Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Курс лекций

На тему: «Автоматизированные системы управления»

Содержание:

Лекция №1 Введение

Лекция №2 Жизненный цикл и процессы в структуре жизненного цикла АИС

Лекция №3 Модели жизненного цикла АИС

Лекция №4 Последовательность разработки автоматизированной системы

Лекция №5 Методологии описания предметной области

Лекция №6 Информационная технология проектирования автоматизированной системы

Лекция №7 Автоматизированные системы управления производством

Лекция №8 Анализ предметной области АИС

Лекция №9 Автоматизированные системы управления технологическими процессами

Лекция №10 Автоматизированные системы управления

Лекция №11 Обеспечивающие подсистемы

система технология проектирование



Лекция №1

Введение

Вопросы лекции:

Введение.

1. Понятия автоматизированного и автоматического управления.

2. Категориальные понятия системного подхода.

Введение

В этой вводной лекции рассматривается понятия автоматизированного, автоматического управления и цель управления в технических системах. Рассматриваются также понятия управляющего воздействия и регулирования.

Далее рассматриваются категориальные понятия системного подхода. На основе системного подхода рассматриваются основные положения (принципы). Дано понятие информационной системы (ИС), а также ее классификация.

1. Понятия автоматизированного и автоматического управления

Под управлением понимается совокупность операций по организации некоторого процесса. Приведем определения, характеризующие различные аспекты этого понятия.

Управление - функция системы, ориентированная либо на сохранение ее основного качества (то есть совокупности свойств, утеря которых влечет к разрушению системы) в условиях изменения среды, либо на выполнение некоторой целевой программы, призванной обеспечить устойчивость ее функционирования (свойство «гомеостаза») при достижении определенной заданной цели.

Управление - это такое входное воздействие или сигнал, в результате которого система ведет себя заданным образом. Обычно управление направлено на то, чтобы система находилась в стационарном режиме (равновесном или периодическом).

Управление - функция организованных систем (биологических, технических, социальных), обеспечивающая сохранение их структуры, поддержание режима деятельности, реализацию ее программы, цели.

Управление - процесс, обеспечивающий необходимое по целевому назначению протекание процессов преобразования энергии, вещества и информации, поддержание работоспособности и безаварийности функционирования объекта путем сбора и обработки информации о состоянии объекта и внешней среды, выработки решений о воздействии на объект и их исполнение. Здесь цель является причиной управления, и задающие воздействия определяются на основе задания цели.

Управление развитием системы - это воздействия или сигналы, направленные на изменение структуры или множества состояний системы. Осуществляется управление поведением системы, которое реализует развитие данной системы. Управление всегда имеет определенную цель. Обычно управление формулируется как ограничение на множестве возможных состояний системы, или какой - либо показатель системы, который поддерживается в заданных пределах, либо этот показатель максимизируется.

Если известна зависимость выходного показателя от входного воздействия на систему, или ее состояния, то управление называется целевой функцией.

Целью управления в технических системах является обеспечение определенных значений или соотношений значений координат процессов в объекте управления или их изменение во времени, при которых обеспечивается достижение желаемых результатов функционирования объекта.

Управляющее воздействие - воздействие на объект управления, предназначенное для достижения цели управления.

Регулирование - частный случай управления, цель которого заключается в обеспечении близости текущих значений одной или нескольких координат объекта управления к их заданным значениям.

Система с управлением включает три подсистемы (рис. 1.1): управляющую систему (УС), объект управления (ОУ) В и систему связи (СС),

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1.1 - Система с управлением

Системы с управлением, или целенаправленные, называются кибернетическими. К ним относятся технические, биологические, организационные, социальные, экономические системы.

Управляющая система совместно с системой связи образует систему управления (СУ) А.

Система связи включает канал прямой связи, по которому передается входная информация - множество {х}, включающее командную информацию {u}, канал обратной связи, по которому передается информация о состоянии ОУ - множество выходной информации {у}.

Множества переменных {n} и {w} обозначают соответственно воздействие окружающей среды (различного рода помехи) и показатели, характеризующие качество и эффективность функционирования объекта управления (подсистемы В).

Информатика - научная, техническая и технологическая дисциплина, которая занимается вопросами сбора, хранения, обработки и передачи данных, в том числе с помощью компьютерной техники. У истоков информатики стоят кибернетика и математика. Н. Винер в своей книге «Кибернетика, или управление и связь в животном и машине» подчеркнул, что связь (или передача информации) и управление являются основными процессами, характеризующую любую организацию. Управление и информация - понятия, неразрывно связанные между собой. Управление невозможно без достаточной информации о цели управления, возмущениях среды, состояния объекта управления, характеристиках объекта. Таким образом, управление - это, прежде всего информационный процесс, предполагающий выполнение функций по сбору, передаче, хранению, обработке и анализу информации, необходимых для выработки соответствующих управленческих решений. Подчеркивая важность информационной составляющей процессов управления, специалисты в области информатики, говоря об управляющей системе, чаще всего употребляют понятие «информационная управляющая система», «информационная система управления», «информационная система». В современных условиях принятие эффективных решений в области управления требует переработки больших объемов информации. Качественная неоднородность такой информации и сложность ее обработки в условиях оперативности получения требуют разделения функций по получению, передаче, хранению и обработке информации между человеком и техническими средствами, среди которых центральное место отводится вычислительным машинам.

В автоматических ИС все операции по переработке информации выполняются без участия человека.

Автоматизированные ИС предполагают участие в процессе обработки информации и человека, и технических средств, причем главная роль в выполнении рутинных операций обработки данных отводится компьютеру. Именно этот класс систем соответствует современному представлению понятий «информационная система» и «автоматизированная система».

2. Категориальные понятия системного подхода

Оптимальное решение задачи проектирования возможно лишь на основе всестороннего, целостного рассмотрения проектируемой системы и ее развития (изменения) в процессе взаимодействия с окружающей средой. Такой подход, называемый системным, способен привести к подлинно творческим, новаторским решениям, вплоть до крупных изобретений и научных открытий. В основе системного подхода лежат следующие основные положения (принципы):

Учет всех этапов «жизненного цикла» разрабатываемой системы: проектирования, производства, эксплуатации и утилизации. Пренебрежение этим принципом приводит к грубым просчетам. Например, проекты некоторых систем, в основу которых были положены весьма прогрессивные принципы их действия, остались нереализованными только потому, что оказались недостаточно технологичными, слишком трудоемкими и непригодными с точки зрения их производства.

Учет истории и особенно перспектив развития систем данного и близких классов. Историю важно учитывать потому, что системы, в прошлом призванные непригодными или устаревшими, могут в новых условиях, на новом уровне развития науки и техники стать (при соответствующей коррекции) очень хорошими и перспективными. Например, полупроводниковые приборы, появившиеся впервые более 50 лет назад, были вскоре признаны малопригодными и вытеснены электронными лампами. Но спустя примерно 30 лет они произвели подлинную революцию в радиоэлектронике и в значительной мере вытеснили электронные лампы.

Учет при проектировании прогноза развития систем данного и других взаимодействующих или конкурирующих классов необходим потому, что в противном случае разрабатываемая система может оказаться морально устаревшей вскоре после завершения разработки или даже до ее окончания.

3. Всестороннее рассмотрение взаимодействия системы с внешней средой. Основными видами такого взаимодействия являются:

взаимодействие с природой и обществом в целом (учет экологических, экономических, социальных, политических, военных и других факторов);

обмен полезной информацией -- получение (извлечение) и выдача ее;

обмен энергией и веществом;

обмен радиопомехи (т. е. помехами от электромагнитного излучения);

внешние воздействия на систему (изменение температуры, влажности, давления, механические нагрузки, радиация и т. д.) j.

взаимодействие с другими системами (входящими в общую систему более высокого иерархического уровня) в процессе решения общей задачи.

Учет основных видов взаимодействия внутри системы (между ее частями): функционального, конструктивного, динамического, информационного, энергетического и др.

Учет взаимодействия между элементной базой и системотехникой. Развитие элементной базы вызывает развитие системотехники (появление новых принципов построения систем и улучшение их показателей качества); в свою очередь, развитие системотехники предъявляет новые требования к элементной базе и стимулирует ее развитие.

Следует подчеркнуть, что все революционные этапы в развитии радиосистем были вызваны революционными изменениями элементной базы: появлением пролетных СВЧ радиоламп, полупроводниковых приборов, интегральных микросхем, микропроцессоров, оптоэлектронных приборов и т. д. Поэтому темпы развития радиосистем зависят от того, насколько полно используются в системотехнике новейшие достижения в области элементной базы и в какой мере возможности элементной базы удовлетворяют требованиям, выдвигаемым системотехникой. Важно также отметить, что все революционные изменения в элементной базе были обусловлены использованием процессов, происходящих в тех или иных физических телах на микроуровне, т. е. на уровне элементарных частиц. Иначе говоря, успешное развитие радиосистем в значительной мере определяется умелым использованием разработчиками явлений, происходящих на микроуровне. Поэтому разработчики, рассматривающие проектируемую систему только как совокупность «черных ящиков», могут лишиться возможности создать радикально лучшую систему.

6. Учет возможности изменения исходных данных и даже решаемой задачи в процессе проектирования, производства и эксплуатации системы. Отсюда вытекает необходимость:

вариации исходных данных (включая критерий качества) в процессе проектирования для оценки степени их критичности и получения более надежных результатов проектирования;

обеспечения возможно большей универсальности применения проектируемой системы, чтобы при изъятии или добавления некоторых блоков система была пригодной для решения новых (других) задач.

7. Выделение главных показателей качества, подлежащих улучшению в первую очередь. Стремление улучшить возможно большее число показателей качества (особенно на ранних этапах проектирования) может привести к потере лучшего решения, не говоря уже об излишнем увеличении длительности проектирования. В большинстве практических задач кглавным относят показатели точности, помехоустойчивости, надежности, пропускной способности, массу (объем) и стоимость.

8. Сочетание принципов композиции, декомпозиции и иерархичности. Радиосистема может содержать десятки тысяч или даже миллионы элементов. Очевидно, невозможно одновременно оптимизировать все элементы даже с помощью самых совершенных ЭВМ. Нужно объединить эти элементы в блоки, устройства, подсистемы и рассматривать каждый блок (устройство, подсистему) как единое целое, т. е. производить композицию элементов. Однако обычно не удается сложную систему рассматривать как один блок. Приходится разбивать ее на ряд подсистем, т. е. производить декомпозицию. Декомпозиция особенно необходима, если разработку отдельных подсистем приходится поручать различным организациям. В результате композиции и декомпозиции систему разбивают на ряд иерархических уровней, каждый из которых может содержать ряд частей (подсистем, устройств, блоков и т. д.).

Сочетание композиции, декомпозиции и иерархичности позволяет существенно упростить не только проектирование системы, но и ее производство, эксплуатацию и утилизацию. Однако при декомпозиции системы на подсистемы (устройства, блоки) необходимо формулировать исходные данные для проектирования каждой подсистемы так, чтобы они достаточно полно и правильно учитывали все основные виды взаимодействия между подсистемами в процессе выполнения системой поставленной перед нею задачи. Особое внимание при этом следует уделять обоснованию критерия качества каждой подсистемы. В противном случае подсистема, оптимальная в смысле ее критерия качества, может оказаться далеко не оптимальной или вообще неприемлемой с точки зрения критерия качества системы в целом.

9. Вскрытие основных технических противоречий, препятствующих улучшению качества системы и ускорению процесса ее разработки, а также отыскание приемов их преодоления.

Правильное сочетание различных методов проектирования, в первую очередь математических, эвристических и экспериментальных, а в рамках математических методов -- аналитических и проводимых с помощью ЭВМ.

Обеспечение должного взаимодействия в процессе проектирования специалистов различных уровней и профилей.

Автоматизированные информационные системы (АИС) относятся к классу сложных систем, как правило, не столько в связи с большой физической размерностью, сколько в связи с многозначностью структурных отношений между их компонентами. В рамках системного анализа сложные системы изучаются посредством разбиения на элементы: предполагается, что сложная система есть целое, состоящее из взаимосвязанных частей, которые не могут быть определены априорно, а строятся или выбираются в процессе декомпозиции (физической или концептуальной) исходной системы. Поэтому, прежде чем непосредственно перейти к изучению АИС, рассмотрим основные понятия и подходы к классификации информационных систем (ИС).

В настоящее время нет единого определения ИС и нет единой их классификации в связи с динамично протекающими процессами накопления знаний в области информационных технологий, поэтому приведем для сравнения наиболее существенные.

Информационная система -- совокупность информационных, экономико-математических методов и моделей, технических, программных, технологических средств и специалистов, предназначенная для сбора, хранения, обработки и выдачи информации и принятия управленческих решений.

Согласно информационная система есть распространенное обозначение человеческого коллектива и процедур, а также разработанного, построенного, используемого и обслуживаемого оборудования для сбора, обработки, сохранения, извлечения и отображения информации.

Актуальной задачей в информационном плане для предприятий и корпораций всех организационных форм и видов собственности в любой предметной области является обеспечение надежного управления всем объемом разнородных данных, которые порождаются, хранятся и используются в различных ИС, существующих на предприятии и связанных с информационной поддержкой продукции (услуг) в течение ее жизненного цикла. Разнообразие проблем, решаемых с помощью ИС, привело к появлению разнотипных систем, различающихся принципами построения и заложенными в них правилами обработки информации.

ИС можно классифицировать по различным признакам. В основу ниже приведенной классификации положен ряд существенных признаков, определяющих функциональные возможности и особенности построения современных систем; также принимались во внимание объем решаемых задач, используемых технических средств, организации функционирования и т. д. (рис. 1.2).

Рисунок 1.2 - Классификация информационных систем

По типу хранимых данных ИС делятся на фактографические и документальные. Фактографические системы предназначены для хранения и обработки структурированных данных в виде чисел и текстов. Над такими данными можно выполнять различные операции.

В документальных системах информация представлена в виде документов, состоящих из наименований, описаний, рефератов и текстов. Поиск по неструктурированным данным осуществляется с использованием семантических признаков. Отобранные документы предоставляются пользователю, а обработка данных в таких системах практически не производится.

Основываясь на степени автоматизации информационных процессов в системе управления фирмой (организацией), ИС делятся на ручные, автоматические и автоматизированные.

Ручные ИС характеризуются отсутствием современных технических средств переработки информации и выполнением всех операций человеком.

В ГОСТ 34.003-90 приводится следующее определение.

Автоматизированная система (АС) - это система, состоящая из персонала и комплекса средств автоматизации его деятельности, реализующая информационную технологию установленных функций.

Комплекс средств автоматизации (КСА) - совокупность всех компонентов АС, за исключением персонала.

Пользователь АС - лицо, участвующее в функционировании АС или использующее результаты ее функционирования.

В зависимости от характера обработки данных АИС' делятся на информационно-поисковые и информационно-решающие.

Информационно-поисковые системы производят ввод, систематизацию, хранение, выдачу информации по запросу пользователя без сложных преобразований данных. Например, ИС библиотечного обслуживания, резервирования и продажи билетов на транспорте, бронирования мест в гостиницах и пр.

Информационно-решающие системы осуществляют, кроме того, операции переработки информации по определенному алгоритму. По характеру использования выходной информации такие системы принято делить на управляющие и советующие. Результирующая информация управляющих АИС непосредственно трансформируется в принимаемые человеком решения. Для этих систем свойственны задачи расчетного характера и обработка больших объемов данных, например АИС планирования производства или заказов, бухгалтерского учета. Советующие АИС вырабатывают информацию, которая принимается человеком к сведению и учитывается при формировании управленческих решений, а не инициирует конкретные действия. Эти системы имитируют интеллектуальные процессы обработки знаний, а не данных (например, экспертные системы).

В зависимости от сферы применения различают следующие классы АИС.

Системы организационного управления предназначены для автоматизации функций управленческого персонала как промышленных предприятий, так и непромышленных объектов (гостиниц, банков, магазинов и пр.). Основными функциями подобных систем являются: оперативный контроль и регулирование, оперативный учет и анализ, перспективное и оперативное планирование, бухгалтерский учет, управление сбытом, снабжением и другие экономические и организационные задачи.

Системы управления технологическими процессами (ТП) служат для автоматизации функций производственного персонала по контролю и управлению производственными операциями. В таких системах обычно предусматривается наличие развитых средств измерения параметров технологических процессов (температуры, давления, химического состава и т. п.), процедур контроля допустимости значений параметров и регулирования технологических процессов.

Системы автоматизированного проектирования (САПР) предназначены для автоматизации функций инженеров-проектировщиков, конструкторов, архитекторов, дизайнеров при создании новой техники, сооружений или технологий. Основными функциями подобных систем являются: инженерные расчеты, создание графической документации (чертежей, схем, планов), создание проектной документации, моделирование проектируемых объектов.

Интегрированные (корпоративные) АИС используются для автоматизации всех функций фирмы (корпорации) и охватывают весь цикл работ - от планирования деятельности до сбыта продукции. Они включают в себя ряд модулей (подсистем), работающих в едином информационном пространстве и выполняющих функции поддержки соответствующих направлений деятельности.

Анализ современного состояния рынка АИС показывает устойчивую тенденцию роста спроса на информационные системы организационного управления. Причем продолжает расти спрос именно на интегрированные системы. Автоматизация отдельной функции, например, бухгалтерского учета или сбыта готовой продукции, считается уже пройденным этапом для многих предприятий.

В табл. 1.1 приведен перечень наиболее популярных в настоящее время программных продуктов для реализации АИС организационного управления различных классов.

Таблица 1.1- Позиционирование на рынке АИС

Локальные	Малые интегрированные	Средние интегрированные	Крупные интегрированные
Супер-Менеджер Инотек Инфософт БЭСТ Турбо-Бухгалтер Инфо-Бухгалтер	Concorde XAL Exact NS-2000 Platinum PRO/MIS ScalaSunSystems БЭСТ-ПРО 1С-Предприятие БОСС-Корпорация Галактика Парус Ресурс Эталон	Microsoft-Business Solutions-Navision Microsoft-Business Solutions Axapta MFG-Pro (QAD/BMS) SyteLine (СОКАП/SYMIX)	SAP/R3 (SAP AG) Baan (Baan) BPCS (ITS/SSA) Oracle Applications (Oracle)

В интегрированных АИС выделяют функциональные и обеспечивающие подсистемы. Функциональные подсистемы информационно обслуживают определенные виды деятельности, характерные для структурных подразделений предприятия или Функций управления. Интеграция функциональных подсистем в единую систему достигается за счет создания и функционирования обеспечивающих подсистем.

Функциональная подсистема представляет собой комплекс задач с высокой степенью информационных обменов (связей) между задачами. При этом под задачей понимается некоторый процесс обработки информации с четко определенным множеством входной и выходной информации. Состав функциональных подсистем определяется характером и особенностями автоматизируемой деятельности, отраслевой принадлежностью, формой собственности, размером предприятия. Деление АИС на функциональные подсистемы может строиться по различным принципам:

предметному;

функциональному;

проблемному;

смешанному (предметно-функциональному).

При использовании предметного принципа выделяют подсистемы, отвечающие за управление отдельными ресурсами: управление сбытом, управление производством, управление финансами, управление персоналом и т. д. При этом в подсистемах рассматривается решение задач на всех уровнях управления, обеспечивая интеграцию информационных потоков по вертикали (табл. 1.2).

Таблица 1.2 - Функциональные подсистемы, выделенные по предметному принципу

Уровни управления	Функциональные подсистемы
	Сбыт	Производство	Снабжение	Финансы
Стратегический уровень	Новые продукты и услуги. Исследования и разработки	Производственные мощности. Выбор технологий	Материальные источники Товарный прогноз	Финансовые источники. Выбор модели уплаты налогов
Тактический уровень	Анализ и планирование объемов сбыта	Анализ и планирование производственных программ	Анализ и планирование объемов закупок	Анализ и планирование денежных потоков
Оперативный уровень	Обработка заказов клиентов. Выписка счетов и накладных	Обработка производственных заказов	Складские операции. Заказы на закупку	Ведение бухгалтерских книг

Применение функционального принципа [5] предполагает выделение подсистем по направлениям деятельности: технико-экономическое планирование, бухгалтерский учет, анализ хозяйственной деятельности, перспективное развитие (рис. 1.3).

Рисунок 1.3 - Структура функциональных подсистем АИС согласно функциональному принципу

Состав обеспечивающих подсистем не зависит от конкретных функциональных подсистем и предметной области и рассматривается в п. 1.2.

Рассмотренная классификация АИС с указанными выше классификационными признаками не является единственной. Приведем пример классификации, где в качестве основного классификационного признака рассматриваются особенности автоматизируемой профессиональной деятельности -- процесса переработки входной информации для получения требуемой выходной.

В соответствии с названиями приведенных на рис. 1.3 систем (аббревиатуры общеприняты среди специалистов по информационным технологиям и системам) нетрудно определить назначение и особенности каждой из них.

Рисунок 1.4 - Классификация АИС с учетом особенностей автоматизируемой профессиональной деятельности:

АСУ - автоматизированные системы управления (П - персоналом, ТС - техническими средствами); СППР - системы поддержки принятия решения (Р - руководителя, О - должностного лица органа управления, Д - оперативного дежурного, Оп - оператора); АИ ВС - автоматизированные информационно-вычислительные системы; ИPC - информационно-расчетная система; САПР -- система автоматизированного проектирования; МЦ -- моделирующий центр; ПОИС - проблемно-ориентированная имитационная система; АИИС - автоматизированные информационно-справочные системы; АА - автоматизированные архивы; АСД - автоматизированные системы делопроизводства; АС - автоматизированные справочники и АК - автоматизированные картотеки; АСВЭК - автоматизированные системы ведения электронных карт; АСО - автоматизированные системы обучения; АСОДИ - автоматизированные системы обеспечения деловых игр; Т и ТК - тренажеры и тренажерные комплексы.

Вопросы для самоконтроля

1. Дайте определения управлению?

2. Что такое управление развитием системы?

3. Что является целью управления в технических системах?

4. Дайте определение управляющему воздействию?

5. Что такое регулирование?

6. Какие три подсистемы входят в систему с управлением?

7. Какие системы называются кибернетическими?

8. Чем отличаются автоматические ИС от автоматизированных ИС?

9. Понятие системного подхода?

10. Перечислите основные положения (принципы) системного подхода?

11. К какому классу систем, относятся автоматизированные информационные системы (АИС)?

12. Дайте определение информационной системы (ИС)?

13. По каким признакам можно классифицировать ИС?

14. Для чего предназначены фактографические и документальные системы?

15. В зависимости от сферы применения перечислите классы АИС?

Список использованной литературы:

Попов И.И. Автоматизированные информационные системы (по областям применения): учеб.пособие / под ред. К. И. Курбакова. М.: Изд-во Рос.экон. акад., 1998. 103 с.

ГОСТ 34.601--90. Автоматизированные системы. Стадии создания. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. ИПК «Издательство стандартов», 1997.

Избачков Ю. С, Петров В. Н. Информационные системы. СПб.: Питер, 2005. 656 с.



Лекция №2

Жизненный цикл и процессы в структуре жизненного цикла АИС

Вопросы лекции:

Введение.

1. Архитектура АИС.

2. Жизненный цикл АИС.

3. Процессы в структуре жизненного цикла.

Введение

В данной лекции рассматривается архитектура и жизненный цикл АИС, а также процессы в структуре жизненного цикла. Рассматривается понятие «архитектура» и уровни архитектуры АИС. Дано понятие жизненного цикла программного обеспечения и перечислены (стандарты, методологии, модели) регламентированные для процесса проектирования АИС. Рассматриваются процессы стандарта ISO/IEC 12207 в структуре жизненного цикла, которые подразделяются на три группы (основные, вспомогательные, организованные).

1. Архитектура АИС

Термин «архитектура» применительно к вычислительным системам появился задолго до создания первых АИС, тем не менее, он является одним из основополагающих и в сфере информационных технологий. Существуют различные подходы к определению архитектуры АИС, различные точки зрения и различная степень детализации рассмотрения. Приведем некоторые из них.

Согласно [11] архитектура - это организационная структура автоматизированной системы. Известно и другое определение: архитектура -- это концептуальное описание структуры системы, включающее описание элементов системы, их взаимодействия и внешних свойств.

Выделяют два уровня архитектуры АИС:

бизнес-архитектуру (бизнес-уровень);

уровень информационных технологий (технический уровень).

Бизнес-архитектура обычно первична по отношению к техническому уровню; может существовать, и реализуема вне зависимости от существования АИС. Бизнес-архитектура является предметной областью для анализа и проведения автоматизации. На бизнес-уровне определяется набор задач, требований, характеристик, осуществляемых с помощью АИС. Соответствие указанному уровню технического уровня является основой эффективности функционирования АИС.

С другой стороны, новые возможности, предоставляемые использованием информационных технологий, стимулируют развитие и корректировку бизнес-архитектуры, в связи, с чем она является неотъемлемой частью архитектуры АИС и всего предприятия.

Уровень информационных технологий или технический уровень представляет собой интегрированный комплекс технических средств, используемых в АИС для реализации задач предприятия, и включает в себя как логические, так и технические (программные и аппаратные) компоненты. Компонентами этого уровня, в свою очередь, являются следующие подуровни:

архитектура программных систем;

информационная архитектура;

* технологическая (инфраструктурная) архитектура. Информационная архитектура представляет собой логическую организацию данных, с которыми работает АИС, т. е. практически структуры баз данных и баз знаний, а также принципы их взаимодействия.

Под архитектурой программных систем понимают совокупность следующих технических решений:

общий архитектурный стиль и общую организацию программной части АИС;

деление программного комплекса на функциональные подсистемы и модули;

свойства модулей, методы их взаимодействия и объединения, используемые интерфейсы.

Архитектура программной системы охватывает не только структурные и поведенческие аспекты, но и правила ее использования и интеграции с другими системами, функциональность, производительность, гибкость, надежность, эргономичность, технологические ограничения.

Технологическая архитектура описывает инфраструктуру, используемую для передачи данных. На этом уровне решаются вопросы сетевой структуры, применяемых каналов связи и т. д.

По мере развития программных систем все большее значение приобретает их комплексная интеграция для построения единого информационного пространства предприятия. Обеспечение такой интеграции является важнейшим элементом архитектуры, в противном случае АИС окажется неэффективной.

В современных стандартах четко определены процессы создания архитектуры, способной к удовлетворению не только сформулированных, но и потенциальных потребностей пользователей. К числу самых известных и авторитетных разработчиков стандартов в области АИС относятся следующие международные организации:

* SEI (Software Engineering Institute);

* WWW (консорциум World Wide Web);

OMG (Object Management Group);

организация разработчиков Java -- JCP (Java Community Process);

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers).

2. Жизненный цикл АИС

Одним из базовых понятий методологии проектирования АИС является понятие жизненного цикла ее программного обеспечения (ЖЦ ПО). ЖЦ ПО - это непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости его создания и заканчивается в момент его полного изъятия из эксплуатации.

По аналогии правомерно будет утверждать, что жизненный цикл АИС есть непрерывный процесс с момента принятия решения о необходимости ее создания до полного завершения ее эксплуатации. Продолжительность жизненного цикла современных АИС составляет около 10 лет, что значительно превышает сроки морального и физического старения технических и системных программных средств, используемых при реализации АИС. Поэтому, как правило, в течение ЖЦ системы проводится ее модернизация, после чего все функции системы должны выполняться с не меньшей эффективностью.

Добиться этого на протяжении всего ЖЦ АИС - довольно сложная по ряду объективных и субъективных причин задача, в результате подавляющее большинство проектов АИС внедряется с нарушениями качества, сроков или сметы; почти треть проектов прекращают свое существование незавершенными. По данным Standish Group в 1996 г. 84 % проектов АИС не были завершены в установленные сроки, в 1998 г. это число сократилась до 74 %, после 2000 г. оно не опускается ниже 50 %. Главной причиной такого положения является то, что уровень технологии анализа и проектирования систем, методов и средств управления проектами не соответствует сложности создаваемых систем, которая постоянно возрастает в связи с усложнением и быстрыми изменениями бизнеса.

Из мировой практики известно, что затраты на сопровождение прикладного программного обеспечения АИС составляют не менее 70 % его совокупной стоимости на протяжении ЖЦ, поэтому крайне важно еще на проектной стадии предусмотреть необходимые методы и средства сопровождения, включая методы конфигурационного управления.

Процесс проектирования АИС регламентирован следующей документацией (стандартами, методологиями, моделями):

ГОСТ 34.601-90 - стандарт на стадии и этапы создания АИС, соответствующие каскадной модели ЖЦ ПО. Приводится описание содержания работ на каждом этапе;

ISO/IEC 12207:1995 - стандарт на процессы и организацию жизненного цикла; распространяется на все виды заказного программного обеспечения; не содержит описания фаз, стадий и этапов;

Custom Development Method (методология Oracle) - технологический материал по разработке прикладных АИС, детализированный до уровня заготовок проектных документов в расчете на использование Oracle. Применяется для классической модели ЖЦ (предусмотрены все работы, задачи и этапы), а также для технологий «быстрой разработки» (Fast Track) или «облегченного подхода», рекомендуемых в случае малых проектов;

Rational Unified Process (методология RUP) -- технологический материал по реализации итеративной модели разработки, включающий четыре фазы (цикл разработки): начало, исследование, построение и внедрение. Каждая фаза разбита на этапы (итерации), результатами которых являются версии для внутреннего или внешнего использования. Каждый цикл завершается генерацией очередной версии системы. Если после этого работа над проектом не прекращается, то полученный продукт продолжает развиваться и снова проходит те же фазы. Суть работы в рамках RUP-методологии - создание и сопровождение моделей на базе UML;

Microsoft Solution Framework (методология MSF) - технологический материал по реализации итеративной модели разработки, аналогично RUP включает четыре фазы: анализ, проектирование, разработку, стабилизацию; предполагает использование объектно-ориентированного моделирования. MSF в сравнении с RUP в большей степени ориентирована на разработку бизнес-приложений;

* Extreme Programming (XP) - экстремальное программирование; сформировалось в 1996 г. Основой методологии является работа в команде, эффективные коммуникации между заказчиком и исполнителем в течение всего проекта; разработка АИС ведется с использованием последовательно дорабатываемых прототипов.

В качестве определяющего документа на создание и испытания АИС целесообразно рассматривать международный стандарт ISO/IEC 12207, так как ГОСТы серии 34 уже устарели, а ряд этапов ЖЦ АИС представлены недостаточно полно.

3. Процессы в структуре жизненного цикла

Стандарт ISO/IEC 12207 в структуре жизненного цикла определяет процессы, которые выполняются при создании ПО АИС. Эти процессы подразделяют на три группы:

Основные (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация и сопровождение);

вспомогательные (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит и решение проблем);

организационные (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого жизненного цикла, обучение).

Среди основных процессов жизненного цикла самыми важными являются разработка, эксплуатация и сопровождение. Каждый процесс характеризуется определенными задачами и методами их решения, исходными данными, полученными на предыдущем этапе, и результатами.

Разработка АИС включает все работы по созданию программного обеспечения и его компонентов в соответствии с заданными требованиями. Этот процесс также предусматривает:

оформление проектной и эксплуатационной документации;

подготовку материалов, необходимых для тестирования разработанных программных продуктов;

разработку материалов, необходимых для обучения персонала.

Как правило, составляющими процесса разработки являются стратегическое планирование, анализ, проектирование и реализация (программирование).

К процессу эксплуатации относятся:

конфигурирование базы данных и рабочих мест пользователей;

обеспечение пользователей эксплуатационной документацией;

обучение персонала.

Основные эксплуатационные работы включают:

непосредственно эксплуатацию;

локализацию проблем и устранение причин их возникновения;

модификацию программного обеспечения;

подготовку предложений по совершенствованию системы;

* развитие и модернизацию системы.

Профессиональное, грамотное сопровождение - необходимое условие решения задач, выполняемых АИС. Службы технической поддержки играют заметную роль в жизни любой АИС. Ошибки на этом этапе могут привести к явным или скрытым финансовым потерям, сопоставимым со стоимостью самой системы.

К предварительным действиям при организации технического обслуживания АИС относятся:

* выделение наиболее ответственных узлов системы и определение для них критичности простоя (это позволит выделить наиболее критичные составляющие АИС и оптимизировать распределение ресурсов для технического обслуживания);

* определение задач технического обслуживания и их разделение на внутренние, решаемые силами обслуживающего подразделения, и внешние, решаемые специализированными сервисными организациями (таким образом, четко ограничивается круг исполняемых функций и производится распределение ответственности);

проведение анализа имеющихся внутренних и внешних ресурсов, необходимых для организации технического обслуживания в рамках описанных задач и разделения компетенции (основные критерии для анализа: наличие гарантии на оборудование, состояние ремонтного фонда, квалификация персонала);

подготовка плана организации технического обслуживания с определением этапов исполняемых действий, сроков их исполнения, затрат на этапах, ответственности исполнителей.

Обеспечение качественного технического обслуживания АИС требует привлечения специалистов высокой квалификации, которые в состоянии решать не только ежедневные задачи администрирования, но и быстро восстанавливать работоспособность системы при сбоях и авариях.

В табл. 1 ориентировочно приведены описания основных процессов ЖЦ АИС.

Среди вспомогательных процессов одним из главных является управление конфигурацией, которое поддерживает основные процессы жизненного цикла АИС,

Процесс (исполнитель процесса)	Действия	Вход	Результат
Приобретение (заказчик)	Инициирование. Подготовка заявочных предложений. Подготовка договора. Контроль деятельности поставщика. Приемка АИС	Решение о начале работ по внедрению АИС. Результаты обследования деятельности заказчика. Результаты анализа рынка АИС/тендера. План поставки/разработки. Комплексный тест АИС	Технико-экономическое обоснование внедрения АИС. Техническое задание на АИС. Договор на поставку/разработку. Акты приемки этапов работы. Акт приемо-сдаточных испытаний
Поставка (разработчик АИС)	Инициирование. Ответ на заявочные предложения Подготовка договора. Планирование исполнения. Поставка АИС	Техническое задание на АИС. Решение руководства об участии в разработке. Результаты тендера. Техническое задание на АИС. План управления проектом. Разработанная АИС и документация	Решение об участии в разработке. Коммерческие предложения/конкурсная заявка. Договор на поставку/разработку. План управления проектом. Реализация/корректировка. Акт приемо-сдаточных испытаний
Разработка (разработчик АИС)	Подготовка. Анализ требований к АИС. Проектирование архитектуры АИС. Разработка требований к ПО. Проектирование архитектуры ПО. Детальное проектирование ПО. Интеграция ПО и квалифи-кационное тестирование ПО. Интеграция ИС и квалифи-кационное тестирование АИС	Техническое задание на АИС. Техническое задание на АИС, модель ЖЦ. Техническое задание на АИС. Подсистемы АИС. Спецификации требования к компонентам ПО. Архитектура ПО. Материалы детального проектирования ПО. План интеграции ПО, тесты. Архитектура ИС, ПО, документация на ИС, тесты	Используемая модель ЖЦ, стандарты разработки. План работ. Состав подсистем, компоненты оборудования. Спецификации требования к компонентам ПО. Состав компонентов ПО, интерфейсы с БД, план интеграции ПО. Проект БД, спецификации интерфейсов между компонентами ПО, требования к тестам. Тесты модулей ПО, акты автономного тестирования. Оценка соответствия комплекса ПО требованиям ТЗ. Оценка соответствия ПО, БД, технического комплекса и комплекта документации требованиям ТЗ

Разработка сложных АИС предполагает независимую разработку компонентов системы, что приводит к появлению многих вариантов и версий реализации как отдельных компонентов, так и системы в целом. Таким образом, возникает проблема обеспечения сохранения единой структуры в ходе разработки и модернизации АИС. Управление конфигурацией позволяет организовывать, систематически учитывать и контролировать

внесение изменений в различные компоненты АИС на всех стадиях ее ЖЦ.

Организационные процессы имеют очень большое значение, так как современные АИС -- это большие комплексы, в создании и обслуживании которых занято много людей разных специальностей.

Управление проектом связано с вопросами планирования и организации работ, создания коллективов разработчиков, контроля сроков и качества выполнения работ. Техническое и организационное обеспечение проекта включает:

выбор методов и инструментальных средств реализации проекта;

определение методов описания состояния процесса разработки;

разработку методов и средств испытаний созданного программного обеспечения;

обучение персонала.

Обеспечение качества проекта связано с проблемами верификации, проверки и тестирования компонентов АИС.

Верификация- процесс определения соответствия текущего состояния разработки, достигнутого на данном этапе, требованиям этого этапа.

Проверка - процесс определения соответствия параметров разработки исходным требованиям. Проверка отчасти совпадает с тестированием, которое проводится для определения различий между действительными и ожидаемыми результатами, а также для оценки соответствия характеристик АИС исходным требованиям.

Для поддержки практического применения стандарта ISO/IEC 12207 разработаны технологические документы: Руководство для ISO/IEC 12207 (ISO/IECTR 15271:1998 Informationt echnology - Guidefor ISO/IEC 12207) и Руководство по применению ISO/IEC 12207 к управлению проектами (ISO/IEC TR 16326:1999 Software engineering - Guide for the application of ISO/IEC 12207 to project management).

В 2002 г. опубликован стандарт на процессы ЖЦ автоматизированных систем (ISO/IEC 15288 System life cycle processes). B разработке стандарта участвовали специалисты из различных областей деятельности. Учитывался практический опыт создания систем в правительственных, коммерческих, военных и академических организациях. Согласно стандарту ISO/IEC серии 15288 в структуру ЖЦ включены следующие группы процессов:

1. Договорные процессы:

* приобретение (внутренние решения или решения внешнего поставщика);

* поставка (внутренние решения или решения внешнего поставщика).

2. Процессы предприятия:

управление окружающей средой предприятия;

инвестиционное управление;

управление ЖЦ ИС;

управление ресурсами;

управление качеством.

3. Проектные процессы:

планирование проекта;

оценка проекта;

контроль проекта;

управление рисками;

управление конфигурацией;

управление информационными потоками;

принятие решений.

4. Технические процессы:

определение требований;

анализ требований;

разработка архитектуры;

внедрение;

интеграция;

верификация;

переход;

аттестация;

эксплуатация;

сопровождение;

утилизация.

5. Специальные процессы:

* определение и установка взаимосвязей исходя из задач и целей.

В табл. 2 приведены перечень стадий и основные результаты к моменту их завершения в соответствии с указанным стандартом

.

Таблица 2 - Стадии создания АИС (ISO/IEC 15288)

Стадия	Описание
Формирование концепции	Анализ потребностей, выбор концепции и проектных решений
Разработка	Проектирование системы
Реализация	Изготовление системы
Эксплуатация	Ввод в эксплуатацию и использование системы
Поддержка	Обеспечение функционирования системы
Снятие с эксплуатации	Прекращение использования, демонтаж, архивирование системы

В 1970-х гг. корпорация IBM предложила методологию Business System Planning (BSP) или методологию организационного планирования.

Метод структурирования информации с использованием матриц пересечения бизнес-процессов, функциональных подразделений, функций систем обработки данных (информационных систем), информационных объектов, документов и баз данных, предложенный в BSP, используется сегодня не только в проектах создания АИС, но и в проектах реинжиниринга бизнес-процессов, изменения организационной структуры. Важнейшие шаги процесса BSP, их последовательность (получить поддержку высшего руководства, определить процессы предприятия, определить классы данных, провести интервью, обработать и организовать данные интервью) можно встретить практически во всех формальных методиках, а также в проектах, реализуемых на практике.

По опубликованным данным каждый этап разработки АИС требует определенных затрат времени. В основном (45-50 %) время уходит на кодирование, комплексное и автономное тестирование. В среднем разработка АИС занимает лишь одну треть всего жизненного цикла системы.

Вопросы для самоконтроля

Дайте определение архитектуре?

Назовите уровни архитектуры АИС?

Что определяется на бизнес-уровне?

Назовите подуровни технического уровня?

Какие технические решения понимают под архитектурой программных систем?

Что охватывает архитектура программной системы ?

Что описывает технологическая архитектура?

Обеспечение, какой интеграции является важнейшим элементом архитектуры?

Назовите самых известных и авторитетных разработчиков стандартов в области АИС?

Понятие жизненного цикла программного обеспечения?

Какая продолжительность ЖЦ современных АИС?

Назовите стандарты и методологии, регламентированные для процесса проектирования АИС?

Перечислите процессы и их содержания, стандарта ISO/IEC 12207 в структуре жизненного цикла?

Что относится к процессу эксплуатирования?

Что включает в себя техническое и организационное обеспечение проекта?

Что такое верификация и проверка?

Какие группы процессов согласно стандарту ICO/IEC серии 15288 входят в структуру ЖЦ?

Список использованной литературы:

1. Попов И.И. Автоматизированные информационные системы (по областям применения): учеб.пособие / под ред. К.И. Курбакова. М.: Изд-во Рос.экон. акад., 1998. 103 с.

2. Информационные технологии: толковый словарь аббревиатур / Э. Каян; пер. с англ. К.Г. Финогенова. М.: БИНОМ; Лаборатория знаний, 2003. 646 с.

ГОСТ 34-003-90. Автоматизированные системы. Термины и определения. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. ИПК «Издательство стандартов», 1997.

3. Избачков Ю.С, Петров В.Н. Информационные системы. СПб.: Питер, 2005. 656 с.

4. Ковалев С.М., Ковалев В.М. Современные методологии описания бизнес-процессов: просто о сложном. Ч. 6. // Консультант директора. 2004. № 12.

Проектирование экономических информационных систем / Г.-Н. Смирнова и др. М.: Финансы и статистика, 2003. 512 с.

5. ГОСТ 34.601--90. Автоматизированные системы. Стадии создания. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. ИПК «Издательство стандартов», 1997.

6. Балдин К.В. Моделирование жизненного цикла сложных систем. Ч. I и II. М.: Издательство РДЛ, 2000.

7. Трояновский В.М. Проектирование информационных систем. М.: МИЭТ, 2002. 108 с.

8. Вендров А.М. Проектирование программного обеспечения экономических информационных систем. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Финансы и статистика, 2005. 180 с.

9. Грекул В.И. Проектирование информационных систем. http://www.intuit.ru.

Модели и методологии разработки информационных систем. http://www.stormsystemst.ru.

10. Верников Г.Н. Основы методологии обследования организаций. http://www.vernikov.ru.

11. Емельянов А.А., Власов Е.А. Информационное моделирование в экономических системах: учеб. пособие. М.: МЭСИ, 2003.

12. Clegg, Dai, and Richard Barker. CASE-Method Fast-track. ARAD Approach. Adison-Wesley, 1994.



Лекция №3

Модели жизненного цикла...