Обзор средств проектирования информационных систем

А.М.Вендров, Центральный банк РФ

Цель данного доклада - попытаться описать и обосновать один из возможных подходов к анализу и выбору средств проектирования информационных систем достаточно крупного масштаба (здесь намеренно не используется термин "CASE-средство", поскольку большинство известных CASE-средств в лучшем случае позволяют описать будущие приложения лишь в самом общем виде). Конечный результат выбора ни в коем случае не следует рассматривать как нечто абсолютное, он отражает лишь мнение конкретного коллектива разработчиков, утвердившееся на заданном временном интервале.
Под средствами проектирования информационных систем (СП ИС) будем понимать комплекс инструментальных средств, обеспечивающих в рамках выбранной методологии проектирования поддержку полного жизненного цикла (ЖЦ) ИС, который включает в себя, как правило, стратегическое планирование, анализ, проектирование, реализацию, внедрение и эксплуатацию. Каждый этап характеризуется определенными задачами и методами их решения, исходными данными, полученными на предыдущем этапе, и результатами. При анализе СП их следует рассматривать не локально, а в комплексе, что позволяет реально охарактеризовать их достоинства, недостатки и место в общем технологическом цикле создания ИС.
В общем случае стратегия выбора СП для конкретного применения зависит от следующих факторов:

• характеристик моделируемой предметной области;
• целей, потребностей и ограничений будущего проекта ИС, включая квалификацию участвующих в процессе проектирования специалистов;
• используемой методологии проектирования.

Тенденции развития современных информационных технологий приводят к постоянному возрастанию сложности ИС, создаваемых в различных областях экономики. Современные сложные ИС и проекты, обеспечивающие их создание, характеризуются, как правило, следующими особенностями:

• сложность предметной области (достаточно большое количество функций, объектов, атрибутов и сложные взаимосвязи между ними), требующая тщательного моделирования и анализа данных и процессов;
• наличие совокупности тесно взаимодействующих компонентов - подсистем, имеющих свои локальные задачи и цели функционирования;
• иерархическую структуру взаимосвязей компонентов, обеспечивающую устойчивость функционирования системы;
• иерархическую совокупность критериев качества функционирования компонентов и ИС в целом, обеспечивающих достижение главной цели - создания и последующего применения системы;
• отсутствие прямых аналогов, ограничивающее возможность использования каких-либо типовых проектных решений и прикладных систем;
• необходимость достаточно длительного сосуществования старых приложений и вновь разрабатываемых БД и приложений;
• наличие потребности как в традиционных приложениях, связанных с обработкой транзакций и решением регламентных задач, так и в приложениях аналитической обработки (поддержки принятия решений), использующих нерегламентированные запросы к данным большого объема;
• поддержка одновременной работы достаточно большого количества локальных сетей, связываемых в глобальную сеть масштаба предприятия, и территориально удаленных пользователей;
• функционирование в неоднородной операционной среде на нескольких вычислительных платформах;
• разобщенность и разнородность отдельных микроколлективов разработчиков по уровню квалификации и сложившимся традициям использования тех или иных инструментальных средств;
• существенная временная протяженность проекта, обусловленная, с одной стороны, ограниченными возможностями коллектива разработчиков, и, с другой стороны, масштабами организации-заказчика и различной степенью готовности отдельных ее подразделений к внедрению ИС.

Методология проектирования определяется как совокупность трех составляющих:

• пошаговой процедуры, определяющей последовательность технологических операций проектирования;
• критериев и правил, используемых для оценки результатов выполнения технологических операций;
• нотаций (графических и текстовых средств), используемых для описания проектируемой системы.

На выбор СП могут существенно повлиять следующие особенности методологии проектирования:

• ориентация на создание уникального или типового проекта;
• итерационный характер процесса проектирования;
• возможность декомпозиции проекта на составные части, разрабатываемые группами исполнителей ограниченной численности с последующей интеграцией составных частей;
• жесткая дисциплина проектирования и разработки при их коллективном характере;
• необходимость отчуждения проекта от разработчиков и его последующего централизованного сопровождения.

Критерии выбора

Традиционно при обсуждении проблемы выбора СП (в особенности CASE-средств) большое внимание уделялось особенностям реализации той или иной методологии анализа предметной области (E-R, IDEF0, IDEF1Х, Gane/Sarson, Yordon, Barker и др.). Безусловно, богатство изобразительных и описательных средств дает возможность на этапах стратегического планирования и анализа построить наиболее полную и адекватную модель предметной области. С другой стороны, если говорить о конечных результатах - базах данных и приложениях, то обнаруживается, что часть описаний в них практически не отражается, оставаясь чисто декларативной (на выходе мы в любом случае получим описание БД в табличном представлении с минимальным набором ограничений целостности и исполнимый код приложений, большую часть которых составляют экранные формы, не выводимые непосредственно из моделей предметной области). Опытные аналитики и проектировщики всегда с большими или меньшими трудозатратами придут к нужному конечному результату независимо от того, какая конкретно методология или ее разновидность реализована в данном инструменте. Это, конечно, не означает, что методология не важна, напротив, отсутствие или неполнота описательных средств могут с самого начала значительно затруднить работу над проектом. Однако, зачастую на первом плане оказываются другие критерии, невыполнение которых может породить гораздо большие трудности.
Может создаться впечатление, что если можно сформировать необходимую аппаратную платформу из компонентов различных фирм-производителей, то так же просто можно выбрать и скомплексировать разные инструментальные средства, каждое из которых является одним из мировых лидеров в своем классе. Однако в случае инструментальных средств в настоящее время, в отличие от оборудования, отсутствуют международные стандарты на основные свойства конечных продуктов (программ, баз данных и их сопряжение). Однако, поскольку составные части проекта должны быть интегрированы в единый продукт, следовательно, имеет смысл рассматривать не любые, а только сопряженные инструментальные средства, которые в принципе могут быть ориентированы - даже внутри одного класса - на разные методологии; при этом необходимо отбирать в состав комплекса СП средства, поддерживающие по крайней мере близкие методологии, если не одну и ту же.
Исходя из перечисленных выше соображений, примем в качестве основных критериев выбора СП следующие критерии:

Поддержка полного жизненного цикла ИС с обеспечением эволюционности ее развития.
Полный жизненный цикл ИС должен поддерживаться "сквозной" технологической цепочкой средств разработчика, обеспечивающей решение следующих задач:

· обследование и получения формализованных знаний о предметной области (последовательный и логически связный переход от формализованного описания предметной области к ее моделям);

· декомпозиция проекта на составные части и интеграция составных частей;

· проектирование моделей приложений (логики приложений и пользовательских интерфейсов);

· прототипирование приложений;

· проектирование баз данных;

· коллективная, территориально распределенная разработка приложений с использованием различных инструментальных средств (включая их интеграцию, тестирование и отладку);

· разработка распределенных баз данных (с выбором оптимальных вариантов распределения);

· разработка проектной документации с учетом требований проектных стандартов;

· адаптация к различным системно-техническим платформам и СУБД;

· тестирование и испытания;

· сопровождение, внесение изменений и управление версиями и конфигурацией ИС;

· интеграция с существующими разработками (включая реинжиниринг приложений, конвертирование БД);

· администрирование ИС (оптимизация эксплуатационных характеристик);

· управление разработкой и сопровождением ИС (планирование, координация и контроль за ресурсами и ходом выполнения работ);

· прогнозирование и оценка трудоемкости, сроков и стоимости разработки.

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.

Обеспечение целостности проекта и контроля за его состоянием.
Данное требование означает наличие единой технологической среды создания, сопровождения и развития ИС, а также целостность базы проектных данных (репозитория). Единая технологическая среда должна обеспечиваться за счет использования единственной CASE-системы 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-системой и средствами разработки приложений должен выполнять две основные функции: а) непосредственный переход в рамках единой среды от описания логики приложения, реализованного CASE-системой, к разработке пользовательского интерфейса (экранных форм); б) перенос описания БД из репозитория CASE-системы 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 различными средствами. Должны также обеспечиваться возможности для централизованного сбора, хранения и распределения информации между различными этапами проекта, группами разработчиков и выполняемыми операциями. Поддержка базы проектных данных может быть реализована собственными средствами СП или средствами целевой СУБД (второй вариант предпочтительнее, поскольку упрощается технология ведения репозитория).
Невыполнение требования целостности в условиях разобщенности разработчиков и временной протяженности крупного проекта может означать утрату контроля за его состоянием.

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 СП для различных платформ и драйверов соответствующих сетевых протоколов, менеджеров транзакций и СУБД.
Один из дополнительных факторов, который при этом следует учитывать - это способ взаимодействия с СУБД (прямой или через ODBC), поскольку использование ODBC может заметно ухудшить производительность и надежность интерфейса.

Поддержка одновременной работы групп разработчиков.
Развитые СП должны обладать возможностями разделения полномочий персонала разработчиков и объединения отдельных работ в общий проект. Должна обеспечиваться одновременная 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.
Помимо перечисленных основных критериев, предварительный анализ при выборе СП должен учитывать следующие аспекты:

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).

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 СП.

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 прототипных 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 пробной лицензии (trial license), стоимость лицензии на одно рабочее место СП, 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.

Простота использования.
Учитываются следующие характеристики:

· доступность пользовательского интерфейса;

· время, необходимое для обучения;

· простота инсталляции;

· качество документации.

Обеспечение качества проектной документации.
Это требование относится к возможностям СП 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.

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 данного требования ставит разработчиков в зависимость от фирмы-производителя данного средства, делает затруднительным формальный контроль корректности используемых нотаций и снижает возможности привлечения дополнительных коллективов разработчиков, поскольку число специалистов, знакомых с данным методом (нотацией) может быть ограниченным.
В идеальном случае (что, конечно же, далеко не всегда возможно) окончательный выбор может быть произведен по результатам тестирования в соответствии с заданным планом, которое должно включать имитацию проектирования реальной БД и разработки приложений и состоять из следующих шагов:

· установка и конфигурирование (ясность и точность инструкций по установке, наличие подсказок в процессе установки, возможность установки по выбору и задания многопользовательской конфигурации);

· разработка концептуальной схемы БД (понятность и простота построения, модификации и документирования различных элементов диаграмм "сущность-связь", отображение ограничений ссылочной целостности и бизнес- правил, управление режимом отображения);

· формирование отчета о концептуальной схеме (список сущностей с определениями и атрибутами, включая указание ключей, список атрибутов, сгруппированных по сущностям, список связей между сущностями, возможность форматирования отчета, составления отчета по выделенной части схемы, передачи отчета, например, в другие приложения (текстовые процессоры));

· разработка графической схемы БД для конкретной СУБД с учетом специфичных для нее структур данных и ограничений (выбор целевой СУБД и реализация элементов схемы - ввод и модификация имен таблиц и столбцов, определение типов данных, доменов, индексов, значений по умолчанию и неопределенных значений, порядка индексирования, а также задание ограничений ссылочной целостности и дополнительных бизнес-правил, характеризующих предметную область, управление триггерами и хранимыми процедурами);

· формирование отчета о схеме БД (печать диаграммы схемы, списка таблиц с соответствующими столбцами, первичными ключами, индексами и т.д., возможность форматирования отчета, составления отчета по выделенной части схемы, передачи отчета в другие приложения);

· генерация схемы БД (трансформация схемы БД в файл DDL в текстовом формате или непосредственный интерфейс с целевой СУБД);

· разработка простейшего приложения (описание экранных форм, программирование или описание логики приложения и интерфейса с БД, загрузка БД тестовыми данными и тестирование приложения);

· сопровождение схем БД (внесение изменений - создание новых сущностей и атрибутов, изменение схемы БД, повторная генерация схемы, управление версиями, обеспечение сохранности данных, синхронизация концептуальной схемы и самой БД);

· обратное проектирование - реинжиниринг (полное и точное восстановление исходной концептуальной схемы по файлам DDL или непосредственно из словаря целевой СУБД).

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.