Сетевое научное издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 0,936

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Черноморова Т.С. 1

---

1 ФГБОУ ВПО «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова»

Рассматривается подход к использованию методики формализации описания предметной области и спецификации требований пользователей при построении распределенной базы данных корпоративной информационной системы (КИС). Анализ предметной области – это первый и достаточно трудоемкий этап процесса разработки системы. В этом процессе выделяются три момента: разработка информационного, программного и аппаратного обеспечения. Сокращение сроков разработки и стоимости новых проектов требует автоматизации процесса анализа и синтеза рациональных технических решений. Техническое решение – это указание на средства, предназначенные для достижения поставленной цели. Под средствами понимаются способы, а именно: технологии, платформы, интерфейсы, сервисы, архитектуры, программные компоненты и т.д., описываемые группами признаков, и различные связи между ними. Современная парадигма создания сложных систем позволяет собирать КИС из отдельных компонент и на каждом этапе анализировать достигнутый результат. На примере разработки КИС управления университетом демонстрируется использование классической модели формализации деловых процессов и требований пользователей с целью их последующей автоматизации.

Статья в формате PDF

254 KB

технологии

предметная область

формализованная модель

1. Астраков С.Н. Методы поиска эффективных решений в распределенных системах : автореф. дис. … док. физ.-мат. наук. 05.13.01. - Иркутск, 2014.

2. Бусленко Н.П., Калашников В.В., Коваленко И.Н. Лекции по теории сложных систем. - М. : Советское радио, 1973. – 440 с. : ил.

3. Жданов В.С. Статистические методы проектирования автоматизированных систем централизованного контроля и управления. - М. : Энергия, 1976. – 64 с. : ил.

4. Кульба В.В., Ковалевский С.С. и др. Теоретические основы проектирования оптимальных структур распределенных баз данных. Сер.: Информация России на пороге ХХI века. – М. : СИНТЕГ, 1999. - 660 с.

5. Лавров А.Н. Автоматизированное управление в больших системах. – Л. : Энергия, 1974. – 120 с. : ил.

6. Макконнелл С. Сколько стоит программный проект. – М. : Русская Редакция ; СПб. : Питер, 2007. – 297 с. : ил.

7. Мамиконов А.Г. Основы построения АСУ : учебник для вузов. – Высшая школа, 1981. – 248 с. : ил.

8. Черноморов Г.А. Теория принятия решений : учебное пособие / Юж.-Рос. гос. техн. ун-т. – 3-е изд., перераб. и доп. – Новочеркасск : Ред. журн. «Изв. вузов. Электромеханика», 2005. - 448 с.

9. Таненбаум Э., ван Стеен М. Распределенные системы. Принципы и парадигмы. – СПб. : Питер, 2003. – 877 с. : ил.

10. Янбых Г.Ф., Эттингер Б.Я. Проектирование структуры отраслевой сети вычислительных центров. - Л. : Энергия, 1974. – 104 с. : ил.

В настоящее время быстро развивающиеся IT-технологии, растущее число высокобюджетных проектов в области разработки распределенных корпоративных информационных систем (КИС) требуют умения оценить на ранних этапах возможные выгоды и убытки от проектируемой системы, проанализировать возможные сценарии развития событий. По статистике, примерно около половины всех разработок завершаются с превышением бюджетных затрат или с опозданием [6]. Проекты, завершенные с превышением сроков и стоимости, обладают частично урезанными функциями, которые были описаны в первоначальном варианте.

Основные причины не выполненных разработок: неопределенность, особенно на ранних стадиях проектирования; плохое управление проектом; нестабильные требования; не включение в расчет части задач; упрощение оценки разрабатываемой системы.

Неопределенность на ранних стадиях проектирования – это незнание предметной области или поверхностное владение информацией о деловых процессах организации.

Распределенная КИС – это большой и сложный набор независимых компьютеров, представляющийся их пользователям единой объединенной системой. Такое определение очень схематично, в нем оговариваются два момента: концепции аппаратных решений и концепции программного обеспечения [9]. Следует добавить третью составляющую концептуальной основы КИС – это информационное обеспечение.

Процесс проектирования и разработки информационного, программного и аппаратного обеспечения проходит несколько основных этапов: анализ, проектирование, разработка, тестирование, ввод в эксплуатацию, сопровождение, снятие с эксплуатации.

Системотехники активно занимались в 70–80-е годы ХХ века проблемами разработки структуры технического обеспечения автоматизированных систем управления отраслью. В работах [5] представлены эвристические процедуры оптимизации структуры вычислительных центров (ВЦ), метод «ветвей и границ» для решения задач синтеза структуры отраслевой сети, обозначены проблемы оптимизации структуры системы передачи данных. Математические схемы для описания элементов сложных систем: булевы функции, Марковские процессы, конечные автоматы, системы массового обслуживания, динамические системы, представлены в лекциях Бусленко Н.В. [2].

Известно достаточное количество методов построения математических моделей и средств реализации моделирующих алгоритмов, используемых на этапе проектирования, разработки и тестирования сложной системы. Обсуждению понятия сложной системы, процесса ее функционирования, функциональных характеристик и показателей, используемых при проектировании и эксплуатации, посвящены работы Лаврова А.Н., Жданова В.С., Янбыха Г.Ф., Эттингера Б.Я. [3; 5; 10].

В настоящее время авторы работ [1; 8], посвященных проблемам синтеза и анализа распределенных информационных систем, наиболее часто используют математический аппарат теории графов, нечетких множеств, генетических алгоритмов, систем и сетей массового обслуживания.

Эта статья посвящена наиболее трудоемкой задаче разработки распределенной базы данных КИС университета, а именно: методологиям анализа и формализации предметной области.

Предметная область. КИС управления университетом предназначена для автоматизации финансовой, административно-хозяйственной, ряда информационных процессов учебной работы и обеспечивает возможность оперативного поиска, обработки и предоставления руководству информации по основным видам деятельности. Это иерархическая многоуровневая децентрализованная система.

Выделены 30 основных программно-независимых подсистем (ПС), каждая из которых предназначена для функционирования и выполнения всех или части функций в определенном подразделении. В соответствии с назначением и кругом решаемых задач подсистемы можно разбить на 4 комплекса: организационно-кадровый – 4 ПС, финансовый – 15 ПС, учебно-методический – 7 ПС, административно-хозяйственный – 4 ПС.

Взаимосвязь ПС между собой и в рамках общего комплекса осуществляется через общедоступные базы данных и через документы (выходные документы одной ПС являются входными документами для другой). Синхронизация использования общих информационных полей осуществляется каждой ПС самостоятельно с использованием сетевых средств системы управления базами данных (СУБД).

Исходная информация для построения модели предметной области формируется в виде спецификаций. Результаты обследования фиксируются в формах, представленных ниже. Объектами автоматизации являются подсистемы выделенных комплексов.

Например, организационно-кадровый комплекс включает ПС, представленные в таблице 1. ПС ОРГАНИЗАЦИОННАЯ СТРУКТУРА предназначена для поддержания в актуальном состоянии информации о характеристиках подразделений университета, их иерархической подчиненности, а также для предоставления пользователям соответствующей информации. Функции ПС:

1) просмотр ПС как целым списком, так и по уровням вложенности;

2) ввод новых подразделений и изменение информации о существующих.

Входные данные ПС – приказы и документ «Устав университета». Одна из структур данных информационного обеспечения под названием ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ представлена следующими данными: название подразделения, дата образования подразделения, руководитель подразделения, место расположения и телефоны подразделения.

С целью обеспечения защиты данных выделяются категории пользователей КИС.

Таблица 1

Подсистемы организационно-кадрового комплекса

Таблица 2

Основные функции

Таблица 3

Основные пользователи системы

CASE – технологии в анализе предметной области. В программной инженерии существуют два основных подхода к разработке КИС, принципиальное различие между которыми обусловлено разными способами декомпозиции системы. Первый называется функционально-модульным или структурным, второй — объектно-ориентированный подход, использует объектную декомпозицию.

В статье предложен структурный подход, при котором структура системы описывается в терминах иерархии ее функций и передачи информации между отдельными функциональными элементами.

На рис. 1 представлена укрупненная функциональная схема взаимосвязи каждого комплекса с его набором подсистем, выполненная в среде CASE 4.0.

На рис. 2 демонстрируется использование DFD – диаграммы потоков данных. Это укрупненная схема взаимосвязи функциональных комплексов с хранилищами данных. Следующий этап проектирования предполагает построение ER – model.

Рис. 1. Функциональная схема.

Формализованная модель предметной области. Для построения формализованной модели предметной области используется методика, представленная в источнике [4]. Описание предметной области включает следующие основные компоненты:

1) автоматизируемые функции, часть из которых приведена в табл. 2 и на рис. 1 обозначены как f11, f12, f13, f21 – f215, f31 - f37, f41 – f44;

2) процедуры обработки данных (задачи) представлены в табл. 1 и 3;

3) пользователи системы в табл. 3;

4) входные и выходные данные приведены в табл. 2 и на рис. 2 изображены прямоугольниками хранилища данных;

5) отношения между компонентами (матрицы смежности).

Модель описания может быть представлена в виде семерки [4]:

= <F, H, P, O,,, R>,

где F = {} – множество функций, подлежащих автоматизации;

H = {} – множество задач обработки данных;

P = {} – множество пользователей базы данных;

Рис. 2. Диаграмма потоков данных.

O = {} – множество объектов автоматизации;

= {} – множество входных данных задач обработки;

= {} – множество выходных данных задач обработки;

V = - полное множество информационных элементов предметной области;

R = {} – множество отношений между компонентами предметной области:

отношение «функции - процедуры». Определяет использование конкретной функцией набора процедур обработки данных;

отношение «функции - объекты». Определяет принадлежность объекта к той или иной функции;

отношение «функции - пользователи». Определяет использование той или иной функции конкретным пользователем;

отношение «функции – информационные элементы». Определяет использование конкретной функцией тех или иных входных и выходных данных;

отношение «процедуры - пользователи». Определяет соответствие задач потребностям пользователя;

отношение «задачи - объекты». Определяет принадлежность объекта к той или иной задаче;

отношение «задача - данные». Определяет использование тех или иных данных в работе конкретной задачи;

отношение «объекты - данные». Определяет информационное содержание каждого объекта.

Таким образом, формально модель предметной области можно описать системой множеств {F, H ,P, O,,, R} и булевых матриц смежности FH=, FP=, FO=, FV=, HP=, HO=, HV=, OV=, которые описывают соответствующие отношения R между компонентами предметной области.

Элементы матрицы принимают значение 1, если между соответствующими компонентами имеются взаимоотношения, и значение 0 в противном случае.

Модель спецификаций информационных требований пользователей может быть представлена следующим образом:

< αRβ >,

где k – индекс пользователя, α и β – структурные элементы предметной области. В качестве структурных элементов могут выступать объекты O, V.

Алгоритм формирования информационных требований пользователей включает следующие шаги.

1. На основании анализа матриц FP и HP строится таблица соответствия функций и задач для каждой группы пользователей.

2. С использованием матриц FO и HO формируются пары структурных элементов < OO >, где - отношения между объектами.

3. На основании анализа матрицы OV формируются пары < OO >, где - отношение принадлежности информационных элементов объектам.

4. В результате совместного анализа матриц FV и HV устанавливается противоречивость и несогласованность описаний объектов.

5. На основании результатов п.п.1-4 по каждому требованию пользователей формируются бинарные модели спецификаций < αRβ >, представляемые в виде списка парных отношений между структурными элементами :

, где ;

Из списка устраняются дублируемые структурные элементы, организуются в виде файла данных базы метаданных репозитария КИС и записываются в память компьютера.

Вывод. Формализованная модель используется для автоматизированной спецификации информационных требований пользователей, формирования словаря-справочника данных, а также для анализа данных с целью выявления противоречий и несогласованностей в требованиях пользователей, оценки точности и адекватности описаний объектов автоматизации.

Рецензенты:

Гречихин В.В., д.т.н., профессор кафедры «Информационные и измерительные системы и технологии» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Южно-Российский государственный политехнический университет (НПИ) имени М.И. Платова», г. Новочеркасск;

Иванов П.В., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Менеджмент и информатика» Новочеркасского инженерно-мелиоративного института Донского государственного аграрного университета, г. Новочеркасск.

Библиографическая ссылка