Проектирование системы. Проектирование систем. Проектирование информационных систем ( на примере методов структурного системного анализа)
 Скачать 1.64 Mb.
|
|
Министерство образования и науки Российской Федерации Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина О.Г. Инюшкина Проектирование информационных систем ( на примере методов структурного системного анализа) Учебное пособие Научный редактор Матвеева Татьяна Анатольевна Екатеринбург Издательство «Форт-Диалог Исеть» 2014 2 УДК 519:6 + 658.01 + 681.3 + 004.8 ББК 65.290 – 2я73 + 65.5ф И 748 Рецензенты: проф., д-р пед. наук Л.И. Долинер (Уральский технический институт связи и информатики (филиал) ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный универси- тет телекоммуникаций и информатики», г. Екатеринбург); д-р физ.-мат. наук В.В. Прохоров (НПЦ «Видикор», г. Екатеринбург) Инюшкина О.Г. И 748 Проектирование информационных систем (на примере методов струк- турного системного анализа): учебное пособие / О.Г. Инюшкина, Екате- ринбург: «Форт-Диалог Исеть», 2014. 240 с. ISBN 978-5-91128-072-7 Учебное пособие предназначено для теоретического освоения методов и средств проектирования информационных систем, применения на практике ме- тодологий структурного анализа и проектирования. Пособие содержит теорети- ческий материал по дисциплинам направления 230400 «Информационные си- стемы и технологии». Библ.: 20 назв., табл. 9, рис. 59 УДК 519:6 + 658.01 + 681.3 + 004.8 ББК 65.290 – 2я73 + 65.5ф ISBN 978-5-91128-072-7 © Инюшкина О.Г. 2014 3 ОГЛАВЛЕНИЕ ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................. 4 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ ................................................................................................................. 5 1.1. Основные понятия общей теории систем ...................................................... 5 1.2. Организация как система управления .......................................................... 30 1.3. Основные понятия информационных технологий и систем ...................... 44 1.4. Основные понятия проектирования ............................................................. 53 1.5. Жизненный цикл проекта по созданию ИС ................................................. 57 1.6. Парадигмы проектирования систем ............................................................. 75 2. НОРМАТИВНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ ПОДДЕРЖКА ЖЦ ИС ............. 82 2.1. Нормативно-методическое обеспечение ЖЦ ИС ....................................... 82 2.2. Стандарты на процессы ЖЦ ИС ................................................................... 86 2.3. Документирование проекта ........................................................................... 96 2.4. Технологии поддержки ЖЦ ИС .................................................................. 110 2.5. Рекомендации по управлению программным проектом .......................... 117 3. ПРЕДПРОЕКТНОЕ ОБСЛЕДОВАНИЕ ОБЪЕКТА ........................... 122 3.1. Задачи и этапы предпроектного обследования ......................................... 122 3.2. Сбор сведений об объекте ........................................................................... 123 3.3. Описание сведений ....................................................................................... 129 3.4. Моделирование предметной области ......................................................... 149 3.5. Оценка целесообразности и эффективности ИТ-проекта ...................... 154 4. СТРУКТУРНЫЙ АНАЛИЗ И СТРУКТУРНОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ...................................................................................... 159 4.1. Основные понятия структурного анализа и структурного проектирования .................................................................................................... 159 4.2. Метод структурного анализа и проектирования SADT ......................... 164 4.3. Метод структурного анализа и проектирования SSADM ...................... 205 ЗАКЛЮЧЕНИЕ ................................................................................................. 237 Библиографический список ............................................................................ 238 4 ВВЕДЕНИЕ Учебное пособие посвящено методам и средствам проектирования ин- формационных систем. Создание ИС – это логически сложная, трудоемкая и длительная работа, требующая высокой квалификации участвующих в ней специалистов. Но не- редко создание таких систем выполняется на интуитивном уровне с примене- нием неформализованных методов, основанных на искусстве, практическом опыте, экспертных оценках и дорогостоящих экспериментальных проверках качества функционирования системы. Эксплуатационные расходы, возникаю- щие после сдачи таких систем, могут существенно превышать расходы на их создание. Исследования показывают, что на обнаружение ошибок, допущенных на стадии проектирования, расходуется примерно в два раза больше времени, чем на исправление ошибок, допущенных на последующих фазах. При этом ис- правление ошибки на стадии проектирования стоит в 2 раза, на стадии тестиро- вания – в 10 раз, а на стадии эксплуатации системы – в 100 раз дороже, чем на стадии анализа. Кроме того, ошибки анализа и проектирования обнаруживают- ся часто самими пользователями, что вызывает их недовольство и осложняет сопровождение ИС. При этом выбор методологии проектирования является далеко не простой задачей.В гл. 1.6. дан сравнительный анализ структурных (процессно- ориентированных) и объектно-ориентированных парадигм. Структурные мето- дологии и их применение на практике подробно описаны в разделе 4. Учебное пособие предназначено для формирования соответствующих компетенций, необходимых для успешной реализации, внедрения и эксплуата- ции информационных систем. Материалы книги могут быть использованы сту- дентами и преподавателями в рамках направления 230400 «Информационные системы и технологии» высшего профессионального образования. 5 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ 1.1. Основные понятия общей теории систем (ОТС) История возникновения ОТС В настоящее время знания человека о природе разрослись до такой степе- ни, что не представляется возможным охватить не только весь их объем, но и отдельные области. При этом для создания полезных знаний и продуктов необ- ходимы сведения из смежных областей. Теория систем призвана помочь чело- вечеству в преодолении недостатков узкой специализации, усилении междисци- плинарных связей, развитии диалектического видения мира, системного мыш- ления. Теория систем впервые была применена в точных науках и технике как вклад школы науки управления. Как самостоятельная дисциплина теория систем оформилась в 40-50-х годах XX века. Системный анализ со временем стал меж- и наддисциплинарным курсом, обобщающим методологию исследования слож- ных технических и социальных систем, а также представляет собой наиболее надежную концептуальную основу современного менеджмента. Специфической чертой социальной роли науки в настоящее время явля- ется направленность научного познания в целом на создание эффективных средств управления как природными, так и социальными процессами. Одно из первых открытий, сделанных философами (Б.Трентовский), за- ключалось в том, что действительно эффективное управление должно учиты- вать все важнейшие внешние и внутренние факторы, влияющие на объект управления. При этом главная сложность управления связана, по со сложно- стью поведения людей. Следующее открытие (А.А. Богданов) заключалось в следующем. Все 6 существующие объекты и процессы имеют определенную степень, уровень ор- ганизованности. Все явления рассматриваются, как непрерывные процессы ор- ганизации и дезорганизации. При этом уровень организации тем выше, чем сильнее свойства целого отличаются от простой суммы свойств его частей. Широкое признание теории, осознание системности мира началось в 1948 году после публикации американским математиком Н.Винером книги «Кибер- нетика». Первоначально он определяет кибернетику как «науку об управлении и связи в животных и машинах» (аналогии процессов в живых организмах и машинах), позже анализирует с позиций кибернетики процессы, происходя- щие в обществе. С кибернетикой Винера связаны такие продвижения, как типизация моде- лей систем, выявление особого значения обратных связей в системе, подчерки- вание принципа оптимальности в управлении и синтезе в целом, осознание ин- формации как всеобщего свойства материи и возможности ее количественного описания, развитие методологии моделирования вообще и, в особенности идеи математического эксперимента с помощью ЭВМ. Параллельно и независимо от кибернетики прокладывается еще один подход к науке о системах – общая теория систем. Выдвигается идея построе- ния теории, применимой к системам любой природы (австрийский биолог Л.Берталанфи). Один из путей реализации этой идеи – поиск и обобщение структурного сходства законов, установленных в различных дисциплинах. В отличие от предыдущего подхода (Винер), где изучаются внутрисистемные об- ратные связи, а функционирование систем рассматривается просто как отклик на внешнее воздействие, данный подход подчеркивает особое значение обмена веществом, энергией и информацией с открытой средой. Отправной точкой общей теории систем как самостоятельной науки мож- но считать 1954 год, когда было организовано общество содействия развитию общей теории систем. Указывается основная причина появления новой отрасли знания: Существует общая тенденция к достижению единства различных есте- 7 ственных и общественных наук. Такое единство может быть предметом изуче- ния ОТС. Эта теория может быть важным средством формирования строгих теорий в науках о живой природе и обществе. Все это может приблизить к до- стижению единства науки и единства научного образования. Развитием системного анализа занимались ученые самых различных спе- циальностей (физики, философы, геологи, медики, биологи). Это указывает на то, что положение ОТС находится в центре человеческих знаний. По степени общности ОТС ставят на один уровень с математикой и фило- софией (Дж.ван Гиг). Близко к ОТС расположены другие науки, занимающиеся изучением систем: кибернетика, теология, теория информации, инженерная теория связи, теория ЭВМ, системотехника, исследование операций и связан- ные с ними научные и инженерные направления. ОТС как дисциплина, претендующая на роль «скелета науки» возложила на себя также функцию разработки системы основных понятий. Определения понятий общей теории систем Рассмотрим основные понятия ОТС, без оперирования которыми невоз- можно ни структурирование научного знания, ни анализ организаций. Понятие системы является центральным в кибернетике и теории систем, многие авторы давали этому понятию различные определения. На основе ана- лиза тридцати пяти различных определений понятия «система», были выбраны следующие (А.И.Уемов): • система – множество объектов, на котором реализуется определенное от- ношение с фиксированными свойствами; • система – множество объектов, которые обладают заранее определенны- ми свойствами с фиксированными между ними отношениями. Эти определения, несмотря на краткость, достаточно полны, но слишком тяжелы для восприятия. Более понятное, но в контексте кибернетики, опреде- ление Р.Эшби: «система – любая совокупность переменных, которую наблюда- 8 тель выбирает из числа переменных, свойственных реальной «машине»». Определение Аккофа и Эмери (понятное и наиболее часто встречающееся в литературе): «Система – множество взаимосвязанных элементов, каждый из которых связан прямо или косвенно с каждым другим элементом, а два любые подмножества этого множества не могут быть независимыми». Значения понятия «система» в греческом языке: сочетание, организм, устройство, организация, союз, строй, руководящий орган. Первенство в ис- пользовании этого понятия приписывается стоикам. Также это понятие про- слеживается у Аристотеля. Некоторые идеи, лежащие в основе общей теории систем (встречаются уже у Гегеля): • целое есть нечто большее чем сумма частей; • целое определяет природу частей; • части не могут быть познаны при рассмотрении их вне целого; • части находятся в постоянной взаимосвязи и взаимозависимости. Система – это некоторая целостность, состоящая из взаимозависимых элементов и удовлетворяющая следующим двум требованиям: 1) поведение каждого элемента системы влияет на поведение системы в це- лом, и существенные свойства системы теряются, когда она расчленяется; 2) поведение элементов системы и их воздействие на целое взаимозависи- мы, и существенные свойства элементов системы при их отделении от системы также теряются (Гегель писал о том, что рука, отделенная от ор- ганизма, перестает быть рукой, потому что она не живая). Таким образом, свойства, поведение или состояние, которыми обладает система, отличаются от свойств, поведения или состояния образующих ее эле- ментов (подсистем). Кортежное определение системы: S : { {E}, {A}, F }, где S – система, {E} – совокупность элементов, {A} – совокупность связей, F – свойство (функция). Основные характеристики системы: 9 • свойство (назначение, функция) системы отлично от суммы свойств ее элементов (эмерджентность); совокупность свойств элементов систе- мы не представляет собой общего свойства системы, а дает некоторое новое свойство; • для любой системы характерно наличие собственной, специфической закономерности действия, не выводимой непосредственно из одних лишь способов действия образующих ее элементов; • всякая система является развивающейся, она имеет свое начало в про- шлом и продолжение в будущем. Элемент представляет собой далее не делимый компонент системы при данном способе расчленения, это компонент, обладающий рядом важных для целей рассмотрения свойств, при этом его внутреннее содержание (строение) безотносительно к цели рассмотрения. При определении этого понятия нет такого большого количества мнений, как в случае с понятием «система». Все авторы дают схожие определения, но при этом часто упоминают, что элементы могут в свою очередь представлять собой системы, т.е. быть подсистемами. С этой точки зрения при анализе орга- низации (составлении модели) основной сложностью является разбиение цель- ной системы на конечное число элементов, чтобы избежать излишней сложно- сти и при этом не потерять в адекватности модели исследуемому объекту. Элементы (Ван Гиг) делятся на живые и неживые, входные и выходные. Различие между входными элементами и ресурсами очень незначительно и зависит от точки зрения и условий. В процессе преобразования входные эле- менты – это те элементы, которые потребляют ресурсы. Определяя входные элементы и ресурсы систем, важно указать, контролируются ли они проекти- ровщиком системы, т.е. следует их рассматривать как часть системы или как часть окружающей среды. При оценке эффективности системы входные элементы и ресурсы обычно относят к затратам. Выходные элементы представляют собой результат процесса преобразо- 10 вания в системе и рассматриваются как выходы (например, прибыль). Окружающая среда. Окружающую среду можно противопоставить эле- менту. Если элемент определяет (ограничивает) уровень детализации системы в рамках определенных границ, то окружающая среда эти границы устанавливает. Если система –это целенаправленное множество взаимосвязанных элементов любой природы, то внешняя (окружающая) среда–это множество существую- щих вне системы элементов любой природы, оказывающих влияние на систему или находящихся под ее воздействием. Связь – отношения между элементами. Структура. Понятие структуры связано с упорядоченностью отноше- ний, которые связывают элементы системы. «Чтобы получить велосипед, недо- статочно получить коробку со всеми его деталями. Необходимо еще правильно соединить детали между собой». Структура – это совокупность необходимых и достаточных для дости- жения цели отношений между элементами (Перегудов и Тарасенко). Другие определения структуры: • совокупности связей между элементами системы, отражающих их взаи- модействие; • устойчивая упорядоченность ее элементов и связей; • форма представления некоторого объекта в виде составных частей; • множество всех возможных отношений между подсистемами и элемен- тами внутри системы; • совокупность элементов и связей между ними, которые определяются, исходя из распределения функций и целей, поставленных перед систе- мой; • то, что остается неизменным в системе при изменении ее состояния, при реализации различных форм поведения, при совершении системой опера- ций и т.п.; • совокупность элементов и связей между ними, определяющих целост- ность системы. 11 Структура определяет целостность, внутреннее содержание и основные свойства системы, изменение структуры ведет к изменению свойств системы. Энтропия. Энтропией называется степень неупорядоченности. В термодинамике, откуда заимствовано это понятие, энтропия связывается с вероятностью возникновения определенного расположения молекул. В кибернетике и ОТС энтропия означает величину разнообразия системы, где под разнообразием понимается степень неопределенности, возникающей при выборе из большого числа возможных вариантов. Для уменьшения энтропии необходимо уменьшить существующую не- определенность, что обеспечивается путем получения информации. Понятия энтропии и количества информации можно использовать для то- го, чтобы дать характеристику живым и неживым системам. Неживые системы (рассматриваются обычно как закрытые) имеют тен- денцию развиваться по направлению к состоянию максимальной неупорядочен- ности и энтропии. Отличительной чертой живых (открытых) систем является их сопротивля- емость процессу разупорядочения и их развитие по направлению к состоянию более высокой организации. ОТС объясняет эти тенденции, основываясь не следующих фактах: • обработка информации приводит к соответствующему уменьшению по- ложительной энтропии; • получение энергии из внешней среды (увеличение отрицательной энтро- пии) противодействует ослабевающим тенденциям неотвратимого есте- ственного процесса (увеличению положительной энтропии). Кибернетика установила, что управление присуще только системным объектам, а общим в процессах (управления) является его антиэнтропийный характер, направленность на упорядочение системы. Конечной целью теории управления является универсализация, а значит согласованность, оптимизация и наибольшая эффективность функционирования систем. 12 Состав системы Основными частями системы являются вход, процесс (или операция) и вы- ход. |