Автоматизированное проектирование ИС. Методы и средства автоматизированного проектирования. Критерии выбора CASE - средств для проектирования ИС.

Определение. CASE-технология (Computer Aided Software Engineering) представляет собой совокупность методологий анализа, проектирования, разработки и сопровождения сложных систем программного обеспечения, поддержанную комплексом взаимоувязанных средств автоматизации.

Основные черты CASE-технологии:

• Назначение: автоматизация проектирования сложных информационных систем. Изначально CASE-средства были ориентированы на разработку ПО. Сейчас чаще всего под такими средствами подразумевают любые средства проектирования ИС и/или моделирования предметной области.
• CASE-средства охватывают все стадии ЖЦ ИС (анализ, проектирование, разработка, сопровождение).
• Не создают новых методологий, а повышают эффективность использования существующих – за счет автоматизации.

Цели использования CASE-технологии в индустриальном проектировании ИС:

• Улучшение качества разрабатываемой ИС за счет автоматического контроля и генерации отдельных элементов;
• Возможность повторного использования компонентов разработки;
• Повышение уровня адаптивности и качества сопровождения ИС;
• Использование методологии прототипного проектирования;
• Ускорение работы за счет автоматизированной генерации кода и автоматизированного документирования проекта;
• Возможность коллективной разработки ИС в режиме реального времени.

Определение. CASE-средство – это специальный программный продукт, который поддерживает одну или несколько методологий анализа и проектирования ИС.

 

Оценка и выбор CASE-средств

Критерии оценки и выбора могут принимать различные формы, включая:

• числовые меры в широком диапазоне значений, например, объем требуемой памяти;

• числовые меры в ограниченном диапазоне значений, например, простота освоения, выраженная в баллах от 1 до 5;

• двоичные меры (истина/ложь, да/нет), например, способность генерации документации;

• меры, которые могут принимать одно или более из конечных множеств значений, например, платформы, для которых поддерживается CASE-средство.

В качестве основных критериев выбора CASE-средств принимаются следующие критерии:

 

1. Поддержка полного жизненного цикла ИС с обеспечением эволюционности ее развития

Полный жизненный цикл ИС должен поддерживаться комплексом инструментальных средств, с учетом следующих особенностей:

• коллективного характера разработки моделей, проектных спецификаций и приложений территориально распределенными группами специалистов с использованием различных инструментальных средств (включая их интеграцию, тестирование и отладку);
• необходимости адаптации типового проекта к различным системно-техническим платформам (техническим средствам, операционным системам и СУБД) и организационно-экономическим особенностям объектов внедрения;
• необходимости интеграции с существующими разработками включая реинжиниринг приложений и конвертирование БД). Для существующих ИС должен обеспечиваться плавный переход из старой среды эксплуатации в новую с минимальными переделками и поддержкой эксплуатируемых баз данных и приложений, внедренных до начала работ по созданию новой системы.

2. Обеспечение целостности проекта и контроля за его состоянием

Данное требование означает наличие единой технологической среды создания, сопровождения и развития ИС, а также целостность репозитория. Единая технологическая среда должна обеспечиваться за счет использования единственного CASE-средства для поддержки моделей ИС, а также за счет наличия программно-технологических интерфейсов между отдельными инструментальными средствами, сертифицированных и поддерживаемых фирмами-разработчиками соответствующих средств. В частности, интерфейс между CASE-средствами и средствами разработки приложений должен выполнять две основные функции:

а) непосредственный переход в рамках единой среды от описания логики приложения, реализованного CASE-средством, к разработке пользовательского интерфейса (экранных форм);

б) перенос описания БД из репозитория CASE-средства в репозиторий средства разработки приложений и обратно. Вся информация о проекте должна автоматически помещаться в базу проектных данных, при этом должны поддерживаться согласованность, непротиворечивость, полнота и минимальная избыточность проекта, а также корректность операций его редактирования. Это может быть достигнуто при условии исключения или существенного ограничения возможности актуализации репозитория разными средствами. В рамках CASE-средства должен обеспечиваться контроль соответствия декомпозиций диаграмм, а также контроль соответствия диаграмм различных типов (например, диаграмм потоков данных и ER-диаграмм).

Невыполнение требования целостности в условиях разобщенности разработчиков и временной протяженности крупного проекта может означать утрату контроля за его состоянием.

3. Независимость от программно-аппаратной платформы и СУБД Требование определяется неоднородностью среды функционирования ИС. Такая независимость может иметь две составляющих: независимость среды разработки и независимость среды эксплуатации приложений. Она обеспечивается за счет наличия совместимых версий CASE-средств для различных платформ и драйверов соответствующих сетевых протоколов, менеджеров транзакций и СУБД.

4. Поддержка одновременной работы групп разработчиков Развитые CASE-средства должны обладать возможностями разделения полномочий персонала разработчиков и объединения отдельных работ в общий проект. Должна обеспечиваться одновременная (в заданной сетевой конфигурации) работа проектировщиков БД и разработчиков приложений (разработчики приложений в такой ситуации могут начинать работу с базой данных, не дожидаясь полного завершения ее проектирования CASE-средствами). При этом все группы специалистов должны быть обеспечены адекватным инструментарием, а внесение изменений в проект различными разработчиками должно быть согласованным и корректным.

Каждый разработчик должен иметь возможность работы со своим личным репозиторием, являющимся фрагментом или копией общего репозитория. Должны обеспечиваться содержательная интеграция всех изменений, вносимых разработчиками, в общем репозитории, одновременная доступность для разработчика общего и личного репозиториев и простота переноса объектов между ними.

5. Возможность разработки приложений "клиент-сервер" требуемой конфигурации Подразумевается сочетание наличия развитой графической среды разработки приложений (многооконность, разнообразие стандартных графических объектов, разнообразие используемых

шрифтов и т.д.) с возможностью декомпозиции (partitioning) приложения на "клиентскую" часть, реализующую пользовательский экранный интерфейс и "серверную" часть. При этом должна обеспечиваться возможность перемещения отдельных компонентов приложения между "клиентом" и "сервером" на наиболее подходящую платформу, обеспечивающую максимальную эффективность функционирования приложения в целом, а также возможность использования сервера приложений (менеджера транзакций).

6. Открытая архитектура и возможности экспорта/импорта

Открытая и общедоступная информация об используемых форматах данных и прикладных программных интерфейсах должна позволять интегрировать инструментальные средства третьих фирм и относительно безболезненно переходить от одной системы к другой. Возможности экспорта/импорта означают, что спецификации, полученные на этапах анализа, проектирования и реализации для одной ИС, могут быть использованы для проектирования другой ИС. Повторное проектирование и реализация могут быть обеспечены при помощи средств экспорта/импорта спецификаций в различные CASE-средства.

7. Качество технической поддержки в России, стоимость приобретения и поддержки, опыт успешного использования

Имеется в виду наличие квалифицированных дистрибьюторов и консультантов, быстрота обслуживания пользователей, высокое качество технической поддержки и обучения продукту и методологии его применения для больших коллективов разработчиков (наличие сведений о практике использования системы, качество документации, укомплектованность примерами и обучающими курсами, наличие пилотных проектов). Затраты на обучение новым технологиям значительны, однако потери от использования современных сложных технологий необученными специалистами могут оказаться значительно выше. Кроме того, фирмы-поставщики инструментальных средств должны быть устойчивыми, так как технология выбирается не на один год, а также должны обеспечивать хорошую поддержку на территории России (горячая линия, консультации, обучение, консалтинг), возможно, через дистрибьюторов.

Что касается стоимости, следует учитывать возможность получения бесплатной временной лицензии, стоимость лицензии на одно рабочее место CASE-средств, скидки, предоставляемые фирмой в случае приобретения большого количества лицензий, необходимость приобретения run-time версий для эксплуатации приложений и т.д. В то же время стоимость продукта должна рассматриваться не сама по себе, а с учетом ее соответствия возможностям продукта.

8. Простота освоения и использования

Учитываются следующие характеристики:

• соответствие инструмента особенностям и потенциальным возможностям

· коллектива разработчиков;

· доступность пользовательского интерфейса;

· время, необходимое для обучения;

· простота установки;

· качество документации;

· объем ручного труда при сопровождении ИС.

9. Обеспечение качества проектной документации

Это требование относится к возможностям CASE-средств анализировать и проверять

описания и документацию на полноту и непротиворечивость, а также на соответствие принятым в данной методологии стандартам и правилам (включая ГОСТ, ЕСПД). В результате анализа должна формироваться информация, указывающая на имеющиеся противоречия или неполноту в проектной документации. Должна быть также обеспечена возможность создавать новые формы документов, определяемые пользователями.

10. Использование общепринятых, стандартных нотаций и соглашений

Для того, чтобы проект мог выполняться разными коллективами разработчиков, необходимо использование стандартных методов моделирования и стандартных нотаций, которые должны быть оформлены в виде нормативов до начала процесса проектирования. Несоблюдение проектных стандартов ставит разработчиков в зависимость от фирмы-производителя данного средства, делает затруднительным формальный контроль корректности проектных решений и снижает возможности привлечения дополнительных коллективов разработчиков, смены исполнителей и отчуждения проекта, поскольку число специалистов, знакомых с данным методом (нотацией) может быть ограниченным.

В результате выполненного анализа может оказаться, что ни одно доступное средство не удовлетворяет в нужной мере всем основным критериям и не покрывает все потребности проекта. В этом случае может применяться набор средств, позволяющий построить на их базе единую технологическую среду.

 

Понятие типового проектного решения (ТПР), типового элемента ИС. ТПР класса «задача». Прототипное проектирование ИС. RAD – технология. Понятие прототипа. Возможности и преимущества быстрой разработки прототипа ИС.

Типовое проектирование ИС предполагает создание системы из готовых типовых элементов. Основополагающим требованием для применения методов типового проектирования является возможность декомпозиции проектируемой ИС на множество составляющих компонентов (подсистем, комплексов задач, программных модулей и т.д.). Для реализации выделенных компонентов выбираются имеющиеся на рынке типовые проектные решения, которые настраиваются на особенности конкретного предприятия.

Типовое проектное решение (ТПР)- это тиражируемое (пригодное к многократному использованию) проектное решение.

Принятая классификация ТПР основана на уровне декомпозиции системы. Выделяются следующие классы ТПР:

· элементные ТПР – типовые решения по задаче или по отдельному виду обеспечения задачи (информационному, программному, техническому, математическому, организационному);

· подсистемные ТПР – в качестве элементов типизации выступают отдельные подсистемы, разработанные с учетом функциональной полноты и минимизации внешних информационных связей;

· объектные ТПР – типовые отраслевые проекты, которые включают полный набор функциональных и обеспечивающих подсистем ИС.

Каждое типовое решение предполагает наличие, кроме собственно функциональных элементов (программных или аппаратных), документации с детальным описанием ТПР и процедур настройки в соответствии с требованиями разрабатываемой системы.

Основные особенности различных классов ТПР приведены в таблице 3.3.

Таблица 3.3. Достоинства и недостатки ТПР
Класс ТПР Реализация ТПР	Достоинства	Недостатки
Элементные ТПР Библиотеки методо-ориентированных программ	· обеспечивается применение модульного подхода к проектированию и документированию ИС	· большие затраты времени на сопряжение разнородных элементов вследствие информационной, программной и технической несовместимости · большие затраты времени на доработкуТПР отдельных элементов
Подсистемные ТПР Пакеты прикладных программ	· достигается высокая степень интеграции элементов ИС · позволяют осуществлять: модульное проектирование; параметрическую настройку программных компонентов на различные объекты управления · обеспечивают: сокращение затрат на проектирование и программирование взаимосвязанных компонентов; хорошее документирование отображаемых процессов обработки информации	· адаптивность ТПР недостаточна с позиции непрерывного инжиниринга деловых процессов · возникают проблемы в комплексировании разных функциональных подсистем, особенно в случае использования решений нескольких производителей программного обеспечения
Объектные ТПР Отраслевые проекты ИС	· комплексирование всех компонентов ИС за счет методологического единства и информационной, программной и технической совместимости · открытость архитектуры — позволяет устанавливатьТПР на разных программно-технических платформах · масштабируемость — допускает конфигурацию ИС для переменного числа рабочих мест · конфигурируемость — позволяет выбирать необходимое подмножество компонентов	· проблемы привязки типового проекта к конкретному объекту управления, что вызывает в некоторых случаях даже необходимость изменения организационно-экономической структуры объекта автоматизации

Для реализации типового проектирования используются два подхода: параметрически-ориентированное и модельно-ориентированное проектирование.

Параметрически-ориентированное проектирование включает следующие этапы: определение критериев оценки пригодности пакетов прикладных программ (ППП) для решения поставленных задач, анализ и оценка доступных ППП по сформулированным критериям, выбор и закупка наиболее подходящего пакета, настройка параметров (доработка) закупленного ППП.

Критерии оценки ППП делятся на следующие группы:

· назначение и возможности пакета;

· отличительные признаки и свойства пакета;

· требования к техническим и программным средствам;

· документация пакета;

· факторы финансового порядка;

· особенности установки пакета;

· особенности эксплуатации пакета;

· помощь поставщика по внедрению и поддержанию пакета;

· оценка качества пакета и опыт его использования;

· перспективы развития пакета.

Внутри каждой группы критериев выделяется некоторое подмножество частных показателей, детализирующих каждый из десяти выделенных аспектов анализа выбираемых ППП. Достаточно полный перечень показателей можно найти в литературе [10].

Числовые значения показателей для конкретных ППП устанавливаются экспертами по выбранной шкале оценок (например, 10-балльной). На их основе формируются групповые оценки и комплексная оценка пакета (путем вычисления средневзвешенных значений). Нормированные взвешивающие коэффициенты также получаются экспертным путем.

Модельно-ориентированное проектирование заключается в адаптации состава и характеристик типовой ИС в соответствии с моделью объекта автоматизации.

Технология проектирования в этом случае должна обеспечивать единые средства для работы как с моделью типовой ИС, так и с моделью конкретного предприятия.

Типовая ИС в специальной базе метаинформации – репозитории – содержит модель объекта автоматизации, на основе которой осуществляется конфигурирование программного обеспечения. Таким образом, модельно-ориентированное проектирование ИС предполагает, прежде всего, построение модели объекта автоматизации с использованием специального программного инструментария (например, SAP Business Engineering Workbench (BEW), BAAN Enterprise Modeler). Возможно также создание системы на базе типовой модели ИС из репозитория, который поставляется вместе с программным продуктом и расширяется по мере накопления опыта проектирования информационных систем для различных отраслей и типов производства.

Репозиторий содержит базовую (ссылочную) модель ИС, типовые (референтные) модели определенных классов ИС, модели конкретных ИС предприятий.

Базовая модель ИС в репозитории содержит описание бизнес-функций, бизнес-процессов, бизнес-объектов, бизнес-правил, организационной структуры, которые поддерживаются программными модулями типовой ИС.

Типовые модели описывают конфигурации информационной системы для определенных отраслей или типов производства.

Модель конкретного предприятия строится либо путем выбора фрагментов основной или типовой модели в соответствии со специфическими особенностями предприятия (BAAN Enterprise Modeler), либо путем автоматизированной адаптации этих моделей в результате экспертного опроса (SAP Business Engineering Workbench).

Построенная модель предприятия в виде метаописания хранится в репозитории и при необходимости может быть откорректирована. На основе этой модели автоматически осуществляется конфигурирование и настройка информационной системы.

Бизнес-правила определяют условия корректности совместного применения различных компонентов ИС и используются для поддержания целостности создаваемой системы.

Модель бизнес-функций представляет собой иерархическую декомпозицию функциональной деятельности предприятия (подробное описание см. в разделе “Анализ и моделирование функциональной области внедрения ИС”).

Модель бизнес-процессов отражает выполнение работ для функций самого нижнего уровня модели бизнес-функций (подробное описание см. в разделе “Спецификация функциональных требований к ИС”). Для отображения процессов используется модель управления событиями (ЕРС – Event-driven Process Chain). Именно модель бизнес-процессов позволяет выполнить настройку программных модулей – приложений информационной системы в соответствии с характерными особенностями конкретного предприятия.

Модели бизнес-объектов используются для интеграции приложений, поддерживающих исполнение различных бизнес-процессов (подробное описание см. в разделе “Этапы проектирования ИС с применением UML”).

Модель организационной структуры предприятия представляет собой традиционную иерархическую структуру подчинения подразделений и персонала (подробное описание см. в разделе “Анализ и моделирование функциональной области внедрения ИС”).

Внедрение типовой информационной системы начинается с анализа требований к конкретной ИС, которые выявляются на основе результатов предпроектного обследования объекта автоматизации (см. раздел “Анализ и моделирование функциональной области внедрения ИС”). Для оценки соответствия этим требованиям программных продуктов может использоваться описанная выше методика оценки ППП. После выбора программного продукта на базе имеющихся в нем референтных моделей строится предварительная модель ИС, в которой отражаются все особенности реализации ИС для конкретного предприятия. Предварительная модель является основой для выбора типовой модели системы и определения перечня компонентов, которые будут реализованы с использованием других программных средств или потребуют разработки с помощью имеющихся в составе типовой ИС инструментальных средств (например, ABAP в SAP, Tools в BAAN).

Реализация типового проекта предусматривает выполнение следующих операций:

· установку глобальных параметров системы;

· задание структуры объекта автоматизации;

· определение структуры основных данных;

· задание перечня реализуемых функций и процессов;

· описание интерфейсов;

· описание отчетов;

· настройку авторизации доступа;

· настройку системы архивирования.

 

В основе спиральной модели жизненного цикла лежит применение прототипной технологии или RAD-технологии (rapid application development ─ технологии быстрой разработки приложений). Основная идея этой технологии заключается в том, что ИС разрабатывается путем расширения программных прототипов, повторяя путь от детализации требований к детализации программного кода. При прототипной технологии сокращается число итераций, возникает меньше ошибок и несоответствий, которые необходимо исправлять на последующих итерациях, а само проектирование ИС осуществляется более быстрыми темпами, упрощается создание проектной документации. Для более точного соответствия проектной документации разработанной ИС все большее значение придается ведению общесистемного репозитария и использованию CASE-технологий.

RAD-технология обеспечивает экстремально короткий цикл разработки ИС. При полностью определенных требованиях и ограниченной проектной области RAD-технология позволяет создать полностью функциональную систему за очень короткое время (60-90 дней). Выделяют следующие этапы разработки ИС с использованием RAD-технологии:

 

1. бизнес-моделирование. Моделируется информационный поток между бизнес-функциями. Определяются ответы на вопросы: Какая информация руководит бизнес-процессом? Какая информация генерируется? Кто генерирует ее? Где информация применяется? Кто обрабатывает информацию?

2. моделирование данных. Информационный поток отображается в набор объектов данных, которые требуются для поддержки деятельности организации. Определяются характеристики (свойства, атрибуты) каждого объекта, отношения между объектами;

3. моделирование обработки. Определяются преобразования объектов данных, обеспечивающие реализацию бизнес-функций. Создаются описания обработки для добавления, модификации, удаления или нахождения (исправления) объектов данных;

4. генерация приложения. Предполагается использование методов, ориентированных на языки программирования 4-го поколения. Вместо создания ПО с помощью языков программирования 3-го поколения, RAD-процесс работает с повторно используемыми программными компонентами или создает повторно используемые компоненты. Для обеспечения конструирования используются утилиты автоматизации (CASE-средства);

5. тестирование и объединение. Поскольку применяются повторно используемые компоненты, многие программные элементы уже протестированы, что сокращает время тестирования (хотя все новые элементы должны быть протестированы).

Применение RAD имеет и свои недостатки, и ограничения:

· большие проекты в RAD требуют существенных людских ресурсов (необходимо создать достаточное количество групп);

· RAD применима только для приложений, которые можно разделять на отдельные модули и в которых производительность не является критической величиной;

· RAD неприменима в условиях высоких технических рисков.

RAD-технология обеспечивается наличием средств разработки графического пользовательского интерфейса и кодогенераторов. Такие инструментальные средства, как Oracle Designer/2000, JavaJbuilder 3, Linux, Visual C++, Visual Basic 6, SAS, и другие можно использовать в качестве средств для быстрой разработки приложений.