Основные модели, используемые при проектировании ИС и анализе предметной области

В основе проектирования ИС лежит моделирование предметной области.

Предметная (проблемная) область — часть реального мира, которая исследуется или используется. Это взаимосвязанная совокупность объектов и субъектов автоматизируемой организации, автоматизируемых функций и программно-технических средств их реализации.

Необходимость моделирования проблемной области во многом обусловлена сложностью современных ИС. Для того чтобы получить адекватный проблемной области проект ИС необходимо иметь целостное представление в виде совокупностей схем, или моделей, отражающих все значимые аспекты функционирования создаваемой ИС.

Под моделью понимается система, имитирующая структуру или функционирование исследуемой проблемной области, и, главное, отвечающая требованию адекватности проблемной области.

Проведение предварительного моделирования предметной области позволяет сократить сроки проведения работ по проектированию, поскольку модели предметной области часто развиваются и трансформируются в модели ИС, а также позволяет получить более качественный и эффективный проект. Без проведения анализа предметной области велика вероятность получения некачественной ИС, что приводит к экономическим и временным потерям и необходимости перепроектирования ИС. Поэтому все основные современные технологии проектирования ИС включают в себя как неотъемлемую составляющую моделирование предметной области.

К моделям предметной области и ИС предъявляются следующие требования:

- формализованность, обеспечивающая однозначное описание структуры предметной области или ИС; для представления моделей используются нотации различных формальных языков моделирования;

- понятность для заказчиков и разработчиков, что диктует необходимость применения графических средств отображения модели;

- реализуемость моделей предметной области и моделей ИС в физической ИС;

- возможность оценки эффективности реализации модели.

Как правило, строится система моделей проблемной области, обычно трансформирующихся в соответствующие модели ИС в процессе проектирования.

Модели отражают структурный и оценочный аспекты.

Структурный аспект функционирования ИС обычно предполагает построение следующих моделей:

1. объектной структуры, отражающей состав взаимодействующих в процессах материальных и информационных объектов предметной области и состав атрибутов (характеристик) этих объектов;

2. функциональной структуры, отражающей взаимосвязь функций (действий, работ и т.п.) по преобразованию объектов в процессах;

3. структуры управления, отражающей события и бизнес-правила, которые влияют на ход выполнение процесса; бизнес-правило — ограничение на порядок выполнения действий, значения характеристик объектов, специфическое для данной предметной области;

4. организационной структуры, отражающей взаимодействие организационных единиц организации и работников в ходе выполнения процесса;

5. технической структуры, описывающей топологию и способы взаимодействий комплекса технических средств.

В основе различных методологий моделирования предметных областей и ИС лежат принципы последовательной детализации. Обычно модели строятся на трех уровнях:

1. внешний (определение требований) — отвечает на вопрос, что должна делать система, определяется состав основных компонентов системы: объектов, функций, событий, организационных и технических единиц;

2. концептуальный (спецификация требований) — определяет, как должна функционировать система, т.е. решаются вопросы выбора характера взаимодействия компонентов системы одинакового и разного типов;

3. внутренний (реализация требований) — отвечает на вопрос, с помощью каких именно средств реализуются специфицированные требования к системе.

С точки зрения жизненного цикла ИС эти уровни соответствуют этапам анализа требований, проектирования и разработки соответственно.

Для представления структурного аспекта моделей в основном используются графические средства документирования. Главное требование к графическим средствам — простота и однозначность толкования. Графические методы должны обеспечивать возможность структурной декомпозиции спецификаций системы с нужной степенью детализации и согласованностью описаний на разных уровнях детализации. Графический «язык» (нотация) модели должен, с одной стороны, делать решения проектировщиков понятными заказчикам и пользователям, которые обычно не являются специалистами в области анализа систем, но, с другой стороны, предоставлять проектировщикам средства в требуемой степени формализованного и однозначного определения проектных решений.

Графическое изображение часто оказывается наиболее емкой формой представления информации. Но необходимо учитывать, что графические средства не могут полностью обеспечить выполнение всей технологической цепочки разработки ИС от постановки задачи до реализации. Трудности возникают при переходе от этапа анализа к проектированию и в особенности к программированию. Например, отдельный программный модуль может не быть результатом прямой декомпозиции некоторой функции системы. Этот модуль может выполнять обработку информации в рамках обеспечения нескольких функций системы.

Главный критерий адекватности структурной модели предметной области состоит в полном отражении функций разрабатываемой ИС.

Учитывая введенное понятие о трех уровнях детализации структурных моделей, можно указать особенности и суть основных структурных моделей.

Объектная структура

Объект — это сущность, которая используется при выполнении некоторой функции. Примеры: счета на оплату, персонал, сырье, оборудование и т.п.

На внешнем уровне выделяются основные виды материальных (сырье, материалы, готовые изделия и т.п.) и информационных (заказы, счета и т.п.) объектов.

На концептуальном уровне уточняется состав объектов, состав их атрибутов и взаимосвязи между собой. В итоге получается обобщенное представление предметной области, часто называемое информационной моделью.

На внутреннем уровне производится отображение элементов концептуальной модели на логическую структуру базу данных, структуры входных и выходных документов ИС. Динамические объекты (используются в одном цикле выполнения процессов) представляются переменными единицами информации, а статические — единицами условно-постоянной информации в виде списков, справочников, классификаторов и п.д.

Функциональная структура

Функция — преобразование входных данных выходные. Последовательность взаимосвязанных по входам и выходам функций, ориентированных на достижение единой цели, составляет так называемый бизнес-процесс. Бизнес-процессы и информационные процессы обычно неразрывны, поскольку функции материального процесса не могут выполняться без информационной поддержки. Функция может состоять из подфункций, причем каждой подфункции может соответствовать отдельный подпроцесс и т.д.

На внешнем уровне моделирования определяется набор основных бизнес-процессов и автоматизируемых функций. Обычно выделяется 10-30 функций.

На концептуальном уровне производится декомпозиция определенных ранее функций и строятся иерархии взаимосвязанных подфункций.

На внутреннем уровне отображается структура реализации информационного процесса: иерархические структуры программных модулей, реализующих функции ИС.

Структура управления

Последовательность и характер выполнения функций бизнес-процесса обычно зависят от множества условий. Условие часто представляет собой факт наступления некоторого события (пользователь нажал клавишу, пришел пакет сообщения, завершилось выполнение вычисления и т.п.). Событие описывается с двух точек зрения:

- информационной — как сообщение, фиксирующее факт завершения выполнения некоторой функции изменения состояния объекта или факт появления нового объекта;

- процедурной — как функции, которые необходимо выполнить при выполнении соответствующего условия.

На внешнем уровне определяется список внешних событий, обуславливаемых взаимодействием с внешней средой, и список ограничений, которым должны соответствовать бизнес-процессы.

На концептуальном уровне формируются бизнес-правила, определяющие условия вызова функций при возникновении событий и изменении состояний объектов.

На внутреннем уровне выполняется реализация бизнес-правил в виде триггеров СУБД и/или вызовов программных модулей (логика функционирования обработчика событий).

Организационная структура

Организационная структура — совокупность организационных единиц, связанных иерархическими (структурными) и процессными (функциональными) отношениями. Организационная единицы — подразделение организации, совокупность людей, выполняющих общие функции или участвующих в одинаковых бизнес-процессах.

На внешнем уровне определяется организационная структура предприятия как иерархия соподчиненных организационных единиц и/или списки взаимодействующих подразделений.

На концептуальном уровне для каждой единицы определяется организационно-штатная структура должностей, или ролей персонала.

На внутреннем уровне определяются требования к правам доступа персонала к отдельным функциям и ресурсам ИС.

Техническая структура

Топология — схема территориального размещения средств по подразделениям предприятия.

Коммуникация —технический способ реализации взаимодействия подразделений.

На внешнем уровне определяются типы и предварительный состав технических (аппаратных) средств обработки данных и их размещение по структурным подразделениям (т.е. топология).

На концептуальном уровне разрабатывается способ коммуникации между техническими средствами подразделений.

На внутреннем уровне проектируется клиент-серверная архитектура ИС.

 

Построение моделей структурного аспекта на трех уровнях детализации

	Внешний	Концептуальный	Внутренний
Объектная	выделяются основные виды материальных (сырье, материалы, готовые изделия и т.п.) и информационных (заказы, счета и т.п.) объектов	уточняется состав объектов, состав их атрибутов и взаимосвязи между собой; в итоге получается обобщенное представление предметной области, часто называемое информационной моделью	производится отображение элементов концептуальной модели на логическую структуру базу данных, структуры входных и выходных документов ИС
Функциональная	определяется набор основных бизнес-процессов и автоматизируемых функций	производится декомпозиция определенных ранее функций и строятся иерархии взаимосвязанных подфункций	отображается структура реализации информационного процесса: иерархические структуры программных модулей, реализующих функции ИС
Управления	определяется список внешних событий, обуславливаемых взаимодействием с внешней средой, и список ограничений, которым должны соответствовать бизнес-процессы	формируются бизнес-правила, определяющие условия вызова функций при возникновении событий и изменении состояний объектов	выполняется реализация бизнес-правил в виде триггеров СУБД и/или вызовов программных модулей
Организационная	определяется организационная структура предприятия как иерархия соподчиненных организационных единиц и/или списки взаимодействующих подразделений	для каждой единицы определяется организационно-штатная структура должностей, или ролей персонала	определяются требования к правам доступа персонала к отдельным функциям и ресурсам ИС
Техническая	определяются типы и предварительный состав технических (аппаратных) средств обработки данных и их размещение по структурным подразделениям (т.е. топология)	разрабатывается способ коммуникации между техническими средствами подразделений	проектируется клиент-серверная архитектура ИС

 

Таким образом, описанные модели нацелены на проектирование отдельных компонентов и видов обеспечения ИС: данных, программных модулей, управляющих программных модулей, метаданных, структуры технического комплекса. Очевидно, что для более качественного и экономичного проектирования необходимо построение интегральных моделей, увязывающих частные. Важно выполнять совместное проектирование взаимодействующих компонентов, особенно данных и функций.

Именно такой подход используется во всех основных методологиях функционально- и объектно-ориентированного моделирования.

Оценочный аспект моделирования предметной области и ИС связан с показателями эффективности реализации, в частности:

- время решения задач;

- стоимостные затраты на обработку данных;

- надежность системы;

- производительность труда и т.п.

Для расчета показателей эффективности ИС используются, как правило, статические методы функционально-стоимостного анализа (Activity Based Costing, ABC) и динамические методы имитационного моделирования. В частности, для в качестве основы для имитационного моделирования могут быть использованы схемы, построенные по рассматриваемому далее методу IDEF3.