Применение системного анализа при разработке пользовательского интерфейса информационных систем

Министерство образования и науки Российской Федерации
Уральский федеральный университет 
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

И. А. Спицина
К. А. Аксёнов

Применение системного анализа
при разработке пользовательского интерфейса
информационных систем

Учебное пособие

Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета
для студентов вуза, обучающихся 
по направлению подготовки
09.03.01 «Информатика и вычислительная техника»

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2018

УДК 004.45:004.7(075.8)
ББК 32.973.1я73+32.971.35я73
       С72
Рецензенты:
Отдел динамических систем института математики и механики 
им. Н. Н. Красовского Уральского отделения Российской академии 
наук (ИММ УрО РАН), (зав. отделом проф., д‑р физ.‑мат. наук 
А. М. Тарасьев);
доц., канд. техн. наук В. Ф. Ярчук (начальник программно‑техно‑
логического отдела ООО «ТЭКСИ‑Консалтинг»).

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

 
Спицина, И. А.
С72    Применение системного анализа при разработке пользовательско‑
го интерфейса информационных систем : учеб. пособие / И. А. Спи‑
цина, К. А. Аксёнов. — Екатеринбург : Изд‑во Урал. ун‑та, 2018. — 
100 с.

ISBN 978‑5‑7996‑2265‑7

В издании отражены аспекты разработки и проектирования визуально‑
го интерфейса пользователя информационных систем. Основное внимание 
уделено разработке интерфейсов и архитектуре программного обеспечения 
с использованием метода системного анализа и автоматизированных средств 
проектирования (CASE‑средств). Описана технология проектирования про‑
граммного обеспечения и пользовательского интерфейса. Пособие содержит 
примеры, иллюстрирующие материал. Предназначено для студентов днев‑
ной и заочной форм обучения направления 09.03.01 «Информатика и вы‑
числительная техника».

Библиогр.: 11 наим. Табл. 11. Рис. 43.

УДК 004.45:004.7(075.8)
ББК 32.973.1я73+32.971.35я73

ISBN 978‑5‑7996‑2265‑7 
© Уральский федеральный

 
    университет, 2018

Оглавление

Список основных сокращений ..............................................................4

Предисловие ......................................................................................5

Глава 1. Анализ и проектирование интерфейса ПО ................................6
1.1. Принципы проектирования пользовательских интерфейсов 
      информационных систем ................................................................6

1.1.1. Роль аналитика при проектировании пользовательского 
         интерфейса .........................................................................6
1.1.2. Этапы разработки пользовательского интерфейса .....................7
1.1.3. Модели реализации и ментальные модели ...............................8
1.1.4. Анализ прототипа ПИ на возможные проблемы .......................9
1.1.5. Особенности восприятия человеком информации ................... 11
1.1.6. Особенности интеллектуальных мультиагентных систем.......... 14

1.2. Вопросы качества пользовательского интерфейса программного 
      обеспечения ............................................................................... 20

1.2.7. Концепции качества интерфейса .......................................... 20
1.2.2. Рекомендации по использованию концепций .......................... 24
1.2.3. Оценка удобства использования пользовательского интерфейса .... 25

1.3. Технология проектирования архитектуры программного 
      обеспечения и пользовательского интерфейса ................................. 27

Глава 2. Разработка интерфейса программного обеспечения ................. 36
2.1. Проектирование и создание прототипа пользовательского 
      интерфейса приложения .............................................................. 36
2.2. Проектирование пользовательского интерфейса на этапе 
      высокоуровневого проектирования ................................................ 44
2.3. Разработка функций приложения, позволяющих взаимодействовать 
      с папками и файлами .................................................................. 55
2.4. Работа с методами сериализации и десериализации объектов ............ 62
2.5. Документирование ...................................................................... 67
2.6. Применение технологии WPF для разработки интерфейса 
      пользователя .............................................................................. 73
2.7. Разработка WPF‑приложения для работы с данными ...................... 83
2.8. Оценка эффективности пользовательского интерфейса по критерию 
       скорости на основе модели GOMS ................................................ 91

Заключение ..................................................................................... 97

Список библиографических ссылок .................................................... 98

Список основных сокращений

CASE
– Computer Aided Software Engineering, 
    автоматизированная разработка ПО
GOMS
– Goals, Operators, Methods, and Selection Rules
MSF
– Microsoft Solutions Framework
RUP
– Rational Unified Process
WPF
– Windows Presentation Foundation

UML
– Unified Modeling Language, унифицированный язык 
    моделирования
ИС
– информационная система
МАС
– мультиагентная система
МППР
– мультиагентные процессы преобразования ресурсов
ОТС
– организационно‑технические системы
ПИ
– пользовательский интерфейс
СА
– системный анализ
ТЗ
– техническое задание

Предисловие

У

чебное пособие посвящено вопросам проектирования 
и разработки пользовательского интерфейса (ПИ) про‑
граммного обеспечения (ПО), в нем рассмотрены совре‑
менные подходы к разработке и проектированию интерфейсов 
информационных систем. Данные подходы используют в своей 
основе системный анализ при исследовании и формализации про‑
цессов предметной области, а также методы, применяемые в ин‑
теллектуальных системах и системах автоматизации проектиро‑
вания программного обеспечения (CASE‑средствах).
Характерной особенностью разрабатывающего и активно при‑
меняемого программного обеспечения является его социальная на‑
правленность, что является следствием активного распростране‑
ния смартфонов, планшетов и различных портативных устройств 
на мировом рынке. Визуальный графический интерфейс у конеч‑
ного пользователя (не специалиста в области информационных 
технологий) непосредственно ассоциируется с самим програм‑
мным обеспечением (в том числе его математическим, лингвисти‑
ческим и алгоритмическим обеспечением), поэтому актуальной 
задачей является разработка эффективного пользовательского 
интерфейса.

Глава 1.  
Анализ и проектирование интерфейса ПО

1.1. Принципы проектирования пользовательских интерфейсов 
информационных систем

1.1.1. Роль аналитика  
при проектировании пользовательского интерфейса
П

ользовательский интерфейс (ПИ) представляет собой 
совокупность программных и аппаратных средств, осу‑
ществляющих взаимодействие пользователя с информа‑
ционной системой. ПИ включает в себя систему меню, диалого‑
вые формы, сообщения об ошибках, справочную систему и т. п.
Поскольку ПИ является частью информационной системы, то, 
с одной стороны, аналитику необходимо представлять базовые 
принципы проектирования ПИ, а с другой стороны, он должен 
быть вовлечен в этот процесс [1].
Как известно, при разработке ПИ следует учитывать ком‑
пьютерную компетентность пользователя. Аналитик участвует 
в анализе потенциальных пользователей ИС, а затем преобра‑
зует полученную информацию в требования к ПИ. В частности, 
аналитик может:
· проанализировать предпочтения пользователей (цвет, распо‑
ложение элементов и т. п.) в существующих интерфейсных 
решениях и преобразовать их в нефункциональные требо‑
вания к ПИ;
· наблюдать за работой с прототипом ПИ или просмотром 
эскизов экранов, а затем сформулировать замечания и пред‑
ложения по улучшению ПИ;
· проанализировать ПИ на возможность беспроблемного вы‑
полнения всех функций, необходимых пользователю.

Ё 1.1. Принципы проектирования пользовательских интерфейсов информационных систем Ё

Таким образом, чтобы первое общение пользователя с инфор‑
мационной системой не стало последним, аналитику необходи‑
мо участвовать в определении требований, которые охватывают 
не только функции разрабатываемой системы, но и ПИ, чтобы 
повысить качество готового продукта.
Кратко рассмотрим инструментарий, который может исполь‑
зовать аналитик в своей деятельности.
Диаграмма вариантов использования языка UML (Unified 
Modeling Language) может быть применена для формализации 
функциональных требований к системе, в том числе для описа‑
ния взаимодействия пользователей с проектируемой системой [2]. 
Следует отметить, что изобразительных средств этой диаграммы 
недостаточно для подробного описания требований, поэтому ДВИ 
дополняют текстовыми сценариями. С их помощью можно уточ‑
нить или детализировать последовательность действий, совер‑
шаемых системой при выполнении ее вариантов использования.
Шаблон «Проволочная диаграмма Visio» может быть исполь‑
зован для быстрого и простого создания прототипов форм при‑
ложения. Проволочные диаграммы позволяют обсудить общие 
решения по юзабилити и дизайну ПИ.

1.1.2. Этапы разработки пользовательского интерфейса

Пользовательский интерфейс представляет собой набор средств 
диалога, взаимодействия программы (машины) с человеком. 
Именно поэтому ПИ является тем элементом ИС, по которому 
складывается первое общее впечатление о ней. Можно выделить 
следующие проблемы, которые возникают при разработке ПИ:
· отсутствие четких требований к ПИ в ТЗ, что приводит к его 
многочисленным переделкам;
· отсутствие точной структуры ПИ, что влечет за собой невоз‑
можность планирования работ;
· изменение и развитие бизнес‑процессов, что приводит к необ‑
ходимости адаптации ПИ, которую не всегда возможно ре‑
ализовать.
Для решения этих проблем необходимо использовать адекват‑
ные методологические подходы.

Ё Глава 1. Анализ и проектирование интерфейса ПО  Ё

Создание ПИ включает в себя следующие крупные этапы:
· исследование, анализ и определение общих требований 
к ПИ;
· определение сценариев использования и пользовательской 
модели интерфейса;
· разработка прототипа ПИ;
· реализация ПИ;
· тестирование и оценка качества ПИ.
В зависимости от выбранной модели жизненного цикла про‑
граммного обеспечения эти этапы могут повторяться циклически 
[3]. На первых двух этапах следует продумать структуру прило‑
жения, определить основные требования к ПИ. На этапе созда‑
ния прототипа показываются основные аспекты функционирова‑
ния ИС и базовые подходы к ПИ. Созданный прототип позволяет 
обсудить базовые решения с пользователем до этапа разработки. 
На этапе тестирования, к которому рекомендуется подключать 
пользователей, можно выявить не только ошибки программирова‑
ния, но и оценить, насколько ПИ отвечает потребностям и ожида‑
ниям пользователей. Итерационный подход позволяет устранять 
выявленные недостатки на последующих итерациях разработки.

1.1.3. Модели реализации и ментальные модели

Различия между образами мышления пользователей, анали‑
тиков и разработчиков — причина многих проблем, связанных 
с неудовлетворенностью результатом проектирования ПИ [4].
При работе с ИС пользователь, конечно же, не знает всех 
сложностей ее функционирования, он создает упрощенную мыс‑
ленную схему, которая называется ментальной моделью. Для 
предсказания поведения интерфейса системы пользователь при‑
меняет свою ментальную модель, то есть ментальная модель — 
это представление пользователя о процессе взаимодействия с ИС.
Модель реализации — это представление о том, как реально 
работает ИС.
Очевидно, что в ИС наблюдаются существенные расхожде‑
ния между моделью реализации и ментальной моделью, посколь‑
ку сложность реализации достаточно высокая, и пользователь 

Ё 1.1. Принципы проектирования пользовательских интерфейсов информационных систем Ё

не может определить, что действительно делает программа в от‑
вет на его действия.
Разрыв между реализацией и представлением пользователя 
служит источником третьей модели, возникающей при обсужде‑
нии ПИ, — модели представления. Модель представления — 
это способ демонстрации пользователю тех функций ИС, кото‑
рые выбрал проектировщик.
Пользовательские интерфейсы и схемы взаимодействия ИС, 
спроектированные с точки зрения программиста, будут близки 
к модели реализации, но малопонятны пользователю. Следует 
разрабатывать такую модель представления, которая будет наи‑
более близка к ментальной модели. Для построения эффективной 
модели представления следует привлекать к работе аналитика. 
Он может использовать следующие способы сбора информации 
о работе пользователей:
· анализ их задач;
· интервью с настоящими и потенциальными пользователями;
· посещение мест их работы;
· отзывы клиентов;
· тесты по пригодности.
При этом стоит учитывать, что пользователи обычно описыва‑
ют то, что они делают, а не то, что им хотелось бы делать, то есть 
их работа не всегда оптимальна.

1.1.4. Анализ прототипа ПИ на возможные проблемы

Разработка прототипа ПИ и его анализ позволяют на началь‑
ных этапах проектирования проверить предлагаемые концепции 
ПИ и осуществимость требований. Кроме того, есть возможность 
обнаружить проблемы ПИ до того, как они станут критически‑
ми. Чтобы обнаружить проблему, нужно проанализировать сле‑
дующие моменты [5]:
· учитывает ли разрабатываемый ПИ все особенности устройств 
ввода–вывода информации, используемых пользователем;
· позволяют ли выбранные интерактивные элементы органи‑
зовать ввод и вывод информации, которые будет соответ‑
ствовать требованиям к ПИ;

Ё Глава 1. Анализ и проектирование интерфейса ПО  Ё

· учитывают ли выбранные технологии и методы ведения ди‑
алога ИС с пользователем:
Ø степень активности пользователя при взаимодействии (ав‑
томатический режим или перехват управления програм‑
мой на себя, программные помощники);
Ø степень учета ситуации (контекстные подсказки, меню 
дальнейших событий или объектов, запоминание типич‑
ных путей диалога);
Ø устойчивость, терпимость к ошибкам пользователя путем 
исправления или недопущения типичных ошибок;
Ø дублирование вручную отдельных функций системы и до‑
полнительные контрольные процедуры работы отдельных 
режимов;
Ø настройка ПИ на различный уровень подготовки пользо‑
вателя;
Ø степень адаптивности ПИ под предпочтения пользователя;
Ø настройка ПИ на специфику задачи (новый формат дан‑
ных, изменение набора объектов, дополнение атрибутов 
объектов);
· оптимально ли размещена информация и управляющие эле‑
менты на экранных формах; при расположении визуальных 
компонентов на форме учитывают:
Ø алгоритм работы пользователя с данными;
Ø баланс между «детальностью–обобщенностью» вывода 
информации;
Ø необходимость выделения важной информации на экране;
Ø необходимость четкого определения основных и вспомо‑
гательных блоков информации;
Ø необходимость выделения на форме полей со статически‑
ми и динамическими данными;
· способы формирования обратной связи между пользовате‑
лем и ИС:
Ø показ актуального состояния системы, режима работы си‑
стемы и режима взаимодействия;
Ø вывод отдельных, важных для выполняемой функции 
данных и показателей;
Ø отражение действий пользователя;
Ø ясность и информативность сообщений системы;

Ё 1.1. Принципы проектирования пользовательских интерфейсов информационных систем Ё

· учитываются ли при проектировании панелей меню и ин‑
струментов следующие моменты:
Ø логическая и смысловая группировка пунктов;
Ø фиксированная позиция панелей на экране;
Ø ограничение на ширину списка выборов и шагов (глуби‑
ны) меню;
Ø использование привычных названий, широко распростра‑
ненных икон‑пиктограмм, традиционных икон‑символов 
и аккуратное введение сокращений;
Ø размещение наиболее часто используемых пунктов в на‑
чале списка;
· используются ли средства ориентации и навигации:
Ø варьирование степени детализации рассматриваемых объ‑
ектов;
Ø быстрый поиск в списке или таблице;
Ø указание на дополнительно существующую информацию 
и способ ее получения;
Ø использование средств листания и прокрутки;
· учитываются ли при создании форм для ввода данных:
Ø использование одного или нескольких механизмов ввода 
в рамках режима;
Ø определение способов ввода данных (таблицы, списки, 
простая форма, меню и пр.);
Ø минимизация объема ввода;
Ø выделение редактируемых обязательных и необязатель‑
ных, а также не редактируемых полей;
Ø использование механизмов быстрого ввода (по умолча‑
нию, сокращения, с продолжением и пр.);
Ø выделение введенной или отредактированной инфор‑
мации.

1.1.5. Особенности восприятия человеком информации

При разработке ПИ следует учитывать особенности восприя‑
тия человеком информации, поскольку это влияет на произво‑
дительность человека. Их нельзя натренировать. Исследовани‑
ями этих свойств человека занимаются когнитивная психология