есть окончательный продукт процесса проектирования. Под проектом ИС понимается проектно-конструкторская и технологическая документация, в которой представлено описание проектных решений по созданию и эксплуатации ИС в конкретной программно-технической среде. Под проектированием ИС понимается процесс преобразования входной информации об объекте, методах и опыте проектирования объектов аналогичного назначения в соответствии с ГОСТом в проект ИС. С этой точки зрения проектирование ИС сводится к последовательной формализации проектных решений на различных стадиях жизненного цикла ИС: планирования и анализа требований, технического и рабочего проектирования, внедрения и эксплуатации ИС (слайд 14). Проектирование ИС охватывает три основные области (слайд 15):
Объектами проектирования ИС являются отдельные элементы или комплексы функциональных и обеспечивающих частей. В соответствии с традиционной декомпозицией функциональными элементами выступают задачи, комплексы задач и функции управления. В составе обеспечивающей части ИС объектами проектирования служат элементы и комплексы информационного, программного, технического и других видов обеспечения системы. В качестве субъекта проектирования ИСвыступают коллективы специалистов, которые осуществляют проектную деятельность, как правило, в составе специализированной (проектной) организации, и организация-заказчик, для которой необходимо разработать ИС. Масштабы разрабатываемых систем определяют состав и количество участников процесса проектирования. При большом объеме и жестких сроках выполнения проектных работ в разработке системы может принимать участие несколько проектных коллективов (организаций-разработчиков). В этом случае выделяется головная организация, которая координирует деятельность всех организаций-исполнителей (слайд 16). 1.4. Технологии проектирования ИС Осуществление проектирования ИС предполагает использование проектировщиками определенной технологии проектирования, соответствующей масштабу и особенностям разрабатываемою проекта. Технология проектирования ИС — это совокупность методологии и средств проектирования ИС, а также методов и средств его организации (управление процессом создания и модернизации проекта ИС) (слайд 17). В основе технологии проектирования лежит технологический процесс, который определяет действия, их последовательность, требуемые состав исполнителей, средства и ресурсы. Технологический процесс проектирования ИС в целом делится па совокупность последовательно-параллельных, связанных и соподчиненных цепочек действий, каждое из которых может иметь свой предмет. Действия, которые выполняются при проектировании ИС, могут быть определены как неделимые технологические операции или как подпроцессы технологических операций. Вес действия делятся на собственно проектировочные, которые формируют или модифицируют результаты проектирования, и оценочные действий которые вырабатывают по установленным критериям оценку результатов проектирования. Таким образом, технология проектирования задается регламентированной последовательностью технологических операций, выполняемых на основе того или иного метода, в результате чего становится ясным, не только что должно быть сделано для создания проекта, но и как, кем и в какой последовательности. Предметом любой выбираемой технологии проектирования должно служить отражение взаимосвязанных процессов проектирования на всех стадиях жизненного цикла ИС. К основным требованиям, предъявляемым к выбираемой технологии проектирования, относятся следующие:
Основу технологии проектирования ИС составляет методология, которая определяет сущность, основные отличительные технологические особенности. Методология проектированияпредполагает наличие некоторой концепции, принципов проектирования, реализуемых набором методов, которые, в свою очередь, должны поддерживаться некоторыми средствами. Методология объединяет концепцию и метод, которые поддерживаются инструментальными средствами проектирования в процессе взаимодействия проектировщиков между собой и с заказчиком при создании проекта ИС (слайд 17). 1.5. Классификация методов и средств проектирования ИС Методы проектирования ИС можно классифицировать по степени использования средств автоматизации, типовых проектных решений, адаптивности к предполагаемым изменениям (слайд 18). Так, по степени автоматизацииметоды проектирования разделяются на:
По степени использования типовых проектных решенииразличаются следующие методы проектирования:
По степени адаптивности проектных решенийвыделяют методы:
Сочетание различных признаков классификации методов обусловливает характер используемых технологий проектированиям ИС, среди которых выделяют два основных класса: каноническую и индустриальную технологии. Индустриальная технология проектирования, в свою очередь, разбивается па два подкласса: автоматизированное (использование CASE-технологий) и типовое (параметрически-ориентированное или модельно-ориентированное) проектирование (слайд19). Использование индустриальных технологий не исключает использования в отдельных случаях канонических. Характеристики классов технологий проектирования представлены на слайде 20. Для конкретных видов технологий проектирования свойственно применение определенных средств разработки ИС, которые поддерживают выполнение как отдельных проектных работ, так и их совокупностей. Поэтому перед разработчиками ИС, как правило, стоит задача выбора средств проектирования, которые по своим характеристикам в наибольшей степени соответствуют требованиям конкретного предприятия. Средства проектирования должны быть:
Средства проектирования ИС можно разделить на два класса: без использования ЭВМ и с использованием ЭВМ. Средства проектирования без использования ЭВМ применяются на всех стадиях и этапах. Как правило, это средства организационно-методического обеспечения операций и в первую очередь различные стандарты, регламентирующие процесс проектирования систем. Сюда же относятся единая система классификации и кодирования информации, унифицированная система документации, Модели описания и анализа потоков информации и т. п. Средства проектирования с использованием ЭВМ могут применяться как на отдельных, так и на всех стадиях и этапах процесса проектирования ИС и соответственно поддерживают разработку элементов, разделов, проекта системы в целом. Все множество средств проектирования с использованием ЭВМ делят на четыре подкласса (слайд 21). 1. Операционные средства, которые поддерживают проектирование операций обработки информации. К данному подклассу средств относятся алгоритмические языки, библиотеки стандартных подпрограмм и классов объектов, макрогенераторы, генераторы программ типовых операций обработки данных и т. п., а также средства расширения функций операционных систем (утилиты). Данный класс включает также такие простейшие инструментальные средства проектирования, как средства для тестирования и отладки программ, поддержки процесса документирования проекта и т.п. Особенность последних программ заключается в том, что с их помощью повышается производительность труда проектировщиков, но не разрабатывается законченное проектное решение. Таким образом, средства данного подкласса поддерживают отдельные операции проектирования ИС и могут применяться независимо друг от друга. 2. Средства, поддерживающие проектирование отдельных компонентов. К данному подклассу относятся средства общесистемного назначения:
Для перечисленных средств характерно их использование для разработки технологических подсистем ИС: ввода информации, организации хранения и доступа к данным, вычислений, анализа и отображения данных, принятия решений. 3. Средства, поддерживающие проектирование разделов проекта. В этом подклассе выделяют функциональные средства проектирования. Функциональные средства направлены на разработку автоматизированных систем, реализующих функции, комплексы задач и задачи управления. Разнообразие предметных областей порождает многообразие средств данного подкласса, ориентированных на тип организационной системы (промышленная, непромышленная сферы), уровень управления (например, предприятие, цех, отдел, участок, рабочее место), функцию управления (планирование, учет и т. п.). К функциональным средствам проектирования систем обработки информации относятся типовые проектные решения, функциональные пакеты прикладных программ, типовые проекты. 4. Средства, поддерживающие разработку на стадиях и этапах процесса проектирования. К данному классу относятся средства автоматизации проектирования ИС (CASE-средства). Современные CASE-средства в свою очередь, классифицируются в основном по охватываемым этапам процесса разработки ИС и по степени интегрированности. Последние подразделяются на
1.6. Основные задачи курса Как отмечалось выше, объектами проектирования ИС являются отдельные элементы или комплексы функциональных и обеспечивающих частей, а проектирование ИС сводится к последовательной формализации проектных решений на различных стадиях жизненного цикла системы: анализа требований, технического и рабочего проектирования, внедрения, эксплуатации и сопровождения ИС. Однако, вследствие различий целей и задач, свойственных разным классам ИС, практика проектирования фактографических и документальных систем отличается. Фактографические системы ориентированы автоматизацию самых разнообразных процессов. Однако для каждой конкретной системы разнообразие задач и, соответственно, информационных форм обычно ограничено и определяется конкретными целями и функциями. То есть, можно сказать, что фактографические ИС ориентированы на обработку данных, контекст использования которых предопределен функциональностью задач предметной области и обычно зафиксирован в схеме данных или в процедурах обработки. Для документальных ИС, которые также обрабатывают данные, наоборот разнообразие видов документов достаточно ограничено, а функциональность ИПС крайне консервативна. Но при этом одни и те же документы (данные) для разных пользователей могут иметь разную действенность и даже разный смысл. То есть контекст данных определяется не только при создании базы, но может быть доопределен или переопределен при их использовании. Поэтому при рассмотрении вопросов проектирования ИС фактографического типа основное внимание будет уделено следующим аспектам (см. слайд 15):
При рассмотрении же вопросов проектирования документальных ИС основной акцент будет сделан на проектировании форм представления информации и определении конфигурации информационного ресурса, включая взаимосвязь с внешними ИР, а так же на лингвистическом обеспечении, в совокупности (в известной степени за счет избыточности) обеспечивающим необходимую полноту информирования. 1 Обычно функциями ИС, управляющей крупным предприятием, являются следующие: вычислительная, коммуникационная, запоминающая, следящая, регулирующая, оптимизационная, прогнозирующая, анализирующая, контролирующая, документирующая. Л1.ИС из |