Лекции АИС(1). Современные методы и средства проектирования информационных систем

• Название: Современные методы и средства проектирования информационных систем
• Дата: 30.11.2018
• Размер: 0.79 Mb.
• Имя файла: Лекции АИС(1).doc
• Тип: Документы; #58300
• страница: 1 из 13

Современные методы и средства проектирования информационных систем

Введение

1. Основы методологии проектирования ИС

1.1. Жизненный цикл по ИС

1.2. Модели жизненного цикла ПО

1.3. Методологии и технологии проектирования ИС

1.3.1. Общие требования к методологии и технологии

1.3.2. Методология RAD

2. Структурный подход к проектированию ИС

2.1. Сущность структурного подхода

2.2. Методология функционального моделирования SADT

2.2.1. Состав функциональной модели

2.2.2. Иерархия диаграмм

2.2.3. Типы связей между функциями

2.3. Моделирование потоков данных (процессов)

2.3.1. Внешние сущности

2.3.2. Системы и подсистемы

2.3.3. Процессы

2.3.4. Накопители данных

2.3.5. Потоки данных

2.3.6. Построение иерархии диаграмм потоков данных

2.4. Моделирование данных

2.4.1. Case-метод Баркера

2.4.2. Методология IDEF1

2.4.3. Подход, используемый в CASE-средстве Vantage Team Builder

2.5. Пример использования структурного подхода

2.5.1. Описание предметной области

2.5.2. Организация проекта

3. Программные средства поддержки жизненного цикла ПО

3.1. Методологии проектирования ПО как программные продукты.

Методология DATARUN и инструментальное средство SE Companion

3.1.1. Методология DATARUN

3.1.2. Инструментальное средство SE Companion

3.2. CASE-средства. Общая характеристика и классификация

4. Технология внедрения CASE-средств

4.1. Определение потребностей в CASE-средствах

4.1.1. Анализ возможностей организации

4.1.2. Определение организационных потребностей

4.1.3. Анализ рынка CASE-средств

4.1.4. Определение критериев успешного внедрения

4.1.5. Разработка стратегии внедрения CASE-средств

4.2. Оценка и выбор CASE-средств

4.2.1. Общие сведения

4.2.2. Процесс оценки

4.2.3. Процесс выбора

4.2.4. Критерии оценки и выбора

4.2.4.1. Надежность

4.2.4.2. Простота использования

4.2.4.3. Эффективность

4.2.4.4. Сопровождаемость

4.2.4.5. Переносимость

4.2.4.6. Общие критерии

4.2.5. Пример подхода к определению критериев выбора CASE-средств

4.3. Выполнение пилотного проекта

4.4. Переход к практическому использованию CASE-средств

5. Характеристики CASE-средств

5.1. Silverrun+JAM

5.1.1. Silverrun

5.1.2. JAM

5.2. Vantage Team Builder (Westmount I-CASE) + Uniface

5.2.1. Vantage Team Builder (Westmount I-CASE)

5.2.2. Uniface

5.3. Designer/2000 + Developer/2000

5.4. Локальные средства (ERwin, BPwin, S-Designor, CASE.Аналитик)

5.5. Объектно-ориентированные CASE-средства (Rational Rose)

5.6. Вспомогательные средства поддержки жизненного цикла ПО

5.6.1. Средства конфигурационного управления

5.6.2. Средства документирования

5.6.3. Средства тестирования

5.7. Примеры комплексов CASE-средств
Введение

Тенденции развития современных информационных технологий приводят к постоянному возрастанию сложности информационных систем (ИС), создаваемых в различных областях экономики. Современные крупные проекты ИС характеризуются, как правило, следующими особенностями:

• 
  сложность описания (достаточно большое количество функций, процессов, элементов данных и сложные взаимосвязи между ними), требующая тщательного моделирования и анализа данных и процессов;
  
• 
  наличие совокупности тесно взаимодействующих компонентов (подсистем), имеющих свои локальные задачи и цели функционирования (например, традиционных приложений, связанных с обработкой транзакций и решением регламентных задач, и приложений аналитической обработки (поддержки принятия решений), использующих нерегламентированные запросы к данным большого объема);
  
• 
  отсутствие прямых аналогов, ограничивающее возможность использования каких-либо типовых проектных решений и прикладных систем;
  
• 
  необходимость интеграции существующих и вновь разрабатываемых приложений;
  
• 
  функционирование в неоднородной среде на нескольких аппаратных платформах;
  
• 
  разобщенность и разнородность отдельных групп разработчиков по уровню квалификации и сложившимся традициям использования тех или иных инструментальных средств;
  
• 
  существенная временная протяженность проекта, обусловленная, с одной стороны, ограниченными возможностями коллектива разработчиков, и, с другой стороны, масштабами организации-заказчика и различной степенью готовности отдельных ее подразделений к внедрению ИС.
  

Для успешной реализации проекта объект проектирования (ИС) должен быть прежде всего адекватно описан, должны быть построены полные и непротиворечивые функциональные и информационные модели ИС. Накопленный к настоящему времени опыт проектирования ИС показывает, что это логически сложная, трудоемкая и длительная по времени работа, требующая высокой квалификации участвующих в ней специалистов. Однако до недавнего времени проектирование ИС выполнялось в основном на интуитивном уровне с применением неформализованных методов, основанных на искусстве, практическом опыте, экспертных оценках и дорогостоящих экспериментальных проверках качества функционирования ИС. Кроме того, в процессе создания и функционирования ИС информационные потребности пользователей могут изменяться или уточняться, что еще более усложняет разработку и сопровождение таких систем.

В 70-х и 80-х годах при разработке ИС достаточно широко применялась структурная методология, предоставляющая в распоряжение разработчиков строгие формализованные методы описания ИС и принимаемых технических решений. Она основана на наглядной графической технике: для описания различного рода моделей ИС используются схемы и диаграммы. Наглядность и строгость средств структурного анализа позволяла разработчикам и будущим пользователям системы с самого начала неформально участвовать в ее создании, обсуждать и закреплять понимание основных технических решений. Однако, широкое применение этой методологии и следование ее рекомендациям при разработке конкретных ИС встречалось достаточно редко, поскольку при неавтоматизированной (ручной) разработке это практически невозможно. Действительно, вручную очень трудно разработать и графически представить строгие формальные спецификации системы, проверить их на полноту и непротиворечивость, и тем более изменить. Если все же удается создать строгую систему проектных документов, то ее переработка при появлении серьезных изменений практически неосуществима.
Ручная разработка обычно порождала следующие проблемы:

• 
  неадекватная спецификация требований;
  
• 
  неспособность обнаруживать ошибки в проектных решениях;
  
• 
  низкое качество документации, снижающее эксплуатационные качества;
  
• 
  затяжной цикл и неудовлетворительные результаты тестирования.
  

С другой стороны, разработчики ИС исторически всегда стояли последними в ряду тех, кто использовал компьютерные технологии для повышения качества, надежности и производительности в своей собственной работе.

Перечисленные факторы способствовали появлению программно-технологических средств специального класса - CASE-средств, реализующих CASE-технологию создания и сопровождения ИС. Термин CASE (Computer Aided Software Engineering) используется в настоящее время в весьма широком смысле. Первоначальное значение термина CASE, ограниченное вопросами автоматизации разработки только лишь программного обеспечения (ПО), в настоящее время приобрело новый смысл, охватывающий процесс разработки сложных ИС в целом. Теперь под термином CASE-средства понимаются программные средства, поддерживающие процессы создания и сопровождения ИС, включая анализ и формулировку требований, проектирование прикладного ПО (приложений) и баз данных, генерацию кода, тестирование, документирование, обеспечение качества, конфигурационное управление и управление проектом, а также другие процессы. CASE-средства вместе с системным ПО и техническими средствами образуют полную среду разработки ИС.

Появлению CASE-технологии и CASE-средств предшествовали исследования в области методологии программирования. Программирование обрело черты системного подхода с разработкой и внедрением языков высокого уровня, методов структурного и модульного программирования, языков проектирования и средств их поддержки, формальных и неформальных языков описаний системных требований и спецификаций и т.д. Кроме того, появлению CASE-технологии способствовали и такие факторы, как:

• 
  подготовка аналитиков и программистов, восприимчивых к концепциям модульного и структурного программирования;
  
• 
  широкое внедрение и постоянный рост производительности компьютеров, позволившие использовать эффективные графические средства и автоматизировать большинство этапов проектирования;
  
• 
  внедрение сетевой технологии, предоставившей возможность объединения усилий отдельных исполнителей в единый процесс проектирования путем использования разделяемой базы данных, содержащей необходимую информацию о проекте.
  

CASE-технология представляет собой методологию проектирования ИС, а также набор инструментальных средств, позволяющих в наглядной форме моделировать предметную область, анализировать эту модель на всех этапах разработки и сопровождения ИС и разрабатывать приложения в соответствии с информационными потребностями пользователей. Большинство существующих CASE-средств основано на методологиях структурного (в основном) или объектно-ориентированного анализа и проектирования, использующих спецификации в виде диаграмм или текстов для описания внешних требований, связей между моделями системы, динамики поведения системы и архитектуры программных средств.

Согласно обзору передовых технологий (Survey of Advanced Technology), составленному фирмой Systems Development Inc. в 1996 г. по результатам анкетирования более 1000 американских фирм, CASE-технология в настоящее время попала в разряд наиболее стабильных информационных технологий (ее использовала половина всех опрошенных пользователей более чем в трети своих проектов, из них 85% завершились успешно). Однако, несмотря на все потенциальные возможности CASE-средств, существует множество примеров их неудачного внедрения, в результате которых CASE-средства становятся "полочным" ПО (shelfware). В связи с этим необходимо отметить следующее:

• 
  CASE-средства не обязательно дают немедленный эффект; он может быть получен только спустя какое-то время;
  
• 
  реальные затраты на внедрение CASE-средств обычно намного превышают затраты на их приобретение;
  
• 
  CASE-средства обеспечивают возможности для получения существенной выгоды только после успешного завершения процесса их внедрения.
  

Ввиду разнообразной природы CASE-средств было бы ошибочно делать какие-либо безоговорочные утверждения относительно реального удовлетворения тех или иных ожиданий от их внедрения. Можно перечислить следующие факторы, усложняющие определение возможного эффекта от использования CASE-средств:

• 
  широкое разнообразие качества и возможностей CASE-средств;
  
• 
  относительно небольшое время использования CASE-средств в различных организациях и недостаток опыта их применения;
  
• 
  широкое разнообразие в практике внедрения различных организаций;
  
• 
  отсутствие детальных метрик и данных для уже выполненных и текущих проектов;
  
• 
  широкий диапазон предметных областей проектов;
  
• 
  различная степень интеграции CASE-средств в различных проектах.
  

Вследствие этих сложностей доступная информация о реальных внедрениях крайне ограничена и противоречива. Она зависит от типа средств, характеристик проектов, уровня сопровождения и опыта пользователей. Некоторые аналитики полагают, что реальная выгода от использования некоторых типов CASE-средств может быть получена только после одно- или двухлетнего опыта. Другие полагают, что воздействие может реально проявиться в фазе эксплуатации жизненного цикла ИС, когда технологические улучшения могут привести к снижению эксплуатационных затрат.

Для успешного внедрения CASE-средств организация должна обладать следующими качествами:

• 
  Технология. Понимание ограниченности существующих возможностей и способность принять новую технологию;
  
• 
  Культура. Готовность к внедрению новых процессов и взаимоотношений между разработчиками и пользователями;
  
• 
  Управление. Четкое руководство и организованность по отношению к наиболее важным этапам и процессам внедрения.
  

Если организация не обладает хотя бы одним из перечисленных качеств, то внедрение CASE-средств может закончиться неудачей независимо от степени тщательности следования различным рекомендациям по внедрению.

Для того, чтобы принять взвешенное решение относительно инвестиций в CASE-технологию, пользователи вынуждены производить оценку отдельных CASE-средств, опираясь на неполные и противоречивые данные. Эта проблема зачастую усугубляется недостаточным знанием всех возможных "подводных камней" использования CASE-средств. Среди наиболее важных проблем выделяются следующие:

• 
  достоверная оценка отдачи от инвестиций в CASE-средства затруднительна ввиду отсутствия приемлемых метрик и данных по проектам и процессам разработки ПО;
  
• 
  внедрение CASE-средств может представлять собой достаточно длительный процесс и может не принести немедленной отдачи. Возможно даже краткосрочное снижение продуктивности в результате усилий, затрачиваемых на внедрение. Вследствие этого руководство организации-пользователя может утратить интерес к CASE-средствам и прекратить поддержку их внедрения;
  
• 
  отсутствие полного соответствия между теми процессами и методами, которые поддерживаются CASE-средствами, и теми, которые используются в данной организации, может привести к дополнительным трудностям;
  
• 
  CASE-средства зачастую трудно использовать в комплексе с другими подобными средствами. Это объясняется как различными парадигмами, поддерживаемыми различными средствами, так и проблемами передачи данных и управления от одного средства к другому;
  
• 
  некоторые CASE-средства требуют слишком много усилий для того, чтобы оправдать их использование в небольшом проекте, при этом, тем не менее, можно извлечь выгоду из той дисциплины, к которой обязывает их применение;
  
• 
  негативное отношение персонала к внедрению новой CASE-технологии может быть главной причиной провала проекта.
  

Пользователи CASE-средств должны быть готовы к необходимости долгосрочных затрат на эксплуатацию, частому появлению новых версий и возможному быстрому моральному старению средств, а также постоянным затратам на обучение и повышение квалификации персонала.

Несмотря на все высказанные предостережения и некоторый пессимизм, грамотный и разумный подход к использованию CASE-средств может преодолеть все перечисленные трудности. Успешное внедрение CASE-средств должно обеспечить такие выгоды как:

• 
  высокий уровень технологической поддержки процессов разработки и сопровождения ПО;
  
• 
  положительное воздействие на некоторые или все из перечисленных факторов: производительность, качество продукции, соблюдение стандартов, документирование;
  
• 
  приемлемый уровень отдачи от инвестиций в CASE-средства.
  

1. Основы методологии проектирования ИС

1.1. Жизненный цикл по ИС

Одним из базовых понятий методологии проектирования ИС является понятие жизненного цикла ее программного обеспечения (ЖЦ ПО). ЖЦ ПО - это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости его создания и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

Основным нормативным документом, регламентирующим ЖЦ ПО, является международный стандарт ISO/IEC 12207 [5] (ISO - International Organization of Standardization - Международная организация по стандартизации, IEC - International Electrotechnical Commission - Международная комиссия по электротехнике). Он определяет структуру ЖЦ, содержащую процессы, действия и задачи, которые должны быть выполнены во время создания ПО.

Структура ЖЦ ПО по стандарту ISO/IEC 12207 базируется на трех группах процессов:

• 
  основные процессы ЖЦ ПО (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация, сопровождение);
  
• 
  вспомогательные процессы, обеспечивающие выполнение основных процессов (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит, решение проблем);
  
• 
  организационные процессы (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого ЖЦ, обучение).
  

Разработка включает в себя все работы по созданию ПО и его компонент 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. Разработка ПО включает в себя, как правило, анализ, проектирование и реализацию (программирование).

Эксплуатация включает в себя 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 проектом связано с вопросами планирования и организации работ, создания коллективов разработчиков и контроля за сроками и качеством выполняемых работ. Техническое и организационное обеспечение проекта включает выбор методов и инструментальных средств для 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 с исходными требованиями. Проверка частично совпадает с тестированием, которое связано с идентификацией различий между действительными и ожидаемыми результатами и оценкой соответствия характеристик ПО исходным требованиям. В процессе реализации проекта важное место занимают вопросы идентификации, описания и контроля конфигурации отдельных компонентов и всей системы в целом.

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 12207-2 [5].

Каждый процесс характеризуется определенными задачами и методами их решения, исходными данными, полученными на предыдущем этапе, и результатами. Результатами анализа, в частности, являются функциональные модели, информационные модели и соответствующие им диаграммы. ЖЦ ПО носит итерационный характер: результаты очередного этапа часто вызывают изменения в проектных решениях, выработанных на более ранних этапах.