Технология проектирования информационных систем

А. В. Трусов, В. А. Трусов







            ТЕХНОЛОГИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ



Учебное пособие




















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 004.04:681.3.016
ББК 32.973
    Т78

Рецензенты:
д-р техн. наук, доц., проф. кафедры микропроцессорных средств автоматизации ФГАОУ ВО «Пермский национальный исследовательский политехнический университет» С. В. Бочкарев;
д-р техн. наук, проф., чл.-корр. Российской Академии Естествознания, проф. кафедры библиотечно-информационных наук ФГБОУ ВО «Московский государственный институт культуры» В. А. Цветкова



     Трусов, А. В.
Т78 Технология проектирования информационных систем : учебное пособие / А. В. Трусов, В. А. Трусов. - Москва; Вологда: Инфра-Инженерия, 2023. - 244 с. : ил., табл.
           ISBN 978-5-9729-1340-4

         Содержит основные сведения по технологии проектирования информационных систем. Раскрыты вопросы организационного, информационного, математического, технического и программного обеспечения всех стадий и этапов проектирования систем.
         Для студентов, обучающихся по направлению подготовки 15.04.04 «Автоматизация технологических процессов и производств» по программе «Интегрированные системы управления производством», по направлению подготовки 38.04.05 «Бизнес-информатика» по программе «Информационная аналитика в управлении предприятием». Может быть полезно специалистам, занимающимся исследованием производственных процессов (бизнес-процессов) и разработкой информационных систем.

                                                       УДК004.04:681.3.016
                                                       ББК 32.973












ISBN 978-5-9729-1340-4

     © Трусов А. В., Трусов В. А., 2023
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

ОГЛАВЛЕНИЕ


ВВЕДЕНИЕ........................................................5
1. ОБЩЕСИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К РАЗРАБОТКЕ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ.......................................7
  1.1. Использование информационных технологий для автоматизации бизнес-процессов..............................................7
  1.2. Жизненный цикл создания информационных систем...........12
  1.3. Понятие ИТ-проектов и экономических аспектов их разработки.15
  1.4. Основные понятия информационных технологий.................19
  1.5. Нормативно-техническое регулирование процессов разработки и эксплуатации автоматизированных систем.....................29
2. ПРЕДПРОЕКТНАЯ СТАДИЯ РАЗРАБОТКИ
ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ..........................................39
  2.1. Формирование начальных условий, необходимых для разработки информационной системы.......................................39
  2.2. Постановка задачи.......................................45
  2.3. Формирование требований к информационной системе........51
  2.4. Анализ реализуемости разработки информационных систем...57
  2.5. Разработка концепции информационной системы.............63
  2.6. Техническое задание на разработку информационной системы...68
3. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРНОГО ПРОЕКТА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ.........................................81
  3.1. Структурный анализ существующих процессов...............81
  3.2. Структурное проектирование информационной системы.......91
      3.2.1. Принципы структурного проектирования информационных систем....................................91
      3.2.2. Проработка проекта новой информационной системы...92
      3.2.3. Логическое проектирование информационной системы..96
      3.2.4. Физическое проектирование информационной системы.102
      3.2.5. Составление плана проектирования информационной системы..................................108
      3.2.6. Подготовка системной спецификации информационной системы......................................109
      3.2.7. Проведение критического анализа структурного проектирования информационной системы......................................110
      3.2.8. Формирование отчета о структурном проектировании информационной системы......................................110
4. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТА ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ............................................111
  4.1. Проектирование информационного обеспечения информационной системы..........................................112
  4.2. Проектирование математического обеспечения информационной системы..........................................119

3

  4.3. Проектирование организационного обеспечения информационной системы.........................................125
  4.4. Проектирование технического обеспечения информационной системы.........................................131
  4.5. Проектирование программного обеспечения информационной системы.........................................138
  4.6. Проектирование общесистемных решений информационной системы.....................................150
  4.7. Формирование комплекта документов на технический проект информационной системы.....................................164
5. РАБОЧИЙ ПРОЕКТ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ.....................173
  5.1. Подготовка объекта к внедрению информационной системы.173
  5.2. Организация и проведение испытаний информационной системы.179
6. МЕТОДЫ ОЦЕНКИ СТОИМОСТИ РАЗРАБОТКИ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ.......................................191
  6.1. Основные принципы оценки стоимости разработки
  программного обеспечения. Классификация методов оценки стоимости разработки ПО.............................191
  6.2 Классификация моделей оценки стоимости ИТ-проекта..........193
  6.3. Сравнительная характеристика моделей оценки стоимости разработки программного обеспечения........................211
7. ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ
И ВНЕДРЕНИЯ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ ..............................212
  7.1. Процедурная модель технико-экономического обоснования разработки информационной системы..............................212
  7.2. Определение и оценка трудоемкости видов работ, связанных с разработкой системы, затратным методом.......................214
  7.3. Расчет себестоимости разработки системы...............217
  7.4. Расчет цены на разработку программного продукта.......221
  7.5. Разработка сметы на разработку информационной системы.....222
  7.6. Расчет эффективности инвестиций...........................222
8. ПРАВОВАЯ ОХРАНА РЕЗУЛЬТАТОВ РАЗРАБОТКИ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ...........................................225
9. ПРАКТИЧЕСКОЕ ОСВОЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ............................................231
  9.1. Цели, задачи практического освоения технологии проектирования информационных систем..........................................231
  9.2. Виды контроля, типовые контрольные задания и шкалы оценивания результатов практического освоения..............233
  9.3. Образовательные технологии, используемые для практического освоения.................................235
  9.4. Рекомендованные темы для самостоятельной работы.......235
ЗАКЛЮЧЕНИЕ...................................................237
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК.....................................238

4

ВВЕДЕНИЕ


   Цифровизация российской экономики является важнейшим источником долгосрочного экономического роста, способного в кратчайшие сроки повысить технологическую безопасность страны и конкурентоспособность отечественных высокотехнологичных предприятий в эпоху глобализации.
   Цифровизация национальной экономики, это не уникальное достижение сегодняшнего дня. Цифровизация начала зарождаться с начала 1950 годов, когда появились первые автоматизированные информационные системы обработки расчетных документов, которые позволили обеспечить повышение скорости обработки документов. В 70-х годах появились информационные системы управления производственной информацией, к 90-м годам сформировались автоматизированные информационные системы поддержки принятия решений, в первом десятилетии 2000-х годах произошла интеграция разнообразных автоматизированных систем в корпоративную информационную систему, обеспечивающей стратегию развития предприятий и организаций, достижения ими успехов в деятельности, создания новых товаров и услуг, нахождения новых рынков сбыта. В последние годы сформировалась тенденция переноса всех аспектов жизнедеятельности человечества в цифровую среду, так называемая цифровая трансформация.
   Международный опыт показывает, что развитие цифровой экономики способствует повышению качества жизни граждан, увеличению роста покупательской способности населения, создания новых возможностей трудоустройства, повышения экономической и национальной безопасности. Цифровая трансформация обеспечивает повышение технической, технологической безопасности производственных и технологических процессов промышленных предприятий и организаций за счет внедрения в хозяйственный оборот современных информационно-коммуникационных решений.
   На данный момент Россия не входит в группу лидеров развития цифровой экономики, имея колоссальный интеллектуально-творческий и промышленный потенциал, вполне способна за счет цифровой трансформации утроить цифровую экономику к 2025 г., и получить потенциальный эффект от цифровизации в 4,1-8,9 трлн руб., что примерно составит 19-34 % общего объема увеличения ВВП¹.
   Настоящие учебное пособие является результатом переработки курса лекций по проектированию автоматизированных информационных систем, читаемых авторами студентам в Пермских высших учебных заведениях, а также обобщением личного практического опыта авторов в разработке автоматизированных информационных систем.
   На содержание и общую структуру учебного пособия оказали влияния требования государственных стандартов Российской Федерации, что в настоящий момент является весьма актуальным, так как бурное развитие вычислительной

¹ Исследования «Цифровая Россия: новая реальность» Digital McKinsey (www.mckinsey.com)

                                                5

техники и ее доступность привели к утрате культуры проектирования автоматизированных информационных систем.
   В основе учебного пособия - сведения по методологии, методам и средствам проектирования, совершенствования и эксплуатации автоматизированных информационных систем. Приведены практические приемы, методы и средства проектирования, модернизации и эксплуатации автоматизированных информационных систем на базе использования современных информационных технологий (ИТ).
   Проектирование информационных систем базируется на знании математических и общих естественнонаучных дисциплин: введение в информатику, ЭВМ и программное обеспечение, лингвистические основы информатики, технические средства информатизации, информационные системы, экономике и целом ряде других дисциплин. Для лучшего освоения и понимания всех этапов проектирования в учебном пособии приводится большое количество алгоритмов, структурных схем и таблиц.
   Все это позволяет надеяться, что данное учебное пособие будет полезно студентам для изучения основ проектирования автоматизированных информационных систем, приобретения системных знаний в оценке и исследовании предметной области, а также специалистам занимающимся разработкой и внедрением информационных систем.
   Для желающих углубить свои знания в конце учебного пособия приведен список дополнительной литературы.

6

1. ОБЩЕСИСТЕМНЫЙ ПОДХОД К РАЗРАБОТКЕ СОВРЕМЕННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
1.1. Использование информационных технологий для автоматизации бизнес-процессов
   Современные информационные технологии - это совокупность организационных (человеческих), технических и программных средств, реализующих идеи и методы автоматизации бизнес-процессов.
   Комплексная автоматизация бизнес-процессов предприятия на базе современной аппаратной и программной поддержки может называться по-разному:
   1. Автоматизированные системы управления (АСУ).
   2. Интегрированные системы управления (ИСУ).
   3. Интегрированные информационные системы (ИИС).
   4. Корпоративные информационные системы.
   5. Информационные системы управления предприятием (ИСУП).
   6. Автоматизированные информационные системы.
   7. Цифровые системы.
   8. Системы цифровой трансформации и другие.
   Но как бы не назывались эти системы, основой их является понимание информационных потоков производственных и технологических процессов (бизнес-процессов).
   Главная цель любой автоматизированной системы - это обеспечить эффективное функционирование деятельности организации (бизнес-процессов организации ) на всем ее жизненном цикле (рисунок 1.1).
   На практике различают следующие стадии жизненного цикла:
   -     допроизводственная (стадия 1) - осуществляется организация научно-исследовательского и опытно-конструкторского (технологического) обеспечения, прорабатываются вопросы по целесообразности разработки и реализации новых объектов техники, проводятся информационно-аналитические исследования (патентные, маркетинговые, конъюнктурные, и др.), а также проводится полная или частичная подготовка производства и производится постановка продукции на производство;
   -     производственная (стадия 2) - осуществляется изготовление новых и/или модернизированных объектов техники, с обеспечением технико-экономических показателей установленных в рамках разработки изделия;
   -     послепроизводственная (стадия 3) - осуществляется реализация готового объекта техники и дальнейшее его потребление и эксплуатация.
   Выделяется восемь основных этапов жизненного цикла продукции:
   -   прогнозирование и планирование;
   -   формирование планов НИОКР;
   -   научно-исследовательское обеспечение;
   -   опытно-конструкторское (технологическое) обеспечение;
   -   производство продукции;
   -   поставка продукции потребителям;

7

   -   потребление и эксплуатация продукции;
   -   утилизации продукции.
   Каждый из этапов это сложный многофункциональный и многокритериальный процесс, со множеством внутренних и внешних связей, управление и поддержание функционирование которых без средств автоматизации невозможно.


Оформление результатов

(Эскизное проектирование)
{        Техническое проектирование    )
{  Разработка конструкторской документации )
{  Разработка технологической документации )

                  Разработка ТЗ


         Выбор направлений исследований


[Экспериментальные и теоретические исследования)


Стадия 2

Производство

{Мелко, среднесерийное производство)
•►{Расширение производства (массовое производство))
{ Постановка продукцтш на производство )

Рисунок 1.1 - Жизненный цикл продукции

   Главная задача автоматизации - это эффективное управление всеми ресурсами предприятия (материально-техническими, финансовыми, технологическими и интеллектуальными) для получения максимальной прибыли и удовлетворения материальных и профессиональных потребностей всех сотрудников предприятия.
   По своему составу любая автоматизированная система - это совокупность различных программно-аппаратных платформ, универсальных и специализированных приложений различных разработчиков, интегрированных в еди-8

ную информационно-однородную систему, которая наилучшим образом решает в некотором роде уникальную задачу каждого конкретного предприятия.
   Автоматизированная информационная система - человеко-машинная система и инструмент поддержки интеллектуальной деятельности человека, которая под его воздействием должна:
   -    накапливать определенный опыт и формализованные знания;
   -    постоянно совершенствоваться и развиваться;
   -    быстро адаптироваться к изменяющимся условиям внешней среды и новым потребностям предприятия.
   Комплексная автоматизация предприятия подразумевает:
   -    перевод в плоскость компьютерных технологий всех основных деловых процессов организации;
   -    использование специальных программных средств, обеспечивающих информационную поддержку бизнес-процессов.
   Современные системы управления бизнес-процессами, в рамках жизненного цикла, позволяют интегрировать вокруг себя современные средства автоматизации и различное программное обеспечение, формируя единую информационную систему (единый информационный контур). Тем самым решаются проблемы координации деятельности сотрудников и подразделений, обеспечения их необходимой информацией и контроля исполнительской дисциплины, а руководство получает своевременный доступ к достоверным данным о ходе производственного процесса и имеет средства для оперативного принятия и воплощения в жизнь своих решений.
   Современный автоматизированный комплекс представляет собой гибкую открытую структуру, которую можно «перестраивать на лету» и дополнять новыми модулями или внешним программным обеспечением.
   Спектр применяемых современных автоматизированных систем (рисунок 1.2) очень широк, к ним относятся:
   -     АСУ П - комплексная автоматизированная система управления предприятием (Enterprise Resource Planning - ERP) - управление бизнес-процессами предприятия, управление проектами, управление рисками, управление инвестициями, управление персоналом, электронный документооборот, планирование, спец, технологии (электрон. карты);
   -     АСУ ТП - автоматизированные системы управления технологическими процессами (Supervisory Control And Data Acquisition - SCADA) - управлениеме-ханизмами и оборудованием в технологическом цикле;
   -     САПР - системы автоматизированного проектирования/изготовления (Computer Aided Design/Computer Aided Manufacturing - CAD/CAM) - моделирование процессов, разработка схемы печатные платы, конструкторская документация, базы данных и т. п.;
   -     АС ТПП - автоматизированные системы технологической подготовки производства (Computer Aided Engineering — CAE) - схемы маршрутизации выпуска продукции, станки ЧПУ, моделирование технологической подготовки, технологические расчеты, планирование оснастки и т. п.;

9

Рисунок 1.2- Спектр применяемых современных автоматизированных систем

10

   —  WF - потоки работ (WorkFlow);
   -  CRM- управление отношениями с клиентами;
   _     MES - система управления производственными процессами - задачи синхронизации, анализа и оптимизации выпуска продукции, в рамках какого-то производства — цеховое планирование и выпуск продукции, оптимальная загрузка оборудования;
   —  В2В - электронная торговая площадка («онлайновый бизнес»);
   —  DSS - поддержка принятия управленческих решений;
   —  SPSS - статистический анализ данных;
   —  OLAP - анализ многомерных данных;
   —  MIS - управляющая информационная система, (АРМ) руководителя;
   —  SCM - управление цепями поставок;
   —     PLM-управление жизненным циклом продукции (характерно для дискретного производства);
   —     ERP-II - расширение ERP системы за контуры производства (т. е. ERP + + CRM + В2В + DSS + SCM+ PLM + MES и т. п.);
   —  WAN- глобальные (внешние) сети и телекоммуникации (Wide Area Net);
   —     HR - «Управление персоналом», можно рассматривать как самостоятельную задачу, так и входящую в состав ERP (что и отображено на рисунке в виде двух связей);
   —  LAN - локальные вычислительные сети (Local Area Net);
   —     ВТ - вычислительная техника (ПЭВМ, сетевое оборудование, системы передачи данных, периферийное оборудование, специальная техника).
   Использование информационных технологий для автоматизации бизнес-про-цессов, позволяет осуществлять информационную поддержку принятия управленческого решения, формировать единый информационный контур участников бизнес-процессов, что значительно повышает эффективность и результативность деятельность любой организации.
   Информационные системы, при автоматизации бизнес-процессов, должны приводить к полезным технико-экономическим, социальным или другим эффектам (результатам), например:
   -  снижению численности управленческого персонала;
   -  повышению качества функционирования объекта управления;
   -  снижение себестоимости выпускаемой продукции;
   -  повышению качества управления и др.
   В процессе производственной деятельности информационная система выполняет целый ряд автоматизируемых функций, таких как:
   -     сбор, обработку и анализ информации (сигналов, сообщений, документов и т. п.) о состоянии объекта управления;
   -  выработку управляющих воздействий (программ, планов и т. п.);
   -     передачу управляющих воздействий (сигналов, указаний, документов) на исполнение и ее контроль;
   -  реализацию и контроль выполнения управляющих воздействий;
   -     обмен информацией (документами, сообщениями и т. п.) с взаимосвязанными автоматизированными системами.

11

   Автоматизированные функции (задачи, комплексы задач) информационной системы являются основой автоматизации, обеспечивают возможность управления соответствующим объектом в соответствии с заданными целями, установленных в техническом задании на систему.
   Состав автоматизированных функций и степень их автоматизации должны быть технико-экономически и (или) социально обоснованы с учетом необходимости освобождения персонала от выполнения повторяющихся действий и создания условий для использования его творческих способностей в процессе работы.
   Автоматизированные функции нацелены на поддержание жизненного цикла автоматизированной системы, представляют собой совокупность взаимосвязанных процессов создания и последовательного изменения состояния системы от исследования объекта и формирования исходных требований к ней до окончания эксплуатации и утилизации комплекса средств автоматизации системы.
1.2. Жизненный цикл создания информационных систем
   Жизненный цикл создания информационных систем является весьма сложным и длительным процессом (рисунок 1.3), состоящего из стадий разработки системы (предпроектной и проектной), а также стадии эксплуатации и сопровождения. Каждая из стадий нацелена на решение своих специфических задач.
   На предпроектной стадии решаются задачи исследования предметной области, включая:
   -  формирование начальных условий, необходимых для разработки системы;
   -  постановку задачи на проектирование системы;
   -  формирование требований к системе;
   -  анализ реализуемости разработки системы;
   -  предварительное технико-экономическое обоснование разработки системы;
   -  разработка технического задания на систему.
   По своей сути это является концептуальным проектом информационной системы. Во время исследования выполняется научно-исследовательская (в ряде случаев опытно-конструкторская) работа, основной целью которой является:
   -  обследование предметной области, в рамках объекта автоматизации;
   -    выявление проблем и недостатков существующей системы (в управленческих, информационных, организационных, технических и других аспектах функционирования бизнес-процессов );
   -    формирования требований, которые должны лечь в основу построения новой информационной системы, автоматизирующей бизнес-процессы.
   На проектной стадии решаются задачи разработки проекта будущей системы, включая:
   -  разработку структурного проекта системы;
   -  разработку технического проекта системы;
   -  разработку рабочего проекта системы.

12