Инструментальные средства проектирования информационных систем

Во многих случаях эффективную информационную систему не удается построить вручную. Это объясняется следующими причинами:

- не обеспечивается достаточно глубокий анализ требований к данным

- большая длительность процесса структурирования

- трудность учета и согласования изменений, сделанных в системе несколькими разработчиками

- ограничения сроков на разработку системы

- и т.д.

При разработке крупных информационных систем происходит концентрация сложности на начальных этапах (анализ требований и проектирование спецификаций системы), в то время как сложность и трудоемкость последующих этапов остается относительно невысокой. Для преодоления сложностей начальных этапов разработки предназначен структурный анализ - метод исследования, которое начинается с общего обзора системы и затем детализуется, приобретая иерехическую структуру со все большим числом уровней. На каждом уровне расматривается ограниченное число элементов (обычно от 3 до 6-8), каждый из которых в свою очередь может быть декомпозирован на составляющие детали на следующем уровне. При этом соблюдаются строгие формальные правила записи информации (обычно используются диаграммы различных типов).

Такая технология получила название CASE (Computer Aided Software Engeneering - создание программного обеспечения с помощью компьютера). Основные черты CASE - технологии:

- использование методологии структурного проектирования "сверху-вниз"

- разработка прикладной системы представляется в виде последовательных четко определенных этапов:

- поддержка всех этапов жизненного цикла информационной системы, начиная с самых общих описаний предметной области до получения и сопровождения готового программного продукта

- поддержка репозитария, хранящего спецификации проекта информационной системы на всех этапах ее разработки

- возможность одновременной работы с репозитарием многих разработчиков

- автоматизация различных стандартных действий по проектироваанию и реализации приложения

Как правило, CASE-системы поддерживают следующие этапы процесса разработки:

Моделирование и анализ деятельности пользователей в рамках предметной области. Здесь осуществляется функциональная декомпозиция, определение иерархий (вложенности) функций, построение диаграмм потоков данных. Перечень информационных объектов, которыми манипулируют функции, передается на следующий этап проектирования.

Концептуальное моделирование - создание модели "сущность-связь" на основе перечня объектов, полученного на предыдущем этапе. Здесь уточняются характеристики каждого объекта (атрибуты), устанавливаются связи между объектами.

Реляционное моделирование - преобразование модели "сущность-связь" в соответствии с требованиями реляционной модели. Правила порождения реляционных отношений из модели "сущность-связь" Генерация схемы базы данных. Результатом выполения данного этапа является набор SQL-операторов, описывающих создание схемы базы данных (CREATE TABLE, CREATE INDEX,...), с учетом особенностей целевой СУБД.

Генерация прототипов программных модулей по иерархии функций и потокам данных. Для каждого модуля автоматически подготавливается описание используемых им фрагментов данных (таблицы, атрибуты, индексы), а также создаются заготовки экранных форм или отчетов.

Один из возможных подходов к анализу и выбору средств проектирования информационных систем достаточно крупного масштаба (здесь намеренно не используется термин "CASE-средство", поскольку большинство известных CASE-средств в лучшем случае позволяют описать будущие приложения лишь в самом общем виде). Конечный результат выбора ни в коем случае не следует рассматривать как нечто абсолютное, он отражает лишь мнение конкретного коллектива разработчиков, утвердившееся на заданном временном интервале.

Под средствами проектирования информационных систем (СП ИС) будем понимать комплекс инструментальных средств, обеспечивающих в рамках выбранной методологии проектирования поддержку полного жизненного цикла (ЖЦ) ИС, который включает в себя, как правило, стратегическое планирование, анализ, проектирование, реализацию, внедрение и эксплуатацию. Каждый этап характеризуется определенными задачами и методами их решения, исходными данными, полученными на предыдущем этапе, и результатами. При анализе СП их следует рассматривать не локально, а в комплексе, что позволяет реально охарактеризовать их достоинства, недостатки и место в общем технологическом цикле создания ИС.

В общем случае стратегия выбора СП для конкретного применения зависит от следующих факторов:

- характеристик моделируемой предметной области;

- целей, потребностей и ограничений будущего проекта ИС, включая квалификацию участвующих в процессе проектирования специалистов;

- используемой методологии проектирования.

Тенденции развития современных информационных технологий приводят к постоянному возрастанию сложности ИС, создаваемых в различных областях экономики. Современные сложные ИС и проекты, обеспечивающие их создание, характеризуются, как правило, следующими особенностями:

- сложность предметной области (достаточно большое количество функций, объектов, атрибутов 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;

- иерархическую структуру взаимосвязей компонентов, обеспечивающую устойчивость функционирования системы;

- иерархическую совокупность критериев качества функционирования компонентов и ИС в целом, обеспечивающих достижение главной цели - создания и последующего применения системы;

- отсутствие прямых аналогов, ограничивающее возможность использования каких-либо типовых проектных решений и прикладных систем;

- необходимость достаточно длительного сосуществования старых приложений и вновь разрабатываемых БД и приложений;

- наличие потребности как в традиционных приложениях, связанных с обработкой транзакций и решением регламентных задач, так и в приложениях аналитической обработки (поддержки принятия решений), использующих нерегламентированные запросы к данным большого объема;

- поддержка одновременной работы достаточно большого количества локальных сетей, связываемых в глобальную сеть масштаба предприятия, и территориально удаленных пользователей;

- функционирование в неоднородной операционной среде на нескольких вычислительных платформах;

- разобщенность и разнородность отдельных микроколлективов 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.

Методология проектирования определяется как совокупность трех составляющих:

- пошаговой процедуры, определяющей последовательность технологических операций проектирования;

- критериев и правил, используемых для оценки результатов выполнения технологических операций;

- нотаций (графических и текстовых средств), используемых для описания проектируемой системы.

На выбор СП могут существенно повлиять следующие особенности методологии проектирования:

- ориентация на создание уникального или типового проекта;

- итерационный характер процесса проектирования;

- возможность декомпозиции проекта на составные части, разрабатываемые группами исполнителей ограниченной численности с последующей интеграцией составных частей;

- жесткая дисциплина проектирования и разработки при их коллективном характере;

- необходимость отчуждения проекта от разработчиков и его последующего централизованного сопровождения.

Критерии выбора

Традиционно при обсуждении проблемы выбора СП (в особенности CASE-средств) большое внимание уделялось особенностям реализации той или иной методологии анализа предметной области (E-R, IDEF0, IDEF1Х, Gane/Sarson, Yordon, Barker и др.). Безусловно, богатство изобразительных и описательных средств дает возможность на этапах стратегического планирования и анализа построить наиболее полную и адекватную модель предметной области. С другой стороны, если говорить о конечных результатах - базах данных и приложениях, то обнаруживается, что часть описаний в них практически не отражается, оставаясь чисто декларативной (на выходе мы в любом случае получим описание БД в табличном представлении с минимальным набором ограничений целостности и исполнимый код приложений, большую часть которых составляют экранные формы, не выводимые непосредственно из моделей предметной области). Опытные аналитики и проектировщики всегда с большими или меньшими трудозатратами придут к нужному конечному результату независимо от того, какая конкретно методология или ее разновидность реализована в данном инструменте. Это, конечно, не означает, что методология не важна, напротив, отсутствие или неполнота описательных средств могут с самого начала значительно затруднить работу над проектом. Однако, зачастую на первом плане оказываются другие критерии, невыполнение которых может породить гораздо большие трудности.

Может создаться впечатление, что если можно сформировать необходимую аппаратную платформу из компонентов различных фирм-производителей, то так же просто можно выбрать и скомплексировать разные инструментальные средства, каждое из которых является одним из мировых лидеров в своем классе. Однако в случае инструментальных средств в настоящее время, в отличие от оборудования, отсутствуют международные стандарты на основные свойства конечных продуктов (программ, баз данных и их сопряжение). Однако, поскольку составные части проекта должны быть интегрированы в единый продукт, следовательно, имеет смысл рассматривать не любые, а только сопряженные инструментальные средства, которые в принципе могут быть ориентированы - даже внутри одного класса - на разные методологии; при этом необходимо отбирать в состав комплекса СП средства, поддерживающие по крайней мере близкие методологии, если не одну и ту же.

Исходя из перечисленных выше соображений, примем в качестве основных критериев выбора СП следующие критерии:

Поддержка полного жизненного цикла ИС с обеспечением эволюционности ее развития.

Полный жизненный цикл ИС должен поддерживаться "сквозной" технологической цепочкой средств разработчика, обеспечивающей решение следующих задач:

- обследование и получения формализованных знаний о предметной области (последовательный и логически связный переход от формализованного описания предметной области к ее моделям);

- декомпозиция проекта на составные части и интеграция составных частей;

- проектирование моделей приложений (логики приложений и пользовательских интерфейсов);

- прототипирование приложений;

- проектирование баз данных;

- коллективная, территориально распределенная разработка приложений с использованием различных инструментальных средств (включая их интеграцию, тестирование и отладку);

- разработка распределенных баз данных (с выбором оптимальных вариантов распределения);

- разработка проектной документации с учетом требований проектных стандартов;

- адаптация к различным системно-техническим платформам и СУБД;

- тестирование и испытания;

- сопровождение, внесение изменений и управление версиями и конфигурацией ИС;

- интеграция с существующими разработками (включая реинжиниринг приложений, конвертирование БД);

- администрирование ИС (оптимизация эксплуатационных характеристик);

- управление разработкой и сопровождением ИС (планирование, координация и контроль за ресурсами и ходом выполнения работ);

- прогнозирование и оценка трудоемкости, сроков и стоимости разработки.

Для существующих ИС должен обеспечиваться плавный переход из старой среды эксплуатации в новую с минимальными переделками и поддержкой эксплуатируемых баз данных и приложений, внедренных до начала работ по созданию новой системы.