Анализ методов проектирования информационных систем

Классификация методов проектирования

В основе процесса проектирования информационных систем лежат методологии проектирования, и, реализуемые их, методы проектирования информационных систем. Для правильного выбора метода проектирования информационной системы требуется провести анализ методов проектирования.

Проектирование представляет собой последовательность выполнения взаимообусловленных действий — процедур. В свою очередь, процедуры подразумевают использование определенных методов, основанных на тех или иных законах природы и общества. Сложность процесса проектирования информационных систем(как и любой другой творческой деятельности), нестандартность проектных (жизненных) ситуаций вызывают необходимость знать различные методы проектирования информационных систем и умения владеть ими.

В общем случае метод — это прием или способ действия с целью достижения желаемого результата. Метод проектирования информационных систем — это целенаправленная совокупность процедур, позволяющая по­лучить в результате описание разрабатываемой информационной системы с такой степенью детализации, которая достаточна для ее реализации.

Анализ методов проектирования всегда следует начинать с их классификации.Для классификации методов проектирования рассмотрим три основных признака: декомпозиция, использование типовых проектных решений(ТПР) и степень автоматизации. Классификационная структура по данным признакам показана на рисунке.

Метод декомпозиции позволяет разложить сложную задачу на ряд простых, но взаимосвязанных задач, представить её в виде иерархической структуры. Применение метода декомпозиции позволяет выделить три группы методов проектирования:

• структурного проектирования, когда информационная система представляется в виде набора функций, задач иои процессов;
• объектного проектирования, когда информационная система представляется в виде совокупности взаимодействующих объектов, реализованных на основе предопределенных типов данных — классов;
• аспектного проектирования, когда информационная система представляется в виде совокупности аспектов, реализующих так называемую сквозную функциональность;
• синергетические методы базируются на новой парадигме построения программных систем, основанной на неравновесных процессах.

Метод декомпозиции позволяет разложить сложную задачу на ряд простых, но взаимосвязанных задач, представить её в виде иерархической структуры. Применение метода декомпозиции позволяет выделить три группы методов проектирования:

Примечание. Следует подчеркнуть, что в процессе проектирования ИС декомпозиция неразрывно связана с последующей композицией, то есть сборкой и увязкой отдельных частей (подсистем) в единую систему с проверкой на реализуемость в целом, совместимость (особенно подсистем, принадлежащих разным ветвям) и согласованность параметров (восходящее проектирование). Очень эффективным является совместное использование этих методов.

Индивидуальное(оригинальное) проектирование информационной системы (ИС) характеризуется тем, что все виды проектных работ ориентированы на создание индивидуальных для каждого объекта проектов, которые в максимальной степени отражают все его особенности.

Типовое проектирование выполняется на основе опыта, полученного при разработке индивидуальных (специальных) проектов и позволяет реализовать больше возможностей обеспечивать должный научно-технический уровень разработки ИС (в отличие от технологии индивидуального проектирования). При типовом проектировании широко используются шаблоны(паттерны).

Ручное проектирование компонентов ИС осуществляется без использования специальных инструментальных программных средств.

Компьютерное (автоматизированное) проектирование предполагает выполнение генерации или конфигурации (настройки) проектных решений на основе использования специальных инструментальных программных средств (CASE-средств).

Проектирование, как осознанная целенаправленная деятельность, обладает определённой структурой, то есть последовательностью и составом стадий и этапов разработки проекта, совокупностью процедур и привлекаемых технических средств, взаимодействием участников процесса.

В настоящее время существуют два представления структуры проектирования:

• структура в виде стадий разработки проектной документации (стадий проектирования);
• структура процесса проектирования, например, рационального универсального процесса RUP.

Наиболее часто в настоящее время применяется оригинальное (индивидуальное) проектирование информационных систем, в процессе которого создается требуемый набор артефактов, в качестве которых используются модели, диаграммы и программы, созданные с помощью определенных инструментальных средств, в определенной графической нотации и на определенных языках программирования. Его структура представляется в виде стадий и этапов разработки.

Сравнительный анализ методов проектирования

Очевидно, что выбор методов проектирования информационных систем определяется целями проекта и в значительной мере влияет на весь его дальнейший ход.  В данной статье выполнен сравнительный анализ методов проектирования информационных систем для выбора с целью повышения эффективности процесса создания системы.

Важнейшими из методологий проектирования информационных систем  являются структурный (функциональный), объектно-ориентированный, отдельно выделяются методы методологии ARIS.

Функционально-технологические методы проектирования информационных систем обес­печивают анализ непрерывно изменяющегося спектра организационных и управленческих функций и опережающих технологий их решения с це­лью синтеза системной архитектуры системы, удовлетворяющей ее функциональному назначению и заданным показателям качества.

Функционально-технологические методы характеризуются:

• -целостным подходом к анализу и синтезу системной архитектуры ИС и реализуемых в этой архитектуре организационных и управленческих функций;
• -учетом динамики организационных и управленческих функций, а также обеспечивающих их программно-технических решений и системных архитектур;
• -учетом взаимосвязей организационных и управленческих функций, обеспечивающих их информационных технологий и системной архитектуры ИС при определяющей роли функций и технологий по отношению к структуре;
• -учетом физических и информационных связей между элементами ИС;
• -учетом взаимосвязей создаваемой ИС с внешней средой.

Существенным достоинством функционально-технологических ме­тодов является формирование и применение динамичных типовых конструкторских решений при создании ИС: типовых прикладных решений, типовых технологических подсистем и типовых операций по обработке информации, а также связанных с ними программно-технических реше­ний.

 Наиболее существенное различие между разно­видностями структурного анализа заключается в их функциональности. 

 Формирование и использование типовых конструкторских решений в соответствии с функционально-технологическими методами обеспечивают высокую динамику проработки технических решений для всех видов взаимодействующих процессов и взаимосвязь их по трем уровням проектирования (полииерархическая модель):

• -концептуальный (общесистемных проблем), на котором осуществляется анализ и синтез системных архитектур;
• -функционирующих объектов информационной системы,   где формируются решения по созданию и совершенствованию информационной системы;
• -элементов информационной системы – создание программно-технической инфраструктуры функционирующих объектов.

Информационные системы, решающие аналитические и в особенности аналитико-логические задачи, зачастую оперируют неточной и неопределенной ин­формацией. Такие задачи возникают, в частности, на валютных рынках, на фондовых биржах, при оценке риска инвестиций, при прогнозах спроса и предложений на рынках ценных бумаг и т.д. Проектирование подобных систем требует усиления функционально-технологических методов объектными методами. Поэтому важным для правильной организации проекта информационной системы является сравнительный анализ структурных и объектных методов проектирования.

Далее проведем сравнительный анализ методов проектирования информационных систем SADT, указывая на их положительные и отрицательные стороны.

Главным достоинством метода IDEF0 является возможность функциональной декомпозиции сложных задач, что позволяет получить полную информацию о каждой работе. 

Что касается метода информационного моделирования стандарта IDEF1X, то, наряду со многими достоинствами, существенным недостатком его является  невозможность создать код клиентского приложения, генерируемый в дальнейшем на основе информации о структуре БД, не позволяет построить эффективное приложение со сложной бизнес – логикой. Это вызвано тем, что данные для хранения в БД необходимо представить в таблицах, к структуре которой предъявляются требования нормализации и т.п. В настоящее время более перспективным считается проектирование информационной системы не от данных(БД), а от программного приложения.

Метод DFD(IDEF2) позволяет проще проанализировать информационное пространство проектируемой информационной системы и чаще используется при построении таких систем, как системы электронного документооборота и системы обработки информации. 

Метод стандарта IDEF3 хорошо приспособлен для сбора данных, требующихся для прове­дения анализа системы с точки зрения рассогласования или согласования процессов во времени.

Принципиальное различие между структурным и объектно-ориентированным  подходом заключается в способе декомпозиции системы. Объектно-ориентированный подход использует объектную декомпозицию, при этом статическая структура системы описывается в терминах объектов и связей между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщений между объектами

В настоящее время объектный подход стал особенно популярен и характеризуется разработчиками как универсальное средство проектирования. Однако методология применения UML на этапах анализа и проектирования описана достаточно слабо (т.е. можно найти описание диаграмм, но логика их использования регламентируется слабо), поэтому рано говорить о  UML как о действительно полноценной замене всем другим подходам.

Однако структурные и объектно-ориентированные методы проектирования не позволяют достичь согласованности структур данных и алгоритмов при независимой разработке. Причин несколько.

• Во-первых, отсутствие формализации на этапе начального проектирования, когда из предметной области выделяются информационные понятия и определяются их реквизиты.
• Во-вторых, возможность создания множества алгоритмов для реализации одной задачи.

Для достижения согласованности структур данных необходимо при определении понятий и их реквизитов выделять атомарные реквизиты. То есть, реквизиты, которые не могут быть представлены совокупностью других реквизитов.Здесь на выручку приходит аспектный подход.

 Проектирование базы данных в аспектном подходе выполняется на основе реляционной модели представления данных. Используются понятия отношения, атрибута, функциональной зависимости. Но процесс формирования схемы данных отличается от реляционного подхода, поскольку, во-первых, в нем не применяется стандартная процедура нормализации, и, во-вторых, множество атрибутов, построенное на основе реквизитов предметной области, дополняется множеством вспомогательных атрибутов.

Следует отметить, что структура данных, построенная при помощи аспектного подхода, обладает свойством сохранения функциональных зависимостей, свойством соединения без потерь и каждое ее отношение находится в третьей нормальной форме.

Для реализации алгоритмов задач при работе пользователя с информационной системой можно использовать два подхода.

В первом случае, описание задачи записывается в виде грамматики аналогично программному сценарию. Программа — интерпретатор анализирует это описание и выполняет операторы по мере определения терминальных и нетерминальных символов, указанных перед ним в правилах грамматики.

При втором подходе на основе правил грамматики создаются программные объекты (ассоциированные с переменными) и связи между ними. Связи реализуются через события. При наступлении очередного события (изменение значения переменной) посылаются сигналы на изменения объектам, которые связаны с данным правилом вывода.

Набирающий силу аспектный подход(метод) может использоваться как при структурном, так и при объектно-ориентированном проектировании информационной системы.

Однако следует отметить, что аспекты могут снижать надежность системы, в которую они включены, и, кроме того, могут нарушить работу важных частей системы, которые нормально работали без аспектов. Кроме того аспекты добавляют необходимые сквозные свойства к системе. 

Не менее важным является сравнительный анализ сильных и слабых сторон структурного, объектно-ориентированного подходов и методологии ARIS.

Методология ARIS поддерживает большое количество методов моделирования, используемых для построения этих моделей. Среди них такие известные как диаграммы Чена, Unified Modeling Language (UML), Object Modeling Technique (OMT) и т.п. Последняя версия ARIS поддерживает более 83 методов моделирования.

С помощью методов ARIS проектирование информационной системы осуществляется путем построения моделей автоматизируемого объекта, отражающие его жизнедеятельность с разных сторон.

Конкретный набор методов ARIS, используемых для построения таких моделей, формируется в зависимости от целей проекта из числа тех восьмидесяти трех методов, которые поддерживает система ARIS. При этом также определяется, какие из четырех аспектов архитектуры ARIS (организационная структура, функциональная составляющая, информационная составляющая и процессная составляющая) найдут свое отображение в итоговом наборе моделей.

ARIS предоставляет существенно больше возможностей по работе с отдельными объектами модели, но именно вследствие чрезмерного количества настроек работа по созданию модели должна регламентироваться сложной, многоаспектной документацией – т.н. «Соглашениями по моделированию».

Иногда в практике проектирования информационных систем может возникать проблема выбора между методами оригинального и типового проектирования.

В методе оригинального проектирования этап анализа  имеет классический вид, необходимо качественное и полное построение бизнес-процессов организации с проведением их реинжиниринга. Для правильного и точного выявления и формализации требований хорошо подходят  методы структурного подхода и ARIS. Выбор будет обуславливаться:

• -потребностями и целями проекта (либо это комплексное обследование и моделирование с масштабными преобразованиями, либо качественный сбор информации и небольшие изменения), аспектами анализа и требованиями к информации;
• -предпочтениями аналитиков и наличием инструментальных средств.

При типовом проектировании этап анализа сводится к сбору информации и  утверждении ее полноты и адекватности у Заказчика для настройки системы, для этого замечательно подходят средства объектно-ориентированного подхода. Благодаря наглядности моделей сотрудники Заказчика понимают модели и могут участвовать в их обсуждении (добиться таких результатов при использовании нотации структурного подхода практически невозможно). 

Выбор обуславливается еще и тем, что легко перейти к этапу проектирования  и инструмент будет единый.   Проектирование — непосредственно проработка настроек системы, т.е. реализация бизнес-процессов Заказчика в рамках внедряемой системы. Использование структурных нотаций или моделей ARIS нецелесообразно и избыточно.

На практике очень часто следует применять смешанное проектирование – когда новые модули разрабатываются по схеме оригинального проектирования,  в остальном  — типового проектирования.

Предложенные варианты использования подходов и методов к проектированию ИС обеспечивают снижение сложности процесса создания ИС, существенно повышают эффективность проекта и помогают избежать ненужных, избыточных действий благодаря оптимальному выбору инструментов в зависимости от типа проекта.

Проведенный анализ сильных и слабых сторон структурного, объектно- и аспектно-ориентированного подходов и методологии ARIS является основой технологии проектирования информационной системы с использованием современных CASE – технологий.

Сравнительный анализ методов проектирования информационных систем полезен для их выбора с целью повышения эффективности процесса создания системы и в полной мере относится как к методам оригинального, так и типового или смешанного проектирования информационных систем.

Примечание.Основные подходы к разработке программных продуктов с упором на разработку, представление и управление требованиями изложены в статье блога экспертов Вебурситета.

Заключение

Сравнительный анализ методов проектирования информационных систем целесообразно выполнять для выбора наилучшего с целью повышения эффективности процесса создания системы

Смотрите также…

• Инструментальные средства проектирования информационных систем
• Средства представления проектных решений
• Применение Rational Software Architect при проектировании информационных систем
• Статистический индекс производительности информационной системы