Применение структурного анализа при проектировании информационных систем

Введение

Современный этап развития мирового сообщества плотно связан со стремительным развитием информационных технологий. Сложность информационных систем (ИС) постоянно растет, соответственно приобретают актуальность вопросы по эффективному проектированию, управлению процессами создания, тестирования и внедрение таких систем. Комплексное решение этой проблемы - сложная и длительная работа, которая требует высокой квалификации задействованных в ней работников. Ведь, несмотря на большой прогресс, многие вопросы в сфере автоматизации проектирования ИС не поддаются полной автоматизации и выполняются на интуитивном уровне, на опыте и прогностических способностях специалистов, экспертных оценках, экспериментальной проверке качества функционирования системы и тому подобное.
Следует заметить, что эксплуатационные затраты на внедрение и сопровождение сложной ИС могут превышать затраты на ее разработку.
Опыт показывает, что поиск ошибок, которые происходили на ранних стадиях анализа и проектировании системы со временем растет в геометрической прогрессии. Например, ошибки предпроектного анализа, выявленные на стадии реального проектирования, «стоят» примерно вдвое дороже. Выявление таких ошибок на этапе тестирования - уже в 10 раз дороже. А устранение ошибок на этапе эксплуатации может стоить в 100 раз дороже, чем своевременное выявление их на этапе анализа системы. Кроме того, нахождение системных ошибок на этапе эксплуатации связано с работой заказчиков (т.е. реальных пользователей), что негативно влияет на имидж проекта и дальнейшую эксплуатацию системы. Поэтому выбор методологии проектирования, средств сопровождение информационной системы, тестирование ее отдельных составляющих на всех стадиях разработки является сложным и ответственным вопросом, от которого зависит успешность и эффективность проекта в целом. Именно исходя из таких положений обусловлена актуальность данной работы.
Объектом исследования в данной работе являются информационные системы.
Предметом методы структурного анализа при их проектировании.
Целью данной работы является рассмотрение применения структурного анализа при проектировании информационных систем.
Согласно поставленной цели определены задачи для ее достижения:
провести обзор теоретических понятий проектирования информационных систем;
систематизировать и обобщить применение системного подхода к проектированию информационных систем;
рассмотреть основные теоретические положения структурного анализа;
проанализировать методы структурного анализа;
разобрать пример применения структурного анализа к проектированию информационной системы учета заказов в компании по производству пластиковых окон;
сделать соответствующие выводы.
Литературной базой для данного исследования послужили труды следующих ученых: Инюшкина О. Г. [1], Рудаков А. В. [2], Черемных C. B. [3], Вичугова А.А. [4,5, 7], Гвоздева Т. В., Баллод Б. А. [6], Микита Р.М., Рогозов Ю.И., Свиридов А.С., Стукотий Л.Н. [8], Лядова Л.Н. [9], Фомин В. И. [10], Горохова Н. Г. [11], К.И. Курбаков [12], Горшков С. [13], Коцюба И. Ю., Чунаев А. В., Шиков А. Н. [15] и др.


1. Проектирование информационной системы

Согласно ФЗ №149 под информационной системой понимают совокупность содержащейся в базах данных информации и обеспечивающих ее обработку информационных технологий и технических средств [14.
Информационные системы уже достаточно долгие годы существуют и применяются в практической деятельности в форме разнообразного рода коллекций и/или картотек канцелярских документов. Но при этом в данных системах отсутствует любая автоматизация обработки данных. Они предоставляют возможность только поддерживать и регистрировать в обобщенном виде на твердых носителях отчеты проведенных натурных измерений или другие данные.
В данном разделе пойдет речь об основных ключевых теоретических положениях проектирования информационных систем, применении системного подхода к их проектированию.
1.1 Определение проектирования информационных систем

Согласно определению [15], проектирование информационных систем - это упорядоченная совокупность методологий и средств создания или модернизации информационных систем.
Как известно, информационные системы способны отображать в себе самые всевозможные явления мира, и, следовательно, все явления тоже оказываются потенциальными объектами проектирования.
Таким образом, между "проектированием" и "информационными системами" существуют взаимосвязи различного рода.
Под системой понимают любой объект, который одновременно рассматривается и как единое целое, и как объединенная в интересах достижения поставленных целей совокупность разнородных элементов.
Синтез термина "система" и слова "информационная" показывает цель ее создания и функционирования. Информационные системы обеспечивают сбор, хранение, обработку, поиск, выдачу информации, необходимую в процессе принятия решений задач в любой области. Они помогают анализировать проблемы и создавать новые продукты.
Информационная система (ИС) - взаимосвязанная совокупность средств, методов и персонала, используемых для хранения, обработки и выдачи информации в интересах достижения поставленной цели [16].
Современные информационные технологии предоставляют собой широкий набор способов реализации ИС, выбор которых осуществляется на основе требований со стороны предполагаемых пользователей, которые, как правило, меняются в процессе разработки.
1.2 Системный подход к проектированию информационных систем

Системный подход к проектированию ИС предусматривает изучение, рассмотрение, описание определенного объекта в полном объеме с учетом его существенных свойств. Главная цель данного подхода заключается в соблюдении таких исходных принципов [3]:
- всесторонняя и целостная оценка динамических характеристик объекта, их взаимосвязи с внешней средой;
- учет возможных внешних и внутренних неблагоприятных условий, которые могут вывести объект из состояния равновесия.
Таким объектом может быть любая модель, описывающая систему, процесс или определенную совокупность объектов. Система как объект имеет сложную внутреннюю структуру. Примером может быть предприятие, научно-исследовательские и проектные организации, производственные процессы и тому подобное.
Экономическая система предприятия включает экономические процессы и связи в обороте производственных фондов. Этот процесс является непрерывным, целенаправленным, что требует соответствующего управления экономической системой и контроля за ее функционированием.
Управление экономической системой осуществляется на информационном уровне с помощью преобразования и использования потоков информации, функционирующих внутри системы и поступающих к ней из внешней среды. Основой любой системы управления сложным объектом является информация, характеризующая состояние объекта управления. Для таких экономико-организационных объектов, как промышленное предприятие, производственное объединение, отрасль, эта информация представляет собой совокупность взаимосвязанных экономических показателей, каждый из которых имеет определенные смысл и значение.
Цель проектирования ИС заключается в создании проекта системы обработки информации, то есть технической документации с подробным описанием всех проектных решений по созданию и эксплуатации ИС.
Объектами проектирования (ОП) могут быть разные классы систем управления: предприятие, технологический процесс, производственное объединение, отрасль, организация, учреждение (лечебное учреждение) и др.
При проектировании ИС используют локальный или системный подходы.
Сущность локального подхода к проектированию ИС заключается в последовательном наращивании задач, решаемых в системе управления

. При таких обстоятельствах проектирование ИС состоит из решения задач, ориентированных на удовлетворение потребностей конкретных подразделений или требований, связанных с реализацией конкретных функций управления. При этом данные организуют в отдельные логически структурированные (исходя из реальных потребностей) файлы. Этот метод имеет серьезные недостатки:
- избыточность информации. Данные хранятся в двух-трех копиях. Например, во многих организациях происходит множественное дублирование файла запаса. Такая информация хранится в файлах склада, отдела сбыта, бухгалтерии. Большая часть информации при этом повторяется;
- противоречивость. Чрезмерное использование пространства памяти ЭВМ и дублирование информации могут привести к противоречиям. Если данные сохраняют и вводят дважды, то применение различных программ, проверка и обновление файлов в разное время вызывают увеличение противоречивой информации. Например, две версии файлов запасов могут существенно различаться вследствие того, что состав файлов обновляется ежедневно, а файл бухгалтерии - раз в неделю или месяц;
- скорость обработки. Применение фрагментарных файлов данных ориентировано на пакетную обработку. Для большинства ИС в основном подходит оперативный режим обработки данных;
- низкая стандартизация программного обеспечения (ПО). Программы разрабатывают применительно к задачам, массивам, хотя и используют отдельные стандартные программные модули;
- негибкость. Низкая скорость обработки данных и их зависимость (физические данные хранятся отдельно от данных логического уровня) не позволяют системе адекватно реагировать на динамические изменения окружающей среды, что затрудняет ее эксплуатацию.
Системный подход, будучи общей методологической базой проектирования ИС, основывается на концепции интеграции данных, описывающих все сферы деятельности ОУ. Необходимым условием и задачей интеграции ИС является их совместимость, то есть способность взаимодействовать через посредство обмена данными, характеризующими такие управляемые состояния объектов как прогнозируемость, необходимость и практичность. Этот метод характеризуется следующими особенностями:
- предполагает рассмотрение всех элементов и составляющих процесса проектирования в их взаимосвязи, взаимозависимости и взаимовлиянии в интересах оптимального достижения как отдельных, так и общих целей создания ИС;
- является методологической основой, которая исходит и обязательного предусловия - необходимости анализа элементов и составляющих процесса проектирования в их взаимосвязи на основе широкого применения современных количественных методов исследования.
Сущность системного подхода к проектированию ИС заключается в:
- одновременном охвате проектирования небольшого количества задач ОУ;
- максимальной типизации и стандартизации проектных решений;
- многоаспектном представлении структуры ИС как системы, состоящей из многих компонентов (подсистем, элементов) и относительной автономности их разработки;
- ключевой роли централизованных массивов информации;
- локальном внедрении и накоплении функциональных задач.
При системном подходе проектирования ИС необходимо соблюдать следующие установки:
- устранение дублирования работ при разработке системы. Это требует определения границ отдельных систем (подсистем, комплексов задач) и выделение сфер их деятельности;
- обеспечение сбалансированной последовательности разработки системы. Разработка подсистем, комплексов задач должна выполняться в логически обоснованной последовательности. Это требует оптимального по эффективности распределения в процессе проектирования ИС технических, финансовых, трудовых и других ресурсов;
- возможности дальнейшей интеграции. Должна быть запланирована возможность интеграции системы. Хотя можно допустить разработку подсистем, комплексов задач с высокой степенью независимости, однако необходимо учитывать перспективу развития всей системы;
- обеспечение адаптированности. Это требование к комплексу технических средств (КТС), трудно развивать и приспосабливать в дальнейшем развитии системы;
- снижение стоимости системы. Достичь этого можно либо вследствие оптовой закупки компьютеров или уменьшением дублирования работ;
- разработка стандартов для обмена информацией, документирования;
- разработка эффективной стратегии развития ИС.
Системный подход при проектировании и создании ИС имеет значительные преимущества, которые заключаются в:
исключении избыточного дублирования массивов информации;
исключении (сведении к минимуму) дублирования в программировании благодаря использованию типовых и стандартных программ;
типизации технологических процессов обработки данных;
возможности построения интегрированной системы обработки данных;
возможности системного технологического обеспечения ИС.
На практике применяются различные принципы проектирования ИС, самыми распространенными из которых являются: на основе математической модели, нисходящее (сверху вниз) проектирование, модульный принцип, структурный подход, принцип интеграции данных, принцип непрерывности развития системы. Все они относятся к организационным методам проектирования.


2. Понятие о структурном анализе

В течение становления и развития эволюции языков и принципов программирования информационная система стала представлять собой не просто одно целое со сложной выявленной внутренней структурой, но и саму структуру, состоящую из четко обозначенных модулей, связанных между собой формализованными отношениями (интерфейсами). То есть ИС приобрела за время своего развития и становления структуры многоступенчатой иерархической модульной системы. Каждый уровень такой системы является самостоятельным модулем, поддерживаемым и контролируемым [1,4].
Методы структурного анализа и проектирования информационных систем зародились гораздо позже фактического применения данных принципов на практике (структурного программирования). В данном разделе речь пойдет об основных теоретических сведениях структурного анализа, его методов касательно проектирования информационных систем.
2.1 Определение структурного анализа

Структурный анализ (от англ. Structured Analysis или SA) и структурное проектирование (или SD, от англ. Structured Design) происходит от структурного программирования и классического системного анализа [3].
Процесс моделирования по методологии SADT (структурного анализа) состоит из следующих этапов:
- сбор информации и анализ информации о предметной области;
- документирование полученной информации;
- моделирование в терминах IDEF0;
- корректировка модели в процессе итеративного рецензирования.
Сущность структурного анализа при проектировании ИС состоит в ее разбиении (декомпозиции) на функции, которые нуждаются в дальнейшей автоматизации, в частности: система декомпозируется на некоторые функциональные подсистемы, те в свою очередь делятся на подфункции, задачи и тому подобное. Процесс разбиения осуществляется до уровня детализации процедур. Более того информационная система сохраняет целостное представление, когда все компоненты взаимозависят и имеют единое основание.
При разработке системы в направлении «снизу-вверх», то есть от отдельных задач ко всей системе целостность теряется, возникают проблемы при информационной стыковке отдельных компонентов.
Описание каждого уровня включает в себя только существенные для этого уровня элементы (принцип абстрагирования). Процесс декомпозиции происходит вплоть до конкретных процедур, дальнейшая детализация которых не имеет смысла. При этом информационная система должна сохранять целостное представление, в котором все составляющие ее компоненты взаимосвязаны (принцип согласованности). Схематично применение структурного анализа изображено на рис