Системный анализ и моделирование информационных систем

Министерство науки и высшего образования 
Российской Федерации

Уральский федеральный университет 
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

И. А. Спицина
К. А. Аксенов

СИСтемный АнАлИз 
И моделИровАнИе ИнформАцИонных СИСтем

Учебное пособие

Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета
для студентов вуза, обучающихся
по направлению подготовки
09.04.01 — Информатика и вычислительная техника

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2021

УДК 303.732.4:681.518.001.57(075.8)
ББК 32.973.202я73
           С40
Рецензенты:
кафедра «Шахматное искусство и компьютерная математика» Уральского 
государственного экономического университета (завкафедрой канд. экон. 
наук, доц. Е. Н. Стариков);
канд. техн. наук, доц. С. С. Лаппо (генеральный директор АО «Ведение ре‑
естров компаний»).

Научный редактор — проф., д‑р техн. наук Л. Г. Доросинский

 
Спицина, И. А.
С40    Системный анализ и моделирование информационных систем : учеб‑
ное пособие / И. А. Спицина, К. А. Аксенов ; М‑во науки и высшего обра‑
зования РФ. — Екатеринбург : Изд‑во Урал. ун‑та, 2021. — 118 с.

ISBN 978‑5‑7996‑3196‑3

В издании рассмотрены этапы разработки информационных систем, начиная 
с планирования ИТ‑проекта. Основное внимание уделено методам системного 
анализа, применяемым в процессе анализа предметной области, проектирова‑
ния и разработки информационных систем. Описана технология проектирова‑
ния программного обеспечения с использованием пакета BPsim. Пособие содер‑
жит примеры, иллюстрирующие материал. Предназначено для студентов дневной 
и заочной форм обучения.

Библиогр.: 17 назв. Табл. 6. Рис. 84.
УДК 303.732.4:681.518.001.57(075.8)
ББК 32.973.202я73

ISBN 978‑5‑7996‑3196‑3 
© Уральский федеральный

 
     университет, 2021

оглавление

1. Особенности процесса разработки 
информационной системы ........................................................... 5
1.1. Основные понятия курса .................................................... 7
1.2. Этапы проведения системного анализа ............................13

2. Планирование разработки информационной системы ............20
2.1. Технические возможности .................................................20
2.2. Экономические возможности............................................21
2.3. Организационные возможности .......................................22

3. Анализ требований к информационной системе .....................26
3.1. Методы обследования предметной области ......................27
3.2. Методы определения узких мест в модели «как есть» ......30

4. Моделирование процессов .....................................................35
4.1. Метод функционального моделирования SADT (IDEF0) ...36
4.2. Методология IDEF3 ...........................................................38
4.3. Методология DFD ..............................................................43
4.4. Нотация BPMN ..................................................................46

5. Этап проектирования информационной системы ...................48
5.1. Дизайн архитектуры ...........................................................49
5.2. Эксплуатационные требования .........................................51
5.3. Требования к производительности ...................................52
5.4. Требования к безопасности ...............................................54
5.5. Культурные и политические требования ..........................55

6. Разработка пользовательского интерфейса ............................56
6.1. Базовые принципы разработки ПИ ..................................57
6.2. Использование CASE‑средства BPsim.SD  
при проектировании пользовательского интерфейса .............60

Оглавление

7. Описание системы технико-экономического 
проектирования BPsim3 .............................................................67
7.1. Назначение и логическая структура программы ..............67
7.2. Диаграммы и программы BPsim ........................................70
7.2.1. Диаграммы DFD ..............................................................70
7.2.2. Диаграммы прецедентов .................................................74
7.2.3. Подсистема диаграммы классов .....................................78
7.2.4. Диаграмма последовательности (поиска решения) .......88

8. Экспертное оценивание систем ............................................100
8.1. Общая методика проведения экспертного оценивания ...100
8.2. Метод мозгового штурма .................................................106
8.3. Метод Дельфи ...................................................................108
8.4. Метод сценариев ..............................................................110
8.5. Метод морфологического анализа ..................................111
8.6. Экспертные игры .............................................................112
8.7. Применение методов экспертных оценок  
при разработке ИТ‑проектов .................................................113

Библиографический список......................................................115

1. особенности процесса разработки 
информационной системы

С

оздание информационной системы (ИС) — долгосрочный 
сложный процесс, который сопровождается различными про‑
блемами. Они связаны с возможными нарушениями сроков 
или бюджета проекта, с проблемами в команде разработчиков или ка‑
чества готового программного продукта. Все это может привести к за‑
крытию проекта или разработке информационной системы, которая 
не будет использоваться.
Увеличить вероятность успешного завершения проекта помогут 
фундаментальные концепции, технологии и методы, представленные 
в этом учебном пособии.
Ключевую роль в процессе разработки ИС играет системный ана‑
литик. Для его работы необходимы следующие навыки [1]:
• технические — понимание существующей технической среды 
предприятия, основ новых технологий и способы их применения;
• деловые — понимание, как информационные технологии (ИТ) 
могут быть применены к текущей бизнес‑ситуации, гарантирова‑
ние того, что их использование поможет решить проблемы биз‑
неса;
• аналитические — регулярно используются при решении проблем, 
возникающих в ИТ‑проекте, а также связанных с организацион‑
ным уровнем;
• межличностные — постоянное общение со многими людьми: 
пользователями, менеджерами, программистами, которые име‑
ют разный опыт в разных областях;
• управленческие — управление людьми, с которыми он работает, 
управление рисками и принятие управленческий решений в ус‑
ловиях неопределенности данных;

1. Особенности процесса разработки информационной системы

• этические — этические вопросы при общении с коллегами 
и вопросы, связанные с обладанием конфиденциальной ин‑
формации.
Жизненный цикл ИС состоит из четырех этапов: планирования, 
анализа, проектирования и реализации. Рассмотрим работу аналити‑
ка на каждом этапе.
Этап планирования является самым фундаментальным этапом, 
на котором определяются причины и способы создания ИС. Анали‑
тик должен оценить следующие аспекты:
• технические возможности — можно ли разработать ИС с необ‑
ходимыми функциями;
• экономические возможности — приведет ли разработка ИС к уве‑
личению дохода предприятия;
• организационные возможности — достаточно ли у предприятия 
ресурсов для использования новой системы.
По окончании данного этапа необходимо подготовить требования 
к системе и технико‑экономическое обоснование, план проекта.
На этапе анализа необходимо определить потенциальных поль‑
зователей ИС, ее основные функции, а также где и когда она бу‑
дет использоваться. На данном этапе необходимо провести анализ 
имеющихся ИС, определить показатели, которые следует улучшить, 
и разработать концепцию новой системы. На нем выполняются сле‑
дующие действия:
• стратегический анализ. Изучение системы «как есть», ее проблем, 
определение путей по проектированию системы «как будет»;
• сбор требований (интервью, опросы, групповые семинары). Ана‑
лиз полученной информации. Разработка концепции системы. 
Разработка бизнес‑моделей системы, которые показывают, как 
будет использоваться ИС в бизнес‑процессах предприятия;
• разработка требований к системе.
На этапе проектирования выполняются следующие действия:
• определяется стратегия проектирования — самостоятельная раз‑
работка, разработка сторонней компанией или покупка суще‑
ствующего программного обеспечения;
• проектирование архитектуры системы и пользовательского ин‑
терфейса (основных форм и отчетов);
• проектирование структуры базы данных и служебных файлов;
• проектирование ИС — определение модулей ИС и их функций.

1.1. Основные понятия курса

В результате работы готовят спецификацию системы.
На этапе реализации аналитик разрабатывает план поддержки ИС, 
который включает в себя формальные и неформальные обзоры досто‑
инств и недостатков новой системы.
Краткий обзор этапов разработки показывает, что аналитик при‑
нимает активное участие на каждом из них.

1.1. основные понятия курса

Термины «анализ» и «синтез» широко используются в разных нау‑
ках: математике, химии, философии. В общем случае они определя‑
ются следующим образом [2]:
• анализ — прием мышления, связанный с разложением изучае‑
мого объекта на составные части, стороны, тенденции развития 
и способы функционирования для их относительно самостоя‑
тельного изучения;
• синтез — противоположная анализу операция, заключающаяся 
в объединении ранее выделенных частей в целое для получения 
знаний о целом путем выявления тех существенных связей и от‑
ношений, которые объединяют ранее выделенные в анализе ча‑
сти в одно целое.
При исследовании систем используют, помимо всего, агрегирова‑
ние и декомпозицию.
Агрегирование — процедура объединения частей в целое.
Декомпозиция — процедура разложения целого на части.
Применение анализа при исследовании системы подразумевает про‑
цесс декомпозиции с последующим определением статических и ди‑
намических характеристик элементов, рассматриваемых во взаимо‑
связи с другими элементами систем и окружающей средой.
Цели анализа информационной системы следующие:
• детальное изучение системы для более эффективного использо‑
вания и принятия решения по ее дальнейшему совершенствова‑
нию или замене;
• исследование альтернативных вариантов вновь создаваемой ин‑
формационной системы в целях выбора наилучшего варианта.

1. Особенности процесса разработки информационной системы

К задачам анализа системы относятся:
• определение объекта анализа;
• структурирование системы;
• определение функциональных особенностей системы;
• исследование информационных характеристик системы;
• определение количественных и качественных показателей систе‑
мы;
• оценка эффективности системы;
• обобщение и оформление результатов анализа.
Таким образом, при изучении системы можно выбрать одно из двух 
направлений анализа: определение состояния системы, чтобы выя‑
вить части, требующие улучшения, и стимулирование изменений или 
исследование альтернативных вариантов вновь создаваемой системы 
для выбора лучшего варианта.
Синтез информационной системы — это процесс создания но‑
вой системы путем определения ее рациональных или оптимальных 
свойств и соответствующих показателей [17].
Возможен синтез информационной системы с целью:
• создания новой ИС, которая будет использовать современные 
ИТ‑технологии;
• модернизации существующей ИС для устранения проблем, вы‑
явленных при работе, или добавления функций, связанных с по‑
явлением новых бизнес‑процессов и требований.
Можно выделить следующие основные задачи синтеза ИС:
• определение структуры и параметров ИС на основе требований 
и ограничений, сформулированных для нее и связанных с усло‑
виями функционирования ИС;
• определение способов разработки ИС.
Различают структурный и параметрический синтез и их комбина‑
цию. Синтез представляет собой процесс разработки ИС, удовлетво‑
ряющую заданным требованиям.
В начале раздела описаны проблемы, связанные с разработкой ИС. 
Кроме того, тенденции развития современных информационных техно‑
логий приводят к росту сложности проектов по созданию ИС. Можно 
выделить следующие особенности крупных современных проектов [3]:
• сложность описания — необходимо реализовать большое коли‑
чество функций, процессов, которые используют разнообразные 
данные и имеют сложные взаимосвязи друг с другом, для этого 

1.1. Основные понятия курса

требуется скрупулезное моделирование и анализ данных и про‑
цессов;
• сложность структуры — наличие большого числа взаимодейству‑
ющих подсистем, имеющих свои локальные задачи и цели функ‑
ционирования;
• особенности процессов, которые ограничивают возможность ис‑
пользования различных типовых проектных решений и приклад‑
ных систем;
• необходимость интеграции существующих и вновь разрабатыва‑
емых ИС;
• неоднородная среда функционирования ИС, использование 
нескольких аппаратных платформ;
• неоднородность отдельных групп разработчиков по уровню ква‑
лификации и использованию тех или иных средств разработки;
• существенная временная протяженность проекта, обусловлен‑
ная, с одной стороны, ограниченными возможностями коллек‑
тива разработчиков, и, с другой стороны, масштабами организа‑
ции‑заказчика и различной степенью готовности отдельных ее 
подразделений к внедрению ИС.
Уменьшить влияние этих особенностей на результаты проектиро‑
вания можно за счет использования системного анализа и системно‑
го подхода.
Системный анализ представляет собой достаточно новую научную 
дисциплину, которая может применяться в любой предметной обла‑
сти. Далее он будет рассматриваться в контексте вопросов разработ‑
ки информационных систем. При изложении основ анализа и синтеза 
ИС используется понятийно‑содержательный подход, заключающий‑
ся во внимании к основным понятиям, идеям, концепциям, которые 
основаны на методологических принципах. Разъяснение материала 
на конкретных примерах позволяет лучше понять суть принципов.
Рассмотрим основные понятия системного анализа [4].
Системный анализ — научная дисциплина, занимающаяся про‑
блемой принятия решения в условиях анализа большого количества 
информации. Из определения следует, что целью системного анали‑
за проблемы является повышение степени обоснованности прини‑
маемого решения, расширение множества вариантов, среди которых 
производится выбор с одновременным указанием способов отбрасы‑
вания, заведомо уступающих другим вариантам.

1. Особенности процесса разработки информационной системы

Системный анализ в широком смысле — это методология (совокуп‑
ность методических приемов) постановки и решения задач построе‑
ния и исследования систем, тесно связанная с математическим моде‑
лированием. В более узком смысле системный анализ — методология 
формализации сложных (трудноформализуемых, плохо структуриро‑
ванных) задач.
Системный подход — исследования, проводимые комплексно, 
с разных сторон изучения предмета или явления. Системный под‑
ход предполагает, что все частные задачи, решаемые на уровне под‑
систем, должны быть увязаны между собой и решаться с позиции це‑
лого (принцип системности).
Принципами системного подхода называются положения общего 
характера, являющиеся обобщением работы человека со сложными 
системами (ядро методологии). Известно около двадцати таких прин‑
ципов, ниже приведем основные [4]:
• принцип конечной цели — абсолютный приоритет конечной 
цели над частными. При анализе системы это поможет выявить 
ее основные свойства, показатели качества и критерии оценки. 
При синтезе системы необходимо каждый раз оценивать дости‑
жимость конечной цели;
• принцип единства — совместное рассмотрение системы как це‑
лого и как совокупности элементов. При разделении системы 
на части всегда необходимо сохранять представление о ней, как 
о едином целом;
• принцип связности — рассмотрение любой части системы со‑
вместно с ее окружением;
• принцип модульного построения — необходимо выделить в си‑
стеме отдельные модули и рассматривать ее как совокупность мо‑
дулей. Таким образом можно изучать входные и выходные воз‑
действия системы;
• принцип иерархии — полезно выделить иерархию элементов;
• принцип функциональности — совместное рассмотрение струк‑
туры и функций с приоритетом функций над структурой;
• принцип развития — учет изменяемости системы, ее способно‑
сти к развитию, расширению, замене частей и накоплению ин‑
формации;
• принцип децентрализации — сочетание в принимаемых реше‑
ниях централизации и децентрализации;

1.1. Основные понятия курса

• принцип неопределенности — учет случайностей и неопределен‑
ностей в системе.
Системный подход способствует выработке правильного метода 
мышления о процессе разработки ИС, поскольку ИС применяется 
на предприятии, которое является частью большей системы, и его 
цели функции постоянно претерпевают изменения. Если в процессе 
разработки у команды нет достаточной информации о существе про‑
блемной ситуации, то для того чтобы организовать процесс принятия 
решений, применяется системный анализ.
Любая задача системного анализа начинается с построения модели 
исследуемой системы [4]. Для этого необходимо сначала изучить струк‑
туру системы, выполнить анализ ее компонентов, выявить взаимосвязи 
между отдельными элементами. Чтобы обоснованно проводить анализ 
структуры системы, необходимо рассмотреть ряд понятий и определе‑
ний, характеризующих строение и функционирование системы.
Под системой понимают совокупность элементов, находящихся 
в отношениях и связях друг с другом и со средой, образующих опре‑
деленную целостность, единство.
Элементом называют простейшую неделимую часть системы при 
данном способе расчленения.
Подсистема — совокупность взаимосвязанных элементов, облада‑
ющих свойствами (в частности, свойством целостности), способная 
выполнять относительно независимые функции, иметь подцели, на‑
правленные на достижение общей цели системы. Отличие подсисте‑
мы от простой группы элементов состоит в том, что для подсистемы 
формулируются подцели ее функционирования.
Если части систем не обладают свойством целостности и способно‑
стью выполнять независимые функции, а представляют собой совокуп‑
ность однородных элементов, то такие части называют компонентами.
Структура отражает определенные взаимосвязи, взаиморасположе‑
ние составных частей системы, ее устройство, строение.
Связь — ограничение степени свободы элементов. Связь характе‑
ризуется направлением, силой и характером. Связи бывают: направ‑
ленные и ненаправленные; сильные и слабые; связи подчинения, рав‑
ноправные, генетические, связи управления. Различают также связи 
по направленности процессов — прямые и обратные.
Обратные связи могут быть положительными, т. е. сохранять про‑
исходящие в системе изменения того или иного параметра, и отри‑

1. Особенности процесса разработки информационной системы

цательными, т. е. противодействующими тенденциям изменения вы‑
ходного параметра. Обратная связь является основой приспособления 
систем к изменениям существования, основой саморегуляции и раз‑
вития системы.
Внутренняя среда — совокупность объектов, которые находятся в пре‑
делах границ системы, влияют на ее поведение, но не принадлежат ей.
Внутренняя среда каждой организации формируется под воздей‑
ствием переменных, оказывающих непосредственное влияние на про‑
цесс преобразований (производства продукции и услуг). Она состоит 
из следующих внутренних переменных:
• цели;
• структуры;
• задач;
• технологии;
• людей.
Изменение в одной из них в определенной степени влияет на все 
остальные. Совершенствование одной переменной, например техно‑
логий, необязательно может привести и к повышению производитель‑
ности труда, если эти изменения сказываются отрицательно на дру‑
гой переменной — людях.
Внешняя среда — окружающая среда системы, или совокупность 
объектов, которые располагаются за границами системы, воздейству‑
ют на нее, но не принадлежат системе.
Внешняя среда организации состоит из двух компонентов:
• среды прямого воздействия, которая включает —
 поставщиков;
 государственные органы;
 профсоюзы;
 конкурентов;
 потребителей;
• среды косвенного воздействия, которая складывается —
 из международного окружения;
 научно‑технического прогресса;
 политических факторов;
 социокультурных факторов;
 состояния экономики.
Вход системы — связь системы с окружающей средой, направлен‑
ная от среды к системе.