МОДЕЛИ И МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРИ ПРОЕКТИРОВАНИИ АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
На начальных стадиях создания автоматизированной информационной системы очень важной задачей является создание комплекса моделей системы управления организацией, которые воспроизводят основные информационные потоки.
Построение информационных систем характеризуется двумя основными подходами. Первый подход называют функционально-модульным или структурным, второй - объектно-ориентированным.
В основу структурного подхода проектирования положен принцип функциональной декомпозиции, в соответствии с которым функции системы разделяются на модули по функциональной принадлежности, и каждый модуль выполняет определённую последовательность действий в общем процессе. Информационная система делится на подсистемы, подсистемы - на комплексы задач и т. д.
Традиционный функционально-модульный подход предусматривает строго последовательный порядок действий и характеризуется лавинообразным нарастанием сложности, что, несомненно, может являться отрицательным фактором. Изменение требований к системе может привести к её полному перепроектированию, поэтому ошибки, заложенные на ранних этапах, ощутимо сказываются на времени и конечной цене разработки.
Среди методологий, ориентированных на функционально-модульный подход, наиболее распространены следующие: IDEF; методологии, ориентированные на потоки данных (Гейн-Сарсон, Йодан); методологии информационного моделирования, основанные на моделях Джексона, Чена и Варнье-Орра.
IDEF (ІСАМ DEFinition) была разработана в середине 1970-х гг. в рамках программы ICAM (Integrated Computer Aided Manufacturing) для военно-космических сил США, а затем была принята как стандарт Министерства обороны США. Она представляет собой семейство независимых, но дополняющих друг друга методологий, основанных на графическом представлении информации, включающее механизмы построения логических и семантических моделей данных. Эти модели состоят из следующих методологий: IDEF0 - метод функционального моделирования, в основе которого лежит методология структурного анализа и проектирования (SADT - Structured Analysis and Design Technique), предложенная Дугласом Россом в 1973 г.; IDEF1 - метод информационного моделирования, основанный на ER (Entity-Relationship, модели «сущность-связь») моделях Чена; IDEF1X - расширение IDEF1 на основе дополнения методологиями Т.
Кодда, П. Чена; IDEF2 - метод создания динамической модели системы, основанный на цветных сетях Петри (CPN - Colored Petri Nets). В настоящий момент насчитывается более 14 методологий семейства IDEF, и с каждым годом их число увеличивается. Базовыми принято считать IDEF0, IDEF1X и IDEF2.Модели системы можно рассматривать в двух разрезах: по степени абстракции и по объектам отражения.
По степени абстракции выделяют три типа моделей: концептуальные, логические и физические.
Концептуальная модель - это наиболее общее описание предметной области без каких-либо подробностей и деталей. Логическая модель строится для описания ключевых элементов системы. Физическая модель описывает реальную систему в деталях, с привязкой к конкретной среде моделирования.
По объектам отражения модели можно разделить на два класса: модели структуры и модели поведения.
Модели структуры - статические модели, которые отражают составные части системы и их взаимосвязь. К моделям структуры относятся два вида моделей:
- модель организационной структуры;
- модель структуры данных.
Модели поведения - это динамические модели, которые воспроизводят последовательность действий или процессы.
К моделям процессов организации относятся три типа моделей:
- функциональная модель, описывающая бизнес-процессы предприятия;
- модель потока данных;
- модель документооборота.
Модель организационной структуры отражает взаимодействие сотрудников предприятия. Один из моментов организационной структуры - наделение властью и полномочиями отдельных сотрудников. Это принципиально отличает модель организационной структуры от функциональной модели, которая представлена ниже.
Организационная структура управления, как правило, представляется в виде дерева, её элементами выступают службы; производственные, вспомогательные и обслуживающие подразделения; рабочие места, а дуги отражают административную и технологическую подчинённость одних элементов другим.
Организационная структура описывает формальную сторону функционирования предприятия.
В организационной структуре отражаются три аспекта организации:- подразделения предприятия (названия подразделений, их задачи и ответственность);
- последовательность назначения заданий;
- контроль за их выполнением.
По организационной структуре можно понять распределение полномочий сотрудников предприятия. Она отображает совокупность правил для выполнения той или иной процедуры.
Новые возможности использования информационных технологий позволяют изменить принципы управления путём перехода от функциональной структуры управления предприятием к управлению процессами.
Модель структуры данных. Основная предпосылка модели структуры данных состоит в том, что структура данных предприятия может быть смоделирована с помощью трёх элементов: сущностей, атрибутов сущностей и связи.
Сущность - это такой тип объектов, который существует независимо и содержит данные, относящиеся к предприятию. Например, все сотрудники предприятия могут быть представлены сущностью СОТРУДНИК. Сущность может быть представлена документом, например СЧЁТ-ФАКТУРА.
Атрибуты - это характеристики сущности, с помощью которых может быть описан любой из объектов сущности. Например, сущность СОТРУДНИК характеризуется в отделе кадров такими данными, как дата рождения, дата приёма на работу и т.д.
Связь. Все сущности предприятия взаимосвязаны между собой и образуют систему. Например, сущность СОТРУДНИК связана с сущностью ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ. Существует несколько типов связей: «один к одному», «один ко многим» и «много ко многим».
Модели структуры данных достаточно широко представлены в литературе о базах данных.
Функциональное моделирование используется для моделирования бизнес-процессов предприятия. Чтобы отслеживать ситуации в отдельных подразделениях предприятия, необходимо формально разбить всю деятельность предприятия на блоки, с тем чтобы в последующем было легко контролировать каждый блок.
Функциональная структура системы управления определяется перечнем и последовательностью выполняемых функций (операций) и может описываться либо технологической сетью, либо технологической матрицей.
Технологическую сеть образуют вершины двух типов: вершины-операции и вершины-события. Первые отражают функции, выполняемые системой управления, а вторые фиксируют результаты выполнения этих функций и играют роль связующих звеньев между операциями. Технологическая сеть описывает топологию (последовательность) операций некоторого процесса в рамках исследуемой экономической системы.
Технологическая матрица отражает раскладку операций, выполняемых в рамках системы управления, по элементам её оргструктуры. По строкам технологической матрицы перечислены выполняемые системой функции, по столбцам - элементы её организационной структуры, а элементы матрицы отражают факт и степень участия того или иного элемента оргструктуры в выполнении той или иной функции.
Модель документооборота. Основная идея этого типа моделей в том, что большинство документов обрабатывается одним и тем же способом. Это такие операции, как заполнение, тиражирование, сопоставление, сортировка и т.д. При моделировании каждая из них отражается определённым значком, при помощи которого описывается жизненный цикл документа, а также движение из отдела в отдел.
Построение модели даёт возможность выявить некоторые недостатки существующей системы документооборота, такие как создание невостребованных документов, отсутствие контроля за движением отдельных документов, дублирование работ без необходимости. Поэтому модели этого типа могут быть использованы не только как инструмент системного анализа при проектировании компьютерной информационной системы, но и как средство наведения порядка в сфере управления документами или проведения аудита в этой части деятельности организации.
Одним из способов совершенствования движения документов и информации по организации является внедрение системы электронного документооборота.
Модель потоков данных. Модель документооборота сосредоточивается на движении документов, т.е. описывает их физическое перемещение из отдела в отдел, тиражирование и т.д. В случае использования автоматизированной информационной системы часть этих документов, а соответственно и операции с ними могут быть заменены электронным аналогом.
Тогда такие действия, как размножение, редактирование, принимают совершенно другой характер. В модели потока данных важны процессы над данными, их хранение, а физические характеристики средств хранения данных становятся неактуальными. Эта модель описывает операции над данными, а не над материальными характеристиками, ей безразличен способ совершения операций с данными: обработка данных производится либо вручную, либо на компьютере.Основная задача модели потока - построение логичной схемы движения данных. Но на одном уровне сложно воспринять больше восьми-девяти процессов, поэтому применяется последовательная иерархия с детализацией.
Таким образом, модель потока данных представляет собой взгляд на хранение, перемещение и обработку данных с логической точки зрения и не описывает физическую сторону. Структура хранения информации, отображаемая в этой модели, может послужить прообразом модели структуры данных («сущность-связь»). Процессы обработки информации
могут стать модулями программы. Движение информации соотносится с входами и выходами программы или структурой базы данных.
Все рассмотренные модели - модели структуры и модели процессов - взаимосвязаны между собой, поскольку представляют одну и ту же организацию с разных точек зрения. Такая структуризация необходима для того, чтобы разделить объёмное описание деятельности предприятия на составные части.
 Рис. 7. Взаимосвязь моделей при проектировании информационной системы |
Одна из задач структурного анализа - представление деятельности организации сначала на логическом уровне. Это позволяет представить весь проект изменения информационной системы компактно. Далее при переходе на физический уровень описание процессов соотносится с описанием данных об этих процессах, хотя, естественно, они не всегда идут параллельно. Поэтому разрабатываются и модель данных организации, и модель процессов, при этом сложно установить приоритетность моделей (рис.
7).Моделирование системы начинается с описания процессов, которое осуществляется с помощью двух типов моделей: модели потока данных и описания процессов. Одновременно проводится анализ структуры данных посредством спецификации данных и нахождения взаимосвязей между ними. На выходе этих двух моделей получаем функциональную модель, которая ложится в основу модели базы данных. На основании описания процессов и логической модели данных составляется спецификация программы. После этого производится кодировка программы, которая осуществляет обработку данных, запрашиваемых из базы.
При проектировании сложных многопользовательских информационных систем целесообразно использовать объектноориентированный подход. Особенность данного подхода заключается в описании взаимодействующих объектов информационной системы. При этом каждый объект системы характеризуется собственным поведением, моделирующим поведение реального объекта. Информационная система рассматривается как совокупность объектов, взаимодействующих друг с другом путём посылки сообщений. Разделение системы на слабосвязанные части позволяет разрабатывать их практически независимо друг от друга. Таким образом, изменение требований к системе затрагивает лишь некоторую её часть и совершенно не влияет на остальные, чего трудно добиться при традиционном функциональном проектировании. Применение объектно-ориентированной методологии создаёт большие удобства в планировании и управлении разработкой проекта информационной системы. К основным понятиям объектно-ориентированного подхода следует отнести объект, экзем-пляр объекта, класс.
Объект - это такая абстракция множества предметов реального мира, при которой все предметы этого множества (экземпляры объекта) имеют одинаковые характеристики и правила поведения. Объект представляет собой типичный и неопределённый экземпляр некоторого множества предметов реального мира.
Класс - это множество объектов, связанных общностью структуры и поведения (например, класс расчётно-денежных документов). Таким образом, объект - это типичный представитель класса, а экземпляр объекта - конкретный элемент класса.
Объекту присущи три основных свойства: инкапсуляция, наследование, полиморфизм.
Инкапсуляция - объединение идей абстрагирования данных и алгоритмов для работы с ними. Объекты наделяются некоторой структурой и обладают определённым набором операций (методов), т.е. поведением. Внутренняя структура объекта скрыта от пользователя; манипуляция объектом, изменение его состояния возможны лишь посредством его собственных операций. Таким образом, благодаря инкапсуляции объекты можно рассматривать как самостоятельные сущности, отделённые от внешнего мира. Для того чтобы объект произвёл некоторое действие, ему необходимо извне послать сообщение, которое инициирует выполнение нужного метода.
Наследование - построение новых классов на основе существующих с наследованием данных и методов и с возможностью добавления новых.
Полиморфизм - возможность единообразного обращения к объектам при сохранении уникальности поведения каждого из них. Различные объекты могут получать одинаковые сообщения, но реагировать на них по-разному, в соответствии с тем,
как реализованы у них методы, реагирующие на эти сообщения. Например, объект класса «линия» отреагирует на сообщение «нарисовать» рисованием линии, тогда как объект класса «окружность» - рисованием окружности.
Применение объектно-ориентированной методологии охватывает все этапы жизненного цикла информационной системы.
1.2.