Методологии и технологии системного проектирования информационных систем


                Э.Р. Ипатова, Ю.В. Ипатов





                МЕТОДОЛОГИИ И ТЕХНОЛОГИИ СИСТЕМНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ





Учебник


3-е издание, стереотипное


Допущено Учебно-методическим объединением по образованию в области прикладной информатики в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся по специальности «Прикладная информатика (по областям)» и другим экономическим специальностям





Москва
Издательство «ФЛИНТА»


2021

УДК 004.05(075.8)
ББК 32.973.202

     И76

Серия «Информационные технологии»
Главный редактор Д.И. Фельдштейн
         Заместитель главного редактора С.К. Бондырева
Члены редакционной коллегии:
А.Г. Асмолов, В.А. Болотов, В.П. Борисенков, А.А. Деркач, А.И. Донцов, И.В. Дубровина, М.И. Кондаков, В.Г. Костомаров, Н.Н. Малофеев,
Н.Д. Никандров, В.А. Поляков, В.В. Рубцов, Э.В. Сайко

Рецензенты:
д-р техн. наук, профессор Московской академии государственного и муниципального управления РАГС при Президенте РФ Б.Г Литвак;
д-р техн. наук, профессор
     Московского государственного института стали и сплавов В.А. Косарев;
канд. физ.-мат. наук, доцент
          Магнитогорского государственного университета В.Е. Петеляк

       Ипатова Э.Р.
И76 Методологии и технологии системного проектирования информационных систем [Электронный ресурс] : учебник / Э.Р. Ипатова, Ю.В. Ипатов. — 3-е изд., стер. — М. : ФЛИНТА, 2021. — 256 с.
          ISBN 978-5-89349-978-0

          В учебнике описан процесс проектирования информационных систем. Большое внимание уделено проблемам стандартов и профилей информационных систем. Подробно описаны различные методологические подходы к проектированию ИС и соответствующие этим подходам инструментальные средства (Bpwin, Rational Rose). Процесс проектирования изложен с точек зрения системного проектирования, детального проектирования и проиллюстрирован большим количеством примеров. Даны вопросы для самопроверки.
          Для студентов, аспирантов и преподавателей вузов.

                                                                 УДК 004.05(075.8)
                                                                 ББК 32.973.202







ISBN 978-5-89349-978-0

                   © Ипатова Э.Р., 2016
                   © Издательство «ФЛИНТА», 2016

    ОГЛАВЛЕНИЕ



ГЛАВА 1. СТАНДАРТЫ И ПРОФИЛИ В ОБЛАСТИ ИНФОРМАЦИОННЫХ
         СИСТЕМ....................................................7
      1.1. Основные этапы автоматизации информационных процессов ..7
      Вопросы для самопроверки................................... 11
      1.2. Подходы к построению и проектированию информационных систем ..11
      Вопросы для самопроверки....................................13
      1.3. Стандарты в области информационных систем..............14
        1.3.1. Международный стандарт ISO/IEC 12207: 1995-08-01 . 15
        1.3.2. Стандарты комплекса ГОСТ 34........................18
        1.3.3. Методика Oracle CDM................................23
      Вопросы для самопроверки....................................24
      1.4. Профили в области информационных систем................25
        1.4.1. Понятие профиля информационных систем. Цели и принципы формирования профилей информационных систем...............25
        1.4.2. Структура и содержание профилей информационных систем.29
        1.4.3. Процессы формирования, развития и применения профилей информационных систем.....................................33
      Вопросы для самопроверки....................................36
      БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК....................................37
ГЛАВА 2. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ.....................................39
      2.1. Основные понятия.......................................39
      Вопросы для самопроверки....................................43
      2.2. Методологические подходы к проектированию информационных систем.......................................44
      Вопросы для самопроверки....................................47
      2.3. Методология структурного анализа и проектирования информационных систем.......................................48
        2.3.1. Основные понятия IDEF0.............................48
      Вопросы для самопроверки....................................51
        2.3.2. Основные понятия методологии SADT..................52
      Вопросы для самопроверки....................................61
        2.3.3. BPwin - инструмент реализации методологий структурного анализа и проектирования..................................62
      Вопросы для самопроверки....................................73
      2.4. Методология объектно-ориентированного анализа и проектирования информационных систем......................................74
        2.4.1. Сущность объектно-ориентированного подхода к анализу и проектированию информационных систем...................74


3

      Вопросы для самопроверки...................................78
        2.4.2. UML - унифицированный язык объектно-ориентированного моделирования информационных систем......................79
         2.4.2.1. Диаграммы вариантов использования (модели прецедентов).. 81
         2.4.2.2. Диаграммы классов..............................86
         2.4.2.3. Диаграммы взаимодействия.......................89
        2.4.3. Методология Rational Unified Process (RUP)........92
      Вопросы для самопроверки...................................94
      БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК...................................95
ГЛАВА 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ....................97
      3.1. Модели информационных систем..........................98
      Вопросы для самопроверки...................................102
      3.2. Методологии проектирования информационных систем......103
        3.2.1. Основные понятия..................................103
        3.2.2. Методологии моделирования бизнес-процессов........107
        3.2.3. Методология моделирования информационных систем... 113
      Вопросы для самопроверки................................... 117
      3.3. Методика системного проектирования.................... 118
        3.3.1. Предпроектное обследование........................ 119
        3.3.2. Создание концепции новой ИС ......................123
        3.3.3. Разработка системного проекта ИС..................131
      Вопросы для самопроверки...................................138
      БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК...................................140
ГЛАВА 4. ПРАКТИКУМ ПО СИСТЕМНОМУ ПРОЕКТИРОВАНИЮ
ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ...................................143
      4.1. Методологические основы проектирования информационных систем.... 146
        4.1.1. Постановка задачи. Определение рабочей области моделирования .... 146
        4.1.2. Моделирование бизнес-процессов с использованием
             методологии SADT и инструментария AllFusion Modelling Suite .149

         4.1.3. Моделирование бизнес-процессов с использованием методологии RUP и инструментария Rational Suite...........................166
         4.1.4. Моделирование потоков данных с использованием
              методологии SADT и инструментария AllFusion Modeling Suite ..176
         4.1.5. Моделирование потоков работ с использованием
              методологии SADT и инструментария AllFusion Modeling Suite ..181

         4.1.6. Моделирование потоков работ с использованием методологии RUP и инструментария Rational Suite..............184
         4.1.7. Создание дополнительных моделей предметной области с использованием инструментария AllFusion Modeling Suite......187
       4.2. Основы системного проектирования информационных систем.....190
       4.2.1. Предпроектное обследование..............................190

4

         4.2.1.1. Сбор и анализ документов, описывающих процессы предметной области....................................................190
         4.2.1.2. Создание модели AS-IS бизнес-процессов деятельности компании....................................202
         4.2.1.3. Создание модели информационных потоков предметной области компании..............................207
          4.2.1.4. Определение «узких» мест и выработка предложений по усовершенствованию информационных систем компании.... 211
        4.2.2. Создание концепции новой информационной системы....214
          4.2.2.1. Формирование требований к новой информационной системе .... 214
          4.2.2.2. Создание прототипов новой информационной системы............236
        4.2.3. Создание технического задания на проект информационных систем.................................................................241
ГЛОССАРИЙ......................................................................252

Нашему Учителю
                               Дьячко Анатолию Григорьевичу посвящается

        ГЛАВА 1. СТАНДАРТЫ И ПРОФИЛИ В ОБЛАСТИ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ

    1.1. Основные этапы автоматизации информационных процессов

  Современная экономика немыслима без эффективного управления. Успех управления во многом определяется эффективностью принятия интегрированных решений, которые учитывают самые разносторонние факторы и тенденции динамики их развития. В связи с этим организации и предприятия при выборе партнера в бизнесе уделяют большое внимание (в некоторых случаях определяющее) уровню его информационного обеспечения. К примеру, при выдаче больших и долгосрочных кредитов банки требуют определенных гарантий, им необходима регулярная и достоверная информация о деятельности предприятия (экономическая, управленческая, финансовая и т.д.).
  Своевременности и достоверности информации можно достичь в настоящее время только с помощью информационной системы. Для успешного функционирования на рынке организация или предприятие должно быть сертифицировано на соответствие международному стандарту качества, аттестовано аудиторскими фирмами. Затраты на сертификацию и аудит достаточно высоки. В случае если система управления предприятием или организацией автоматизирована, то аттестацию аудиторскими фирмами она проходит только один раз. Затем система сама работает с той достоверностью, которая в нее заложена.
  Эти причины необходимости автоматизации процессов управления можно отнести к внешним причинам. Существуют и внутренние причины этого процесса. Одной из основных внутренних причин является постоянное совершенствование структуры управления, направленное на достижение бизнес-цели предприятия или организации.
  Развитие любого процесса проходит следующие этапы: искусство, наука, промышленная технология. Так это было с металлургическими процессами, с доменным, сталеплавильным производством. Так это произошло и с технологией процесса управления. Основой для принятия решений в процессе управления является информация.
  Автоматизированные информационные системы претерпели с момента возникновения существенные изменения в своем развитии. Каждое новое

7

десятилетие развития вычислительной техники определяло не только новый вид компьютера, но и несло с собой новую технологию обработки информации.
  В первой половине XX столетия компьютеры были научными диковинками и использовались только для решения научных и военно-инженерных задач. 50-е годы внесли новую технологию - языки программирования. Машины для коммерческих расчетов 60-х годов - операционные системы. При этом в 60-е годы компьютеры не столько изменяли что-либо в организациях, сколько предохраняли от этого. То есть они не вызвали фундаментальных изменений в области бизнеса, а сыграли важную роль в сохранении функциональной структуры организаций того времени.
  Именно в 60-е годы был пройден начальный этап в создании автоматизированных информационных систем, который характеризуется следующими факторами:
  -  накопление компаниями первоначального опыта использования ЭВМ, выявление основных направлений применения ЭВМ для управления предприятиями и организациями;
  -  достижение главной цели, которая заключалась в сокращении управленческих расходов и численности персонала;
  -  автоматизация отдельных операций, таких как бухгалтерский учет, финансовые расчеты, материально-техническое снабжение.
  Достижения в области вычислительной техники в период с 1968 по 1972 год (базы данных, терминалы, сети и постоянные запоминающие устройства) привели к тому, что почти все существовавшие до тех пор приложения устарели и возникла потребность в целом классе новых приложений. Концепцией интерактивных баз данных заинтересовались менеджеры, которые предложили мероприятия для устранения информационной изоляции:
  -  рассматривать информацию как ключевой корпоративный ресурс;
  -  построить согласованную, интегрированную базу данных, охватывающую все сферы деятельности компании;
  -  обеспечить ввод и обновление информации в базу данных немедленно, как только она поступает в компанию.
  Главным результатом 70-х годов было то, что сформировалось видение будущего: информация всегда доступна, оперативна, организована в согласованной базе данных. Информация стала рассматриваться как стратегическое сырье наравне с другими ресурсами. Этот этап внедрения автоматизированных систем - этап установления контроля над внедрением новой информационной технологии - характеризовался следующим:

8

  -  поиск сфер применения ЭВМ в управлении завершен, парк ЭВМ не расширяется;
  -  вырабатываются организационные формы управления новой техникой, выявляется ее влияние на управленческие процессы в целом;
  -  отдельные виды информационных систем компании пока изолированы и слабо совместимы между собой;
  -  информационные системы предназначены в основном для информационного обеспечения руководства фирмы;
  -  выдвигается идея интеграции информационного обеспечения управленческих процессов; в компаниях создаются единые, самостоятельные информационные службы.
  В 80-е годы компьютерная индустрия вступила в пору зрелости. Этот период был периодом перехода процесса разработки приложений для бизнеса из области искусства в инженерную дисциплину. В ходе этого процесса сформировались два важных результата: методология и CASE. При этом методология рассматривалась как формальное предписание, руководство, описывающее процесс построения программных средств. CASE - это сам процесс проектирования. В ходе построения методологии были созданы программные инструментальные средства, которые поддерживали и методологию, и сам процесс проектирования - CASE. Например: SADT - методология структурного анализа и проектирования, IDEF - технология проектирования.
  В эти годы проходил этап интеграции информационных систем и видов деятельности. Его характерные особенности:
  -  преодолены технические трудности, вычислительные центры и сети объединяются с системами другой природы - телефоном, телевидением и т.д.;
  -  с появлением ПК акцент автоматизации перенесен на создание децентрализованных систем, в которых все ПК, ЭВМ, разнородное оборудование фирмы объединены в локальную сеть, в таких системах информация распределена между ПК, а управленец приближен к компьютеру;
  -  преодолены организационно-методологические трудности, выдвигается концепция управления информационными ресурсами, в которой информация рассматривается как еще один важный организационный ресурс наряду с финансами, материалами, оборудованием, персоналом и т.д.;

9

  -  преодолены психологические трудности, сформирован новый эшелон работников, которые рассматривают новую технику как инструмент современного производства;
  -  на единой технической, организационной, методологической основе происходит интеграция информационных систем;
  -  возрос статус информационной службы, преобразованной в службу управления информационными ресурсами фирмы.
  В 1990-е годы технические результаты технологии персональных компьютеров стали очевидны: легкий в применении графический интерфейс пользователя, фактически неограниченный доступ к ресурсам компьютера с индивидуального рабочего места и новое представление о компьютерах и приложениях, выполняемых на них. Появляются новые технологии обработки данных -распределенная обработка данных.
  Начало нового тысячелетия характеризуется появлением огромного числа новых информационных технологий, к которым можно отнести геоинформа-ционные технологии, Intranet-технологию, OLAP-технологию и другие. По мнению ведущих ученых, в настоящее время начался переход развитых стран из века энергетики в век информации, о чем свидетельствуют следующие симптомы:
  -  время удвоения накопленных научных данных составляет 2-3 года;
  -  материальные затраты на хранение, передачу и переработку информации превышают аналогичные расходы на энергетику.
  Развитие российской IT-индустрии, безусловно, находится в прямой зависимости от развития мировой IT-индустрии. При этом развивающийся процесс информатизации в России имеет свои национальные особенности, которые на сегодняшний день можно охарактеризовать в целом следующим образом:
  -  локальная фрагментарная автоматизация;
  -  практика человеко-проекг;
  -  зависимость от конкретного исполнителя;
  -  разрыв уровня задач и информационных технологий;
  -  отсутствие исторически накопленных данных;
  -  финансирование по остаточному признаку.
  При этом, несмотря на остаточный принцип финансирования и отставание в темпах развития, IT-индустрия страны развивается по законам мировой П-индустрии. В связи с этим увеличивается стоимость вложений в этот вид бизнеса и, как следствие, увеличиваются риски предприятий.

10

  За последнее десятилетие российская IT-индустрия претерпела значительные изменения. Об этом говорит как участие первых лиц государства в обсуждении вопросов информатизации на международных форумах, появление программы «Электронная Россия», так и участие российской IT-индустрии в крупных проектах не только в России, но и за ее пределами.


    Вопросы для самопроверки

    1. Внешние причины необходимости автоматизации процессов обработки информации.
    2. Внутренние причины необходимости автоматизации процессов обработки информации.
    3. Новая информационная технология 50-х годов XX века.
    4. Какую новую информационную технологию принесли 60-е годы?
    5. Характеристики процесса информатизации для этапа 60-х годов.
    6. Какую новую информационную технологию принесли 70-е годы?
    7. Характеристики процесса информатизации для этапа 70-х годов.
    8. Какую новую информационную технологию принесли 80-е годы?
    9. Характеристики процесса информатизации для этапа 80-х годов.
   10. Какую новую информационную технологию принесли 90-е годы?
   11. Характеристики процесса информатизации для этапа 90-х годов.
   12. Особенности процесса информатизации в России.



    1.2. Подходы к построению и проектированию информационных систем

  Задачей проектировщиков автоматизированных систем является включение в существующие ИС со своей ИТ элементов автоматизации на всех уровнях и создание на базе автоматизации новой ИТ.
  Первые информационные системы разрабатывались на основе так называемого позадачного метода. При этом решались вопросы автоматизации задач оперативного уровня. Выбирались самые очевидные, формализуемые задачи, автоматизация которых сразу давала максимальную эффективность. К ним относились задачи расчета заработной платы, снабжения, кадры и т.д.
  Позадачный метод создания ИС заключается в следующем: для каждой задачи создавался свой блок данных и своя прикладная программа, кото

11

рая решала одну эту задачу с максимальной эффективностью. Этот метод нес с собой следующие проблемы.
  Проблема контроля избыточности данных, поскольку данные в задаче могли дублироваться. Например, задачи расчета зарплаты и кадры содержат одинаковые сведения о сотрудниках. Изменение исходных данных в одной задаче влечет за собой необходимо изменение исходных данных в другой.
  Возникала взаимосвязь между данными и прикладными программами, которые писались на стандартных языках программирования типа Кобол, Фортран, Бейсик и т.п. Прикладные программы содержали как описание данных, так и алгоритмы манипулирования данными. В результате любое изменение в организации данных приводило к необходимости изменения программы. Кроме того, практически идентичные алгоритмы манипулирования данными (операции доступа, выбора, вставки, замены, удаления, реорганизации данных) должны были содержаться во всех прикладных программах.
  Невозможно выйти на качественно новый уровень ИТ, поскольку:
  -  не реализуется принцип новых задач, автоматизация происходит по-старому, исходя из существующих в организации бизнес-процессов, расширение системы невозможно;
  -  выборочная автоматизация информационных процессов нарушает естественные для организации взаимосвязи, созданная позадачным методом ИС не содержит элемент развития.
  Однако этот подход необходим как один из этапов развития информационных систем.
  Методологическую основу проектирования ИС в настоящее время составляет системный подход, в соответствии с которым любая система представляет собой совокупность взаимосвязанных объектов (элементов), функционирующих совместно для достижения общей цели. Этот подход позволяет увидеть систему в ее развитии.
  Для системы характерно изменение состояний объектов, которое с течением времени происходит в результате взаимодействия объектов в различных процессах и с внешней средой. В результате такого поведения системы важно соблюдение следующих принципов:
  -  эмерджентности, то есть целостности системы на основе общей структуры, когда поведение отдельных объектов рассматривается с позиции функционирования всей системы;

12

  -  гомеостазиса, то есть обеспечения устойчивого функционирования системы и достижения общей цели;
  -  адаптивности к изменениям внешней среды и управляемости посредством воздействия на элементы системы;
  -  обучаемости путем изменения структуры системы в соответствии с изменением целей системы.
  При создании ИС требуется как согласование задач (функций), так и согласование данных. При этом были сформулированы основные требования к организации данных:
  -  интеграция данных;
  -  максимально возможная независимость данных от прикладных программ.
  Выполнение этих требований привело к созданию единого для всех задач блока данных - базы данных - и разработке одной управляющей программы для манипулирования данными на физическом уровне - системе управления базой данных.
  Из прикладных программ позадачного метода в СУБД были выделены средства манипулирования данными на физическом уровне. Именно СУБД обеспечивает независимость данных, а прикладные программы поддерживают логику каждой конкретной задачи. Изменения физической организации воспринимаются СУБД и не влияют на прикладную программу. Изменение логики прикладной программы не требует реорганизации и изменения механизма доступа к физическим данным. Таким образом отделяются логическая (с точки зрения пользователя) и физическая (с машинной точки зрения) структуры данных.
  Системный подход к проблеме, современное состояние баз данных и хранилищ данных, новейшие разработки в стандартах, методологиях и инструментарии позволили выйти на новый уровень информационных систем - корпоративных информационных систем. КИС позволяют предприятию решать различные задачи: экономические, финансовые, производственные, управления кадрами и другие, используя общие информационные ресурсы.

    Вопросы для самопроверки

    1. Опишите позадачный метод разработки ИС.
    2. Проблемы позадачного метода разработки ИС.
    3. Почему позадачный подход к разработке ИС не позволяет выйти на новый уровень информационных технологий?

13