Методика создания автоматизированных информационных систем и технологий

Тема 3. Методика создания автоматизированных информационных   систем и технологий

3.1. Проектирование автоматизированных  систем и технологий: принципы, стадии  и этапы создания, особенности

    Целью проектирования является создание эффективно функционирующей автоматизированной информационной системы (АИС). В процессе проектирования совершенствуются как организация основной деятельности экономического объекта (производственной, хозяйственной), так и организация управления.

    Основополагающие  принципы проектирования и создания АИС были сформулированы акад. В.М. Глушковым. К ним относятся принципы: системности, развития, совместимости, стандартизации и унификации, эффективности.

    Принцип системности предполагает рассмотрение объекта как единого целого; выявление  связей между структурными элементами, обеспечивающими целостность системы; установление направления производственно-хозяйственной деятельности системы и реализуемые ею функции.

    Принцип развития заключается в том, что  АИС создается с учетом возможности  постоянного дополнения и обновления функций системы и видов ее обеспечения.

    Принцип совместимости состоит в обеспечении  способности взаимодействия АИС различных видов и уровней в процессе их совместного функционирования.

    Принцип стандартизации и унификации означает применение типовых, унифицированных и стандартизированных элементов функционирования АИС, что позволяет сократить затраты времени, труда и денежных средств на ее создание.

    Принцип эффективности заключается в  достижении рационального соотношения между затратами на создание АИС и эффектом, получаемым при ее функционировании.

    Наряду  с вышеперечисленными, выделяют также  ряд частных принципов: декомпозиции, первого руководителя, новых задач, автоматизации информационных потоков и документооборота, автоматизации проектирования, абстрагирования, формализации, концептуальной общности, непротиворечивости и полноты, независимости и структурирования данных,  доступа конечного пользователя.

    Соблюдение  приведенных принципов необходимо при выполнении работ на всех стадиях создания и функционирования АИС и АИТ, т.е. в течение всего их жизненного цикла.

    Жизненный цикл (ЖЦ) - период создания и использования  АИС (АИТ), начиная с момента возникновения  необходимости в данной автоматизированной системе (технологии) и заканчивая моментом ее полного выхода из употребления у пользователей.

    Жизненный цикл АИС и АИТ позволяет выделить четыре основные стадии: предпроектную, проектную, внедрение и функционирование. Каждая стадия проектирования делится на этапы.

    Первая  стадия включает два этапа: сбор материалов для проектирования и их анализ, формирование документации. На первом этапе формируются требования, изучается объект проектирования, разрабатывается и выбирается вариант концепции системы. На втором этапе обеспечивается создание и утверждение технико-экономического обоснования и технического задания на проектирование системы.

    Вторая  стадия также включает два  этапа: первый предусматривает поиск наиболее рациональных проектных решений по всем аспектам разработки, создания и описания всех компонентов системы;  результатом этапа является технический проект; на втором этапе осуществляется разработка и доводка программ, корректировка структур баз данных, создание документации на поставку, установку технических средств и инструкций по их эксплуатации, подготовка для каждого пользователя инструкционного материла; результатом этапа является рабочее проектирование.

    Третья  стадия состоит из трех этапов: первый этап обеспечивает подготовку к внедрению, т.е. установка и ввод в эксплуатацию технических средств, загрузка баз данных и опытная эксплуатация программ, обучение персонала; на втором этапе проводятся опытные испытания всех компонентов системы перед передачей в промышленную эксплуатацию, а также обучение персонала; третий этап предполагает сдачу в промышленную эксплуатацию и оформление актов приема-сдачи работ.

    Четвертая стадия называется стадией промышленной эксплуатации и предусматривает  повседневное функционирование и сопровождение программных средств и всего проекта, оперативное обслуживание и администрирование баз данных.

    На  каждом этапе ЖЦ 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.

    Порядок исполнения этапов в ходе разработки автоматизированных информационных систем и технологий, а также критерии перехода от этапа к этапу зависят от выбранной модели ЖЦ. Наибольшее распространение получили три следующие модели ЖЦ:

     - каскадная модель, которая предполагает  переход на следующий этап  после полного окончания работ  по предыдущему этапу;

    - поэтапная модель с промежуточным  контролем или с циклами обратной связи между этапами;

    - спиральная модель, которая делает  упор на начальные этапы ЖЦ (анализ требований, проектирование  спецификаций, предварительное и детальное проектирование). На этих этапах проверяется и обосновывается реализуемость технических решений путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует поэтапной модели создания фрагмента или версии АИС и АИТ. На нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество, планируются работы следующего витка спирали.

    Наиболее  перспективной является спиральная модель ЖЦ, обладающая рядом преимуществ  перед другими моделями:

• возможностью накопления и повторного использования проектных решений, средств проектирования, моделей и прототипов АИС и АИТ;
• ориентацией на развитие и модификацию системы и технологии в процессе их проектирования;
• возможностью анализа риска и издержек в процессе проектирования систем и технологий.

    При проектировании автоматизированная информационная система (технология) рассматривается в пяти взаимосвязанных аспектах:

    - техническом - как аппаратно-коммуникационный  комплекс, имеющий конкретную конфигурацию и служащий для обработки и передачи информации;

    - программно-математическом – как  набор статистических, математических, инфологических, алгоритмических и прочих машинно-ориентированных моделей, а также реализующих их компьютерных программ;

    - методическом – как совокупность  средств реализации функций управления  по отношению к экономическому  объекту - предприятию, объединению, региональному хозяйству и т.д.;

    - организационном – как описание  документооборота и регламента деятельности аппарата управления;

    - пооперационном – как совокупность  технологических, логических и арифметических операций, реализуемых в автоматическом режиме.

       При разработке автоматизированных информационных систем (технологий) следует соблюдать ряд требований:

    - принцип системности при проектировании  процедур накопления и обработки данных, который предполагает подразделение информационных потоков на внешние и внутренние по отношению к объекту управления, учет структурно-динамических свойств, протекающих в нем процессов, моделирование прямых и обратных связей с окружающей средой;

    - использование децентрализованных  средств сбора и предварительной обработки данных согласно принятой декомпозиции задач и распределения управленческих функций;

    - охват основных этапов жизненного  цикла управления (целеполагание,  выработка альтернатив принятия  решений, выбор наиболее рационального варианта управленческой стратегии, мониторинг и контроль исполнения решений);

    - способность к адаптации всей  системы (гибкое приспособление к изменениям рыночной среды, возможность быстрого переключения на разные режимы использования аппаратных и телекоммуникационных средств);

      - ориентация на реализацию единой информационно-логической модели объекта управления в сочетании с необходимыми процедурами обработки данных и вывода результатов;

    - синхронизация процессов обработки  и выдачи информации с процессами  принятия решений на всех уровнях;

    - использование безбумажного документооборота, естественно-профессионального языка для общения специалиста с ПЭВМ, электронных подписей, машинных архивов и библиотек, удаленного доступа к массивам данных;

    - возможность обработки больших  объемов информации в регламентном и произвольном режимах, а также интеграции данных в соответствии с иерархией управления;

• наличие экспертной поддержки, учет неполноты информации, возможность получения прогнозных данных.

3.2. Содержание и методы  ведения проектировочных  работ

    В процессе разработки автоматизированных систем и технологий проектировщики сталкиваются с рядом взаимосвязанных проблем:

    - трудностью получения исчерпывающей  информации для оценки формулируемых заказчиком требований к новой системе или технологии;

    - недостаточностью знаний о проблемах автоматизации обработки данных в новой технической среде;

• непонятностью заказчику спецификации проектируемой системы из-за большого объема и технических терминов.

      Частично с помощью известных  аналитических методов можно разрешить некоторые из перечисленных проблем, однако радикальное решение дают только современные структурные методы, среди которых центральное место занимает методология структурного анализа.

    Структурным анализом называют метод исследования системы, который начинается с ее общего обзора и затем детализируется, приобретая иерархическую структуру со все большим числом уровней. Структурный анализ предусматривает разбиение системы на уровни абстракции с ограниченным числом элементов на каждом из уровней. На каждом уровне выделяются лишь существенные для системы детали.

    Методология структурного анализа базируется на ряде общих принципов, часть из которых  регламентирует организацию работ  на начальных этапах жизненного цикла  создаваемой информационной системы, а часть используется при выработке рекомендаций по организации работ. В качестве двух базовых принципов используются принцип декомпозиции и принцип иерархического упорядочивания. Первый принцип предполагает решение проблем структуризации комплексов функциональных задач путем разбиения их на множество меньших независимых задач, легких для понимания и решения. Второй принцип декларирует, что устройство этих частей также существенно для понимания при детальном формализованном их описании.

    На  предпроектной стадии проводится изучение и анализ особенностей объекта проектирования с целью уточнения требований заказчика, их формализованного представления и документирования, устанавливаются ограничения в процессе разработки (директивные сроки завершения отдельных этапов, имеющиеся ресурсы, организационные процедуры и мероприятия, обеспечивающие защиту информации и т.п.).

    На  этом этапе определяются:

    - архитектура системы, ее функции,  внешние условия, распределение функций между аппаратными средствами и программным обеспечением;

    - интерфейсы и распределение функций  между человеком и системой;

    - требования к программным и  информационным компонентам системы, необходимые аппаратные ресурсы, требования к базе данных, физические характеристики компонентов системы, их интерфейсы.

    Качество  проектирования зависит от правильного выбора методов анализа и сформулированных требований к  создаваемой технологии. На стадии предпроектного обследования, используются следующие группы методов: изучения и анализа фактического состояния объекта; формирования заданного состояния; графического представления фактического и заданного состояний (рис. 3.1).

    Методы  изучения и анализа фактического состояния экономического объекта или технологии позволяют выявить узкие места в исследуемых процессах.

    Устный  опрос производится по заранее составленному вопроснику на рабочем месте специалиста с записью ответов и позволяет в форме несложной беседы понять технологию работы и опыт опрашиваемого.

    Письменное  анкетирование с помощью перечня вопросов дает более полную и основательную информацию. Обработка анкет производится, как правило, на ЭВМ.

    С помощью  методов наблюдения, измерения  и оценки собираются сведения о параметрах, признаках и объектах в соответствующей сфере исследования, регистрируются в карточках или в формулярах и обрабатываются на ЭВМ.

    Групповое обсуждение проводится проектировщиками, программистами совместно с заказчиками с целью обобщения и обсуждения всех важных для решения проблем вопросов и определения необходимых задач.

    Суть  метода анализа задач состоит  в вертикальной и горизонтальной структуризации задач и их распределении между исполнителями на основе заданной структуры объекта. Задачи расчленяются так, чтобы имелась возможность определить результаты, решения, полномочия, алгоритмы, входную и выходную информацию.

      Анализ производственных, управленческих  и информационных процессов используется для подготовки решений, касающихся реорганизации технологии информационных процессов. С помощью анализа процесса решения задач разрабатываются необходимые изменения, которые должны быть внесены в информационную технологию.

      Методы формирования заданного  состояния основываются на теоретическом  обосновании всех составных частей  и элементов АИС исходя из  целей, требований и условий заказчика.

    Рис. 3.1. Работы и методы их выполнения на предпроектной стадии. 

    Методы  моделирования процесса управления предполагают построение экономико-организационных  и информационно-логических моделей, которые включают задачи, структуры и ресурсы объекта. Они отражают хозяйственные и управленческие отношения, а также связанные с ними информационные потоки.

    Информационно-логические модели содержат необходимые сведения об информационных связях между органами и сферами управления, комплексами решаемых задач и отдельными задачами в единстве с хозяйственными процессами.

    Методы  структурного (модульного) проектирования позволяют разработать проекты четко разграниченных блоков (модулей), между которыми устанавливаются связи посредством входной и выходной информации, а также показывается иерархия их подчиненности. Условиями применения этих методов являются разбиение крупных комплексов задач на подкомплексы и точное обозначение (идентификацию) всех звеньев разъединения и сопряжения. Метод структурного проектирования позволяет разделить весь комплекс задач на подкомплексы (модули).

    Методы  декомпозиции модулей предусматривают  дальнейшее разбиение подкомплексов задач на отдельные задачи, показатели. Подход к разбиению всей совокупности задач по принципу «сверху вниз» удобен для разработки принципиальных организационно-технических решений, внесения в них при необходимости изменений, а также увязки при проектировании хозяйственных и организационно-управленческих целевых установок с конкретными задачами и показателями.

    Методы  анализа и моделирования информационных процессов предназначены для выявления и представления в каждом случае взаимосвязи между результатом, процессом обработки и вводом данных. Они используются также для анализа и формирования информационных связей между местами специалистов.

      Методы графического представления  фактического и заданного состояний предусматривают использование для наглядного представления процессов обработки информации блок-схем, графиков прохождения документов и т.д. К наиболее известным из этих методов относятся блок-схемный метод, методы стрелочных диаграмм, сетевых графиков, таблиц последовательности операций прохождения процессов. Различия методов выражаются в степени их реализации на ПЭВМ, наглядности, глубине отражаемых процессов.

    Проектирование  современных АИС и АИТ требует  принципиально нового подхода, получившего  название «реинжиниринг». Он предусматривает радикальное перепроектирование деловых процессов (бизнес-процессов) для достижения резких, скачкообразных улучшений показателей стоимости, качества, сервиса, темпов развития фирм (компаний, предприятий, организаций). Реинжиниринг предусматривает, с одной стороны, перестройку экономической деятельности экономического объекта на базе новой информационной технологии. С другой стороны, реинжинирингу подвергаются и сами АИС и АИТ, их техническое, программное, информационное обеспечение.

    Поиск рациональных путей проектирования ведется по следующим направлениям: разработка типовых проектных решений, зафиксированных в пакетах прикладных программ (ППП), решение экономических задач с последующей привязкой ППП к конкретным условиям внедрения и функционирования, разработка автоматизированных систем проектирования.

    Наиболее  эффективно информатизации поддаются  такие виды деятельности, как бухгалтерский  учет, справочное и информационное обеспечение экономической деятельности, организация труда руководителя, документооборот, экономическая и финансовая деятельность, обучение.

    Одним из быстроразвивающихся путей ведения  проектных работ являются автоматизированные системы проектирования.

    В области автоматизации проектирования АИС и АИТ появилось новое  направление - CASE-технология (Computer-Aided Software/System Engineering). CASE-технология представляет собой совокупность методов анализа, проектирования, разработки и сопровождения АИС, поддержанной комплексом взаимосвязанных средств автоматизации. CASE - это инструментарий для системных аналитиков, разработчиков и программистов, позволяющий автоматизировать процесс проектирования и разработки автоматизированных систем, прочно вошедший в практику создания и сопровождения АИС и АИТ.

    Основная  цель CASE-технологий состоит в том, чтобы отделить проектирование АИС  и АИТ от ее кодирования и последующих этапов разработки, а также максимально автоматизировать процессы разработки и функционирования систем.

    При использовании CASE-технологий изменяется технология ведения работ на всех этапах жизненного цикла автоматизированных систем и технологий, при этом наибольшие изменения касаются этапов анализа и проектирования. В большинстве современных CASE-систем применяются методологии структурного анализа и проектирования, основанные на наглядных диаграммных техниках (для описания модели проектируемой АИС используются графы, диаграммы, таблицы и схемы).

    CASE-технологии  успешно применяются для построения  практически всех типов АИС, однако устойчивое положение они занимают в области обеспечения разработки деловых и коммерческих АИС. Широкое применение CASE-технологий обусловлено массовостью этой прикладной области, в которой CASE применяется не только для разработки АИС, но и для создания моделей систем, помогающих коммерческим структурам решать задачи стратегического планирования, управления финансами, определения политики фирм, обучения персонала и др. Это направление получило свое собственное название – «бизнес-анализ».

      CASE — не революция в автоматизации проектирования АИС, а результат естественного эволюционного развития всей отрасли средств, называемых ранее инструментальными или технологическими. Одним из ключевых признаков является поддержка методологий структурного системного анализа и проектирования.

     CASE-технологии обладают следующими  достоинствами:

    - улучшают качество создаваемых АИС (АИТ) за счет средств автоматического контроля;

    - позволяют за короткое время  создавать прототип будущей АИС  (АИТ), что дает возможность на  ранних этапах оценить ожидаемый результат;

    - ускоряют процесс проектирования  и разработки системы;

    - освобождают разработчика от рутинной работы, позволяя ему целиком сосредоточиться на творческой части разработки;

    - поддерживают развитие и сопровождение  разработки АИС (АИТ);

    - поддерживают технологии повторного  использования компонентов разработки.

        Большинство CASE-средств основано на научном подходе, получившем название «методология/метод/нотация/средство». Методология формулирует руководящие указания для оценки и выбора проекта разрабатываемой АИС, шаги работы и их последовательность, а также правила применения и назначения методов.

    Практически ни один серьезный зарубежный проект АИС и АИТ не осуществляется в  настоящее время без использования CASE-средств.

    Автоматизированная  информационная система создается  для удовлетворения информационных потребностей конкретного пользователя и он принимает непосредственное участие в ее создании. Для этого коллектив заказчика информационной системы (технологии) должен быть подготовлен к методике ее реализации, готов помочь ее внедрению. Наряду с постановкой задач, пользователь должен проводить и пробную эксплуатацию АИС (АИТ).

    Участие пользователя в создании информационной системы и технологий должно обеспечивать в перспективе как оперативное и качественное решение задач, так и сокращение времени на внедрение. Одновременно должно происходит обучение пользователя. В процессе опытной эксплуатации АИС (АИТ) и последующей работе совершенствуются и закрепляются все необходимые пользователю навыки работы в новой технологической среде.

    Создание  программного продукта может вестись и самим пользователем.

    Постановка  и реализация задач на ПЭВМ требует  усвоения пользователем основных понятий, касающихся теоретических основ компьютерных информационных систем и технологий. К ним относятся:

    - свойства, особенности и структура экономической информации;

    - условно-постоянная информация, ее  роль и назначение;

    - носители информации;

    - средства формализованного описания  информации;

    - алгоритм, его свойства и формы  представления;

    - назначение контроля входной  и результатной информации, способы контроля;

    - состав и назначение устройств  персональных ЭВМ;

    - состав программных средств персональных  ЭВМ, назначение операционных  систем, пакетов прикладных программ, интегрированных пакетов программ типа АРМ бухгалтера, АРМ финансиста и др. 

    2.5. РОЛЬ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ  В СОЗДАНИИ АИС  И АИТ И ПОСТАНОВКЕ ЗАДАЧ

    АИС создается для удовлетворения информационных потребностей конкретного пользователя, и он принимает непосредственное участие в ее работе. Под функционированием АИС в данном случае подразумевается решение задач пользователем на основе информационного, программного обеспечения, которые созданы проектировщиками и другими специалистами на этапах проектирования и подготовки процесса автоматизации обработки информации.

    Первые  разработки АС в области экономики не содержали принципиально новой методологии, а лишь использовали дорогостоящую вычислительную технику в качестве большого арифмометра для сокращения трудоемкости выполнения операций в традиционной технологии решения задач управления. Недостатком, причем весьма распространенным, при создании автоматизированных систем организационного управления был низкий уровень постановки задач. Одна из причин этого — в недостаточном использовании специалистов отделов, служб управления в обследовании потоков информации, описании экономико-организационной сущности задач, проектировании выходной информации. Кроме того, в автоматизированном режиме обрабатывался не весь комплекс задач, решаемых тем или иным специалистом, поэтому у пользователя часто и не возникало желания принять активное участие в создании новой технологии.

    При переходе на массовое использование  в управлении ПЭВМ и коммуникационных средств не достаточно просто декларировать цель автоматизации того или иного процесса, нужно ее конкретизировать, разработать стратегию и тактику ее достижения. Для peaлизации новых, рожденных научно-техническим прогрессом технологий существуют два способа: или встраивать их в традиционный процесс управления, или реконструировать сам процесс с учетом возможностей новых средств.