Структурная модель предметной области

В основе проектирования ИС лежит моделирование предметной области. Для того чтобы получить адекватный предметной области проект ИС в виде системы правильно работающих программ, необходимо иметь целостное, системное представление модели, которое отражает все аспекты функционирования будущей информационной системы. При этом под моделью предметной области понимается некоторая система, имитирующая структуру или функционирование исследуемой предметной области и отвечающая основному требованию – быть адекватной этой области.

Предварительное моделирование предметной области позволяет сократить время и сроки проведения проектировочных работ и получить более эффективный и качественный проект. Без проведения моделирования предметной области велика вероятность допущения большого количества ошибок в решении стратегических вопросов, приводящих к экономическим потерям и высоким затратам на последующее перепроектирование системы. Вследствие этого все современные технологии проектирования ИС основываются на использовании методологии моделирования предметной области.

К моделям предметных областей предъявляются следующие требования:

• формализация, обеспечивающая однозначное описание структуры предметной области;
• понятность для заказчиков и разработчиков на основе применения графических средств отображения модели;
• реализуемость, подразумевающая наличие средств физической реализации модели предметной области в ИС;
• обеспечение оценки эффективности реализации модели предметной области на основе определенных методов и вычисляемых показателей.

Для реализации перечисленных требований, как правило, строится система моделей, которая отражает структурный и оценочный аспекты функционирования предметной области.

Структурный аспект предполагает построение:

• объектной структуры, отражающей состав взаимодействующих в процессах материальных и информационных объектов предметной области;
• функциональной структуры, отражающей взаимосвязь функций (действий) по преобразованию объектов в процессах;
• структуры управления, отражающей события и бизнес-правила, которые воздействуют на выполнение процессов;
• организационной структуры, отражающей взаимодействие организационных единиц предприятия и персонала в процессах;
• технической структуры, описывающей топологию расположения и способы коммуникации комплекса технических средств.

Для отображения структурного аспекта моделей предметных областей в основном используются графические методы, которые должны гарантировать представление информации о компонентах системы. Главное требование к графическим методам документирования — простота. Графические методы должны обеспечивать возможность структурной декомпозиции спецификаций системы с максимальной степенью детализации и согласований описаний на смежных уровнях декомпозиции.

С моделированием непосредственно связана проблема выбора языка представления проектных решений, позволяющего как можно больше привлекать будущих пользователей системы к ее разработке. Язык моделирования – это нотация, в основном графическая, которая используется для описания проектов. Нотация представляет собой совокупность графических объектов, используемых в модели. Нотация является синтаксисом языка моделирования. Язык моделирования, с одной стороны, должен делать решения проектировщиков понятными пользователю, с другой стороны, предоставлять проектировщикам средства достаточно формализованного и однозначного определения проектных решений, подлежащих реализации в виде программных комплексов, образующих целостную систему программного обеспечения.

Графическое изображение нередко оказывается наиболее емкой формой представления информации. При этом проектировщики должны учитывать, что графические методы документирования не могут полностью обеспечить декомпозицию проектных решений от постановки задачи проектирования до реализации программ ЭВМ. Трудности возникают при переходе от этапа анализа системы к этапу проектирования и в особенности к программированию.

Главный критерий адекватности структурной модели предметной области заключается в функциональной полноте разрабатываемой ИС.

Оценочные аспекты моделирования предметной области связаны с разрабатываемыми показателями эффективности автоматизируемых процессов, к которым относятся:

• время решения задач;
• стоимостные затраты на обработку данных;
• надежность процессов;
• косвенные показатели эффективности, такие, как объемы производства, производительность труда, оборачиваемость капитала, рентабельность и т.д.

Для расчета показателей эффективности, как правило, используются статические методы функционально-стоимостного анализа (ABC) и динамические методы имитационного моделирования.

В основе различных методологий моделирования предметной области ИС лежат принципы последовательной детализации абстрактных категорий. Обычно модели строятся на трех уровнях: на внешнем уровне (определении требований), на концептуальном уровне (спецификации требований) и внутреннем уровне (реализации требований). Так, на внешнем уровне модель отвечает на вопрос, что должна делать система, то есть определяется состав основных компонентов системы: объектов, функций, событий, организационных единиц, технических средств. На концептуальном уровне модель отвечает на вопрос, как должна функционировать система? Иначе говоря, определяется характер взаимодействия компонентов системы одного и разных типов. На внутреннем уровне модель отвечает на вопрос: с помощью каких программно-технических средств реализуются требования к системе? С позиции жизненного цикла ИС описанные уровни моделей соответственно строятся на этапах анализа требований, логического (технического) и физического (рабочего) проектирования. Рассмотрим особенности построения моделей предметной области на трех уровнях детализации.

Объектная структура

Объект — это сущность, которая используется при выполнении некоторой функции или операции (преобразования, обработки, формирования и т.д.). Объекты могут иметь динамическую или статическую природу: динамические объекты используются в одном цикле воспроизводства, например заказы на продукцию, счета на оплату, платежи; статические объекты используются во многих циклах воспроизводства, например, оборудование, персонал, запасы материалов.

На внешнем уровне детализации модели выделяются основные виды материальных объектов (например, сырье и материалы, полуфабрикаты, готовые изделия, услуги) и основные виды информационных объектов или документов (например, заказы, накладные, счета и т.д.).

На концептуальном уровне построения модели предметной области уточняется состав классов объектов, определяются их атрибуты и взаимосвязи. Таким образом строится обобщенное представление структуры предметной области.

Далее концептуальная модель на внутреннем уровне отображается в виде файлов базы данных, входных и выходных документов ЭИС. Причем динамические объекты представляются единицами переменной информации или документами, а статические объекты — единицами условно-постоянной информации в виде списков, номенклатур, ценников, справочников, классификаторов. Модель базы данных как постоянно поддерживаемого информационного ресурса отображает хранение условно-постоянной и накапливаемой переменной информации, используемой в повторяющихся информационных процессах.

Функциональная структура

Функция (операция) представляет собой некоторый преобразователь входных объектов в выходные. Последовательность взаимосвязанных по входам и выходам функций составляет бизнес-процесс. Функция бизнес-процесса может порождать объекты любой природы (материальные, денежные, информационные). Причем бизнес-процессы и информационные процессы, как правило, неразрывны, то есть функции материального процесса не могут осуществляться без информационной поддержки. Например, отгрузка готовой продукции осуществляется на основе документа "Заказ", который, в свою очередь, порождает документ "Накладная", сопровождающий партию отгруженного товара.

Функция может быть представлена одним действием или некоторой совокупностью действий. В последнем случае каждой функции может соответствовать некоторый процесс, в котором могут существовать свои подпроцессы, и т.д., пока каждая из подфункций не будет представлять некоторую недекомпозируемую последовательность действий.

На внешнем уровне моделирования определяется список основных бизнес-функций или видов бизнес-процессов. Обычно таких функций насчитывается 15–20.

На концептуальном уровне выделенные функции декомпозируются и строятся иерархии взаимосвязанных функций.

На внутреннем уровне отображается структура информационного процесса в компьютере: определяются иерархические структуры программных модулей, реализующих автоматизируемые функции.

Структура управления

В совокупности функций бизнес-процесса возможны альтернативные или циклические последовательности в зависимости от различных условий протекания процесса. Эти условия связаны с происходящими событиями во внешней среде или в самих процессах и с образованием определенных состояний объектов (например, заказ принят, отвергнут, отправлен на корректировку). События вызывают выполнение функций, которые, в свою очередь, изменяют состояния объектов и формируют новые события, и т.д., пока не будет завершен некоторый бизнес-процесс. Тогда последовательность событий составляет конкретную реализацию бизнес-процесса.

Каждое событие описывается с двух точек зрения: информационной и процедурной. Информационно событие отражается в виде некоторого сообщения, фиксирующего факт выполнения некоторой функции изменения состояния или появления нового. Процедурно событие вызывает выполнение новой функции, и поэтому для каждого состояния объекта должны быть заданы описания этих вызовов. Таким образом, события выступают в связующей роли для выполнения функций бизнес-процессов.

На внешнем уровне определяются список внешних событий, вызываемых взаимодействием предприятия с внешней средой (платежи налогов, процентов по кредитам, поставки по контрактам и т.д.), и список целевых установок, которым должны соответствовать бизнес-процессы (регламент выполнения процессов, поддержка уровня материальных запасов, уровень качества продукции и т.д.).

На концептуальном уровне устанавливаются бизнес-правила, определяющие условия вызова функций при возникновении событий и достижении состояний объектов.

На внутреннем уровне выполняется формализация бизнес-правил в виде триггеров или вызовов программных модулей.

Организационная структура

Организационная структура представляет собой совокупность организационных единиц, как правило, связанных иерархическими и процессными отношениями. Организационная единица — это подразделение, представляющее собой объединение людей (персонала) для выполнения совокупности общих функций или бизнес-процессов. В функционально-ориентированной организационной структуре организационная единица выполняет набор функций, относящихся к одной функции управления и входящих в различные процессы. В процессно-ориентированной структуре организационная единица выполняет набор функций, входящих в один тип процесса и относящихся к разным функциям управления.

На внешнем уровне строится структурная модель предприятия в виде иерархии подчинения организационных единиц или списков взаимодействующих подразделений.

На концептуальном уровне для каждого подразделения задается организационно-штатная структура должностей (ролей персонала).

На внутреннем уровне определяются требования к правам доступа персонала к автоматизируемым функциям информационной системы.

Техническая структура

Топология определяет территориальное размещение технических средств по структурным подразделениям предприятия, а коммуникация — технический способ реализации взаимодействия структурных подразделений.

На внешнем уровне модели определяются типы технических средств обработки данных и их размещение по структурным подразделениям.

На концептуальном уровне определяются способы коммуникаций между техническими комплексами структурных подразделений: физическое перемещение документов, машинных носителей, обмен информацией по каналам связи и т.д.

На внутреннем уровне строится модель "клиент-серверной" архитектуры вычислительной сети.

Описанные модели предметной области нацелены на проектирование отдельных компонентов ИС: данных, функциональных программных модулей, управляющих программных модулей, программных модулей интерфейсов пользователей, структуры технического комплекса. Для более качественного проектирования указанных компонентов требуется построение моделей, увязывающих различные компоненты ИС между собой. В простейшем случае в качестве таких моделей взаимодействия могут использоваться матрицы перекрестных ссылок: "объекты-функции", "функции-события", "организационные единицы — функции", "организационные единицы — объекты", "организационные единицы — технические средства" и т д. Такие матрицы не наглядны и не отражают особенности реализации взаимодействий.

Для правильного отображения взаимодействий компонентов ИС важно осуществлять совместное моделирование таких компонентов, особенно с содержательной точки зрения объектов и функций. Методология структурного системного анализа существенно помогает в решении таких задач.

Структурным анализом принято называть метод исследования системы, который начинается с ее общего обзора, а затем детализируется, приобретая иерархическую структуру с все большим числом уровней. Для таких методов характерно: разбиение на уровни абстракции с ограниченным числом элементов (от 3 до 7); ограниченный контекст, включающий только существенные детали каждого уровня; использование строгих формальных правил записи; последовательное приближение к результату. Структурный анализ основан на двух базовых принципах – "разделяй и властвуй" и принципе иерархической упорядоченности. Решение трудных проблем путем их разбиения на множество меньших независимых задач (так называемых "черных ящиков") и организация этих задач в древовидные иерархические структуры значительно повышают понимание сложных систем. Определим ключевые понятия структурного анализа.

Операция – элементарное (неделимое) действие, выполняемое на одном рабочем месте.

Функция – совокупность операций, сгруппированных по определенному признаку.

Бизнес-процесс — связанная совокупность функций, в ходе выполнения которой потребляются определенные ресурсы и создается продукт (предмет, услуга, научное открытие, идея), представляющая ценность для потребителя.

Подпроцесс – это бизнес-процесс, являющийся структурным элементом некоторого бизнес-процесса и представляющий ценность для потребителя.

Бизнес-модель – структурированное графическое описание сети процессов и операций, связанных с данными, документами, организационными единицами и прочими объектами, отражающими существующую или предполагаемую деятельность предприятия.

Существуют различные методологии структурного моделирования предметной области, среди которых следует выделить функционально-ориентированные и объектно-ориентированные методологии.