Системный структурный анализ в проектировании информационных систем

Системный структурный  анализ в проектирование информационных систем

Анализ требований к функциям и информационным ресурсам информационной системы (ИС) оказывает существенное влияние на все последующие этапы  ее создания и эксплуатации, являясь  в тоже время наименее изученным, трудно формализуемым процессом.

На этом этапе,

во-первых, необходимо понять, что предполагается сделать,

во-вторых, задокументировать  это достаточно полным и однозначно понимаемым всеми разработчиками и  потенциальными пользователями образом.

Во многих аспектах данный этап, который принято определять как системный структурный анализ, является наиболее трудной частью разработки и требует коллективной работы как  создателей, так и пользователей (заказчиков) ИАС. Решение проблем  системного анализа существенно  облегчается при использовании  современных структурных методов, среди которых центральное место  занимают методологии системного структурного анализа.

 

Далее под системным структурным  анализом будем понимать метод исследования системы, котоpый нaчинается с общего обзора и затем детализируется, приобретая иерархическую структуру со все большим числом уровней. Для такого метода характерно следующее:

• разбиение на  уровни абстракции с ограничением числа элементов на каждом из уровней (обычно от 3 до 6-7);
• ограниченный контекст, включающий лишь существенные на каждом уровне детали;
• дуальность данных и операций над ними;
• использование строгих формальных правил записи; последовательное приближение к конечному результату.

При этом практически все  современные методологии системного структурного анализа базируются на двух основопологающих принципах

 – принципе декомпозиции,

–  принципе иерархического упорядочивания.

 

Кроме этих принципов следует  учитывать еще ряд других, игнорирование  которых может привести к негативным последствиям не только при проведении системного анализа, но и при реализации всего проекта по созданию информационно-аналитической  системы в целом:

принцип абстрагирования, принцип формализации, принцип рациональной степени детализации, принцип концептуальной общности, принцип полноты, принцип  непротиворечивости, принцип логической независимости, принцип независимости  данных.

При проектировании сложного программного обеспечения и автоматизированных информационных систем наибольшее применение получили модели концептуального уровня с графовой структурой, в частности  по той причине, что графовые модели обеспечивают большую ясность представления. Из практики проектирования систем известны следующие типы графовых моделей:

простые ориентированные  графы;

модели раскрашенных графов;

двудольные графы;

модель, применяемая в методологии SADT (Structured Analysis & Design Technique) и т.п.

Хорошо известная SADT-модель может рассматриваться как одна из наиболее развитых концептуальных моделей систем. Также как и модель, основанная на использовании двудольного ориентированного графа, она имеет одно очень важное свойство, а именно, допускает иерархическую декомпозицию двух ее основных элементов (действий и данных).

Еще одной, не менее важной особенностью SADT-модели является принцип классификации соединений (вход, выход, управление, механизм, вызов).

SADT – одна из самых известных методологий анализа и проектирования систем, предложенная в 1973 г. Дугласом Россом. Методология SADT успешно работает в случае проектирования систем для организаций, деятельность которых жестко регламентирована четкими должностными инструкциями и методиками, что весьма характерно для органов государственного и муниципального управления.

Методология SADT (точнее ее подмножество IDEF0) позволяет строить статическую функциональную модель и модель данных информационных систем, что подтверждается многочисленными примерами ее применения для структурного анализа систем различного назначения.

Другая известная методология  системного структурного анализа и  проектирования DFD (Data Flow Diagram) отличается тем, что включает такие понятия, как внешняя ссылка и хранилище данных, что делает ее более удобной (по сравнению с IDEF0) для моделирования документооборота в корпоративных системах обработки информации.

SADT, как и другие методологии проектирования рекомендуется использовать на ранних этапах жизненного цикла разработки автоматизированных информационных систем: для более глубокого и комплексного понимания системы до ее воплощения. SADT позволяет сократить дорогостоящие ошибки на ранних этапах создания системы, улучшить контакт между пользователями и разработчиками, сгладить переход от анализа к проектированию.

Несомненным достоинством SADT-модели является ее возможность отражения таких характеристик, как управление, обратная связь, исполнители.

Ряд ограничений методологии  SADT могут быть в значительной мере сняты в результате использования инструментальных CASE-средств, позволяющих дополнять функциональные модели IDEF0 потоковыми диаграммами DFD и WorkFlow(IDEF3), например, пакет BPwin фирмы CA и др.

Методология SADT (IDEF0) предписывает построение иерархической системы диаграмм. Сначала проводится описание системы в целом и ее взаимодействия с окружающей средой, в результате чего создается диаграмма верхнего уровня (контекстная диаграмма). Затем проводится функциональная декомпозиция, то есть система разбивается на подсистемы, и каждая из них описывается отдельно (диаграмма декомпозиции более низкого уровня).

 

ФОРМАЛИЗАЦИЯ  SADT-ТЕХНОЛОГИИ НА ОСНОВЕ ТЕОРИИ АЛГЕБРАИЧЕСКИХ СИСТЕМ

 

В соответствии с положениями  теории алгебраических систем составим формализованное описание SADT-модели общего вида для ИС.

Пусть – базовое множество sa-блоков в создаваемой иерархии любой из моделей.

Определим как множество отношений, определенных на множестве (разной арности). При этом k-арным отношением r^k на множестве будем называть подмножество декартова произведения , которое представляет собой список кортежей из k элементов вида . Таком образом, отношение r графически может быть отображено в виде стрелок, соединяющих подмножество с подмножеством . Тогда SADT-модель определим как совокупность:

,       (1)

где SA – носитель модели (множество блоков);

 – сигнатура модели (множество  стрелок), представляющее инъективное  отображение из сигнатуры  во множество , которое сопоставляет названию отношения из сигнатуры отношение соответствующей арности.

 

sa-блок

Управляющее воздействие 

   Вход

Выход

Механизм

Рис.1. sa-блок SADT-модели

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При этом сигнатуру  определим в соответствии с требованиями к блокам диаграмм в SADT-модели и рис.1 как:

,       (2)

где (здесь – название i-го отношения арности) – множество названий отношений разной арности, определяющих входное воздействие на sa-блоки;

 – множество названий отношений  разной арности, которые определяют  выходные координаты sa-блоков;

 – множество названий отношений  разной арности, определяющих  управляющее воздействие на sa-блоки;

 – множество названий отношений  разной арности, определяющих  механизмы sa-блоков.

Таким образом, множество Arrow определяет множество всех отношений (стрелок) в модели из сигнатуры W:

.       (3)

В дальнейшем множество  будем обозначать как , по аналогии введем обозначения , и .

 

Элементы модели (1) должны удовлетворять следующим  условиям:

1. Любая стрелка или sa-блок описывается одним и только одним названием , принадлежащего множеству всех идентификаторов модели IDEN, то есть .
2. Любой элемент из множества не может являться одновременно отношением типов входные данные, управление и механизм, то есть .

Грамматику, порождающую  SADT-модель из начальной диаграммы, определим как четверку:

,       (4)

где IDEN – алфавит грамматики, множество имен всех стрелок и sa-блоков;

 – терминальные sa-блоки модели, ;

 – начальная диаграмма,  цель грамматики;

 – множество правил грамматики  вида:

1. , где , – стрелки, инцидентные блоку и определяющие его взаимодействие с внешней средой.

2. , где , . При этом , то есть является нетерминальным SA-блоком, – стрелки, инцидентные блоку ; каждое отношение превращается в отношения , того же типа, что и , которые связывают соответствующие -блоки с внешней средой.

В результате осуществления  декомпозиция -блока и инцидентных ему отношений получается диаграмма , отвечающая всем требованиям SADT-методологии. Существенным является то, что вновь созданная диаграмма может состоять из терминальных, нетерминальных sa-блоков, а также их сочетания. В программной реализации: . Признаком окончания моделирования является выражение всех диаграмм через терминальные sa-блоки, то есть терминальные символы грамматики.

Все указанные положения  в полной мере распространяются на оба типа SADT-моделей более частного вида, представленных на рис. 2 и 3.

 

Данные  управления

Механизм

Рис.2. sa-блок в функциональной модели SADT

 

     Функция

Входные данные

Выходные данные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Функции, использующие данные

Функции управления

Информационые ресурсы

Механизм

Функции, создающие данные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис.3. sa-блок в информационной модели SADT

 

Формирование  функциональной и информационной моделей  ИАС с использованием методологии  SADT и инструментальной среды BPwin

 

Формирование функциональной модели ИАС начнем с построения SADT-модели на предельно обобщенном уровне (рис.3.1.), что позволяет выявить ее главные аспекты взаимодействия с внешней средой, а именно:

— Входные данные: оперативная  информация, запросы и команды  пользователя ИАС в ходе ведения  информационно-аналитической работы;

— Управляющие данные: инструкция пользователя, инструкция системного администратора;

— Выходные данные: отчеты (регламентные и не регламентные), сведения о выявленных закономерностях, тенденциях и аномалиях, а также прогнозные данные;

— Механизмы: программно-аппаратный комплекс ИАС, системный администратор, пользователь.

Рис. 1.1. Полная структура  аналитической системы, построенной  на основе Хранилища Данных

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Формализация  функциональной структуры.

     Каждый элемент  структуры может быть описан  аналитическим соотношением, которое  определяет функциональную связь  входа или выхода.

      Когда оператор  преобразования неизвестен, между  входом и выходом в ряде  случаев прибегают к использованию  математического аппарата в теории  автоматов.

     Если функционирование  элемента связано с временными  запаздываниями, то используется  модель автомата с памятью.

     Когда временем  преобразования в элементе можно  пренебречь, можно использовать  модель комбинационного автомата, который записывается с использованием  операторов математической логики.

 

                        Этап логического проектирования.

      АСУ может  рассматриваться как система  обработки данных и знаний, поэтому  математическая формализация логической  структуры может быть представлена  в терминах действий над данными.

      Нужно задать  связи между данными, определить  структуру данных.

Провести обработку функциональных спецификаций, что в итоге позволит перейти к автоматизации создания программного обеспечения.

     СА:BPwin  ERwin

        Виды  автоматизированных систем в  организации

Принято выделять 4 организационных  уровня и 4 типа информационных систем.

Стратегический уровень

 

 

Уровень управлений

 

Уровень знаний

 

 

Эксплуатационный 

уровень

Производство

Продажа и маркетинг