Размещено на http://www.allbest.ru/

Формирование обобщенной смысловой модели в ходе эволюционного проектирования информационной системы

М.В. Евланов

Аннотация

В предлагаемой статье рассмотрены основные проблемы проектирования информационных систем, предложены современные подходы к организации проектных работ. Сформулирована концепция параллельного проектирования и эволюционного проектирования информационных систем. Предложена обобщенная смысловая модель информационной системы. Рассмотрены детализированные смысловые описания обобщенной модели требований к элементам системы и ограничений, накладываемых на связи системы в виде топологических моделей смыслового пространства. проектирование информационный модель

Актуальность проблемы. В настоящее время большинство методик и технологий проектирования информационных систем (ИС) организованы в соответствии с основными моделями жизненного цикла проектирования ИС. К таким моделям принято относить традиционные каскадную и спиральную модели жизненного цикла проектирования ИС, а также разработанные на их основе модели проектирования ИС методом быстрого прототипа, методом последовательного наращивания функций и т.д. [1]. Однако данные методики предполагают раздельную организацию работ по созданию обеспечивающей части разрабатываемой или модернизируемой ИС. Так, например, организация работ в соответствии с требованиями метода быстрого прототипа приводит к необходимости устранения каждого выявленного расхождения между прототипом и объектом автоматизации. Такое устранение представляет собой формирование индивидуальных заданий на перепроектирование каждого обеспечивающего комплекса с последующей интеграцией полученных по отдельности решений в уже существующие функциональную и обеспечивающую структуры ИС. Организация работ в соответствии с требованиями метода последовательного наращивания функций ИС предполагает этапное проведение работ. На первом этапе создаются основные решения, которые не подлежат коренным изменениям на всех последующих этапах работ. На втором и последующих этапах работ создаются решения по обеспечивающим комплексам, которые являются как бы "наращиванием" возможностей уже существующих решений для надежного обеспечения реализации функций ИС. И в том, и в другом случае создание обеспечивающих комплексов также производится раздельно. Что касается каскадной и спиральной моделей, то организация работ здесь изначально рассматривается как четкая последовательность, а возврат на предыдущие стадии работ (для спиральной модели) является не чем иным, как циклическим повторением участка данной последовательности. Между тем, время эксплуатации большинства крупных ИС сравнимо со временем, отводимым на проектирование данных ИС. Поэтому проблема сокращения временных сроков проектирования ИС является одной из наиболее важных.

Анализ существующих решений. В настоящее время решение данной проблемы производится индивидуальным образом для каждого из вариантов типовых решений ИС, которые создаются или модернизируются по требованиям конкретного предприятия. Однако есть ряд общих положений, использование которых позволяет достичь удовлетворительных результатов в данной области. Одним из таких положений является осуществления параллельного проектирования обеспечивающих комплексов ИС. Основной идеей параллельного проектирования является одновременное осуществление работ различной направленности с организацией взаимосвязей, которые информируют исполнителей о проводимых работах по каждому из направлений и достигнутых результатах, а также позволяют координировать проектные работы с целью уменьшения несоответствий между отдельными обеспечивающими комплексами при их интеграции. Однако параллельное проектирование до недавнего времени рассматривалось только применительно к разработке технических изделий. Исходя из этого, возникает необходимость в формулировании концепции параллельного проектирования обеспечивающих комплексов ИС. Данная концепция базируется на представлении ИС как композиции отдельных обеспечивающих комплексов, которая осуществляется в соответствии с заранее заданными условиями и ограничениями. Организация работ по параллельному проектированию обеспечивающих комплексов ИС представляется как оперативная координация и интеграция работ, осуществляемые на основе общего формализованного описания ИС. Данное формализованное описание должно быть понятно любому из средств и методов проектирования обеспечивающих комплексов ИС и представляет собой информационный ген ИС, в котором приведены знания о структуре, содержанию и возможных направлениях развития создаваемой или модернизируемой ИС.

Схема организации работ по созданию обеспечивающих комплексов ИС в соответствии с концепцией параллельного проектирования приведена на рис. 1.

Постановка задачи исследования. Использование концепции параллельного проектирования обеспечивающих комплексов ИС позволит не только значительно сократить время проектирования ИС, но и вплотную подойти к решению проблемы эволюционного проектирования ИС в целом, решение которой позволит перейти на новый уровень автоматизации предприятий и интеграции отдельных комплексов в единую целостную ИС. Необходимость эволюционного проектирования ИС обусловлена целым рядом причин, среди которых можно выделить:

- изменение условий и ограничений ИС в ходе проектирования и эксплуатации данной системы;

- постоянное совершенствование методов и средств решения управленческих задач;

- осуществление интеграции ИС в системы более высокого уровня;

- необходимость использования созданных ранее решений в процессе модернизации и развития ИС.

Суть эволюционного проектирования ИС заключается в представлении процессов предпроектного обследования, проектирования, внедрения, сопровождения и модернизации ИС как совокупности работ по совершенствованию существующих методов управления объектом автоматизации. Начало таких работ определяется рядом факторов, действующих как на объект автоматизации, так и на существующую систему управления и определяющих нежелательность использования традиционных методов хозяйственной и управленческой деятельности. Воздействие этих факторов на объект автоматизации и систему управления приводит к переопределению их целей существования и инициирует тем самым работы по достижению вновь поставленных целей. Как только результаты этих работ совпадают с целями или же попадают в некоторое пространство желаемых состояний, определяемое исходя из целей, работы считаются законченными, а полученные результаты используются вплоть до нового переопределения целей. При этом можно провести параллель с эволюцией биологических организмов под воздействием изменений среды обитания. Разница проявляется только в том, что эволюцию биологических организмов можно считать непрерывной, а эволюционное проектирования ИС должно быть дискретным для обеспечения надежного контроля и управления проектными работами, а также для обеспечения нормальной эксплуатации созданных ИС.

Подобный подход к организации проектирования ИС не отменяет предыдущие методы, методики и способы проектирования ИС. Он, используя все лучшее из созданного ранее, рассматривает предыдущие решения как некоторые механизмы совершенствования ИС, применение которых определяется сочетанием действующих на ИС факторов, особенностей объекта автоматизации и заложенных в ходе выполнения предыдущих работ возможностей и особенностей ИС. Однако подобный подход приводит к необходимости использования новых аппаратов формализации проектных работ учитывающих особенности эволюционного проектирования ИС. В настоящее время можно выделить два направления разработки формализованных представлений ИС и их элементов:

- разработка аналитических моделей;

- разработка визуальных моделей.

Аналитические модели используют для описания ИС и их элементов различные математические аппараты. Будучи сравнительно точными, такие модели часто предполагают возможность решения задач оптимизации структур и содержания ИС. Однако представление данных моделей и результатов решения подобных задач оптимизации также является аналитическим и для неспециалистов в соответствующих областях математики весьма неудобно для восприятия.

Визуальные модели используют для описания ИС и их элементов ряд геометрических двумерных конструкций (фигур). Чаще всего визуальные модели базируются на сравнительно простых математических аппаратах (теория графов, теория сетей Петри и т.д.), хорошо разбираться в которых работающим с визуальными моделями людям не обязательно. Легкие для восприятия, визуальные модели практически никогда не позволяют проводить оптимизацию создаваемых ИС и их элементов.

Изложение материала исследования. Недостатки рассмотренных выше направлений моделирования ИС обуславливают требования к аппарату формализации описаний процессов эволюционного проектирования ИС. Этот аппарат должен быть сравнительно прост для понимания, допускать использование для описания отдельных фрагментов ИС других математических аппаратов или визуальных моделей, а также должен быть пригодным для описания информационных генов проектируемых или модернизируемых ИС. Учитывая эти требования, в качестве данного аппарата предлагается математический аппарат Общей теории систем Ю.А. Урманцева [2], возможность использования которого для описания ИС рассмотрена, например, в работе [3]. Согласно данному аппарату ИС может быть представлена композицией

, (1)

где - теоретико-множественная модель ИС, представленная в виде композиции (1); - множество "первичных элементов" (элементов, которые должны быть определены перед определением ИС ); - множество отношений, определенных на элементах множества ; - множество условий, ограничивающих отношения на множестве ; - универсум, из которого выделяются "первичные элементы" m множества ; - множество оснований, определяющих правила выделения "первичных элементов" множества ; - совокупность законов композиции, определяющих правила синтеза из рассмотренных выше множеств , и ИС .

Данная модель позволяет непосредственно учитывать ограничения, накладываемые на исследуемый объект-систему. Не менее важным достоинством модели (1) является также ее инвариантность использования как для описания функциональной структуры ИС, так и для описания каждого из обеспечивающих комплексов ИС [3]. Так элементами множества модели (1) на различных этапах проектных работ могут являться:

- функции или операции, составляющие функциональную структуру ИС, автоматизация которых позволит обеспечить выполнение требований заказчика к ИС;

- подразделения или должности, чья деятельность будет автоматизирована путем эксплуатации создаваемой ИС;

- информационные сущности (реляционные сущности структурных моделей или же классы объектных моделей ИС), определяющие структуру информационного обеспечивающего комплекса ИС;

- классы (пакеты, компоненты), реализующие интерфейсный и расчетный обеспечивающие комплексы ИС;

- технические средства, обеспечивающие нормальную эксплуатацию ИС и т.д.

Элементами множества модели (1) на различных этапах проектных работ могут являться:

- информационные потоки между функциями (операциями) ИС, подлежащими автоматизации;

- отношения, определяющие иерархию и порядок взаимодействия подразделений (должностей), чья деятельность будет автоматизирована путем эксплуатации создаваемой ИС;

- связи между сущностями информационного обеспечивающего комплекса ИС;

- отношения между классами (пакетами, компонентами), реализующими интерфейсный и расчетный обеспечивающие комплексы ИС;

- технические интерфейсы между элементами комплекса технических средств ИС и т.д.

Элементами множества модели (1) на различных этапах проектных работ могут являться:

- ограничения, накладываемые на информационные потоки в соответствии с особенностями реализации ИС и требованиями заказчика;

- ограничения, накладываемые на отношения, определяющие иерархию и порядок взаимодействия подразделений (должностей), в соответствии с особенностями реализации ИС, требованиями заказчика и сложившимися особенностями организации деятельности предприятия;

- ограничения, накладываемые на связи между сущностями информационного обеспечивающего комплекса в соответствии с особенностями реализации ИС, требованиями заказчика и существующими ограничениями, определенными используемым инструментарием проектирования и реализации ИС;

- ограничения, накладываемые на отношения между классами (пакетами, компонентами) в соответствии с особенностями реализации ИС, требованиями заказчика и существующими ограничениями, определенными используемым инструментарием проектирования и реализации ИС;

- ограничения, накладываемые на интерфейсы элементов комплекса технических средств в соответствии с особенностями реализации ИС, требованиями заказчика и существующими ограничениями, определенными техническими характеристиками используемых средств и т.д.

Элементами универсума модели (1) на различных этапах проектных работ могут являться:

- управляющие функции (операции), определенные существующими методиками управления предприятием (например, стандартом MRPII или концепцией ERP);

- подразделения (должности) предприятия, определенные существующими традициями, нормативными документами и особенностями деятельности предприятия;

- сущности информационного обеспечивающего комплекса, определенные в ходе информационного описания автоматизируемых функций ИС;

- классы (пакеты, компоненты), определенные в ходе описания автоматизируемых функций ИС;

- технические средства, используемые для организации нормального функционирования ИС и т.д.

Элементами множества модели (1) на различных этапах проектных работ могут являться:

- требования заказчика, определяющие выделение автоматизируемых функций (операций) из универсума функций (операций) ;

- требования заказчика, определяющие выделение подразделений (должностей) , чья деятельность автоматизирована, из универсума подразделений (должностей) ;

- требования заказчика, определяющие выделение совокупности сущностей информационного обеспечивающего комплекса из универсума сущностей ;

- требования заказчика, определяющие выделение совокупности классов (пакетов, компонент) из универсума классов (пакетов, компонент) ;

- технические характеристики, требования заказчика и предпочтения проектировщика, определяющие выделение совокупности программно-технических средств из универсума программно-технических средств .

Предлагаемые варианты трактовки модели (1) при описании различных элементов ИС (функциональной структуры, организационной структуры и различных обеспечивающих комплексов), позволяют рассматривать модель (1) как метамодель или смысловую (семантическую) модель ИС, задающую синтаксис и семантику своих конкретных реализаций [4]. При этом семантика реализаций смысловой модели ИС определяется, как следует из выражения (1), совокупностью требований и ограничений к элементам множеств и . В соответствии с положениями современных методик проектирования ИС [5] требования определяют услуги, ожидаемые от ИС (формулировки сервисов), и ограничения, которым ИС должна подчиняться (формулировки ограничений). Формулировки сервисов можно объединить в несколько групп:

- формулировки границ ИС;

- функциональные требования (определения необходимых бизнес-функций);

- требуемые структуры данных (требования к данным).

Формулировки ограничений можно классифицировать в соответствии с различными категориями ограничений, накладываемых на ИС (такие, например, как производительность, безопасность, "впечатление от использования ИС" и т.д.).

Следует отметить, что существующие методы сбора и анализа требований не ориентированы на аналитическую обработку, направленную на выявление общих закономерностей требований, особенностей проектируемой ИС, выявление конфликтов и перекрытий требований. Поэтому возникает необходимость создания смысловых моделей требований и ограничений, изоморфных по отношению к вариантам реализации модели (1). Предполагая, что каждая из автоматизируемых функций (операций) ИС имеет свое смысловое значение, отличное от значений всех остальных функций (операций), возможно представить семантическое описание каждого функционального требования как точку или замкнутую область, определенную на общем евклидовом смысловом пространстве проектируемой ИС. Поэтому можно утверждать, что любой участок и любое состояние проектируемой ИС может быть описано сочетанием функциональных требований, описывающих различные функции (операции) проектируемой ИС. Такое сочетание представляется как симплекс [6] вида

, (2)

где - исследуемые участок или состояние проектируемой ИС; - совокупность функциональных требований, описывающих совокупность автоматизируемых функций (бизнес-процессов); - действительные числа, удовлетворяющие условиям:

, (3)

. (4)

Смысловые описания требований определяются либо аналогичным симплексом, выступая при этом как требования к границам системы, либо совокупностью требований к данным (), фиксирующих структуры входных или выходных данных для каждой функции (операции). Числа определяют степень присутствия соответствующих функций на изучаемом участке ИС или же степень участия данных функций в формировании изучаемого состояния ИС.

Предлагаемый подход к моделированию описаний формулировок сервисов позволяет представить математическую модель смыслового пространства, в котором определяется ИС, как некоторый комплекс - конечную совокупность симплексов . Особенностью такого комплекса являются условия пересечения симплексов - они должны либо не пересекаться, либо пересекаться гранями. Грань определяется симплексом, аналогичным симплексу (2), чьи линейно независимые точки смыслового пространства присутствуют в обоих симплексах. Эти условия в процессе анализа требований позволяют аналитически обнаружить в комплексе возникающие конфликты между требованиями и перекрытия различными требованиями друг друга. Кроме того, эти условия позволяют обнаружить ошибки, возникающие в ходе детализации функциональных требований (описании некоторой области смыслового пространства) соответствующим симплексом, или же в ходе обобщения функциональных требований (формирование комплекса из соответствующей совокупности симплексов ).

Выводы и перспективы дальнейших исследований

Использование смысловой топологической модели позволяет автоматизировать процессы выявления требований заказчика путем составления анкет и перечней вопросов для интервью. Эти вопросы формируются на основании имеющейся в распоряжении аналитика смысловой модели и направлены на уточнение этой модели в соответствии с выбранным подходом к выявлению требований. Кроме того, использование смысловой модели позволяет автоматизировать процессы формирования визуальных моделей проектируемой ИС вне зависимости от используемой методологии моделирования (структурной или объектно-ориентированной). Таким образом, предлагаемый подход к формализации описания и анализа требований позволит значительно упростить стадию формирования требований к ИС. Использование топологических интерпретаций множеств и позволяет также достигнуть некоторого изоморфизма между описаниями различных обеспечивающих комплексов ИС, представляя описание влияния отдельных обеспечивающих комплексов друг на друга как описание поиска устойчивых вариантов композиции множеств , и исследуемого обеспечивающих комплекса ИС с учетом параллельно разрабатываемых решений по другим обеспечивающим комплексам.

Литература

1. Кириллов. В. Модель жизненного цикла автоматизированной системы: что выбрать? // Компьютеры + Программы. 1996. № 5.

2. Урманцев Ю.А. Эволюционика или общая теория развития систем природы, общества и мышления. Пущино: ОНТИ НЦБИ АН СССР, 1988. 79 с.

3. Евланов М.В., Абу-Сархан Захи А.М. Концепция моделирования процессов реинжиниринга корпоративной информационной системы // АСУ и приборы автоматики. 2002. Вып. 119. С.

4. Фаулер М., Скотт К. UML в кратком изложении. Применение стандартного языка объектного моделирования. М.: Мир, 1999. 191 с.

5. Мацяшек Л.А. Анализ требований и проектирование систем. Разработка информационных систем с использованием UML. М.: Издательский дом "Вильямс", 2002. 432 с.

6. Понтрягин Л.С. Основы комбинаторной топологии. М.: Наука, 1986. 118 с.

Размещено на Allbest.ru