Теория информационных процессов и систем

5. упрощается повторное использование компонентов (имеется возможность применять компонентный подход к программированию). Это обусловлено тем, что проще выявить общие части проекта, когда они уже частично разработаны, чем пытаться выделить их в начале разработки. Анализ проекта после нескольких начальных итераций позволяет выявить общие, многократно используемые компоненты, которые на последующих итерациях будут совершенствоваться;

6. СМ позволяет получить более надежную и устойчивую систему, т.к. ошибки и слабые места обнаруживаются и исправляются на каждой итерации. Одновременно можно корректировать критические параметры эффективности, что при использовании КМ выполняется только перед внедрением ИС;

7. итерационный подход позволяет оптимизировать процесс разработки за счет анализа, проводимого в конце каждой итерации.

Проблемы использования спиральной модели

Основная проблема при использовании СМ - определение момента перехода на следующий этап. Для ее решения необходимо ввести временные ограничения на каждый этап ЖЦ ИС. Иначе процесс разработки может превратиться в бесконечное совершенствование уже сделанного. При итерационном подходе полезно следовать принципу «лучшее - враг хорошего». Поэтому завершение итерации должно производиться строго в соответствии с планом, даже если не вся запланированная работа закончена.

Планирование работ обычно проводится на основе статистических данных, полученных в предыдущих проектах, и личного опыта разработчиков.



Лекция 7. Основные методологии и технологии разработки ИС. Методология RAD)

Часть II

Тема 3. Методология и технология разработки информационных систем Основные методологии и технологии разработки ИС. Методология RAD

Методология создания ИС заключается в организации процесса построения ИС и обеспечения управления этим процессом, чтобы гарантировать выполнение требований к системе и к характеристикам процесса ее разработки.

Основными задачами, решение которых должна обеспечивать методология создания ИС, являются следующие:

· обеспечение создания ИС, отвечающих целям и задачам предприятия и соответствующих предъявляемым к ним требованиям по автоматизации деловых процессов;

· гарантия создания ИС с заданными параметрами в заданный срок в рамках оговоренного бюджета;

· простота сопровождения, модификации и расширения системы;

· возможность использования в создаваемой ИС разработанных ранее средств информационных технологий (ПО, БД, компьютеров, телекоммуникаций).

Методологии, технологии и инструментальные средства проектирования (CASE-средства) составляют основу проекта любой ИС. Методология реализуется через конкретные технологии и поддерживающие их стандарты, методики и инструментальные средства, которые обеспечивают выполнение процессов ЖЦ ИС.

Основное содержание технологии проектирования составляют технологические инструкции, состоящие из описания последовательности технологических операций (ТО), условий, в зависимости от которых выполняются эти операции, и описания самих операций.

Технологию проектирования можно рассматривать как совокупность трех составляющих:

1. заданной последовательности выполнения ТО проектирования;

2. критериев и правил для оценки результатов выполнения ТО;

3. графических и текстовых средств для описания проектируемой ИС.

Каждая ТО должна обеспечиваться следующими материальными и информационными ресурсами:

· данными, полученными на предыдущей операции (или исходными данными), представленными в стандартном виде;

· методическими материалами, инструкциями, нормативами и стандартами;

· программными и техническими средствами;

· исполнителями .

Результаты ТО должны представляться в стандартном виде .

Технология проектирования, разработки и сопровождения ИС должна удовлетворять следующим общим требованиям:

1. поддержка полного ЖЦ ИС;

2. обеспечение достижения целей разработки ИС с заданным качеством и в заданные сроки;

3. обеспечение возможности декомпозиции проекта на составные части, разрабатываемые отдельными группами (3 - 7 человек), с последующей интеграцией частей;

4. обеспечение минимального времени получения работоспособной ИС;

5. обеспечение возможности управления конфигурацией проекта, ведения версий проекта, возможности автоматического выпуска проектной документации;

6. обеспечение независимости выполняемых проектных решений от средств реализации (СУБД, ОС, языка и системы программирования).

Методология RAD - Rapid Application Development

Раньше разработка ИС велась средствами традиционных языков программирования. По мере возрастания сложности разрабатываемых ИС потребовались новые средства, обеспечивающие значительное сокращение сроков разработки. В результате появилось целое направление в области ПО - инструментальные средства для быстрой разработки приложений (RAD). Развитие этого направления привело к появлению средств автоматизации практически всех этапов ЖЦ ИС.

Основные особенности методологии RAD

RAD - это комплекс специальных средств быстрой разработки прикладных ИС, позволяющих оперировать с определенным набором графических объектов, отображающих отдельные информационные компоненты приложений.

Под методологией RAD обычно понимают процесс разработки ИС, основанный на небольшой команде программистов (2 - 10 человек), тщательно проработанном графике работ (рассчитанном на 2 - 6 месяцев), итерационной модели разработки (основанной на тесном взаимодействии с заказчиком).

Основные принципы методологии RAD следующие:

1. использование спиральной модели разработки;

2. необязательное полное завершение работ на каждом этапе;

3. тесное взаимодействие с заказчиком и будущими пользователями в процессе разработки ИС;

4. применение CASE -средств и средств БРП;

5. применение средств управления конфигурацией проекта;

6. использование прототипов;

7. осуществление тестирования одновременно с разработкой;

8. небольшая группа разработчиков-профессионалов;

9. грамотное руководство, четкое планирование и контроль.

Объектно-ориентированный подход

Средства RAD позволили реализовать принципиально отличную от традиционной технологию создания приложений: информационные объекты формируются как некие действующие модели (прототипы), чье функционирование согласовывается с пользователем, а затем разработчик переходит к формированию законченных приложений.

Возможность использования такого подхода обусловлена применением принципов ООПроектирования. Применение ООМетодов позволяет преодолеть одну из главных проблем разработки сложных ИС - колоссальный разрыв между реальным миром (предметной областью описываемой проблемы) и имитирующей средой.

Использование ООМ позволяет создать описание (модель) предметной области в виде совокупности объектов-сущностей, объединяющих данные и методы обработки этих данных (процедуры). Каждый объект обладает своим собственным поведением и моделирует некоторый объект реального мира.

При объектном подходе акцент переносится на конкретные характеристики системы, являющейся предметом программного моделирования. Объекты обладают целостностью, которая не может быть нарушена. Объект может только менять свое состояние, управляться или становиться в определенное отношение к другим объектам.

При разработке приложений с помощью инструментов RAD используется множество готовых объектов, хранящихся в общедоступном хранилище. При этом имеется возможность разработки новых объектов. Инструментальные средства RAD обладают удобным графическим интерфейсом пользователя и позволяют на основе стандартных объектов создавать простые приложения без написания кода программы. Это большое преимущество RAD , т.к. существенно упрощается разработка интерфейса пользователя.

Объектно-ориентированное программирование

ООП на данный момент является вершиной эволюции программирования. ООП базируется на трех основных принципах: инкапсуляция, наследование, полиморфизм.

В ООП основными элементами программы являются не переменные, а объекты, каждый из которых является экземпляром какого-либо класса. Параметры объекта называют его свойствами, а поцедуры и функции, которые он выполняет в ответ на какой-либо запрос, называют методами.

Инкапсуляцией называется представление свойств и методов как неотъемлемых частей любого объекта. Иначе: инкапсуляция - это объединение данных и обрабатывающих их методов (подпрограмм) внутри класса. Это означает, что в классе инкапсулируются (объединяются и помещаются внутри класса) поля, свойства и методы. При этом класс приобретает некоторую функциональность. Например, обеспечивает полный набор средств для создания программы поддержки некоторого элемента интерфейса (окна Windows, текстового редактора и др.).

Наследование - это возможность доступа объектов, принадлежащих классу-потомку, к методам и свойствам класса-предка. Другими словами, наследование заключается в порождении новых объектов-потомков от существующих объектов-родителей, при этом потомок берет (наследует) от родителя все его поля, свойства и методы. В дальнейшем их можно использовать в неизменном виде или переопределять (модифицировать).

Полиморфизм - это возможность переопределять методы класса-предка для класса-потомка, не меняя имени метода. Т.е. полиморфизм заключается в том, что методы различных объектов могут иметь одинаковые имена, но различное содержание. Это достигается переопределением родительского метода в классе-потомке. В результате родитель и потомок ведут себя по-разному при вызове одноименных методов.

Широкую известность ООПрограммирование получило с появлением визуальных средств проектирования, когда было обеспечено слияние (инкапсуляция) данных и процедур, описывающих поведение реальных объектов, с объектами программ, которые можно отобразить в графической пользовательской среде. Это позволило создавать программные системы, максимально похожие на реальные, и при этом добиваться наивысшего уровня абстракции. Кроме того, ООП позволяет создавать более надежные коды, т.к. у объектов программ существует точно определенный и жестко контролируемый интерфейс.

Визуальное программирование

Применение принципов ООП позволило создать принципиально новые средства проектирования приложений - средства визуального программирования.

Визуальные средства разработки оперируют со стандартными интерфейсными объектами - окнами, списками, текстами, которые легко связать с данными из БД и отобразить на экране монитора. Другая группа объектов представляет собой стандартные элементы управления - кнопки, переключатели, флажки, меню и т.п., с помощью которых осуществляется управление отображаемыми данными. Все эти объекты могут быть стандартным образом описаны средствами языка, а сами описания сохранены для дальнейшего повторного использования.

Все средства визуальной разработки приложений, ориентированные на разработку ИС, можно условно разделить на два класса:

1. специализированные средства разработки, ориентированные исключительно на работу с определенной СУБД и не предназначенные для разработки приложений, не использующих БД. Как правило, они привязаны к вполне определенным СУБД. Например, система Power Builder фирмы Sybase(для работы с СУБД Sybase Anywhere Server ); система Visual FoxPro фирмы Microsoft ;

2. универсальные системы визуального программирования , которые могут использоваться как для разработки информационных приложений, взаимодействующих с БД, так и для разработки любых других приложений, не использующих БД. Причем приложения, разработанные с помощью универсальных систем, могут взаимодействовать практически с любыми СУБД. Это обеспечивается использованием драйверов ODBC или OLE DB и применением специализированных компонентов. Наиболее популярны универсальные системы Borland Delphi фирмы Borland и Visual Basic фирмы Microsoft .

Каждый класс имеет свои достоинства и недостатки, поэтому в общем случае трудно отдать предпочтение одному из них.

Визуальные инструменты RAD позволяют максимально сблизить этапы создания ИС, т.к. на каждом этапе разработчики оперируют визуальными объектами.

Событийное программирование

Логика приложения, построенного с помощью RAD, является событийно-ориентированной, Это означает, что каждый объект, входящий в состав приложения, может генерировать события и реагировать на события, генерируемые другими объектами. Примеры событий: открытие и закрытие окон, щелчок мыши на кнопке, нажатие клавиши клавиатуры, изменение данных в БД, . . .

Разработчик реализует логику приложения путем определения обработчика каждого события - процедуры, выполняемой объектом при наступлении соответствующего события, Например, обработчик события «нажатие кнопки» может открыть диалоговое окно. Таким образом, управление объектами осуществляется с помощью событий.

Фазы жизненного цикла в рамках методологии RAD

По методологии RAD ЖЦ ИС состоит из четырех фаз: фазы анализа и планирования требований, фазы проектирования, фазы построения и фазы внедрения.

Фаза анализа и планирования требований: на этой фазе определяются функции разрабатываемой ИС, проводится описание информационных потребностей, ограничивается масштаб проекта, определяются временные рамки для каждой фазы и сама возможность реализации данного проекта. Результат фазы - список функций ИС с указанием приоритетов и предварительные функциональные и информационные модели ИС.

Фаза проектирования: на этой фазе необходимы CASE -средства для быстрого получения работающих прототипов приложения. Пользователи анализируют прототипы и вносят необходимые уточнения и дополнения в проектируемую ИС. Кроме того, проводится анализ и корректировка функциональной модели ИС. При необходимости для каждого элементарного процесса ИС создается частичный прототип (экран, диалог или отчет). Определяются требования разграничения доступа к данным, количество функциональных элементов ИС (что позволяет разделить ИС на ряд подсистем) и набор необходимых документов. Результаты фазы: общая информационная модель системы; функциональные модели ИС и ее подсистем; интерфейсы между подсистемами; прототипы экранов, диалогов и отчетов.

Фаза построения: на этой фазе выполняется собственно быстрая итеративная разработка приложения на основе полученных ранее моделей с использованием визуальных средств программирования. Формирование программного кода частично выполняется с помощью автоматических генераторов CASE-средств. Осуществляется тестирование ИС и постепенная интеграция ее частей. Завершается физическое проектирование ИС, т.е. определяется необходимость распределения данных, проводится анализ их использования, производится физическое проектирование БД, определяются требования к аппаратным ресурсам, завершается разработка документации проекта. Результат фазы - готовая ИС.

Фаза внедрения: сводится в основном к обучению пользователей разработанной ИС.

Ограничения методологии RAD

Применение методологии RAD наиболее эффективно при создании сравнительно небольших ИС, разрабатываемых для вполне определенного предприятия.

При разработке типовых ИС, состоящих из типовых элементов, существенны такие показатели проекта как управляемость и качество, которые могут войти в противоречие с простотой и скоростью разработки методологии RAD. Это связано с тем, что типовые ИС обычно централизованно сопровождаются и могут быть адаптированы к различным программно-аппаратным платформам, СУБД и средствам коммуникаций, а также интегрироваться с существующими разработками. Поэтому для таких проектов необходимы высокий уровень планирования и жесткая дисциплина проектирования, строгое следование заранее разработанным протоколам и интерфейсам, что снижает скорость разработки.

Методология RAD неприменима также для построения сложных расчетных программ, ОС и программ управления сложными инженерно-техническими объектами, т.е. программ, требующих написания большого объема уникального кода.

Методология RAD не может быть использована для разработки приложений, в которых интерфейс пользователя является вторичным, т.е. отсутствует наглядное определение логики работы ИС. Примеры таких приложений: драйверы (служебные программы, обеспечивающие взаимодействие системы с конкретным устройством: драйвер мыши, драйвер клавиатуры, драйвер видеокарты, . . .), службы (системные программы, обеспечивающие функции ОС: служба доступа к папкам и файлам - служба ОС Windows ) приложения реального времени (регулятор громкости на рабочем столе).

Совершенно неприемлема методология RAD для разработки ИС, связанных с обеспечением безопасности жизнедеятельности людей, например, системы управления транспортом или АЭС. (Итеративный подход, лежащий в основе RAD, предполагает неполную работоспособность первых версий ИС и, следовательно, возможность катастроф.)



Лекция 8. Основные стандарты и методики разработки ИС (Oracle, ISO/IEC 12207, ГОСТ 34)

Основные стандарты и методики

Одним из важных условий эффективного использования ИТехнологий является внедрение корпоративных стандартов (КС). Корпоративные стандарты - это соглашение о единых правилах организации технологии или управления. При этом за основу КС могут приниматься отраслевые, национальные и международные стандарты.

КС образуют систему, включающую три вида стандартов: стандарты на продукты и услуги, стандарты на процессы и технологии, стандарты на формы коллективной деятельности (стандарты управления).

Однако быстрое развитие ИТ приводит к быстрому устареванию существующих стандартов и методик разработки ИС. В связи с этим следует отметить стандарты открытых систем (в первую очередь, стандарты на интерфейсы и на протоколы взаимодействия) как наиболее адаптивные.

Открытая система - это система, реализующая открытые спецификации (стандарты) на интерфейсы, службы и форматы данных, достаточные для обеспечения мобильности(возможности переноса) прикладных систем с минимальными изменениями на широкий диапазон систем, интероперабельности (совместной работы) с другими прикладными системами на локальных и удаленных платформах и мобильности пользователей(взаимодействия с пользователями в стиле, облегчающем переход) от системы к системе.

Это определение комитета IEEE POSIS 1003.0 (институт инженеров по электротехнике и электронике США).

Открытая спецификация - это общедоступная спецификация, которая поддерживается открытым, гласным согласительным процессом, направленным на постоянную адаптацию новой технологии, и соответствует стандартам.

Другими словами, открытая система - это система, доступная для взаимодействия с другими системами в соответствии с принятыми стандартами.

Иногда открытой называют систему со встроенным редактором, позволяющим добавлять в нее новые объекты ( Delphi - открытая система, Word , Excel - нет).

Одним из способов адаптивного проектирования ИС является также разработка и применение профилей ЖЦ ИС и ПО.

Группы стандартов

Все существующие стандарты можно условно разделить на несколько групп по следующим признакам:

· по предмету стандартизации : к этой группе относятся функциональные стандарты (на языки программирования, на интерфейсы, протоколы) и стандарты на организацию ЖЦ ИС и ПО;

· по утверждающей организации : здесь можно выделить официальные международные, официальные национальные или национальные ведомственные стандарты (например, ГОСТы, ANSI, IDEF 0/1), стандарты международных консорциумов и комитетов по стандартизации (например, консор-циум OMG), стандарты «de facto» - официально никем не утвержденные, но фактически действующие (как было с языками SQL и C), фирменные стандарты (например, Microsoft ODBC);

· по методическому источнику : к этой группе относятся методические материалы ведущих фирм-разработчиков ПО, фирм-консультантов, научных центров, консорциумов по стандартизации.

Рассмотрим кратко следующие стандарты и методики, касающиеся организации ЖЦ ИС и ПО:

1. методику Oracle CDM ( Custom Development Method ) по разработке прикладных ИС

2. международный стандарт ISO / IEC 12207:1995-08-01 на организацию ЖЦ продуктов ПО ;

3. отечественный комплекс стандартов ГОСТ 34.

Методика Oracle CDM

Одно из направлений деятельности фирмы Oracle - разработка методологических основ и производство инструментальных средств для автоматизации процессов разработки сложных прикладных систем, ориентированных на интенсивное использование БД.

Основу CASE-технологии и инструментальной среды фирмы Oracle составляют:

1. методология структурного нисходящего проектирования ИС по каскадной схеме;

2. ориентация на реализацию приложений в архитектуре клиент-сервер;

3. наличие централизованной БД (репозитария) для хранения спецификаций проекта ИС на всех этапах ее разработки;

4. возможность одновременной работы с репозитарием многих пользователей;

5. автоматизация последовательного перехода от одного этапа разработки к следующему;

6. автоматизация различных стандартных действий по проектированию и реализации ИС, включая генерацию документации по ИС на всех этапах.

Общая структура ЖЦ ИС (по методике Oracle CDM )

Методика Oracle CDM определяет следующие фазы ЖЦ ИС:

1. стратегия (определение требований);

2. анализ (разработка концептуальных моделей ИС);

3. проектирование (разработка технических спецификаций ИС на базе концептуальных моделей, структуры и состава БД);

4. реализация (написание кода, тестирование приложения);

5. внедрение (установка ИС, подготовка к эксплуатации);

6. эксплуатация (поддержка ИС, планирование будущих расширений).

Особенности методики Oracle CDM

1. Методика не является обязательной, но может считаться фирменным стандартом.

2. CDM существенно опирается на использование инструментария Oracle .

3. Методика не предусматривает включение дополнительных задач, удаление задач или изменение последовательности выполнения задач.

4. Используется только каскадная модель разработки ИС.

Международный стандарт ISO/IEC 12207:1995-08-01

ISO/IEC 12207 - базовый стандарт процессов ЖЦ ПО, ориентированный на различные виды ПО и типы проектов автоматизированных систем, в которых ПО является одной из составных частей. Стандарт определяет стратегию и общий порядок в создании и эксплуатации ПО, охватывает весь ЖЦ ПО и ИС.

Целесообразность совместного использования стандартов на ИС и ПО обусловлена одним из положений стандарта ISO 12207, согласно которому процессы, используемые во время ЖЦ ПО, долж ны быть совместимы с процессами, используемыми во время ЖЦ автоматизированной системы.

Общая структура ЖЦ ИС (по стандарту ISO /IEC 12207)

Стандарт ISO 12207 не предусматривает каких-либо этапов, фаз, стадий ЖЦ ИС, а определяет лишь ряд процессов, причем очень крупных. Каждый процесс подразделяется на ряд действий, а действия - на ряд задач. Важное отличие ISO 12207 от CDM - каждый процесс, действие или задача инициируются и выполняются по мере необходимости, причем нет заранее определенной последовательности выполнения.

В стандарте ISO / IEC 12207 описаны пять основных процессов ЖЦ ИС:

1. процесс приобретения определяет действия предприятия-покупателя, приобретающего ИС, ПП или службу ПО;

2. процесс поставки определяет действия предприятия-поставщика;

3. процесс разработки определяет действия предприятия-разработчика, которое разрабатывает принцип построения ПИзделия;

4. процесс функционирования определяет действия предприятия-оператора, которое обслуживает систему в целом (а не только ПО) в процессе ее функционирования;

5. процесс сопровождения определяет действия персонала, обеспечивающего сопровождение ПП (установка, удаление, поддержка текущего состояния, управление модификациями ПП).

Кроме основных, стандарт ISO 12207 определяет восемь вспомогательных процессов: процесс решения проблем, процесс документирования, управления конфигурацией, обеспечения качества, верификации, аттестации, совместной оценки, аудита.

В ISO 12207 также определены четыре организационных процесса: процесс управления, создания инфраструктуры, усовершенствования, обучения.

Наконец, ISO 12207 определяет особый процесс - процесс адаптации, регламентирующий основные действия для адаптации самого стандарта к условиям конкретного проекта.

Особенности стандарта ISO /IEC 12207

1. Стандарт имеет динамический характер, обусловленный способом определения последовательности выполнения процессов и задач, при котором родин процесс при необходимости вызывает другой. Это позволяет реализовать любую модель ЖЦ,

2. Стандарт обеспечивает максимальную степень адаптивности. Это достигается за счет исключения процессов, видов деятельности и задач, неприменимых в конкретном проекте.

3. Стандарт принципиально не содержит описания конкретных методов действия, заготовок решений или документации. Он лишь описывает архитектуру процессов ЖЦ ПО, не конкретизируя детали.

4. Стандарт содержит предельно мало описаний, связанных с проектированием БД.

Ценность стандарта ISO/IEC 12207 в том, что он содержит наборы задач, характеристик качества, критериев оценки и т.п., дающие всесторонний охват проектных ситуаций.

Стандарты комплекса ГОСТ 34

ГОСТ 34 разрабатывался в конце 80-х гг. как всеобъемлющий комплекс взаимосвязанных межотраслевых документов. Объектами стандартизации являются автоматизированные ИС различных видов и все виды их компонентов, а не только ПО и БД. ГОСТ 34 в основном регламентирует содержание проектных документов, а распределение действий между сторонами обычно производится исходя из этого содержания. Согласно ГОСТ 34, ИС состоит из программно-технических, программно-методических комплексов и отдельных компонентов организационного, технического, программного и информационного обеспечения.

Общая структура ЖЦ ИС (по стандарту ГОСТ 34)

Согласно ГОСТ 34, разработка ИС разбивается на следующие этапы и стадии:

1. Этап формирования требований к ИС. Состоит из стадий: обследование объекта и обоснование необходимости разработки ИС; формирование требований заказчика к ИС; разработка заявки на ТЗ, отчет о работе.

2. Разработка концепции: изучение объекта; проведение необходимых научно-исследовательских работ; разработка вариантов концепции ИС; отчет о работе.

3. Разработка и утверждение ТЗ на разработку ИС.

4. Разработка эскизного проекта ИС: разработка предварительных проектных решений; разработка документации.

5. Разработка технического проекта: разработка проектных решений по всей ИС и по ее частям; разработка документации на ИС и ее подсистемы; разработка и оформление документов на поставку изделий для комплектования ИС и/или технических требований на их разработку.

6. Разработка технической документации.

7. Ввод ИС в действие: подготовка объекта автоматизации; подготовка персонала; комплектация ИС программными и техническими средствами; монтажные работы; пуско-нала дочные работы; предварительные испытания; опытная эксплуатация; приемочные испытания.

8. Сопровождение: выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами; постгарантийное обслуживание.

В ГОСТ 34 дано описание содержания документов, разрабатываемых на каждом этапе. См. ГОСТ 34.601-90 (стадии создания АИС), ГОСТ 34.602-89 (ТЗ на создание АИС) и методические указания РД 50-34.698-90 (требования к содержанию документов).

Особенности ГОСТ 34

1. Основная цель разработки ГОСТ 34 - разрешение противоречий, возникающих при интеграции систем вследствие не согласованности нормативно-технической документации . В 80-х гг. действовало несколько систем стандартов (на АСУ, ОАСУ, АСУП, АСУТП, на САПР, на АСУ ТПП и др.), имеющих много общих объектов стандартизации, но содержащих различные требования к составу и содержанию работ, к оформлению документов и т.д. Было решено выработать одну общую терминологическую систему, общую схему разработки, общий набор документов и единые требования к их содержанию.

2. ГОСТ 34 позволяет: отказаться от этапа эскизного проектирования, объединять этапы разработки технического проекта, отказаться от некоторых стадий разработки, объединять большинство документов и т.д.

3. ГОСТ 34 ориентирует разработчиков на каскадную схему ЖЦ ИС.

4. Документы ГОСТ 34 определяют единую терминологию и разумно классифицируют работы по созданию АИС и соответствующую документацию. ГОСГ 34 упрощает интеграцию разных ИС и повышает качество интеграции.

5. Комплекс стандартов ГОСТ 34 ближе к схемам конкретных методик, чем к стандартам типа ISO 12207.

6. Ключевым документом взаимодействия сторон является ТЗ на разработку ИС. ТЗ разрабатывается организацией-разработчиком по ГОСТ 34.602-89, но формально ТЗ выдает разработчику заказчик по РД 50-680-88.

Выводы

1. Ни один из рассмотренных стандартов не является универсальным, описывающим все виды действий и задач, выполняемых в конкретных проектах.

2. Самый широкий набор процессов, действий и задач, охватывающий большинство возможных ситуаций, при максимальной адаптированности содержит стандарт ISO 12207. Это пример хорошо организованного стандарта, содержащего минимум ограничений и конкретных рекомендаций.

3. ГОСТ 34 достаточно полно и фундаментально определяет систему как объект создания или развития; аналитические и исследовательские работы по разработке обоснованной концепции ИС; виды обеспечения ИС, которые, в общем, согласуются с требованиями ISO 12207 к ИС и ПО .

4. ГОСТ 34 позволяет избежать ситуаций, в которых разработчики разных профессий (например, финансовые аналитики и проектировщики БД) “говорят на разных языках”.

5. ГОСТ 34 и CDM в первую очередь ориентированы на создание и поддержку ИС, а ISO 12207 - на приобретение и эксплуатацию ИС (при этом разработка является процессом, логически вытекающим из приобретения).



Лекция 9. Основные понятия теории систем

Часть III

Тема 4. Введение в теорию систем

Основные понятия теории систем

В настоящее время нет единства в определении понятия «система». Можно сказать, что система - это элементы и связи (отношения) между ними.

В «Философском словаре» система определяется как «совокупность элементов, находящихся в отношениях и связях между собой определенным образом и образующих некоторое целостное единство».

Система - это формальная взаимосвязь между наблюдаемыми признаками и свойствами.

Система есть множество элементов, образующих структуру и обеспечивающих определенное поведение в условиях окружающей среды.

Система есть множество входов, множество выходов, множество состояний, характеризуемых оператором переходов и оператором выходов.

Для организационных систем и ИС удобно в определении системы учитывать цели и планы, внешние и внутренние ресурсы, исполнителей, непосредственно процесс, помехи, контроль, управление и эффект.

Под системой всегда понимается объект, свойства которого не сводятся без остатка к свойствам составляющих его дискретных элементов (неаддитивность свойств). Интегративное свойство системы обеспечивает ее целостность, качественно новое образование по сравнению с составляющими ее частями.

Рассмотрим основные понятия, характеризующие строение и функционирование систем.

Элемент. Под элементом принято понимать простейшую неделимую часть системы. Любой элементсистемы можно рассматривать как самостоятельную систему (математическую модель, описывающую какой-либо функциональный блок или аспект изучаемой проблемы), как правило, более низкого порядка. Каждый элемент системы описывается своей функцией. Под функцией понимаются вещественно-энергетические и информационные отношения между входными и выходными процессами. Такое описание может быть использовано при реализации методов анализа и синтеза систем. Это нашло отражение в одном из принципов системного анализа - законе системности: «любой элемент может быть либо подсистемой в некоторой системе, либо подсистемой среди множества объектов аналогичной категории». Элемент всегда является частью системы и вне ее не представляет смысла.

Подсистема. Это часть системы, обладающая внутренней структурой.

Структура. Это совокупность элементов и связей между ними. Иначе: структура - это внутренняя форма, взаимодействие и связь элементов в рамках данной системы. Структура может быть представлена графически, в виде теоретико-множественных описаний, матриц, графов и других языков моделирования структур.

Структуру часто представляют в виде иерархии. Иерархия - это упорядоченность компонентов по степени важности. Между уровнями иерархической структуры могут существовать взаимоотношения строгого подчинения компонентов (узлов) нижележащего уровня одному из компонентов вышележащего уровня, т. е. отношения так называемого древовидного порядка. Такие иерархии называют сильными или иерархиями типа «дерева». Они имеют ряд особенностей, делающих их удобным средством представления систем управления. Однако могут быть связи и в пределах одного уровня иерархии. Один и тот же узел нижележащего уровня может быть одновременно подчинен нескольким узлам вышележащего уровня. Такие структуры называют иерархическими структурами сослабыми связями. Между уровнями иерархической структуры могут существовать и более сложные взаимоотношения. Примеры иерархических структур: энергетические системы, АСУ, государственный аппарат.

Связь. Понятие «связь» входит в любое определение системы наряду с понятием «элемент» и обеспечивает возникновение и сохранение структуры и целостных свойств системы. Это понятие характеризует одновременно и строение (статику), и функционирование (динамику) системы.

Связь характеризуется направлением, силой и характером (или видом). По первым двум признакам связи можно разделить на направленные и ненаправленные, сильные и слабые, а по характеру - на связи подчинения, генетические, равноправные (или безразличные), связи управления. Связи можно разделить также по месту приложения (внутренние и внешние), по направленности процессов в системе в целом или в отдельных ее подсистемах (прямые и обратные). Связи в конкретных системах могут быть одновременно охарактеризованы несколькими из названных признаков.

Важную роль в системах играет понятие «обратной связи». Это понятие, легко иллюстрируемое на примерах технических устройств, не всегда можно применить в организационных системах. Исследованию этого понятия большое внимание уделяется в кибернетике, в которой изучается возможность перенесения механизмов обратной связи, характерных для объектов одной физической природы, на объекты другой природы. Обратная связь является основой саморегулирования и развития систем, приспособления их к изменяющимся условиям существования.

Состояние. Понятием «состояние» обычно характеризуют мгновенную фотографию, «срез» системы, остановку в ее развитии. Состояние определяют либо через входные воздействия и выходные сигналы (результаты), либо через макропараметры, макросвойства системы (например, давление, скорость, ускорение - для физических систем; производительность, себестоимость продукции, прибыль - для экономических систем).

Более полно состояние можно определить, если рассмотреть элементы e (или компоненты, функциональные блоки), определяющие состояние. При этом учесть, что «входы» можно разделить на управляющие u и возмущающие х (неконтролируемые) и что «выходы» (выходные результаты, сигналы) зависят от e, u и х, т.е. zt= f ( e t , ut, xt). Тогда в зависимости от задачи состояние может быть определено как {e, u}, {e, u, z} или {e, х, u, z}.

Таким образом, состояние - это множество существенных свойств, которыми система обладает в данный момент времени.

Поведение. Если система способна переходить из одного состояния в другое, то говорят, что она обладает поведением. Этим понятием пользуются, когда неизвестны закономерности переходов из одного состояния в другое. Тогда говорят, что система обладает каким-то поведением, и выясняют его закономерности.

Внешняя среда. Под внешней средой понимается множество элементов, которые не входят в систему, но изменение их состояния вызывает изменение поведения системы.

Модель. Под моделью системы понимается описание системы, отображающее определенную группу ее свойств. Углубление описания - детализация модели. Создание модели системы позволяет предсказывать ее поведение в определенном диапазоне условий.

Модель функционирования (поведения) системы - это модель, предсказывающая изменение состояния системы во времени.

Входы и выходы. Это материальные или информационные потоки, входящие и выходящие из системы.

Равновесие. Под равновесием понимают способность системы в отсутствие внешних возмущающих воздействий (или при постоянных воздействиях) сохранить свое состояние сколь угодно долго.

Устойчивость. Под устойчивостью понимается способность системы возвращаться в состояние равновесия после того, как она была из этого состояния выведена под влиянием внешних возмущающих воздействий.

Развитие. Исследованию процесса развития, соотношения процессов развития и устойчивости, изучению механизмов, лежащих в их основе, уделяют в кибернетике и теории систем большое внимание. Понятие развития помогает объяснить сложные термодинамические и информационные процессы в природе и обществе.

Цель. В Большой Советской Энциклопедии цель определяется как «заранее мыслимый результат сознательной деятельности человека».

Понятие цели лежит в основе развития системы. Если перейти на язык математики, то можно сказать, что состояние системы описывается рядом переменных x1, . . . , xn. Для достижения поставленной цели одна из переменных или группа переменных {xi}, должна поддерживаться в определенном значении xi = F(X, t) (или диапазоне значений), называемой целевой функцией.

Информация - это совокупность сведений, воспринимаемых из окружающей среды, выдаваемых в окружающую среду или сохраняемых внутри информационной системы.

Данные - это представленная в формальном виде конкретная информация об объектах предметной области, их свойствах и взаимосвязях, отражающая события и ситуации в этой области. Данные представляются в виде, позволяющем автоматизировать их сбор, хранение и дальнейшую обработку информационными системами. Организация хранения и обработки больших объемов информации привела к появлению баз данных.



Лекция 10. Классификация систем (технические, биологические, детерминированные, стохастические, открытые, закрытые, хорошо организованные, . . .)

Классификация систем

Системы можно разделять на классы по различным признакам. В зависимости от решаемой задачи можно выбрать разные принципы классификации. При этом систему можно охарактеризовать одним или несколькими признаками.

Цель любой классификации - ограничить выбор подходов к отображению системы и дать рекомендации по выбору методов ее исследования.

Классификации всегда относительны.

Можно классифицировать системы следующим образом * :

· по виду отображаемого объекта - технические, биологические и др.;

· по виду научного направления - математические, физические, химические и т. п.;

· по виду формализованного аппарата представления системы - детерминированные и стохастические;

· по типу целеустремленности - открытые и закрытые;

· по сложности структуры и поведения - простые и сложные;

· по степени организованности - хорошо организованные, плохо организованные, самоорганизующиеся (диффузные) системы. *

Технические, биологические и другие системы

Технические системы. Параметрами технических объектов являются движущие объекты, объекты энергетики, объекты химической промышленности, объекты машиностроения, бытовая техника и многие другие. Объекты технических систем хорошо изучены в теории управления.

Экономические объекты. Экономическими объектами являются: цех, завод, предприятия различных отраслей. В качестве одной из переменных в них выступают экономические показатели, например, прибыль.

Биологические системы. Живые системы поддерживают свою жизнедеятельность благодаря заложенным в них механизмам управления.

Детерминированные и стохастические системы

Можно считать, что внешние воздействия, приложенные к системе (управляющие и возмущающие), являются определенными известными функциями времени u = f(t). В этом случае состоянии системы, описываемой обыкновенными дифференциальными уравнениями, в любой момент времени t может быть однозначно описано по состоянию системы в предшествующий момент времени. Системы, для которых состояние системы однозначно определяется начальными значениями и может быть предсказано для любого момента времени, называются детерминированными.

Стохастические системы - системы, изменения в которых носят случайный характер. Например, воздействие на энергосистему различных пользователей. Случайные воздействия могут прикладываться к системе извне или возникать внутри некоторых элементов (внутренние шумы). Исследование систем при наличии случайных воздействий можно проводить обычными методами, минимизировав шаг моделирования, чтобы не пропустить влияния случайных параметров.

Расчет систем при случайных воздействиях производится с помощью специальных статистических методов. Вводятся оценки случайных параметров, выполненные на основании множества испытаний. Пример стохастической модели - карта поверхности уровня грунтовых вод Казани.

Открытые и закрытые системы

Понятие открытой системы ввел Л. фон Берталанфи. Основные отличительные черты открытых систем - способность обмениваться с внешней средой энергией и информацией. Закрытые (замкнутые) системы изолированы от внешней среды (с точностью принятой в модели).

Хорошо и плохо организованные системы

Хорошо организованные системы. Представить анализируемый объект или процесс в виде «хорошо организованной системы» означает определить элементы системы, их взаимосвязь, правила объединения в более крупные компоненты, т. е. определить связи между всеми компонентами и целями системы, с точки зрения которых рассматривается объект или ради достижения которых создается система. Проблемная ситуация может быть описана в виде математического выражения, связывающего цель со средствами, т. е. в виде критерия эффективности, критерия функционирования системы, который может быть представлен сложным уравнением или системой уравнений. Решение задачи при представлении ее в виде хорошо организованной системы осуществляется аналитическими методами формализованного представления системы.

Примеры хорошо организованных систем: солнечная система, описывающая наиболее существенные закономерности движения планет вокруг Солнца; отображение атома в виде планетарной системы, состоящей из ядра и электронов; описание работы сложного электронного устройства с помощью системы уравнений, учитывающей особенности условий его работы (наличие шумов, нестабильности источников питания и т. п.).

Плохо организованные системы . При представлении объекта в виде «плохо организованной или диффузной системы» не ставится задача определить все учитываемые компоненты, их свойства и связи между ними и целями системы. Система характеризуется некоторым набором макропараметров и закономерностями, которые находятся на основе исследования не всего объекта или класса явлений, а на основе определенней с помощью некоторых правил выборки компонентов, характеризующих исследуемый объект или процесс. На основе такого выборочного исследования получают характеристики или закономерности (статистические, экономические) и распространяют их на всю систему в целом. При этом делаются соответствующие оговорки. Например, при получении статистических закономерностей их распространяют на поведение всей системы с некоторой доверительной вероятностью.

Подход к отображению объектов в виде диффузных систем широко применяется при: описании систем массового обслуживания, определении численности штатов на предприятиях и учреждениях, исследовании документальных потоков информации в системах управления и т. д.

Самоорганизующиеся системы. Отображение объекта в виде самоорганизующейся системы - это подход, позволяющий исследовать наименее изученные объекты и процессы. Самоорганизующиеся системы обладают признаками диффузных систем: стохастичностью поведения, нестационарностью отдельных параметров и процессов. К этому добавляются такие признаки, как непредсказуемость поведения; способность адаптироваться к изменяющимся условиям среды, изменять структуру при взаимодействии системы со средой, сохраняя при этом свойства целостности; способность формировать возможные варианты поведения и выбирать из них наилучший и др. Иногда этот класс разбивают на подклассы, выделяя адаптивные или самоприспосабливающиеся системы, самовосстанавливающиеся, самовоспроизводящиеся и другие подклассы, соответствующие различным свойствам развивающихся систем.

Примеры: биологические организации, коллективное поведение людей, организация управления на уровне предприятия, отрасли, государства в целом, т. е. в тех системах, где обязательно имеется человеческий фактор.

При применении отображения объекта в виде самоорганизующейся системы задачи определения целей и выбора средств, как правило, разделяются. При этом задача выбора целей может быть, в свою очередь, описана в виде самоорганизующейся системы, т. е. структура функциональной части АСУ, структура целей, плана может разбиваться так же, как и структура обеспечивающей части АСУ (комплекс технических средств АСУ) или организационная структура системы управления.

Большинство примеров применения системного анализа основано на представлении объектов в виде самоорганизующихся систем.

Размещено на http://www.allbest.ru/

* Выше рассмотрены другие способы классификации ИС



Лекция 11. Модели систем. Качественные и количественные модели. Основные задачи теории систем

Модели систем

Понятие модели трактуется неоднозначно. В основе его лежит сходство процессов, протекающих в реальной действительности и в заменяющей реальный объект модели. В философии под моделью понимается широкая категория кибернетики, заменяющая изучаемый объект его упрощенным представлением, с целью более глубокого познания оригинала. Под математической моделью понимается идеальное математическое отражение исследуемого объекта.

Можно классифицировать модели системы следующим образом:

· по характеру отображаемого моделью объекта - технические, биологические и др.;

· по используемому аппарату научного описания - математические, физические, химические и др.;

· по виду формализованного аппарата представления системы - детерминированные и стохастические;

· по сложности структуры и поведения - простые и сложные;

и т.д.

Для изучения систем применяют также качественные и количественные модели (методы описания систем).

Фундаментальные (детальные) модели количественно описывают поведение или свойства системы, начиная с такого числа основных физических допущений (первичных принципов), какое только является возможным. Такие модели предельно подробны и точны для явлений, которые они описывают.

Феноменологические модели используются для качественного описания физических или иных процессов, когда точные соотношения неизвестны или слишком сложны для применения. Такие приближенные или осредненные модели обычно обоснованы физически и содержат входные данные, полученные из эксперимента или более фундаментальных теорий. Феноменологическая модель основывается на качественном понимании физической ситуации. 

В настоящее время к числу задач, решаемых теорией систем, относятся:

· определение общей структуры системы;

· организация взаимодействия между подсистемами и элементами;

· учет влияния внешней среды;

· выбор оптимальной структуры системы;

· выбор оптимальных алгоритмов функционирования системы.



Лекция 12. Системный подход и системный анализ. Методы и модели описания систем

Системный подход и системный анализ

Для анализа сложных объектов и процессов применяются системный подход, системные исследования и системный анализ.

Системный подход. Системный подход к исследованиям предполагает необходимость исследования объекта с разных сторон, комплексно, в отличие от ранее принятого разделения исследований на физические, химические и другие. С помощью многоаспектных исследований можно получить более правильное представление о реальных объектах, выявить их новые свойства, лучше определить взаимоотношения объекта с внешней средой, другими объектами. Однако заимствованные при таком подходе понятия теории систем вводились не строго, не исследовался вопрос, каким классом систем лучше отобразить объект, какие свойства и закономерности этого класса следует учитывать при конкретных исследованиях и т. п. Иными словами, термин «системный подход» практически использовался вместо терминов «комплексный подход», «комплексные исследования».