Понятие жизненного цикла ИС. Этапы проектирования

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. К настоящему времени наибольшее распространение получили следующие две основные модели ЖЦ:

1. каскадная модель (70-85 г.г.);

2. спиральная модель (86-90 г.г.).

• каскадная модель

Ее основной характеристикой является разбиение всей разработки на этапы, причем переход с одного этапа на следующий происходит только после того, как будет полностью завершена работа на текущем (рис. 4). Каждый этап завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков.

Каскадная модель

Преимущества каскадной модели:

• на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;

• выполняемые в логичной последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.

Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении таких АИС, для которых в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования, с тем, чтобы предоставить разработчикам свободу реализовать их как можно лучше с технической точки зрения. Но в процессе использования этого подхода обнаружился ряд его недостатков, вызванных тем, что реальный процесс создания АИС никогда полностью не укладывался в такую жесткую схему. В процессе создания АИС постоянно возникала потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений. В результате реальный процесс принимал следующий вид:

Структура реального процесса по каскадной схеме

Изображенную схему относят к отдельной модели, так называемой модели с промежуточным контролем, в которой межэтапные корректировки обеспечивают большую надежность по сравнению с каскадной моделью, хотя и увеличивают весь период разработки.

Основным недостатком каскадного подхода является существенное запаздывание с получением результатов. Согласование результатов с пользователями производится только после завершения каждого из этапов, требования к ЭИС «заморожены» в виде технического задания на все время ее создания. Таким образом, пользователи могут внести свои замечания только после того, как работа над системой будет полностью завершена. В случае неточного изложения требований или их изменения в течение длительного периода создания, пользователи получают систему, не удовлетворяющую их потребностям.

• спиральная модель)

Для преодоления перечисленных проблем была предложена спиральная модель жизненного цикла, делающая упор на начальные этапы: анализ и проектирование. На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов (версий). Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии проекта, уточняются его цели и характеристики, определяется качество и планируются работы следующего витка спирали. Таким образом углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации.

Спиральная модель

Жизненный цикл носит итерационный характер: результаты очередного этапа часто вызывают изменения в проектных решениях, выработанных на более ранних этапах.

Разработка итерациями отражает объективно существующий спиральный цикл создания системы. Неполное завершение работ на каждом этапе позволяет переходить на следующий этап, не дожидаясь полного завершения работы на текущем. При итеративном способе разработки недостающую работу можно будет выполнить на следующей итерации. Главная задача – как можно быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым активизируя процесс уточнения и дополнения требований.

Преимущества спиральной модели:

• накопление и повторное использование проектных решений, средств проектирования, моделей и прототипов ЭИС;

• ориентация на развитие и модификацию системы в процессе ее проектирования;

• анализ риска и издержек в процессе проектирования системы.

Основная проблема спирального цикла – определение момента перехода на следующий этап. Для ее решения необходимо ввести временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла. Переход осуществляется в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена. План составляется на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах, и личного опыта разработчиков.

Главная особенность разработки ЭИС состоит в высокой сложности на стадиях предпроектного обследования и проектирования и относительно невысокой сложности и трудоемкости последующих этапов. Нерешенные вопросы и ошибки, допущенные на этапах анализа и проектирования, порождают на этапах внедрения и эксплуатации трудные, часто неразрешимые проблемы и в конечном счете приводят к отказу от использования материалов проекта.

Сформулируем общие требования, которым должна удовлетворять технология проектирования, разработки и сопровождения ЭИС:

• технология должна поддерживать полный жизненный цикл ЭИС;

• технология должна обеспечивать гарантированное достижение целей разработки ЭИС с заданным качеством и в установленное время;

• технология должна обеспечивать возможность декомпозиции проекта на составные части (подсистемы), разрабатываемые группами исполнителей ограниченной численности с последующей интеграцией составных частей;

• технология должна обеспечивать возможность ведения работ по проектированию отдельных подсистем небольшими группами (3-7 человек). Это обусловлено принципами управляемости коллектива и повышения производительности за счет минимизации числа внешних связей;

• технология должна обеспечивать минимальное время получения работоспособной ЭИС. Реализация ЭИС в целом в короткие сроки может потребовать привлечения большого числа разработчиков, при этом эффект может оказаться ниже, чем при реализации в более короткие сроки отдельных подсистем меньшим числом разработчиков. Практика показывает, что даже при наличии полностью завершенного проекта, внедрение идет последовательно по отдельным подсистемам;

• технология должна предусматривать возможность управления конфигурацией проекта, ведения версий проекта и его составляющих, возможность автоматического выпуска проектной документации и синхронизацию ее версий с версиями проекта;

• технология должна обеспечивать независимость выполняемых проектных решений от средств реализации АИС (систем управления базами данных, операционных систем, языков и систем программирования);

• технология должна быть поддержана комплексом согласованных CASE-средств, обеспечивающих автоматизацию процессов, выполняемых на всех стадиях жизненного цикла.

Реальное применение любой технологии проектирования, разработки и сопровождения АИС в конкретной организации и конкретном проекте невозможно без выработки ряда стандартов (правил, соглашений), которые должны соблюдаться всеми участниками проекта. К таким стандартам относятся:

• стандарт проектирования, который должен устанавливать:

• набор необходимых моделей (диаграмм) на каждой стадии проектирования и степень их детализации;

• правила фиксации проектных решений на диаграммах, правила именования объектов, набор атрибутов для всех объектов и правила их заполнения на каждой стадии, правила оформления диаграмм и т. д.;

• требования к конфигурации рабочих мест разработчиков, включая настройки операционной системы, настройки CASE-средств, общие настройки проекта и т. д.;

• механизм обеспечения совместной работы над проектом, в том числе: правила интеграции подсистем проекта, правила поддержания проекта в одинаковом для всех разработчиков состоянии (регламент обмена проектной информацией, механизм фиксации общих объектов и т.д.), правила проверки проектных решений на непротиворечивость и т. д.

• стандарт оформления проектной документации, который должен устанавливать:

• комплектность, состав и структуру документации на каждой стадии проектирования;

• требования к ее оформлению;

• правила подготовки, рассмотрения, согласования и утверждения документации с указанием предельных сроков для каждой стадии;

• требования к настройке издательской системы, используемой в качестве встроенного средства подготовки документации.

• стандарт пользовательского интерфейса, который должен устанавливать:

• правила оформления экранов (шрифты и цветовая палитра), состав и расположение окон и элементов управления;

• правила использования клавиатуры и мыши;

• правила оформления текстов помощи;

• перечень стандартных сообщений;

• правила обработки реакции пользователя.

Использование каскадной модели ЖЦ предполагает, что весь процесс проектирования разбивается на этапы. Переход с одного этапа на следующий этап происходит только после того, как будет полностью завершена работа на текущем этапе. Каждый этап завершается выпуском полного комплекта документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой командой разработчиков.

Положительные стороны применения каскадного подхода заключаются в следующем:

· на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;

· выполняемые в логичной последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.

Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении ИС, для которых в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования. Однако что реальный процесс создания ИС редко умещался в заданную схему, зачастую возникала потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений.

Основным недостатком каскадного подхода является существенное запаздывание с получением результатов. Согласование результатов с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждого этапа работ, требования к ИС зафиксированы на все время ее создания. Таким образом, пользователи могут внести свои замечания только после того, как работа над системой будет полностью завершена. В случае неточного изложения требований или их изменения в течение длительного периода создания ИС, пользователи получают систему, не удовлетворяющую их потребностям. Модели автоматизируемого объекта могут устареть одновременно с их утверждением.

Для преодоления перечисленных проблем была предложена спиральная модель ЖЦ, делающая упор на начальные этапы ЖЦ: анализ и проектирование. На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии ПО, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка спирали. Таким образом, углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта, и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации.

Неполное завершение работ на каждом этапе позволяет переходить на следующий этап, до полного завершения работы на текущем этапе. При таком подходе недостающую работу можно будет выполнить на следующей итерации. Главная же задача - как можно быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым, активизируя процесс уточнения и дополнения требований.

Основная проблема спирального цикла - определение момента перехода на следующий этап. Для ее решения необходимо ввести временные ограничения на каждый из этапов жизненного цикла. Переход осуществляется в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена.

Основные этапы проектирования :

1. предпроектное обследование,

2. проектирование (технический проект, рабочий проект),

3. ввод системы вдействие,

4. промышленная эксплуатация.

Предпроектное обследование.

a) Определение стратегия

Определение стратегии предполагает обследование системы. Основная задача обследования — оценка реального объема проекта, его целей и задач, а также получение определений сущностей и функций на высоком уровне.

. Необходимо получить как можно более полную информацию о системе (полное и однозначное понимание требований заказчика). Как правило, информация о системе может быть получена в результате бесед или семинаров с руководством, экспертами и пользователями. Таким образом определяются суть данного бизнеса, перспективы его развития и требования к системе. По завершении основной стадии обследования системы технические специалисты формируют вероятные технические подходы и приблизительно рассчитывают затраты на аппаратное обеспечение, закупаемое программное обеспечение и разработку нового программного обеспечения (что, собственно, и предполагается проектом). Результатом этапа определения стратегии является документ, где четко сформулировано, что получит заказчик, если согласится финансировать проект; когда он получит готовый продукт (график выполнения работ); сколько это будет стоить (для крупных проектов должен быть составлен график финансирования на разных этапах работ). В документе должны быть отражены не только затраты, но и выгода, например время окупаемости проекта, ожидаемый экономический эффект (если его удается оценить).

В документе обязательно должны быть описаны:

ограничения, риски, критические факторы, влияющие на успешность проекта, например время реакции системы на запрос является заданным ограничением, а не желательным фактором;

совокупность условий, при которых предполагается эксплуатировать будущую систему: архитектура системы, аппаратные и программные ресурсы, предоставляемые системе, внешние условия ее функционирования, состав людей и работ, которые обеспечивают бесперебойное функционирование системы;

сроки завершения отдельных этапов, форма сдачи работ, ресурсы, привлекаемые в процессе разработки проекта, меры по защите информации;

описание выполняемых системой функций;

будущие требования к системе в случае ее развития, например возможность работы пользователя с системой с помощью Интернета и т.п.;

сущности, необходимые для выполнения функций системы;

интерфейсы и распределение функций между человеком и системой;

требования к программным и информационным компонентам ПО, требования к СУБД (если проект предполагается реализовывать для нескольких СУБД, то требования к каждой из них, или общие требования к абстрактной СУБД и список рекомендуемых для данного проекта СУБД, которые удовлетворяют заданным условиям);

что не будет реализовано в рамках проекта.

Выполненная на данном этапе работа позволяет ответить на вопрос, стоит ли продолжать данный проект и какие требования заказчика могут быть удовлетворены при тех или иных условиях. Может оказаться, что проект продолжать не имеет смысла, например из-за того, что те или иные требования не могут быть удовлетворены по каким-то объективным причинам. Если принимается решение о продолжении проекта, то для проведения следующего этапа анализа уже имеются представление об объеме проекта и смета затрат.

b) анализ

Этап анализа предполагает подробное исследование бизнес -процессов (функций, определенных на этапе выбора стратегии) и информации, необходимой для их выполнения (сущностей, их атрибутов и связей (отношений)). На этом этапе создается информационная модель, а на следующем за ним этапе проектирования — модель данных.

Вся информация о системе, собранная на этапе определения стратегии, формализуется и уточняется на этапе анализа. Особое внимание следует уделить полноте переданной информации, анализу информации на предмет отсутствия противоречий, а также поиску неиспользуемой вообще или дублирующейся информации. Как правило, заказчик не сразу формирует требования к системе в целом, а формулирует требования к отдельным ее компонентам. Уделите внимание согласованности этих компонентов.

Аналитики собирают и фиксируют информацию в двух взаимосвязанных формах:

функции — информация о событиях и процессах, которые происходят в бизнесе;

сущности — информация о вещах, имеющих значение для организации и о которых что-то известно.

Двумя классическими результатами анализа являются:

иерархия функций, которая разбивает процесс обработки на составные части (что делается и из чего это состоит);

модель "сущность-связь" (Entry Relationship model, ER-модель), которая описывает сущности, их атрибуты и связи (отношения) между ними.

Проектирования.

Технический проект. На этом этапесоздается собственно проект АИС на бумаге, выбираются и обосновываются проектные решения по каждому из основных компонентов (техническом, программном, информационном обеспечении и т.д.).

проектирование архитектуры системы, включающее разработку структуры и интерфейсов ее компонент (автоматизированных рабочих мест), согласование функций и технических требований к компонентам, определение информационных потоков между основными компонентами, связей между ними и внешними объектами;

детальное проектирование, включающее разработку спецификаций каждой компоненты, разработку требований к тестам и плана интеграции компонент, а также построение моделей иерархии программных модулей и межмодульных взаимодействий и проектирование внутренней структуры модулей

Рабочий проект.

Разработка и отладка программ;

Корректировка структур баз данных;

Разработка должностных инструкций;

Наполнение системы данными;

построение процедур их обработки;

интеграция процедур внутри автоматизированных рабочих мест;

интеграция автоматизированных рабочих мест в систему.

Ввод системы в действие

· подготовка к внедрению – установка и ввод в эксплуатацию технических средств, загрузка баз данных и опытная эксплуатация программ, обучение персонала;

· проведение опытных испытаний всех компонентов системы перед передачей в эксплуатацию, обучение персонала;

(завершающая стадия создания АИС) – сдача в эксплуатацию; оформляется актами приема-сдачи работ.

Промышленная эксплуатация

Этот этап кроме повседневного функционирования включает сопровождение программных средств и всего проекта, оперативное обслуживание и администрирование баз данных.

Реализованные этапы, начиная с самых ранних, циклически повторяются в соответствии с изменениями требований и внешних условий, введением ограничений и т.п. На каждом этапе формируется определенный набор документов и технических решений, при этом для каждого этапа исходными являются документы и решения, полученные на предыдущем этапе. Этап завершается проверкой предложенных решений и документов на их соответствие сформулированным требованиям и начальным условиям.

Методы проектирования ИС

В настоящее время в отечественной практике организации проектирования экономических информационных систем существует два подхода:

· проектирование ведется силами программистов, входящие в состав подразделений самого предприятия;

· разработкой проекта занимается специализированная фирма, имеющая опыт работы в создании, продаже и сопровождении программных продуктов в конкретной предметной области (банковских автоматизированных систем, автоматизированных систем страхования, автоматизации работ валютной, фондовой или торговой бирж и т.д.).

Причины, толкающие предприятия и банки разрабатывать свои АИС собственными силами следующие:

· низкая стоимость таких разработок (по сравнению с покупными продуктами);

· собственная разработка максимальная отражает бизнес - процессы данного предприятия или банка, сложившиеся технологии управления;

· более коротки сроки создания программ;

· возможность быстрого изменения системы, с изменением правил игры на рынке.

Вместе с тем при собственной разработке необходимо решить целый комплекс сложных организационно-технических задач, которые позволили бы избежать ошибочных решений:

· необходимо осуществить правильный выбор, как архитектуры построения корпоративной сети, так и профессиональные СУБД. По экспертным оценкам собственные разработки АИС в 53% базируются на СУБД Oracle, около 15% на Informix, 22% - другие СУБД.

· использование при разработке современного инструментальных средств разработки (CASE средства, эффективные средства разработки: Delphi, Designer2000, Developer2000, SQL-Stations и т.п.);

· применение эффективных организационно-технических средств по управлению проектом и контролю версий АИС;

· освоение новых технологий, позволяющих разрабатывать АИС, с использование современных возможностей мобильной связи и интернет;

· создание полноценного комплекта документации, с последующей его корректировкой при изменении программ.

Только при соблюдении этих основных положений можно рассчитывать, что собственная разработка окажется конкурентной и эффективной.

В банковских структурах есть осознание необходимости внедрения и развития корпоративных информационных систем, как одной из основных компонент стратегического развития бизнеса. В настоящее время только 15% автоматизированных банковских систем (АБС) созданы кустарным путем, и число таких систем сокращается.

Поиск рациональных путей проектирования ведется по следующим направлениям:

· разработка типовых проектных решений (ППП),

· решение экономических задач с последующей привязкой ППП к конкретным условиям внедрения и функционирования,

· разработка автоматизированных систем проектирования.

Типовое проектное решение (ТПР) в области АИС представляет комплект технической документации, содержащий проектные решения по части объекта проектирования, включая программные средства и предназначенный для многократного применения в процессе разработки, внедрения и функционирования АИС с целью уменьшения трудоемкости разработки, сроков и затрат на создание АИС.

ТПР разрабатывают для однородных объектов управления, для которых создание ТПР АИС является экономически целесообразным. ТПР является результатом работы по типизации, заключающейся в приведении к единообразию по установленным признакам наиболее рациональных индивидуальных (нетиповых) проектных решений, объединяемых областью применяемости и общими требованиями к ним.

При использовании ТПР проводиться его экспертизу с целью оценки научно-технического уровня, удовлетворения информационных потребностей объекта управления; соответствия требованиям действующих стандартов, результатов его применения в проектах конкретных системах.

Примеры ППП:

· для бухучета «1С-бухгалтерия», «Бэст», «Инфо- Бухгалтер»;

· справочное и информационное обеспечивание «Гарант», «Консультант»;

· экономическая и финансовая деятельность поддерживается «Экономический анализ и прогноз деятельности фиры, организации» (производитель фирма ИНЕК;

· «Финансовый анализ предприятия» фирма Инфософт.

Решение экономических задач с последующей привязкой ППП к конкретным условиям внедрения и функционирования предполагает формирование единого информационного процесса путем подбора нескольких пакетов различных производителей, который в наибольшей степени соответствует бизнес стратегии предприятия.

Автоматизированных систем проектирования – быстроразвивающийся путь ведения проектных работ. За последнее десятилетие появился класс программно-технологических средств CASE-средств, реализующих CASE-технологию создания и сопровождения АИС. 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 CASE-средства охватывают процесс разработки сложных АИС в целом. Теперь под термином CASE-средства понимаются программные средства, поддерживающие процессы создания и сопровождения АИС, включая анализ и формулировку требований, проектирование прикладного ПО и базданных, генерацию программного кода, тестирование, документирование, обеспечение качества, конфигурационное управление и управление проектом, а также другие процессы.

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 диаграммы или текстов для описания внешних требований, связей между моделями системы, динамики поведения системы и архитектуры программных средств.

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 использования. CASE-средства не обязательно дают немедленный эффект; он может быть получен только спустя какое-то время.

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