Принципы методологии проектирования. Методология проектирования информационных систем. ПП. Методики описания системной архитектуры

Если кажется, что работу сделать
легко, это непременно будет трудно.
Если на вид она трудна, значит,
выполнить ее абсолютно невозможно.
Теорема Стакмайера

Технология проектирования АСОИУ – совокупность методологии, а также методов и средств организации процесса проектирования (управление процессом разработки и модернизации проекта).
Методология проектирования представляет собой концепцию / принципы проектирования, реализуемые набором методов проектирования, поддерживаемых средствами проектирования.
Метод (подход) проектирования – алгоритм / последовательность шагов по реализации той или иной стадии создания АСОИУ.
Главный принцип построения различных систем – принцип иерархической декомпозиции включает две группы методологий:

1. Группа структурно-функциональной методологии , в основу положен принцип функциональной декомпозиции: структура системы описывается в терминах иерархии ее функций и передачи информации между отдельными функциональными элементами.
2. использует объектную декомпозицию. При этом структура системы описывается в терминах объектов и связей между ними, а поведение системы описывается в терминах обмена сообщениями между объектами.

Структурно-функциональная методология

В структурном анализе и проектировании используются различные модели, описывающие:

1. Функциональную структуру системы;
2. Последовательность выполняемых действий;
3. Передачу информации между функциональными процессами;
4. Отношения между данными.

Наиболее распространенными реализациями этих моделей являются:

1. Функциональная модель SADT (Structured Analysis and Design Technique);
2. Модель IDEF3;
3. DFD (Data Flow Diagrams) - диаграммы потоков данных.
4. Диаграмма «сущность - связь» (ERD - Entity-Relationship Diagram).

Метод SADT разработан Дугласом Россом (SoftTech, Inc.) в 1969 г. и успешно использовался в военных, промышленных и коммерческих организациях США для решения широкого круга задач. Метод SADT поддерживается Министерством обороны США, которое было инициатором разработки семейства стандартов IDEF (Icam DEFinition), являющегося основной частью программы ICAM (интегрированная компьютеризация производства), проводимой по инициативе ВВС США. Метод SADT реализован в одном из стандартов этого семейства - IDEF0 последняя редакция которого была выпущена в декабре 1993 года Национальным Институтом по Стандартам и Технологиям США (NIST). В 2000 г. постановлением Госстандарта России был введен в действие руководящий документ РД IDEF0 – 2000, содержащий основные сведения о методологии функционального моделирования IDEF0, о ее графическом языке и методике построения и практического применения функциональных моделей организационно-экономических и производственно-технических систем. Кроме того, РД IDEF0 – 2000 устанавливает правила оформления комплекта иерархических диаграмм.

В основе методологии IDEF0 лежат четыре основных понятия: функциональный блок, интерфейсная дуга, декомпозиция, глоссарии.
Функциональный блок (Activity Box) представляет собой некоторую конкретную функцию в рамках рассматриваемой системы. На диаграмме функциональный блок изображается прямоугольником. Каждая из четырех сторон функционального блока имеет свое определенное значение (роль), при этом:

• верхняя сторона имеет значение «Управление» (Control);
• левая сторона имеет значение «Вход» (Input);
• правая сторона имеет значение «Выход» (Output);
• нижняя сторона имеет значение «Механизм» (Mechanism).

В пояснительном тексте к контекстной диаграмме должна быть указана цель (Purpose) построения диаграммы в виде краткого описания и зафиксирована точка зрения (Viewpoint).

Метод моделирования IDEF3 , являющийся частью семейства стандартов IDEF, был разработан в конце 1980-х годов. Этот метод предназначен для таких моделей процессов, в которых важно понять последовательность выполнения действий и взаимозависимости между ними.
Единицы работы - Unit of Work (UOW) (работы) , являются центральными компонентами модели. В IDEF3 работы изображаются прямоугольниками и имеют имя, обозначающее процесс действия и номер (идентификатор).
Связи IDEF3 показывают взаимоотношения работ. Все связи в IDEF3 являются однонаправленными и имеют следующие типы:

• временное предшествование,
• объектный поток,
• нечеткое отношение.

Перекрестки (Junction) - используются для отображения логики взаимодействия стрелок при слиянии и разветвлении или для отображения множества событий, которые могут или должны быть завершены перед началом следующей работы.

Диаграммы потоков данных (Data Flow Diagrams - DFD) представляют собой иерархию функциональных процессов, связанных потоками данных. Цель такого представления – продемонстрировать, как каждый процесс преобразует свои входные данные в выходные, а также выявить отношения между этими процессами.
В соответствии с данным методом модель системы определяется как иерархия диаграмм потоков данных, описывающих асинхронный процесс преобразования информации от ее ввода в систему до выдачи потребителю. Источники информации (внешние сущности) порождают информационные потоки (потоки данных), переносящие информацию к подсистемам или процессам. Те, в свою очередь, преобразуют информацию и порождают новые потоки, которые переносят информацию к другим процессам или подсистемам, накопителям данных или внешним сущностям – потребителям информации.

При создании диаграммы потоков данных используются четыре основных понятия:

• потоки данных,
• процессы (работы) преобразования входных потоков данных в выходные,
• внешние сущности,
• накопители данных (хранилища).

SADT создавалось как средство моделирования систем в целом, а DFD как средство проектирования ИС, поэтому DFD более перспективно для использования, тем более DFD согласовано с ERD, поскольку в DFD присутствует описание структур данных, непосредственно используемое для построения ERD.

Моделирование данных необходимо для обеспечения разработчика АИС концептуальной схемой базы данных в форме одной модели или нескольких локальных моделей, которые относительно легко могут быть отображены в любую систему баз данных.

Наиболее распространенным средством моделирования данных являются диаграммы «сущность-связь» (ERD) , которая впервые введена Питером Ченом в 1976 г. Базовыми понятиями ERD являются: (сущности), их свойства (атрибуты) и отношения друг с другом (связи). Кроме того, ERD связываются с такими понятиями как: мощность и тип связи, первичный и внешние ключи, индексы, нормализация диаграммы и т.д.

Объектно-ориентированная методология

Объектно-ориентированный подход к разработке систем получил распространение в 1990-х годах.
Объектный подход к разработке систем следует итеративному процессу с наращиванием возможностей. Единая модель конкретизируется на этапах анализа, проектирования и реализации – в результате успешных итераций добавляются новые детали, при необходимости вводятся изменения и усовершенствования.

Объектно-ориентированный подход обладает следующими преимуществам:

• Использование объектного подхода существенно повышает уровень унификации разработки и пригодность для повторного использования, что ведет к созданию среды разработки и переходу к сборочному созданию моделей.
• Объектная декомпозиция позволяет избежать создания сложных моделей, так как она предполагает эволюционный путь развития модели на базе относительно небольших подсистем.
• Объектная модель естественна, поскольку ориентирована на человеческое восприятие мира.

К недостаткам объектно-ориентированного подхода относятся:

• высокие начальные затраты. Этот подход не дает немедленной отдачи. Эффект от его применения сказывается после разработки двух-трех проектов и накопления повторно используемых компонентов.
• Сложно осуществлять управление проектом. Менеджеры измеряют степень продвижения разработки, с помощью четко определенной декомпозиции работ, элементов комплекта поставки и ключевых этапов. При объектной разработке с помощью «детализации» не существует четких границ между этапами, а проектная документация непрерывно развивается. Приемлемое решение в такой ситуации лежит в делении проекта на небольшие модули и управлении ходом разработки за счет частого выпуска выполняемых версий этих модулей (некоторые из этих выпусков могут быть для внутреннего применения, а другие – поставляться заказчику).
• Возрастающая сложностью решения, что, в свою очередь, сказывается на таких характеристиках ПО, как приспособленность к сопровождению и масштабируемость.

Концептуальной основой объектно-ориентированного подхода является объектная модель, которая строится с учетом следующих принципов:

• Абстрагирование – это выделение наиболее важных, существенных характеристик некоторого объекта, которые отличают его от всех других видов объектов и, таким образом, четко определяют его концептуальные границы с точки зрения дальнейшего рассмотрения и анализа, и игнорирование менее важных или незначительных деталей.
• Инкапсуляция – физическая локализация свойств и поведения в рамках единственной абстракции (рассматриваемой как «черный ящик»), скрывающая их реализацию за общедоступным интерфейсом.
• Модульность – это свойство системы, связанное с возможностью ее декомпозиции на ряд внутренне сильно сцепленных, но слабо связанных между собой подсистем (модулей).
• Иерархия – это ранжированная или упорядоченная система абстракций, расположение их по уровням.

Основными понятиями объектно-ориентированного подхода являются объект и класс.
Объект – предмет или явление, имеющее четко определенное поведение и обладающие состоянием, поведением и индивидуальностью. Структура и поведение схожих объектов определяют общий для них класс. Класс – это множество объектов, связанных общностью структуры и поведения. Следующую группу важных понятий объектного подхода составляют наследование и полиморфизм. Понятие полиморфизм может быть интерпретировано как способность класса принадлежать более чем одному типу.
Наследование означает построение новых классов на основе существующих с возможностью добавления или переопределения данных и методов. Объекты одного класса имеют одинаковые операции и атрибуты, но значения их атрибутов могут быть разными.
Состояние объекта определяется значениями его атрибутов; поведение – его операциями. При вызове операций, которые могут изменить значение атрибутов объекта, возможен переход объекта из одного состояния к другому. Для осуществления функций системы между объектами устанавливаются связи по которым они обмениваются сообщениями.

Введение в унифицированный язык моделирования (UML)

Унифицированный язык объектно-ориентированного моделирования Unified Modeling Language (UML) явился средством достижения компромисса между этими подходами. Существует достаточное количество инструментальных средств, поддерживающих с помощью UML жизненный цикл информационных систем, и, одновременно, UML является достаточно гибким для настройки и поддержки специфики деятельности различных команд разработчиков.

Мощный толчок к разработке этого направления информационных технологий дало распространение объектно-ориентированных языков программирования в конце 1980-х - начале 1990-х годов. Пользователям хотелось получить единый язык моделирования, который объединил бы в себе всю мощь объектно-ориентированного подхода и давал бы четкую модель системы, отражающую все ее значимые стороны. К середине девяностых явными лидерами в этой области стали методы Booch (Grady Booch), OMT-2 (Jim Rumbaugh), OOSE - Object-Oriented Software Engineering (Ivar Jacobson). Однако эти три метода имели свои сильные и слабые стороны: OOSE был лучшим на стадии анализа проблемной области и анализа требований к системе, ОМТ-2 был наиболее предпочтителен на стадиях анализа и разработки информационных систем, Booch лучше всего подходил для стадий дизайна и разработки.
Все шло к созданию единого языка, который объединял бы сильные стороны известных методов и обеспечивал наилучшую поддержку моделирования. Таким языком оказался UML.

Создание UML началось в октябре 1994 г., когда Джим Рамбо и Гради Буч из Rational Software Corporation стали работать над объединением своих методов ОМТ и Booch. Осенью 1995 г. увидела свет первая черновая версия объединенной методологии, которую они назвали Unified Method 0.8. После присоединения в конце 1995 г. к Rational Software Corporation Айвара Якобсона и его фирмы Objectory, усилия трех создателей наиболее распространенных объектно-ориентированных методологий были объединены и направлены на создание UML.

В настоящее время консорциум пользователей UML Partners включает в себя представителей таких грандов информационных технологий, как Microsoft, IBM, Hewlett-Packard, Oracle, DEC, Unisys, IntelliCorp, Platinum Technology.

UML представляет собой объектно-ориентированный язык моделирования, обладающий следующими основными характеристиками:

• является языком визуального моделирования, который обеспечивает разработку репрезентативных моделей для организации взаимодействия заказчика и разработчика ИС, различных групп разработчиков ИС;
• содержит механизмы расширения и специализации базовых концепций языка.

UML – это стандартная нотация визуального моделирования программных систем, принятая консорциумом Object Managing Group (OMG) осенью 1997 г., и на сегодняшний день она поддерживается многими объектно-ориентированными CASE-продуктами. UML включает внутренний набор средств моделирования (модулей?) («ядро»), которые сейчас приняты во многих методах и средствах моделирования. Эти концепции необходимы в большинстве прикладных задач, хотя не каждая концепция необходима в каждой части каждого приложения.

Пользователям языка предоставлены возможности:

• строить модели на основе средств ядра, без использования механизмов расширения для большинства типовых приложений;
• добавлять при необходимости новые элементы и условные обозначения, если они не входят в ядро, или специализировать компоненты, систему условных обозначений (нотацию) и ограничения для конкретных предметных областей.

Синтаксис и семантика основных объектов UML

UML – это набор диаграмм, которые позволяют создавать модели сложных программных систем.
Диаграммы UML разделяются на две группы.
1. Структурные диаграммы:

• Implementation Diagram (диаграммы реализации):
  • Deployment diagram (диаграммы топологии);
  • Component diagram (диаграммы компонент).
• Class diagram (диаграммы классов);

2. Диаграммы поведения:

• Use case diagram (диаграммы вариантов использования);
• Statechart diagram (диаграммы состояний);
  • Activity diagram (диаграммы активности);
• Interaction diagram (диаграммы взаимодействия);
  • Sequence diagram (диаграммы последовательности);
  • Collaboration diagram (диаграмма сотрудничества / кооперативная диаграмма);

Диаграмма прецедентов использования (Use Case Diagram)

Вариант использования определяется, прежде всего, своим именем и типом пользователя приложения, называемого действующим лицом.
Вариант использования состоит из типичного взаимодействия между действующим лицом и приложением. Например, команда «открыть файл» будет типичным вариантом использования текстового редактора с пользователем в качестве действующего лица. Один и тот же человек или внешняя система может использовать систему несколькими разными способами, принимая роли разных действующих лиц (актеров – actors). Актеры представляют именно роли, исполняемые людьми или внешними сущностями, а не конкретных людей или сущностей.
Прецедент описывает поведение, демонстрируемое системой с целью получения значимого результата для одного или более актеров.
Для детализации прецедента составляют спецификацию.

Таблица «Примерный вид спецификации прецедента»

Имя прецедента – отглагольное существительное в стиле UpperCamelCase
Идентификатор (1.1 – прецедент.№альтернативного потока)
Краткое описание – цель прецедента
Актеры: главные актеры инициируют прецедент; второстепенные актеры – взаимодействуют с прецедентом после его инициации
Предусловия определяют условия, которые должны быть истинными для того, чтобы прецедент мог быть инициирован
Основной поток – этапы осуществления прецедента. Этапы принято записывать в виде: <номер> <кто-либо><действие> 1. Покупатель заполняет в форме свои имя и адресДля представления ответвления используется ключевое слово «Если» 2. Если покупатель выбирает «удалить позицию» 2.1. Система удаляет позицию из корзиныПовторения моделируют с помощью ключевых слов «Для» или «Пока» 3. Если система находит необходимые продукты, тогда 1.1 Для каждого найденного продукта 1.1.1 Система выводит на экран представление продукта 1.1.2 Система выводит на экран цену продукта
Постусловия определяю, какие условия будут истинными после выполнения прецедента
Альтернативные потоки – альтернативные пути в прецеденте, которые перехватывают ошибки, ответвления и прерывания основного потока (наиболее значимые с т.з. функционирования альтернативные потоки документируются отдельно).

Диаграммы вариантов использования позволяют показать специфические взаимоотношения между прецедентами:

• обобщение,
• включение и
• расширение.

Обобщение прецедентов выносит поведение, общее для одного или более прецедентов, в родительский прецедент.

Рисунок «Обобщение прецедентов»

При построении диаграмм вариантов использования необходимо:

• Во-первых, избегать последовательного соединения двух вариантов использования, поскольку диаграмма предназначена для отражения существующих вариантов использования, а не порядка их выполнения (для этого используется диаграмма деятельности).
• Во-вторых, каждый вариант использования должен быть инициирован действующим лицом.

Однако, на диаграммах встречается последовательное соединение прецедентов, но при этом используются специальные типы связей:
Отношение «include» устанавливаемое между прецедентами, позволяет включить поведение одного прецедента в поток другого прецедента. Это означает, что при выполнении прецедента «Просмотреть Индексную Карточку УММ» обязательно должен быть выполнен прецедент «Поиск УММ». Для обозначения отношения включения в UML используется пунктирная стрелка, направленная от исходного варианта использования (включающего) к целевому (включаемому).

Рисунок «Использование отношений «include» и «extend»»

Таблица «Структура спецификации прецедента, включающей отношение «include»»

Отношение «extend» - способ введения нового поведения в существующий прецедент. При использовании «extend» базовый прецедент выступает в роли модельного каркаса, к которому можно подключать расширения, например, для обработки исключений. Отношение «extend» в UML обозначается пунктирной стрелкой, направленной от расширяющего варианта использования к базовому. При этом базовый вариант использования должен быть самостоятельным, допускающим применение безо всяких расширений.

Дополнительные возможности «включения», «расширения» и обобщения необходимо использовать в обоснованных случаях, т.к. диаграмма прецедентов должна быть простой и понятной заказчику.
Выполняя анализ вариантов использования проектировщик:

• идентифицирует классы, участвующие в реализации потоков событий варианта использования;
• распределяет поведение, реализуемое вариантом использования, между классами (определение обязанностей классов);
• проводит унификацию классов анализа.

Диаграммы прецедентов определяют зачем (или с какой целью) актеры взаимодействуют с системой. Прецеденты и их описание являются важнейшим артефактом этапа анализа требований.
Для того, что бы ответить не только на вопрос «Зачем происходит взаимодействие с системой? Но и как происходит взаимодействие?» необходимо будет обратиться к диаграммам взаимодействия (sequence и collaboration) и деятельности (activity).

Диаграммы взаимодействия (Interaction Diagram)

Взаимодействие актеров с системой в целом или взаимодействие отдельных модулей (классов) системы между собой происходит посредством обмена сообщениями (или запросами). Для моделирования такого взаимодействия UML включает в свой состав диаграммы взаимодействия: диаграмма последовательности действий (Sequence Diagram) и диаграмма сотрудничества (Collaboration Diagram), которые позволяют с разных точек зрения рассмотреть взаимодействие объектов в создаваемой системе. Как правило, диаграммы взаимодействия охватывает поведение объектов в рамках одного конкретного варианта использования.

Sequence Diagram (диаграммы последовательности)

Для построения диаграммы последовательности необходимо:

• идентифицировать каждое действующее лицо (объект) и изобразить для него линию жизни. Крайним слева на диаграмме изображается объект, который является инициатором взаимодействия. Правее изображается другой объект, который непосредственно взаимодействует с первым, и т. д.;
• из описания варианта использования определить множество системных сообщений и их последовательность;
• изображают системные сообщения в виде линий со стрелкой на конце между линиями жизни действующих лиц и системы. Затем указывают имена сообщений и списки передаваемых значений.

На диаграмме последовательности изображаются только те объекты, которые непосредственно участвуют во взаимодействии, и не указываются возможные статические ассоциации с другими объектами.
Линия жизни объекта (object lifeline) служит для обозначения периода времени, в течение которого объект существует в системе и, следовательно, может потенциально участвовать во всех ее взаимодействиях. На диаграмме линия жизни изображается пунктирной вертикальной линией, ассоциированной с единственным объектом. Если объект существует в системе постоянно, то и его линия жизни должна продолжаться по всей плоскости диаграммы последовательности от самой верхней ее части до самой нижней.

Если объекты разрушаются в какой-то момент для освобождения ресурсов системы, то их линия жизни обрывается в момент уничтожения. Для обозначения такого момента используется специальный символ в форме латинской буквы «X».
Объекты на диаграмме последовательности могут находиться в двух состояниях, активном - непосредственно выполняя какие-либо действия, и пассивном, ожидая сообщения от других объектов. Чтобы явно выделить подобную активность объектов, применяется фокус управления (focus of control). Фокус управления изображается в форме вытянутого узкого прямоугольника, верхняя сторона которого обозначает начало получения фокуса управления объекта (начало активности), а ее нижняя сторона – окончание фокуса управления (окончание активности).

Рисунок – Диаграмма последовательностей для варианта использования «Добавление файла УММ для обработки»

Каждое взаимодействие между объектами описывается совокупностью сообщений, которыми объекты обмениваются между собой или операций, которые объекты вызывают для выполнения определенных действий. Сообщение (message) представляет собой законченный фрагмент информации, который отправляется одним объектом другому. Объект, принявший сообщение, должен отреагировать на него какой-либо последовательностью действий, направленных на решение поставленной задачи. Порядок сообщений указывается в вертикальном направлении. Тип сообщения отражается с помощью разнообразных стрелок:

• Simple (1) - простая посылка сообщения;
• Synchronous (2) - операция происходит только в том случае, когда клиент посылает сообщение, а сервер может принять сообщение клиента;
• Самоделегирование (3) - распространенное явление в ООП, например, когда объект вызывает свой собственный (как правило, защищенный) метод;
• Balking (4) - операция происходит только в том случае, когда сервер готов немедленно принять сообщение, если сервер не готов к приему, клиент не выдает сообщение;
• Timeout (5) - клиент отказывается от выдачи сообщения, если сервер в течение определенного времени не может его принять;
• Procedure Call (6) - клиент вызывает процедуру сервера и полностью передает ему управление;
• Asynchronous (7) - клиент выдает сообщение, и, не ожидая ответа сервера, продолжает выполнение своего программного кода;
• Return (8) - определяет, что происходит возврат из процедуры;

Частота посылки сообщений может иметь два варианта:

• Periodic – сообщения поступают от клиента с заданной периодичностью;
• Aperiodic – сообщения поступают от клиента нерегулярно.

Рисунок – Виды сообщений на диаграмме последовательностей

Необходимо придерживаться следующего требования, предъявляемого к имени сообщения: для повышения информативности имя должно начинаться с глагола add (добавить), enter (ввести), end (завершить), load (загрузить) и т.д. Первоначально на этапе анализа системы как модели черного ящика на диаграмме последовательности система представляется одним объектом. Операции, которые в этом случае отображаются на диаграмме называются системными. Они составляют открытый интерфейс системы и предназначены для обработки всех входных системный событий, которые система выполняет как черный ящик. В последствии для уточнения описаний системных операций (их предусловий и постусловий) используются диаграммы активностей.

Как и все прочие диаграммы UML, диаграммы последовательностей проходят две стадии детализации:

• (i) стадия сбора требований и анализа, когда создаются эскизные версии диаграмм, на которых отражаются лишь основные объекты и сообщения, предназначенные прежде всего для согласования с заказчиком понимания, процессов, протекающих в системе при реализации того или иного прецедента заказчиком процессов;
• (ii) стадия проектирования, на которой все диаграммы снабжают максимальным количеством деталей для упрощения работы программиста и/или документирования итоговых результатов этапа реализации. При этом на диаграмме последовательностей операции снабжаются сигнатурой (имя и параметры), а в описании диаграммы приводится их спецификация, включающая в свой состав указание пред- и постусловий.

Рисунок – Диаграмма последовательностей для варианта использования «Добавить файл УММ для обработки»

Диаграмма сотрудничества (Collaboration Diagram) отличается от диаграммы взаимодействия тем, что она не акцентирует внимание на последовательности передачи сообщений. Она имеет форму графа узлы (объекты) которого могут размещаться в произвольном месте диаграммы.
Так как временная шкала не участвует в демонстрации обмена сообщениями, то эта диаграмма получается компактней и лучше подходит для того, чтобы проанализировать взаимодействие всех объектов между собой.
Таким образом, диаграмма последовательностей точно описывает временной порядок сообщений, но занимает много места, а диаграмма сотрудничества экономит пространство, но ухудшает прослеживание последовательности передачи сообщений (выполнения операций).

Рисунок – Диаграмма сотрудничества

На диаграмме сотрудничества порядок передачи сообщений иллюстрируется с помощью порядковых номеров. Возможно использование следующих типов связей:

• Связь Link To Self (связь с самим собой) показывает, что объект имеет обратную связь с самим собой.
• Link Message / Reverse Link Message (передача сообщения / обратная передача) позволяет отразить связь, которая подразумевает обязательную передачу сообщения в прямом (обратном) направлении.
• Data Flow / Reverse Data Flow (поток данных) позволяет отразить связь показывающую, что происходит передача данных от одного объекта другому в прямом / обратном направлении.

Отличительной особенностью диаграммы сотрудничества по сравнению с диаграммой взаимодействия является возможность использовать более богатый набор синтаксических конструкций. На рис. смоделирована ситуация, которая предусматривает наличие у экземпляра класса «ConcreteStateA» метода «create». Метод «create» в цикле позволяет создать мультиобъект (коллекцию) «ConcreteStateB». Причем, поскольку метод «create» вызывается с аргументом, то это означает, что при создании используется конструктор с параметрами.

Рисунок – Циклы на диаграмме сотрудничества

При необходимости подобный синтаксические конструкции могут использоваться и на диаграмме последовательностей, одна это может нарушить идеологию: диаграммы последовательностей предназначены для акцентирования внимания на порядок передачи сообщений (вызов операций), а диаграммы сотрудничества для отображения дополнительных особенностей передачи сообщений.

Диаграмма деятельности (Activity Diagram)

Диаграммы деятельности (Activity Diagram) позволяет изобразить поток операций в системном, производственном или технологическом процессе. Диаграммы деятельности используется для моделирования прецедента в виде последовательности действий (activity), описывающих взаимодействие актера с системой. Эта диаграмма концентрирует внимание на том, какие действия выполняются и кто несет ответственность за их выполнение. Деятельность изображается на диаграмме в виде

Деятельность может быть двух типов:

• action – действие.
• send event – посылка события.

В свою очередь действие (action) может имеет имя (name) и выполняться по входу (on Entry), по выходу (on Exit), во время (Do) и при возникновении события (on Event). Семантика деятельности «Подготовка диска» в состав которого входит действие «Форматирование», которое выполняется по входу имеет след. вид:

Рисунок – Изображение действия на диаграмме деятельности

При инициализации действия по событию (on Event) можно указать имя события, передаваемые аргументы (arguments) и условие, которое должно выполниться для инициализации действия по данному событию. Семантика деятельности «Технологический процесс», включающее действие «Звонок», которое выполняется при возникновении события «ПроцессЗакончен» с аргументом «time» и условием «time=0» имеет след. вид:

Рисунок – Изображение действия с событием

Если деятельность имеет тип «send event» - послать событие, то, кроме указания момента инициализации данной деятельности (on Entry, on Exit, Do, on Event) можно указать посылаемые аргументы (Send arguments) и целевую деятельность (Send target). Действие «Звонок» деятельности «Технологический процесс» выполняется при возникновении события «ПроцессЗакончен» с аргументом «time» и условием «time=0» и заключается в посылке сообщения деятельности «Завершение процесса» с аргументами (статус и полное время). В этом случае семантика деятельности «Технологический процесс» имеет следующий вид:
Рисунок – Изображение действия с событием и условием осуществления

Диаграмма деятельности кроме собственно деятельностей (activity) может включать в свой состав:

• состояния (State),
• синхронизации (Synchronizations),
• узел решения (слияния) – decision и
• разделы (swimlanes-плавательные дорожки).

Состояние (State) – это ситуация в жизни объекта на протяжении которой он удовлетворяет некоторому условию при этом объект осуществляет определенные действия или ожидает некоторого события. Так же как и Деятельность состояние может быть двух типов: action – состояние в котором выполняется заданное действие и send event – состояние, которое посылает событие с аналогичными настройками момента перехода в состояние или посылки сообщения.

Перемещение объекта от одной деятельности (состояния) к другой отражается с помощью стрелки (transition).
Спецификация перехода включает в себя:

• событие (event) – это то, что вызывает переход от одной деятельности к другой. Имя события помещается над связью между состояниями. У события могут быть аргументы.
• защитные условия (guard conditions) – условия, наложенные на осуществление перехода. Защитные условия указываются вдоль линии перехода после имени события и заключаются в квадратные скобки.
• действие (action), которое должно быть выполнено в процессе перехода (указывается вдоль линии перехода после «/»).
• событие, которое может быть послано (send event) целевой деятельности (send target) с аргументами (send arguments)

Рисунок – Семантика условного перехода

Диаграммы деятельности поддерживает возможность создания вложенных деятельностей (состояний). Деятельность может начаться при возникновении некоторого события или в момент инициализации первой деятельности, обозначается знаком - . Символ завершения исполнения - .

Узел синхронизации (Synchronizations) предназначен для разделения потока на несколько параллельных потоков или, напротив, объединяет несколько входящих потоков на один исходящий.
Узел решения – decision должен сопровождаться указанием условия перехода в виде комментария. При этом каждая ветвь потока должна снабжаться сторожевым условием (guard condition). Он становится узлом слияния, если объединяет несколько потоков.
Разделы (swimlanes-плавательные дорожки) предназначены для разделения деятельностей с помощью их группировки по прецедентам, классам, компонентам, ролям и т.д.
Историческое состояние (обозначается «Н») – это псевдосостояние, которое восстанавливает предыдущее активное состояние в композитном состоянии. Оно позволяет композитному состоянию OpenState запоминать, какое из вложенных состояний (StopState или StartState) было текущим в момент выхода из OpenState, для того, чтобы любой из переходов в OpenState возвращался именно в это вложенное состояние, а не в начальное.

Рисунок – Изображение «Исторического состояния»

Диаграмма состояний (Statechart Diagram) является частным случаем диаграммы деятельности и предназначена для описания состояний объекта и условий перехода между ними, которые в совокупности характеризуют поведение объекта в течение его жизненного цикла. Диаграмма состояний по существу является графом специального вида, который представляет некоторый автомат. Вершинами этого графа являются состояния. Дуги графа служат для обозначения переходов из состояния в состояние.

Рисунок – Пример построения диаграммы деятельности

Диаграммы взаимодействия (sequence и collaboration), а также диаграмма деятельности (activity) широко используются и на этапе анализа и на этапе проектирования для документирования результатов. Однако основное назначение этих диаграмм состоит в анализе предметной области (технологического процесса) для которой разрабатывается система. Основой же будущей системы является модель предметной области. Поэтому основной задачей стадии анализа является идентификация понятий предметной области и представление результатов в виде модели предметной области. По окончании проектирования эта модель преобразуется в код. В этой связи вопросам построения модели предметной области требуется уделить особое внимание.

Диаграмма классов (Class Diagram)

Модель предметной области отображает основные (с точки зрения проектировщика) классы понятий (концептуальные классы) в терминах предметной области. На языке UML модель предметной области представляется в форме диаграммы классов, на которой изображаются классы понятий реального мира, а не программных компонент. Кроме концептуальных классов модель предметной области может отображать ассоциации между классами и атрибуты концептуальных классов. Однако операции на диаграмме классов модели предметной области не отображаются.

Модель предметной области строится итеративно в течение нескольких итераций фазы развития. На каждой последующей итерации к модели добавляются новые концептуальные классы или уточняются имеющиеся классы очередного анализируемого варианта использования.
Наиболее простой прием идентификации концептуальных классов состоит в выделении существительных из текстового описания предметной области и их рассмотрения в качестве кандидатов в концептуальные классы или атрибуты.

Например, на рис. представлена диаграмма классов основного сценария варианта использования П.1 «Добавление файла УММ для обработки», где Спецификация загрузок УММ моделирует таблицу БД, в которую будут сохраняться данные (логин пользователя, дата, имя файла) о загружаемых на сервер файлах УММ. В Спецификации УММ для каждой УММ сохраняется атрибутивная информация (название УММ, год издания, кол-во страниц и т.д.), состав которой перечислен в ТЗ.

Рисунок - Диаграмма классов варианта использования «Добавить файл УММ для обработки»

На диаграмме класс изображается в виде прямоугольника, снабженного тремя внутренними зонами: имя класса, атрибуты, операции. Операция устанавливает форму функции или процедуры (ее сигнатуру). Конкретной реализацией операции является метод. В качестве имени класса следует использовать существительное в ед. числе.

Рисунок – Изображение класса на диаграмме классов

Объекты обмениваются сообщениями через соединения - связи. Но, для того, что бы между объектами была связь, между классами этих объектов должна существовать ассоциация, так как связь между объектами – это экземпляр ассоциации между классами.
Ассоциация – это связь между классами, отражающая некоторое значимое отношение между ними.
В процессе анализа ассоциаций необходимо придерживаться принципами минимализма, поскольку, если МПО будет состоять из N классов, то теоретически между ними можно будет установить N(N-1). В этой связи, в модель включают только те ассоциации, знания о которых необходимо сохранять в течение некоторого периода.
Не только ассоциация в целом может иметь имя, но и классам на обоих концах ассоциации могут быть присвоены имена ролей, исполняемые объектами классов, когда они связаны экземпляром данной ассоциации. Стрелка показывает направление передачи информации (например, посылки сообщения) от одного объекта к другому.
Например, предположим, что компания нанимает n служащих. Ограничения кратности (множественность - multiplicity) «1» и «n» означают, что объекты Person в данный момент времени могут быть наняты только одним объектом Company и Person не могут быть безработными. Объект Company может посылать сообщения объектам Person, но не наоборот.

Рисунок – Использование символов множественности на диаграмме классов

Недооцененная кратность ограничивает гибкость приложения , например, некоторые персональные менеджеры не позволяют охранять несколько телефонов для одного человека.
Частным случаем ассоциации является ассоциация-класс (Association Class), которая обладает как свойствами класса, так и свойствами ассоциации. Ассоциация-класс – это место, где хранятся относящиеся к ассоциации атрибуты и операции.
Имена полюсов ассоциаций являются обязательными, когда класс имеет ассоциацию с самим собой (рефлексивная ассоциация), которая означает, что объекты данного класса имеют связи с другими объектами этого же класса.
Каждый объект Directory может иметь связь с объектами Directory, выступающими в роли subdirectory, число которых может меняться от 0 до n. C другой стороны у подкаталога родитель может быть только 1 или не иметься вообще. Кроме того, Directory может иметь связь с произвольным числом объектов File.

Рисунок – Пример использования рефлексивной ассоциации на диаграмме классов

Ввиду широкого распространения ассоциаций типа многие-ко-многим в UML предусмотрены специальные классы ассоциации. Подобно обычным классам, классы ассоциаций могут иметь атрибуты и операции, являющиеся принадлежностью связи, т.е., такие, которые не могут быть приписаны ни к одному из объектов-участников ассоциации. На рис. атрибут accessPermission (разрешение доступа) класса AccessibleBy (Доступно) относится и к файлу и пользователю одновременно и не может быть прикреплен только к одному из них без потери информации.

Рисунок – Класс-ассоциация

Конкретизированные формы ассоциации (association):

• зависимость (dependency) – однонаправленная связь, показывающая, что один класс зависит от определений, сделанных в другом. Такая связь имеет место, например, если один класс использует другой в качестве параметра операции. При генерации кода к исходному классу атрибуты целевого класса добавлены не будет, но в код будет добавлен оператор типа «#include».
• агрегация (aggregation) – частный случай ассоциации, который выражает отношение целое-часть (например, автомобиль-двигатель). Агрегация является транзитивной: если А является частью В, а В – частью С, то А - часть С. Агрегация изображается с помощью ромба, который ставится около полюса, являющегося агрегатом. Жизненный цикл объекта–части совпадает с ЖЦ объекта-целого. Более сильная разновидность агрегации – это связь типа «композиция» (объединение – composition), которая накладывает на ассоциацию два дополнительных ограничения:
  • (i) составляющая часть может принадлежать не более чем одному агрегату;
  • (ii) составляющая часть получает срок жизни агрегата. Композиция обозначается закрашенным ромбом. Таким образом, агрегация – это способ встраивания нескольких объектов в один объект-контейнер и использование встраиваемых объектов для реализации методов контейнера.

Код:

Обобщение (generalization) – показывает связи наследования между двумя классами (суперкласс-подкласс). При этом, подклассы наследуют все возможности своих надклассов (атрибуты, операции, отношения, ограничения) – inheritance. Обобщение часто используется совместно с абстрактными классами, которые могут иметь абстрактные атрибуты и операции. Абстрактные классы не создают экземпляров. Подкласс абстрактного класса реализует абстрактные операции, добавляя новые возможности, или переопределяя их.

Рисунок – Наследование на диаграмме классов

Поскольку обобщение транзитивно, экземпляр подкласса одновременно является экземпляром всех его предков, т.е. обладает значениями всех атрибутов всех классов-предков и может вызывать любую операцию, указанную у любого из его предков. Не следует создавать слишком глубокую иерархию классов, поскольку это затруднит восприятие модели – иерархия с количеством уровней не превышающих 3, как правило, всегда приемлема; 5-6 уровней иерархии может быть как приемлемо, так и нет в зависимости от особенностей проектируемой системы.
Кроме того, обобщение следует использовать только там, где по крайней мере один из подклассов обладает атрибутами, операциями или ассоциациями, неприменимыми к суперклассу. Например, не следует использовать обобщение, когда существуют подклассы одинаковые по своей сигнатуре и поведению с суперклассом (масть карты Таким образом, ассоциации типа «обобщение» позволяют обеспечить полиморфизм:
добавляя новый подкласс автоматически наследуется поведение суперкласса и, более того, новый подкласс не нарушает работу существующего класса.
Следует отметить, что некоторыми языками программирования поддерживается множественное наследование, которое позволяет классу наследовать составляющие от нескольких классов одновременно.

На рисунке показано дерево классов , в котором SubClass является подклассом (дочерним классом) по отношению к двум суперклассам (базовым классам) – SuperClass1 и SuperClass22. Object1 и Object2 – экземпляры класса SubClass, наследующие атрибуты класса SubClass (x и y). В свою очередь SubClass наследует атрибуты z и w классов SuperClass1 и SuperClass2, переопределяет3 атрибут x и добавляет атрибут y.
Таким образом, при вызове, например Object1.x или Object2.x будет использоваться атрибут SubClass.x, находящийся на один уровень выше в иерархии наследования; при вызове Object1.z или Object2.z будет использоваться атрибут SuperClass1.z, поскольку класс SuperClass1 находится левее в дереве по сравнению с SuperClass2, то SubClass будет наследовать атрибуты SuperClass1 в первую очередь. Таким образом, при использовании множественного наследования следует иметь в виду, что порядок классов, перечисленных в строке заголовка инструкции class наследующего класса, определяет порядок наследования атрибутов.

Рисунок – Множественное наследование

Рисунок – Листинг кода, демонстрирующий множественное наследование

Множественное наследование стараются избегать или путем реструктурирования модели на этапе проектирования или с помощью механизма реализации «делегирование».

Видимость атрибута указывает на возможность его использования другими классами. Один класс может «видеть» другой, если тот находится в области действия первого и между ними существует явное или неявное отношение. В языке UML определены три уровня видимости:

• public (общий) – любой внешний класс, который «видит» данный, может пользоваться его общими свойствами. Обозначаются знаком «+» перед именем атрибута или операции;
• protected (защищенный) – только класс или потомок данного класса может пользоваться его защищенными свойствами. Обозначаются знаком «#»;
• private (закрытый) – только данный класс может пользоваться закрытыми атрибутами. Обозначаются символом «-»;
• package or implementation (пакетный) – атрибут является общим в пределах пакета в котором расположен класс. Обозначаются символом «~».

При определении видимости для той или иной составляющей необходимо руководствоваться следующими соображениями:

1. возможности класса определяются в первую очередь его открытыми составляющими, закрытые, защищенные и пакетные вводятся для удобства реализации;
2. открытые методы по определению используются множеством классов, поэтому изменение их сигнатуры (количества и типа аргументов, типа возвращаемого значения) может разрушить согласованность всей модели. Поскольку защищенные, закрытые и пакетные методы заведомо используются меньшим числом классов, их изменения обходятся дешевле.

Еще одной важной характеристикой атрибутов и операций классов является область действия (scope), которая определяет к чему относится данная составляющая: к объекту или к классу. У объектов есть собственные копии атрибутов, принимающих разные значения и операций. Область действия этих атрибутов и операций instance (экземпляр) – у каждого экземпляра класса есть собственное значение данного свойства. Однако иногда нужно определить атрибуты, которые имеют единственное, общее для всех объектов класса значение. Аналогично нужны операции, не относящиеся ни к одному конкретному экземпляру класса (например, операция создания объекта - конструктор). Такие атрибуты и операции имеют область действия classifier (классификатор) – все экземпляры совместно используют общее значение данного свойства (выделяется на диаграммах подчеркиванием).
В этом случае оно называется статическим.
Для группировки классов, обладающих общностью, применяют пакеты, которые являются средством организации модели в процессе разработки, повышения ее управляемости и читаемости. Диаграмма пакетов – диаграмма, содержащая пакеты классов и зависимости между ними. Кроме того, пакеты используются для представления подсистем (модулей) системы в процессе проектирования. Подсистема, включающая совокупность классов, реализует набор операций, которые определены в ее интерфейсе.

Рисунок – Диаграмма пакетов

Элемент может принадлежать пакету, в котором он определен или на него можно ссылаться из других пакетов. Если один элемент пакета зависит от элемента другого пакета, то эту зависимость можно отобразить с помощью связи.

Рисунок – Сопоставление пакетов проектным слоям

Каждый пакет представляет пространство имен (namespace), следовательно каждый класс внутри собственного пакета должен иметь уникальное имя. Чтобы отличить один класс от другого, можно использовать полностью определенное имя (fully qualified name), то есть имя, которое указывает на структуру, владеющую пакетом. В языке UML в именах пакетов используются двойные двоеточия, поэтому классы дат могут иметь имена System::Date.
Можно показывать только имя пакета или имя вместе с его содержимым.
Согласно концепции UML классы в пакетах могут быть открытыми (public) или закрытыми (private). Открытые классы представляют часть интерфейса пакета и могут быть использованы классами из других пакетов; закрытые классы недоступны извне. Можно сделать это, присвоив всем классам модификатор видимости private (закрытый), так чтобы они были доступны только классам данного пакета, а также создав дополнительные открытые классы для внешнего использования. Эти дополнительные классы, называемые Facades (Фасады), делегируют открытые операции другим классам пакета.

Диаграмма компонент (Component Diagram)

Component Diagram (диаграмма компонентов) позволяет создать физическое отражение текущей модели. Диаграмма компонентов показывает организацию и взаимосвязи программных компонентов, представленных в исходном коде, двоичных или выполняемых файлах.
В связи с тем, что система может состоять из модулей различного типа, пользователь может использовать следующие стереотипы для определения этих различий, причем изменение стереотипа часто ведет к изменению графического отображения компонента на диаграмме:

• Package (пакет) - объединяет группу компонентов в модели;
• Main program (главная программа);
• Subprogram body (тело подпрограммы);
• Package specification/body (определение/тело пакета).

Рисунок - Диаграмма компонент

Диаграмма размещения (Deployment Diagram)

Отражает физические взаимосвязи между программными и аппаратными компонентами системы. Она является хорошим средством для того, чтобы показать размещение объектов и компонентов в распределенной системе.
Каждый узел на диаграмме размещения представляет собой некоторый тип вычислительного устройства – в большинстве случаев, часть аппаратуры. Эта аппаратура может быть простым устройством или датчиком, а может быть и мэйнфреймом. Диаграмма размещения показывает физическое расположение сети и местонахождение в ней различных компонентов.

Рисунок – Диаграмма размещения

Методологии, технологии и инструментальные средства проектирования ПО составляют основу проекта любой информационной системы (ИС). Методология реализуется через конкретные технологии и поддерживающие их стандарты, методики и инструментальные средства, которые обеспечивают выполнение процессов ЖЦ. Технология проектирования

Технология проектирования определяется как совокупность трех составляющих:

 пошаговой процедуры, определяющей последовательность технологических операций проектирования;

 критериев и правил, используемых для оценки результатов выполнения технологических операций;

 нотаций (графических и текстовых средств), используемых для описания проектируемой системы.

Технологические инструкции, составляющие основное содержание технологии, должны состоять из описания последовательности технологических операций, условий, в зависимости от которых выполняется та или иная операция, и описаний самих операций.

Технология проектирования, разработки и сопровождения ИС должна удовлетворять следующим общим требованиям:

 должна поддерживать полный ЖЦ ПО;

 должна обеспечивать достижение целей разработки ИС с заданным качеством и в установленное время;

 должна обеспечивать возможность выполнения крупных проектов в виде подсистем (т.е. возможность декомпозиции проекта на составные части, разрабатываемые группами исполнителей ограниченной численности с последующей интеграцией составных частей);

 должна обеспечивать возможность ведения работ по проектированию отдельных подсистем небольшими группами (3-7 человек). Это обусловлено принципами управляемости коллектива и повышения производительности за счет минимизации числа внешних связей;

 должна обеспечивать минимальное время получения работоспособной информационной системы;

 должна предусматривать возможность управления конфигурацией проекта, ведения версий проекта и его составляющих, возможность автоматического выпуска проектной документации и синхронизацию ее версий с версиями проекта;

 должна обеспечивать независимость выполняемых проектных решений от средств реализации ИС (СУБД, операционных систем, языков и систем программирования);

 должна быть поддержана комплексом согласованных CASE-средств, обеспечивающих автоматизацию процессов, выполняемых на всех стадиях ЖЦ.

Применение любой технологии проектирования, разработки и сопровождения ИС в конкретной организации и конкретном проекте невозможно без выработки ряда стандартов (правил, соглашений), которые должны соблюдаться всеми участниками проекта. К таким стандартам относятся следующие:

 стандарт проектирования;

 стандарт оформления проектной документации;

 стандарт пользовательского интерфейса.

Стандарт проектирования должен устанавливать:

 набор необходимых моделей (диаграмм) на каждой стадии проектирования и степень их детализации;

 правила фиксации проектных решений на диаграммах, в том числе: правила именования объектов (включая соглашения по терминологии), набор атрибутов для всех объектов и правила их заполнения на каждой стадии, правила оформления диаграмм, включая требования к форме и размерам объектов;

 требования к конфигурации рабочих мест разработчиков, включая настройки операционной системы, настройки CASE-средств, общие настройки проекта;

 механизм обеспечения совместной работы над проектом, в том числе: правила интеграции подсистем проекта, правила поддержания проекта в одинаковом для всех разработчиков состоянии (регламент обмена проектной информацией, механизм фиксации общих объектов), правила проверки проектных решений на непротиворечивость.

Стандарт оформления проектной документации должен ус- танавливать:

 комплектность, состав и структуру документации на каждой стадии проектирования;

 требования к ее оформлению (включая требования к содержанию разделов, подразделов, пунктов, таблиц), правила подготовки, рассмотрения, согласования и утверждения документации с указанием предельных сроков для каждой стадии;

 требования к настройке издательской системы, используемой в качестве встроенного средства подготовки документации;

 требования к настройке CASE-средств для обеспечения подготовки документации в соответствии с установленными требованиями.

Стандарт интерфейса пользователя должен устанавливать:

 правила оформления экранов (шрифты и цветовая палитра), состав и расположение окон и элементов управления;

 правила использования клавиатуры и мыши;

 правила оформления текстов помощи;

 перечень стандартных сообщений;

 правила обработки реакции пользователя. CASE-средства

Общая характеристика и классификация

Современные CASE-средства охватывают обширную область поддержки многочисленных технологий проектирования ИС: от простых средств анализа и документирования до полномасштабных средств автоматизации, покрывающих весь жизненный цикл ПО.

Наиболее трудоемкими этапами разработки ИС являются этапы анализа и проектирования, в процессе которых CASE-средства обеспечивают качество принимаемых технических решений и подготовку проектной документации. При этом большую роль играют методы визуального представления информации. Это предполагает построение структурных или иных диаграмм в реальном масштабе времени, использование многообразной цветовой палитры, сквозную проверку синтаксических правил. Графические средства моделирования предметной области позволяют разработчикам в наглядном виде изучать существующую ИС, перестраивать ее в соответствии с поставленными целями и имеющимися ограничениями.

Обычно к CASE-средствам относят программное средство, автоматизирующее ту или иную совокупность процессов жизненного цикла ПО и обладающее следующими основными характерными особенностями:

 мощные графические средства для описания и документирования ИС, обеспечивающие удобный интерфейс с разработчиком;

 интеграция отдельных компонент CASE-средств, обеспечивающая управляемость процессом разработки ИС;

 использование специальным образом организованного хранилища проектных метаданных (репозитория).

Интегрированное CASE-средство (или комплекс средств, поддерживающих полный ЖЦ ПО) содержит следующие компоненты:

 репозиторий, являющийся основой CASE-средства. Он должен обеспечивать хранение версий проекта и его отдельных компонентов, синхронизацию поступления информации от различных разработчиков при групповой разработке, контроль метаданных на полноту и непротиворечивость;

 графические средства анализа и проектирования, обеспечивающие создание и редактирование иерархически связанных диаграмм (DFD, ERD и др.), образующих модели ИС;

 средства разработки приложений и генераторы кодов;

 средства конфигурационного управления;

 средства документирования;

 средства тестирования;

 средства управления проектом;

 средства реинжиниринга.

Современные CASE-средства могут быть классифицированы в основном по типам и категориям. Классификация по типам отражает функциональную ориентацию CASE-средств на те или иные процессы ЖЦ. Классификация по категориям определяет степень интегрированности по выполняемым функциям и включает отдельные локальные средства, решающие небольшие автономные задачи (tools), набор частично интегрированных средств, охватывающих большинство этапов жизненного цикла ИС (toolkit), и полностью интегрированные средства, поддерживающие весь ЖЦ ИС и связанные общим репозиторием. Помимо этого, CASE-средства можно классифицировать по следующим признакам:

 применяемым методологиям и моделям систем и БД;

 степени интегрированности с СУБД;

 доступным платформам.

Классификация по типам в основном совпадает с компонентным составом CASE-средств и включает следующие основные типы:

 средства анализа (Upper CASE), предназначенные для построения и анализа моделей предметной области (Design/IDEF (Meta Software), BPwin (Logic Works));

 средства анализа и проектирования (Middle CASE), поддерживающие наиболее распространенные методологии проектирования и использующиеся для создания проектных спецификаций (Vantage Team Builder (Cayenne), Designer/2000 (ORACLE), Silverrun (CSA), PRO-IV (McDonnell Douglas), CASE.Аналитик (МакроПроджект)). Выходом таких средств являются спецификации компонентов и интерфейсов системы, архитектуры системы, алгоритмов и структур данных;

 средства проектирования баз данных, обеспечивающие моделирование данных и генерацию схем баз данных (как правило, на языке SQL) для наиболее распространенных СУБД. К ним относятся ERwin (Logic Works), S-Designor (SDP) и DataBase Designer (ORACLE). Средства проектирования баз данных имеются также в составе CASE-средств Vantage Team Builder, Designer/2000, Silverrun и PRO-IV;

 средства разработки приложений. К ним относятся средства 4GL (Uniface (Compuware), JAM (JYACC), PowerBuilder (Sybase), Developer/2000 (ORACLE), New Era (Informix), SQL Windows (Gupta), Delphi (Borland) и др.) и генераторы кодов, входящие в состав Vantage Team Builder, PRO-IV и частично - в Silverrun;

 средства реинжиниринга, обеспечивающие анализ программных кодов и схем баз данных и формирование на их основе различных моделей и проектных спецификаций.

Вспомогательные типы включают:

 средства планирования и управления проектом (SE Companion, Microsoft Project и др.);

 средства конфигурационного управления (PVCS (Intersolv));

 средства тестирования (Quality Works (Segue Software));

 средства документирования (SoDA (Rational Software)). Методология RAD

Одним из возможных подходов к разработке ПО является методология быстрой разработки приложений RAD (Rapid Application Development). Под этим термином обычно понимается процесс разработки ПО, содержащий три элемента:

 небольшую команду программистов (от 2 до 10 человек);

 короткий, но тщательно проработанный производственный график (от 2 до 6 мес.);

 повторяющийся цикл, при котором разработчики, по мере того, как приложение начинает обретать форму, запрашивают и реализуют в продукте требования, полученные через взаимодействие с заказчиком.

Команда разработчиков должна представлять из себя группу профессионалов, имеющих опыт в анализе, проектировании, генерации кода и тестировании ПО с использованием CASE-средств. Члены коллектива должны уметь трансформировать в рабочие прототипы предложения конечных пользователей.

Жизненный цикл ПО по методологии RAD состоит из четырех фаз:

 фаза анализа и планирования требований;

 фаза проектирования;

 фаза построения;

 фаза внедрения. На фазе анализа и планирования требований пользователи системы определяют функции, которые она должна выполнять, выделяют наиболее приоритетные из них, требующие проработки в первую очередь, описывают информационные потребности. Определение требований выполняется в основном силами пользователей под руководством специалистов-разработчиков. Ограничивается масштаб проекта, определяются временные рамки для каждой из последующих фаз. Кроме того, определяется сама возможность реализации данного проекта в установленных рамках финансирования, на данных аппаратных средствах и т.п. Результатом данной фазы должны быть список и приоритетность функций будущей ИС, предварительные функциональные и информационные модели ИС. На фазе проектирования часть пользователей принимает участие в техническом проектировании системы под руководством специалистов-разработчиков.

CASE-средства используются для быстрого получения работающих прототипов приложений. Пользователи, непосредственно взаимодействуя с ними, уточняют и дополняют требования к системе, которые не были выявлены на предыдущей фазе. Более подробно рассматриваются процессы системы. Анализируется и, при необходимости, корректируется функциональная модель. Каждый процесс рассматривается детально. При необходимости для каждого элементарного процесса создается частичный прототип: экран, диалог, отчет, устраняющий неясности или неоднозначности. Определяются требования разграничения доступа к данным. На этой же фазе происходит определение набора необходимой документации. После детального определения состава процессов оценивается количество функциональных элементов разрабатываемой системы и принимается решение о разделении ИС на подсистемы, поддающиеся реализации одной командой разработчиков за приемлемое для RAD-проектов время - порядка 60-90 дней. С использованием CASE-средств проект распределяется между различными командами (делится функциональная модель). Результатом данной фазы должны быть:

 общая информационная модель системы;

 функциональные модели системы в целом и подсистем, реализуемых отдельными командами разработчиков;

 точно определенные с помощью CASE-средств интерфейсы между автономно разрабатываемыми подсистемами;

 построенные прототипы экранов, отчетов, диалогов.

Все модели и прототипы должны быть получены с применением тех CASE-средств, которые будут использоваться в дальнейшем при построении системы. Данное требование вызвано тем, что в традиционном подходе при передаче информации о проекте с этапа на этап может произойти фактически неконтролируемое искажение данных. Применение единой среды хранения информации о проекте позволяет избежать этой опасности.

В отличие от традиционного подхода, при котором использовались специфические средства прототипирования, не предназначенные для построения реальных приложений, а прототипы выбрасывались после того, как выполняли задачу устранения неясностей в проекте, в подходе RAD каждый прототип развивается в часть будущей системы. Таким образом, на следующую фазу передается более полная и полезная информация. На фазе построения выполняется непосредственно сама быстрая разработка приложения. На данной фазе разработчики производят итеративное построение реальной системы на основе полученных в предыдущей фазе моделей, а также требований нефункционального характера. Программный код частично формируется при помощи автоматических генераторов, получающих информацию непосредственно из репозитория CASE-средств. Конечные пользователи на этой фазе оценивают получаемые результаты и вносят коррективы, если в процессе разработки система перестает удовлетворять определенным ранее требованиям. Тестирование системы осуществляется непосредственно в процессе разработки.

После окончания работ каждой отдельной команды разработчиков производится постепенная интеграция данной части системы с остальными, формируется полный программный код, выполняется тестирование совместной работы данной части приложения с остальными, а затем тестирование системы в целом. Завершается физическое проектирование системы:

 определяется необходимость распределения данных;

 производится анализ использования данных;

 производится физическое проектирование базы данных;

 определяются требования к аппаратным ресурсам;

 определяются способы увеличения производительности;

 завершается разработка документации проекта.

Результатом фазы является готовая система, удовлетворяющая всем согласованным требованиям. На фазе внедрения производится обучение пользователей, организационные изменения и, параллельно с внедрением новой системы, осуществляется работа с существующей системой (до полного внедрения новой). Планирование и подготовка к внедрению должны начинаться заранее, как правило, на этапе проектирования системы. Приведенная схема разработки ИС не является абсолютной. Возможны различные варианты, зависящие, например, от начальных условий, в которых ведется разработка: разрабатывается совершенно новая система; уже было проведено обследование предприятия и существует модель его деятельности; на предприятии уже существует некоторая ИС, которая может быть использована в качестве начального прототипа или должна быть интегрирована с разрабатываемой.

Следует отметить, что методология RAD, как и любая другая, не может претендовать на универсальность, она хороша, в первую очередь, для относительно небольших проектов, разрабатываемых для конкретного заказчика. Если разрабатывается типовая система, которая не является законченным продуктом, а представляет собой комплекс типовых компонент, централизованно сопровождаемых, адаптируемых к программно-техническим платформам, СУБД, средствам телекоммуникации, организационно-экономическим особенностям объектов внедрения и интегрируемых с существующими разработками, то на первый план выступают такие показатели проекта, как управляемость и качество, которые могут войти в противоречие с простотой и скоростью разработки. Для таких проектов необходимы высокий уровень планирования и жесткая дисциплина проектирования, строгое следование заранее разработанным протоколам и интерфейсам, что снижает скорость разработки.

Методология RAD неприменима для построения сложных расчетных программ, операционных систем или программ управления космическими кораблями, т.е. программ, требующих написания большого объема (сотни тысяч строк) уникального кода. Не подходят для разработки по методологии RAD приложения, в которых отсутствует ярко выраженная интерфейсная часть, наглядно определяющая логику работы системы (например, приложения реального времени) и приложения, от которых зависит безопасность людей (например, управление самолетом или атомной электростанцией), так как итеративный подход предполагает, что первые несколько версий наверняка не будут полностью работоспособны, что в данном случае исключается. Оценка размера приложений производится на основе так называемых функциональных элементов (экраны, сообщения, отчеты, файлы и т.п.) Подобная метрика не зависит от языка программирования, на котором ведется разработка. Размер приложения, которое может быть выполнено по методологии RAD, для хорошо отлаженной среды разработки ИС с максимальным повторным использованием программных компонентов, определяется следующим образом: менее 1 000 функциональных элементов - один человек; 1 000-4 000 функциональных элементов - одна команда разработчиков; более 4 000 функциональных элементов - из расчета 4 000 функциональных элементов на одну команду разработчиков.

Отметим основные принципы методологии RAD:

 разработка приложений итерациями;

 необязательность полного завершения работ на каждом из этапов жизненного цикла;

 обязательное вовлечение пользователей в процесс разработки ИС;

 необходимое применение CASE-средств, обеспечивающих целостность проекта;

 применение средств управления конфигурацией, облегчающих внесение изменений в проект и сопровождение готовой системы;

 необходимое использование генераторов кода;

 использование прототипирования, позволяющее полнее выяснить и удовлетворить потребности конечного пользователя;

 тестирование и развитие проекта, осуществляемое одновременно с разработкой;

 ведение разработки немногочисленной, хорошо управляемой командой профессионалов;

 грамотное руководство разработкой системы, четкое планирование и контроль выполнения работ. Инструменты разработки программных средств

При разработке программных средств используется, в той или иной мере, компьютерная поддержка процессов разработки и сопровождения ПО. Это достигается путем представления некоторых программных документов ПО (прежде всего, программ) и предоставлению в распоряжение разработчика ПО специальных программных средств (ПС), или включенных в состав компьютера специальных устройств, созданных для какой-либо обработки таких документов. В качестве такого специального ПС можно указать компилятор с какого-либо языка программирования.

В качестве специального устройства, поддерживающего процесс разработки ПО, можно указать, например, эмулятор какого-либо языка. ПС, предназначенное для поддержки разработки ПО, будем называть программным инструментом разработки ПО, а устройство компьютера, специально предназначенное для поддержки разработки ПО, будем называть аппаратным инструментом разработки ПО.

Инструменты разработки ПО могут использоваться в течение всего жизненного цикла ПО для работы с разными программными документами. Так, текстовый редактор может использоваться для разработки практически любого программного документа.

С точки зрения функций, которые инструменты выполняют при разработке ПО, их можно разбить на следующие четыре группы:

 редакторы;

 анализаторы;

 преобразователи;

 инструменты, поддерживающие процесс выполнения программ. Редакторы поддерживают конструирование (формирование) программных документов на различных этапах жизненного цикла. На этапе программирования (кодирования) вместо текстового редактора может оказаться более удобным синтаксически управляемый редактор, ориентированный на используемый язык программирования. Анализаторы производят либо статическую обработку документов, осуществляя различные виды их контроля, выявление определенных свойств и накопление статистических данных (например, проверку соответствия документов указанным стандартам), либо динамический анализ программ (например, с целью выявление распределения времени работы программы по программным модулям). Преобразователи позволяют автоматически приводить документы к другой форме представления (например, форматеры) или переводить документ одного вида к документу другого вида (например, конверторы или компиляторы), синтезировать какой-либо документ из отдельных частей и т.п. Инструменты, поддерживающие процесс выполнения программ, позволяют выполнять на компьютере описания процессов или отдельных их частей, представленных в виде, отличном от машинного кода, или машинный код с дополнительными возможностями его интерпретации. Примером такого инструмента является эмулятор кода другого компьютера. К этой группе инструментов следует отнести и различные отладчики.

Рассмотрим основы проектирования. Методы, применяемые в нем, зависят от специфики создаваемых чертежей.

Архитектурное проектирование

Фото- и кинопроектирование

Эти современные технологии открыли перед архитекторами огромные возможности анализа создаваемой модели здания путем имитации существования людей в пространстве предполагаемой постройки. Благодаря проектированию современные архитекторы создают совершенные композиции, снижают вероятность ошибок, происходящих при переносе «бумажного проекта» в реальность. Законы математики, логики, средства оргтехники, автоматизированные машины упрощают процедуру подготовки документации, ускоряют проектирование офисных зданий и бытовых объектов.

Системы и методы проектирования предполагают обработку большого объема информации, поэтому важно изыскивать дополнительные ресурсы для того, чтобы оптимизировать процесс, отвечать тем требованиям, которые диктует стремительно меняющееся общество.

Все методы, используемые в современном строительстве, основываются на Они невозможны без использования современных электронных средств и автоматизированной техники. При разработке генеральных планов, прорабатывании этажности зданий, выполнении расчетов, архитекторы активно пользуются ИК-технологиями.

Задача проектирования

Искомый метод направлен на разработку проектов на основе оптимального суммирования эстетических, социальных, научных, технических, природных, строительных и иных условий с целью получения готовых и верных решений. С помощью автоматизации и моделирования на электронных машинах последнего поколения можно поддерживать процессы систематизации, накопления, переработки потока информации. Проектирование предполагает аналитическое сравнение готовых вариантов с запрограммированными параметрами и выбором лучшего варианта решения, его технической и графической фиксации, а также в получении необходимого количества проектной документации. Фототелеграфная аппаратура, кинокамеры, голографические аппараты, запоминающие устройства, копировальные центры, пульты управления стали неотъемлемыми частями при создании проектов зданий и офисных помещений. Все эти элементы являются ускоряющими инструментами в работе любого проектировщика.

Особенности архитектурной графики

Она является направлением изобразительного искусства, которое охватывает творческий процесс образов и идей в проектировании с архитектурным дизайном. Осуществляется детальная разработка плана будущего сооружения в чертеже с определенным масштабом. Для этого применяют определенные обозначения пилонов, стен, фундамента, колонн, отметками для расположения дверей и окон. На генеральном плане показано расположение ансамбля сооружений либо отдельного здания на определенной местности с расположением сторон света. Архитекторский чертеж взаимосвязан с математическими расчетами и указаниями реальных размеров создаваемого здания, демонстрирует соотношение его составных частей. В настоящее время предполагается подразделение архитектурной графики на цифровую и классическую. В классической графике применяются в качестве основных инструментов такие предметы, как краски, карандаши, бумага. Цифровая графика невозможна без использования современных вычислительных систем.

Последовательность проектирования

Данный творческий процесс осуществляется в нашей стране по определенным государственным стандартам и нормам в разных отраслях хозяйства. Разработка проектной документации осуществляется на таких стадиях:

• разработка эскизного проекта;
• проработка материала;
• оформление рабочей документации;
• утверждение готового проекта.

Рассмотрим этапы проектирования. На первом этапе не предполагается согласование материалов с органами исполнительной власти, государственным надзором. Нюансами эскиза профессионалы считают продумывание основных деталей будущего объекта до того, как будет принято окончательное решение по его внедрению в реальное строительство.

С помощью эскизного проекта решают следующие проблемы:

• градостроительное обоснование расположения на местности нового строительного объекта;
• демонстрация внутренней планировки и внешнего вида создаваемого объекта;
• выявление привлекательности проекта с точки зрения инвесторов;
• определение историко-культурных, градостроительных, санитарно-гигиенических и экологических требований.

Эскизный проект имеет пояснительную записку, с близлежащими территориями, генеральный план, поэтажные планы, транспортные схемы, фасады, разрезы со специальными «прослойками», варианты объемных и цветовых решений фасадов, фотомонтаж, 3D визуализацию.

Особенности проектирования

Данная методика применяется не только в строительной отрасли, но и в организационной структуре управления. Она заключается в выборе оптимального варианта организации на производстве управления, благодаря чему повысится работоспособность персонала, увеличится объем выпускаемой продукции. Риск в управленческом аспекте определяется как уровень неопределенности прогнозирования результата. Он всегда связан с выбором альтернатив и проведением расчетов вероятности получаемого результата по каждой отдельной альтернативе.

Проектирование структур в производственно-хозяйственной организации рассматривается как сложный объект, включающий экономические, административно-организационные, информационные, экономические взаимодействия, поддающиеся непосредственной проработке и рациональному проектированию, а также социально-психологическим связям и характеристикам. Они напрямую связаны с уровнем квалификации и способностями сотрудников, стилем руководства, отношением к своим служебным обязанностям. Особенность проблемы проектирования структуры организационного управления заключается в том, что она не должна быть адекватно представлена в виде задачи формального подбора идеального варианта организационной структуры по сформулированному, математически обоснованному критерию оптимальности. Проблема предполагает сразу несколько критериев, поэтому для ее решения сочетают научные методы современного анализа, моделирования, оценки организационных систем с функционированием руководителя, эксперта и специалиста по подбору и оценке идеальных вариантов организационных решений.

Организационное проектирование предполагает последовательное приближение к модели оптимальной структуры управления, при котором методам проектирования принадлежит вспомогательная роль при оценке, рассмотрении, принятии к внедрению в реальность самых результативных способов организационных решений. Осуществляется проектирование управленческих структур на основе методов, дополняющих друг друга:

• аналогии;
• структуризации;
• экспертно-аналитического подхода;
• организационного моделирования.

Метод аналогий заключается в использовании механизмов управления и организационных форм, оправдавших себя в компаниях с аналогичными организационными параметрами, а именно целями, размерами, по сравнению с проектируемой организацией. К методике аналогий относят выработку типовых способов управления производственно-хозяйственными организациями. Каковы задачи проектирования? Метод аналогий применяется на основе двух подходов, которые взаимно дополняют друг друга. Первый заключается в выявлении определённых значений и закономерностей изменения основных организаций механизмов управления, которые будут эффективными при определенных исходных условиях. Вторая позиция предполагает совокупность общих решений о взаимоотношениях и характере отдельных звеньев управления и должностей с учетом деятельности организации, направления ее деятельности, а также создание специальных нормативных параметров аппарата управления для организаций такого типа.

Экспертно-аналитический метод предполагает обследование и детальное изучение компании. Для этого привлекаются квалифицированные специалисты, именно от их заключения зависит подбор инструментов для проектирования.

Заключение

Любая деятельность человека тесно связана с применением проектных технологий. Помимо строительной отрасли, проектная методика широко используется в образовательных учреждениях. Индивидуальные предприниматели, начинающие собственное производство, сначала внимательно изучают теоретические основы проектирования, чтобы повысить эффективность компании, минимизировать ненужные расходы, понизить себестоимость выпускаемой продукции. Любое действие, при совершении которого можно разработать новое интересное дело, называют проектной технологией. Министерством образования Российской Федерации были разработаны образовательные стандарты второго поколения, в которых проектные методики являются обязательным условием формирования гармонично развитой личности.

Как известно, каждый проект – это уникальное мероприятие, не поддающееся стандартизации. Однако процессы управления проектами поддаются стандартизации и документы, которые формализуют эти процессы, получили название методологий управления проектами. Причем некоторые методологии управления проектами применимы для всех типов проектов в разных областях. Другие же, напротив, подходят только для управления конкретными типами проекта. Так, для сферы дорожного строительства наиболее подходящей будет одна проектная методология, в то время как для проекта по разработке программного обеспечения – другая. Рассмотрим ниже наиболее часто применяемые методологии управления проектами.

Традиционная (Каскадная) методология управления проектами

Традиционная методология управления проектами может быть использована во всех отраслях, но наиболее распространена в строительстве. Она также носит название каскадной или водопадной модели, вследствие того, что предлагаемая ею последовательность фаз напоминает поток. Методология выделяет семь последовательных этапов проектного управления:

1. Определение требований
2. Проектирование
3. Реализация (строительство, производство…)
4. Внедрение
5. Тестирование и отладка
6. Установка
7. Эксплуатация и сопровождение

Переход к следующей фазе проекта возможен только в том случае, если предыдущий этап завершён и принят заказчиком. Применение данной методологии наиболее предпочтительно в проектах, результатом выполнения которых является материальный продукт (например, строительные проекты, установка оборудования и пр.) и для реализации которых требуется конкретная последовательность действий. Кроме того, разработанные планы возможно использовать повторно для аналогичных проектов в будущем.

Однако с другой стороны, каскадная модель управления проектом требует инвестиций в планирование. Обычно первые две фазы занимают от 20 до 40% от всего времени выполнения проекта по данной методологии. Вследствие структурированного подхода, внесение изменений в содержание работ происходит медленно, что делает методологию не гибкой и не подходящей в случаях, если клиент не уверен, какой результат он хочет получить.

Методология управления проектами PRINCE 2

PRINCE2 (Projects in Controlled Environments) так же является структурированной методологией к проектному управлению. Это одна из самых популярных методологий управления проектами, широко используемая в Великобритании в управлении как в бизнесе, так в органах власти. PRINCE2 – это процессно-ориентированная проектная методология, которая фокусируется на процессах верхнего уровня (управление, организация, контроль), а не на низших задачах (декомпозиция работ, разработка графиков). Методология PRINCE2 базируется на семи принципах, семи темах и семи процессах. Принципы являются центральным элементом методологии: если хотя бы один из них не выполняется, то нельзя говорить о том, что проект выполняется в рамках PRINCE2.

Принципы методологии PRINCE2:

1. Постоянная оценка экономической необходимости — остается ли неизменной экономическая выгода от проекта на протяжении всего жизненного цикла проекта
2. Обучение на опыте – команда проекта должна постоянно искать и изучать опыт предыдущих проектов
3. Определение ролевой модели – команда проекта должна иметь ясную организационную структуру и вовлекать подходящих людей для решения нужных задач
4. Управление по этапам – необходимо, чтобы проекты были спланированы, а также подвергались мониторингу и контролю на каждом этапе выполнения;
5. Управление по отклонениям – следует четко обозначить допустимые границы отклонений в проекте, чтобы установить границы ответственности
6. Фокус на продуктах – необходимо концентрироваться на определении и достижении качества продуктов (результатах проекта)
7. Адаптация к проектной среде – следует адаптировать процессы и инструменты управления проектом к требованиям проектной среды, а также к масштабу работ, их сложности, важности, квалификационным требованиям и степени риска

Аспекты представляют собой направления проектного управления, на которые следует обращать внимание в течение длительности всего проекта.

Аспекты методологии управления проектами PRINCE2 :

1. Обоснование проекта: какую ценность проект принесёт организации?
2. Организация : каким образом необходимо распределить роли и ответственность между членами проектной команды для того, чтобы эффективно управлять проектом
3. Качество : какие имеются требования и критерии к качеству и каким образом можно их обеспечить
4. Планы : шаги, требуемые для разработки плана, и инструменты PRINCE2, необходимые к использованию
5. Риски : каким образом менеджмент проекта будет разрешать проблему наличия неопределённостей в плане проекта и во внешней среде
6. Изменение : как руководство проекта будет оценивать влияние непредвиденных задач и изменений и реагировать на них
7. Прогресс : реализуемость проекта, выполнение планов и дальнейшее развитие проекта

Наконец, семь процессов разбивают жизненный цикл проекта на различные фазы, для каждой из которой имеются свои рекомендуемые к принятию действия, получаемые продукты и зоны ответственности.

PRINCE2 подразумевает следующие процессы управления проектом:

1. запуск проекта
2. руководство проектом
3. инициация проекта
4. контроль этапов
5. управление созданием продукта
6. управление границами этапов
7. закрытие проекта

PRINCE2 позволяет стандартизировать процедуры управления проектами, улучшить координацию деятельности, а также помогает понять, каким образом следует планировать проект и осуществлять мониторинг его выполнения, что следует делать, если план проекта не выполняется. Однако методология PRINCE2 не является лучшим выбором для проектов небольшого масштаба или для проектов с большей степенью вероятности изменений объема работ и требований к ним.

Гибкая методология управления проектом (Agile Project Management)

Гибкое управление проектом представляет собой поступательную и итеративную проектную методологию. Ее главной особенностью является то, что в начале выполнения проекта точно неизвестно, каким должен быть конечный продукт и каким будет жизненный цикл проекта. Вместо этого, проектная деятельность разбивается на несколько итеративных фаз, называемых «спринтами». Каждый спринт состоит из множества задач и имеет свой конечный продукт и результат. Методология Agile позволяет менеджерам проектов постоянно получать обратную связь и улучшать продукт после каждой итерации.

В соответствии с данной методологией управления проектами, ответственность за результат делится между тремя ролями:

• Владелец продукта – определяет проектные цели, разрабатывает оптимальный график при заданных проектных параметрах, адаптирует процесс выполнения проекта к изменившимся требованиям и устанавливает приоритеты в характеристиках продукта
• Scrum мастер – устанавливает приоритеты в выполнении задач командой проекта и устраняет возникающие затруднения, препятствующие этому
• Члены команды – выполняют большинство поставленных задач, осуществляют ежедневный менеджмент, создают отчеты о ходе выполнения проекта, контролируют качество продукта

Методология Agile является гибкой и позволяет легко изменить параметры проекта, что является значимым для таких сервисно-ориентированных проектов, как разработка программного обеспечения или графический дизайн. Но это методология не подходит для проектов со строго заданными параметрами и требованиями.

Методология быстрой разработки приложений (Rapid Application Development — RAD)

Быстрая разработка приложений (RAD) – это проектная методология, чаще всего используемая в проектах по разработке ПО, основной целью которых является быстрое и качественное создание приложения. Данная методология управления проектами выделяет 4 стадии проекта:

• Планирование
• Пользовательское проектирование
• Быстрое конструирование
• Переключение

Методология быстрой разработки приложений, с одной стороны, помогает улучшить показатели результативности проекта и повысить качество риск-менеджмента. Но с другой стороны, данная метрология не подходит для масштабных IT проектов, может привести к низкому качеству кода и требует постоянного вовлечение клиента в процесс исполнения всего проекта

• Не существует универсальной «наилучшей» методологии управления проектом – выбор определяется типом проекта и спецификой окружающей среды
• Если вы работаете над проектом с возможными небольшими изменениями содержания работ, например, в области строительства, выбирайте каскадную модель
• Для разработки программного обеспечения, графического дизайна и других сервисно-ориентированных проектов выбирайте Agile методологию
• Используйте методологию быстрой разработки приложений для небольших IT проектов с сжатыми сроками
• Если вам необходимо минимизировать риски и требуются структурированный подход в исполнении крупного или среднего масштаба проекта, выбирайте PRINCE2
• Не бойтесь использовать другие, менее популярные методологии, если они в большей степени подходят к вашему проекту

Классификация информационных систем по характеру использования информации

Классификация информационных систем по степени автоматизации

Основные понятия технологии проектирования

Лекция № 1

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

Лекции по предмету информационных систем (ИС)

Информационная система (ИС) — это система, предназначенная для ведения информационной модели, чаще всего — какой-либо области человеческой деятельности. Эта система должна обеспечивать средства для протекания информационных процессов:

· хранение

Системы , которые осуществляют хранение и обработку информации называют информационно-вычислительными системами. В информационную систему данные поступают от источника информации. Эти данные отправляются на хранение либо претерпевают в системе некоторую обработку и затем передаются потребителю.

Между потребителем и собственно информационной системой может быть установлена обратная связь. В этом случае информационная система называется замкнутой . Канал обратной связи необходим, когда нужно учесть реакцию потребителя на полученную информацию.

Информационная система состоит:

o источника информации,

o аппаратной части ИС,

o программной части ИС,

o потребителя информации.

• Ручные информационные системы характеризуются отсутствием современных технических средств переработки информации и выполнением всех операций человеком. Например, о деятельности менеджера в фирме, где отсутствуют компьютеры, можно говорить, что он работает с ручной ИС.
• Автоматизированные информационные системы (АИС) — наиболее популярный класс ИС. Предполагают участие в процессе обработки информации и человека, и технических средств, причем главная роль отводится компьютеру.
• Автоматические информационные системы выполняют все операции по переработке информации без участия человека, различные роботы. Примером автоматических информационных систем являются некоторые поисковые машины Интернет, например Google, где сбор информации о сайтах осуществляется автоматически поисковым роботом и человеческий фактор не влияет на ранжирование результатов поиска.

• Информационно-поисковые системы — программная система для хранения, поиска и выдачи интересующей пользователя информации.
• Информационно-аналитические системы — класс информационных систем, предназначенных для аналитической обработки данных.
• Информационно-решающие системы — системы, осуществляющие переработку информации по определенному алгоритму.
• управляющие
• советующие
• Ситуационные центры (информационно-аналитические комплексы)

С точки зрения программно-аппаратной реализации можно выделить ряд типовых архитектур ИС:

1. Традиционные архитектурные решения основаны на использовании выделенных файл-серверов (File-server) или серверов баз данных (Client-server).

2. Корпоративные информационные системы , базируются на технологии Internet (Intranet-приложения).

3. "Хранилища данных" (DataWarehouse) - интегрированные информационные среды, включающие разнородные информационные ресурсы.

4. Архитектура интеграции информационно-вычислительных компонентов на основе объектно-ориентированного подхода, которые используются для построения глобальных распределенных информационных приложений (Service Oriented architecture SOA).

Индустрия разработки автоматизированных информационных систем управления зародилась в 1950-х - 1960-х годах и к концу века приобрела вполне законченные формы. На первом этапе основным подходом в проектировании ИС был метод "снизу-вверх", когда система создавалась как набор приложений, наиболее важных в данный момент для поддержки деятельности предприятия. Основной целью этих проектов было не создание тиражируемых продуктов, а обслуживание текущих потребностей конкретного учреждения. Такой подход отчасти сохраняется и сегодня. В рамках "лоскутной автоматизации" достаточно хорошо обеспечивается поддержка отдельных функций, но практически полностью отсутствует стратегия развития комплексной системы автоматизации, а объединение функциональных подсистем превращается в самостоятельную и достаточно сложную проблему.

Создавая свои отделы и управления автоматизации, предприятия пытались "обустроиться" своими силами. Однако периодические изменения технологий работы и должностных инструкций, сложности, связанные с разными представлениями пользователей об одних и тех же данных, приводили к непрерывным доработкам программных продуктов для удовлетворения все новых и новых пожеланий отдельных работников. Как следствие - и работа программистов, и создаваемые ИС вызывали недовольство руководителей и пользователей системы.

Следующий этап связан с осознанием того факта, что существует потребность в достаточно стандартных программных средствах автоматизации деятельности различных учреждений и предприятий. Из всего спектра проблем разработчики выделили наиболее заметные: автоматизацию ведения бухгалтерского аналитического учета и технологических процессов. Системы начали проектироваться "сверху-вниз", т.е. в предположении, что одна программа должна удовлетворять потребности многих пользователей.

Сама идея использования универсальной программы накладывает существенные ограничения на возможности разработчиков по формированию структуры базы данных, экранных форм, по выбору алгоритмов расчета. Заложенные "сверху" жесткие рамки не дают возможности гибко адаптировать систему к специфике деятельности конкретного предприятия: учесть необходимую глубину аналитического и производственно-технологического учета, включить необходимые процедуры обработки данных, обеспечить интерфейс каждого рабочего места с учетом функций и технологии работы конкретного пользователя. Решение этих задач требует серьезных доработок системы. Таким образом, материальные и временные затраты на внедрение системы и ее доводку под требования заказчика обычно значительно превышают запланированные показатели.

Согласно статистическим данным , собранным Standish Group (США), из 8380 проектов, обследованных в США в 1994 году, неудачными оказались более 30% проектов, общая стоимость которых превышала 80 миллиардов долларов. При этом оказались выполненными в срок лишь 16% от общего числа проектов, а перерасход средств составил 189% от запланированного бюджета.

В то же время , заказчики ИС стали выдвигать все больше требований, направленных на обеспечение возможности комплексного использования корпоративных данных в управлении и планировании своей деятельности.

Таким образом, возникла насущная необходимость формирования новой методологии построения информационных систем.

Методология проектирования информационных систем описывает процесс создания и сопровождения систем в виде жизненного цикла (ЖЦ) ИС, представляя его как некоторую последовательность стадий и выполняемых на них процессов. Для каждого этапа определяются состав и последовательность выполняемых работ, получаемые результаты, методы и средства, необходимые для выполнения работ, роли и ответственность участников и т.д. Такое формальное описание ЖЦ ИС позволяет спланировать и организовать процесс коллективной разработки и обеспечить управление этим процессом.

Цель создания методологии построения информационных систем заключается в регламентации процесса проектирования ИС и обеспечении управления этим процессом с тем, чтобы гарантировать выполнение требований, как к самой ИС, так и к характеристикам процесса разработки.

Основными задачами, решению которых должна способствовать методология проектирования ИС, являются следующие:

• обеспечивать создание корпоративных ИС, отвечающих целям и задачам организации, а также предъявляемым требованиям по автоматизации деловых процессов заказчика;
• гарантировать создание системы с заданным качеством в заданные сроки и в рамках установленного бюджета проекта;
• поддерживать удобную дисциплину сопровождения, модификации и наращивания системы;
• обеспечивать преемственность разработки, т.е. использование в разрабатываемой ИС существующей информационной инфраструктуры организации (задела в области информационных технологий).

Внедрение методологии должно приводить к снижению сложности процесса создания ИС за счет полного и точного описания этого процесса, а также применения современных методов и технологий создания ИС на всем жизненном цикле ИС - от замысла до реализации.

Жизненный цикл ИС можно представить как ряд событий, происходящих с системой в процессе ее создания и использования. Модель жизненного цикла отражает различные состояния системы, начиная с момента возникновения необходимости в данной ИС и заканчивая моментом ее полного выхода из употребления.

В настоящее время известны и используются следующие модели жизненного цикла :

• Каскадная модель предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе.

• Поэтапная модель с промежуточным контролем предусматривает разработку ИС итерациями с циклами обратной связи между этапами. Межэтапные корректировки позволяют учитывать реально существующее взаимовлияние результатов разработки на различных этапах; время жизни каждого из этапов растягивается на весь период разработки.

• Спиральная модель На каждом витке спирали выполняется создание очередной версии продукта, уточняются требования проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка.

На практике наибольшее распространение получили две основные модели жизненного цикла:

• каскадная модель (характерна для периода 1970-1985 гг.);
• спиральная модель (характерна для периода после 1986.г.).

В ранних проектах достаточно простых ИС каждое приложение представляло собой единый, функционально и информационно независимый блок. Для разработки такого типа приложений эффективным оказался каскадный способ. Каждый этап завершался после полного выполнения и документального оформления всех предусмотренных работ.

Можно выделить следующие положительные стороны применения каскадного подхода:

• на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;
• выполняемые в логической последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.

Каскадный подход хорошо зарекомендовал себя при построении относительно простых ИС, когда в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования к системе. Основным недостатком этого подхода является то, что реальный процесс создания системы никогда полностью не укладывается в такую жесткую схему, постоянно возникает потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений. В результате реальный процесс создания ИС оказывается соответствующим поэтапной модели с промежуточным контролем.

Однако и эта схема не позволяет оперативно учитывать возникающие изменения и уточнения требований к системе. Согласование результатов разработки с пользователями производится только в точках, планируемых после завершения каждого этапа работ, а общие требования к ИС зафиксированы в виде технического задания на все время ее создания. Таким образом, пользователи зачастую получают систему, не удовлетворяющую их реальным потребностям.

Спиральная модель ЖЦ была предложена для преодоления перечисленных проблем. На этапах анализа и проектирования реализуемость технических решений и степень удовлетворения потребностей заказчика проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию работоспособного фрагмента или версии системы. Это позволяет уточнить требования, цели и характеристики проекта, определить качество разработки, спланировать работы следующего витка спирали. Таким образом углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта и в результате выбирается обоснованный вариант, который удовлетворяет действительным требованиям заказчика и доводится до реализации.

Итеративная разработка отражает объективно существующий спиральный цикл создания сложных систем. Она позволяет переходить на следующий этап, не дожидаясь полного завершения работы на текущем и решить главную задачу - как можно быстрее показать пользователям системы работоспособный продукт, тем самым, активизируя процесс уточнения и дополнения требований.

Методология проектирования ИС охватывает три основные области :

• проектирование объектов данных, которые будут реализованы в базе данных;
• проектирование программ, экранных форм, отчетов, которые будут обеспечивать выполнение запросов к данным;
• учет конкретной среды или технологии, а именно: топологии сети, конфигурации аппаратных средств, используемой архитектуры (файл-сервер или клиент-сервер), параллельной обработки, распределенной обработки данных и т.п.

Проектирование информационных систем всегда начинается с определения цели проекта.

Цель проекта можно определить как решение ряда взаимосвязанных задач, включающих в себя следующие пункты:

• реализация требуемой функциональности системы и уровня ее адаптивности к изменяющимся условиям функционирования;
• реализация требуемой пропускной способности системы;
• реализация требуемого времени реакции системы на запрос;
• реализация безотказной работы системы;
• реализация необходимого уровня безопасности;
• реализация простоты эксплуатации и поддержки системы.

Согласно современной методологии проектирования процесс создания ИС делится на следующие этапы (стадии) :

1. Формирование требований к системе: Задача формирования требований к ИС является одной из наиболее ответственных, трудно формализуемых и наиболее дорогих и тяжелых для исправления в случае ошибки. На єтой стадии осуществляется моделирование бизнес-процессов, протекающих в организации и реализующих ее цели и задачи. Для этого необходимо определить требования заказчиков к ИС и отобразить их на языке моделей в требования к разработке проекта ИС так, чтобы обеспечить соответствие целям и задачам организации. На выходе этапа получаем модель организации, описанную в терминах бизнес-процессов и бизнес-функций.

2. Проектирование: На этапе проектирования формируются модели данных. Проектировщики в качестве исходной информации получают результаты анализа требований к ИС. Построение логической и физической моделей данных является основной частью проектирования базы данных. Полученная в процессе анализа информационная модель сначала преобразуется в логическую, а затем в физическую модель данных. Параллельно с проектированием схемы базы данных выполняется проектирование процессов, чтобы получить спецификации (описания) всех модулей ИС. При проектировании модулей определяют интерфейсы программ: разметку меню, вид окон, горячие клавиши и связанные с ними вызовы.

Конечными продуктами этапа проектирования являются:

· схема базы данных (на основании ER-модели, разработанной на этапе анализа);

· набор спецификаций модулей системы (они строятся на базе моделей функций).

· технический проект ИС (техническое задание), эскизный проект, рабочая документация.

3. Реализация: На этапе реализации осуществляется создание программного обеспечения системы, установка технических средств, разработка эксплуатационной документации.

4. Тестирование: обычно оказывается распределенным во времени. После завершения разработки отдельного модуля системы выполняют автономный тест, который преследует две основные цели:

• обнаружение отказов модуля (жестких сбоев);
• соответствие модуля спецификации (наличие всех необходимых функций, отсутствие лишних функций).

После того как автономный тест успешно пройдет, модуль включается в состав разработанной части системы и группа сгенерированных модулей проходит тесты связей, которые должны отследить их взаимное влияние.

Далее группа модулей тестируется на надежность работы, то есть проходят, во-первых, тесты имитации отказов системы, а во-вторых, тесты наработки на отказ. Первая группа тестов показывает, насколько хорошо система восстанавливается после сбоев программного обеспечения, отказов аппаратного обеспечения. Вторая группа тестов определяет степень устойчивости системы при штатной работе и позволяет оценить время безотказной работы системы. В комплект тестов устойчивости должны входить тесты, имитирующие пиковую нагрузку на систему.

Затем весь комплект модулей проходит системный тест - тест внутренней приемки продукта, показывающий уровень его качества. Сюда входят тесты функциональности и тесты надежности системы.

Последний тест информационной системы - приемо-сдаточные испытания. Такой тест предусматривает показ информационной системы заказчику и должен содержать группу тестов, моделирующих реальные бизнес-процессы, чтобы показать соответствие реализации требованиям заказчика.