ИССЛЕДОВАНИЕ И ОПИСАНИЕ ПРЕДМЕТНОЙ ОБЛАСТИ

Перед началом проектирования необходимо исследовать предметную область, определить цели создания ИС и перечень задач, которые надо решить для достижения этих целей. Исследование предметной области дает основу для построения целей ИС и решаемых задач.

Примерами получаемой информации являются:

• 1) Официальные правила деятельности;
• 2) Неофициальные правила деятельности;
• 3) Правила документооборота (какие документы, кто их заполняет);
• 4) Система управления качеством;
• 5) Правила неоформленного документооборота.

После обследования возможны:

• 1) Реинжиниринг бизнес-процесса;
• 2) Определение реальных потребностей предприятия;
• 3) Оценка перспектив развития.

При углубленной работе с информацией, связанной с ее сбором, созданием БД, обработкой информации, представлением для дальнейшего использования возникают значительные трудности [78]. Это связано с невозможностью работы в компьютерной среде на естественном языке. Вся информация, описывающая конкретную предметную область, должна быть определенным образом абстрагирована и формализована.

Основными направлениями формализации информации о предметной области являются:

• • теория классификации, базирующаяся на таксономическом и мерономическом описании информации. Таксономическое описание основано на идеологии множеств, а мерономическое осуществляется через строго формализованное определение классов;
• • теория измерений, предлагающая базу для качественных и количественных измерений через классификационные и порядковые шкалы;
• • семиотика, изучающая знаковые системы с позиции синтактики, семантики и прагматики.

Прежде чем перейти непосредственно к вопросам формализации и абстрагированного описания, кратко коснемся вопросов терминологии.

Понятие информации в общем плане должно быть связано с определенной предметной областью, свойства которой она отражает. В более узком плане понятие информации связано с определенным объектом. При этом наблюдается относительная независимость информации от носителя, поскольку возможны ее преобразование и передача по различным физическим средам с помощью разнообразных физических сигналов безотносительно к ее содержанию, т.е. к семантике, что и явилось центральным вопросом многих исследований, в том числе и в философской науке. Информация о любом материальном объекте может быть получена путем наблюдения, натурного либо вычислительного эксперимента, а также на основе логического вывода. Поэтому говорят о доопытной, или априорной информации и послеопытной, т.е. апостериорной, полученной в итоге эксперимента.

Предметная область — реальный мир, который должен быть отражен в информационной базе.

Факты — результат наблюдения за состоянием предметной области.

Данные — вид информации, отличающийся высокой степенью форматированное™ в отличие от более свободных структур, характерных для речевой, текстовой и визуальной информации.

Информационная база (БД) — совокупность данных, предназначенных для совместного применения.

Знания — итог теоретической и практической деятельности человека, отражающий накопление предыдущего опыта и отличающийся высокой степенью структуризации.

В знаниях можно выделить три основные составные части:

• • декларативные (факторальные) знания, представляющие общее описание объекта, что не позволяет их использовать без предварительной структуризации в конкретной предметной области;
• • понятийные (системные) знания, содержащие, помимо первой части, взаимосвязи между понятиями и свойства понятий;
• • процедурные (алгоритмические) знания, позволяющие получить алгоритм решения.

Предмет — всякая материальная вещь, объект познания. В логике предметом называется все то, на что направлена наша мысль; все то, что может быть как-то воспринято, названо и т.д. В этом смысле предметом считаются также суждение, понятие, умозаключение. В математической логике предметы обозначаются символами — предметными константами и предметными переменными.

Свойство — то, что присуще предметам, что отличает их от других предметов или делает их похожими на другие предметы. Каждый предмет обладает бесчисленным множеством свойств. Свойства проявляются в процессе взаимодействия предметов.

Признак — все то, в чем предметы, явления сходны друг с другом или в чем они отличаются друг от друга; показатель, сторона предмета или явления, по которой можно узнать, определить либо описать предмет или явление.

Атрибут (лат. attributum — предназначенное, наделенное, присовокупленное) — неотъемлемое, существенное, необходимое свойство, признак предмета или явления, без которого они не могут существовать, быть самими собой, в отличие от случайных, преходящих, несущественных свойств, или акциденций.

Таким образом, для современного состояния ИТ необходим переход от информационного описания предметной области к представлению на уровне данных, осуществляемый на основе декомпозиции, абстракции, агрегирования.

Декомпозиция — это разбиение системы (программы, задачи) на компоненты, объединение которых позволяет решить данную задачу.

Абстракция позволяет правильно выбрать нужные компоненты для декомпозиции. Абстракция представляет собой эффективный способ декомпозиции, осуществляемый посредством изменения списка декомпозиции. Абстракция предполагает продуманный выбор компонент. Процесс абстракции может быть рассмотрен как некоторое обобщение. Он позволяет забыть о различиях и рассматривать предметы и явления так, как если бы они были эквивалентны.

Выделение общего у процессов и явлений есть основа классификации. Иерархия абстракций представляет собой фактически схему классификации.

Агрегирование — процесс объединения предметов в некоторую группу не обязательно в целях классификации. Агрегирование выполняется с некоторой целью.

Способы абстрагирования:

• - абстракция через параметризацию;
• - абстракция через спецификацию.

Абстракция через параметризацию — выделение формальных параметров с возможностью их замены на фактические в различных контекстах.

Выделение формальных параметров позволяет абстрагироваться от конкретного приложения и базируется на общности определенных свойств конкретных приложений.

Абстракция через спецификацию позволяет абстрагироваться от внутренней структуры до знания свойств внешних проявлений (результата).

Модель данных — модель, используемая при абстрагировании. Концептуальная модель — это абстрагированное описание предметной области.

После знакомства с вопросами терминологии можно перейти к проблемам конструирования информационного обеспечения. Первой в этом ряду стоит проблема анализа предметной области. При таком анализе принято выделять три этапа:

• 1 — анализ требований и информационных потребностей;
• 2 — определение информационных объектов и связей между ними;
• 3 — конструирование концептуальной модели предметной области.

Этап 1 включает следующие задачи:

• • определение перечня задач по извлечению, обработке, хранению, транспортировке и представлению (в том числе документированию) информации;
• • определение требований к составу, структуре, формам представления информации;
• • прогнозирование возможных изменений информационных ресурсов как в количественном, так и в содержательном плане.

Наиболее важными при определении целей проекта создания ИС является получение полной информации о бизнес-процессах предприятия [67]. Необходимо описать и проанализировать все особенности организационной структуры всего предприятия и отдельных подразделений, правила движения информационных потоков и используемые программно-аппаратные средства. В результате такого анализа должны быть учтены все правила, регламентирующие деятельность сотрудников предприятия, документооборот и систему управления качеством. Только после полного анализа всех элементов присутствующих в деятельности подразделений предприятия, возможно успешное определение целей проекта и эффективное планирование дальнейших действий:

• • реинжиниринг бизнес-процессов и активностей предприятия;
• • определение потребностей предприятия;
• • оценка возможных перспектив развития.

Сложившиеся системы управления имеют недостатки, в основном связанные с их «непрозрачностью» [59]. При этом обычно невозможно получить ответы на следующие вопросы:

• • Выполняют ли сотрудники существующие предписания?
• • Насколько эти предписания эффективны?
• • Соответствуют ли получаемые результаты запланированным?
• • В чем причины появляющихся несоответствий?
• • Что можно сделать для совершенствования системы управления?

Для объективной оценки качества результатов любой высокотехнологичной продукции или услуги, кроме оценки степени соответствия результатов технологического процесса предъявляемым требованиям, необходимо иметь также и заключение о том, каково качество самого процесса предоставления этих услуг, т.е. насколько он совершенен, упорядочен, организован, устойчив, обеспечен, нацелен на предотвращение появления отклонений, несоответствий и т.д. Таким образом, качество результатов деятельности должно обеспечиваться посредством управления качеством основных рабочих процессов.

Мерой качества таких процессов обычно является степень гарантии того, что оказанная услуга будет в точности соответствовать требованиям потребителя. Обеспечение же таких гарантий во всем мире связывают с наличием в организации некоторой системы менеджмента качества. В принципе система менеджмента качества (СМК) может строиться в соответствии с требованиями и рекомендациями международных стандартов серии ISO 9000, принципами Всеобщего менеджмента качества (Total Quality Management — TQM) или базироваться на модели Европейского фонда по менеджменту качества (EFQM), используемой при присуждении Европейской премии по качеству «Совершенство в бизнесе». Все эти три подхода имеют в качестве основы процессно-ориентированный подход, не противоречат друг другу, взаимно дополняют друг друга и отличаются только полнотой и глубиной охвата всех рабочих процессов организации и степенью перекрытия СМК с общей системой менеджмента.

В основе подхода лежит очевидная концепция управления качеством выпускаемой продукции. Качество должно быть направлено на удовлетворение текущих и будущих потребностей потребителя как самого важного звена производственной линии. Достижение соответствующего уровня качества требует постоянного совершенствования производственных процессов. Для решения этой задачи Демингом было предложено 14 принципов, в совокупности составляющих теорию управления качеством и применимых для предприятий произвольных типов и различных масштабов. Безусловно, этих принципов недостаточно для полного решения стоящих перед современными предприятиями проблем, тем не менее они являются основой трансформации промышленности Японии и США.

ISO 9000 — стандарт на качество проектирования, разработки, изготовления и послепродажного обслуживания [32]. Этот стандарт определяет базовый набор мероприятий по контролю качества и представляет собой схему функционирования бизнес-процессов предприятия, обеспечивающую высокое качество его работы. В то же время ISO 9000 не является стандартом качества собственно для производимых предприятием товаров/услуг. Схема покрывает все этапы выпуска товаров/услуг, включая закупку сырья и материалов, проектирование, создание и доставку товаров, обслуживание клиентов, обучение персонала и т.п. ISO 9000 (на самом деле представляющий собой серию стандартов 9000, 9001, 9002, 9003, 9004) регламентирует два ключевых момента:

• • наличие и документирование соответствующего бизнес- процесса;
• • измеряемость его качества.

Наиболее полным является стандарт ISO 9001, специфицирующий модель обеспечения качества на всех этапах ЖЦ товара/услуги.

Сертификация предприятия по стандарту ISO 9000 включает следующие три этапа:

• 1. Применение стандартов па предприятии, заключающееся в разработке и вводе в действие ряда мер (процессов), предписываемых стандартами.
• 2. Проведение собственно сертификации аккредитованными ISO- органами.
• 3. Периодические (2 раза в год) проверки предприятия в отношении следования стандартам.

Следует отметить, что сертификация по ISO 9000 является добровольным делом каждого предприятия. Основной побудительной причиной сертификации является то, что многие зарубежные компании требуют наличие сертификата от своих поставщиков. Более того, наличие сертификата может оказаться обязательным условием участия предприятия в международных тендерах, госзаказах, а также получения льготных кредитов и страховок.

Принципы TQM, например, заключаются в следующем [22].

• Ориентация на потребителей образовательных услуг.

Система должна ориентироваться на требования своих клиентов-

потребителей образовательных услуг, поэтому сотрудники во главе с руководством должны знать и понимать их потребности, которые существуют в настоящий момент, а также могут возникнуть в будущем, выполнять их требования и стремиться превзойти их ожидания.

• Роль высшего руководства.

Первые руководители должны добиваться единства целей и направлений развития СМК. Они должны создавать внутреннюю среду корпоративного менеджмента, который позволяет сотрудникам быть в полной мере вовлеченными в процесс достижения стратегических целей.

• Вовлечение сотрудников в процессы менеджмента.

Вовлечение сотрудников всех уровней в реализацию стратегических

целей СМК должно составлять основу воплощения в жизнь методов и инструментов корпоративного менеджмента организации и ее структурных подразделений; полное вовлечение дает возможность руководству использовать способности персонала с максимальной выгодой как для организации, так и для его клиентов.

• Подход к управлению как к процессу.

Запланированные результаты должны достигаться наиболее эффективным способом, когда соответствующими видами деятельности и необходимыми для нее ресурсами руководят и управляют как процессом.

• Системный подход к менеджменту.

Должны обеспечиваться идентификация процессов, их понимание, руководство и управление ими как единой системой с целью повышения результативности и эффективности деятельности организации при достижении ее стратегических целей.

• Постоянное улучшение системы качества.

Для постоянного обеспечения удовлетворения запросов клиентов должен эффективно реализовываться принцип непрерывного улучшения функционирования СМК.

• Принятие решений, основанное на фактах.

Для достижения реальной эффективности принимаемых решений в СМК предоставления услуг необходимо добиться правового закрепления принципа принятия решений, базирующегося на анализе данных и информации, исключая волюнтаризм и авторитарность.

• Взаимовыгодные отношения с клиентами.

Для обеспечения эффективности взаимоотношений СМК с внешними и внутренними клиентами необходимо вести постоянный мониторинг этих процессов с соответствующим анализом и предложениями по постоянному улучшению, что будет способствовать взаимной выгоде обеих сторон создавать новые ценности в сфере предоставления услуг.

После проведения полного анализа всех активностей и правил их выполнения, существующих на предприятии, возможно верное определение целей и планирование действий по выполнению проекта построения ИС. В зависимости от потребностей предприятия заказчика возможны, например, следующие решения для успешного достижения целей и получения наилучшего результата от использования возможностей информационных технологий:

• • Совершенствование организационной структуры;
• • Оптимизация бизнес-процессов;
• • Выбор оптимальной модели решения.

Существуют два основных подхода к процессу анализа информации о предметной области, отличающихся критериями декомпозиции: функционально-модульный (структурный) и объектно-ориентированный [52].

Рис. 9.1. Варианты моделей организации

Функционально-модульный подход основан на принципе алгоритмической декомпозиции с выделением функциональных элементов и установлением строгого порядка выполняемых действий, т.е. в основе лежит иерархический подход с выделением вначале функциональных действий, затем — независимых компонентов с дальнейшей их детализацией.

Объектно-ориентированный подход основан на объектной декомпозиции с описанием поведения системы в терминах взаимодействия объектов.

Предметная область может быть описана с различных точек зрения с применением разных методологий функционально-модульного описания (рис. 9.1):

• • Структура процессов, функциональная модель (методологии IDEF0 и DFD).
• • Логика процессов, потоковая модель (методология IDEF3).
• • Поведение процессов, динамическая модель (методологии IDEF2 и STD).
• • Данные процессов, информационная модель (методологии IDEFIXhERD).

При создании ИС рекомендуется построить, как минимум, две модели: функциональную, определяющую процессы и правила, с помощью которых система выполняет свою миссию, и информационную. Предметная область исследуется двумя основными способами:

• 1. Диалог с экспертом.
• 2. Исследование документов (документ отражает главные моменты, которые нужно исследовать).

Функциональная модель служит основой для системного анализа исследуемой организации, поиска путей ее реинжиниринга. Информационная модель более важна именно для создания ИС, так как отражает структуру хранимых в ИС данных. Реализация этой структуры может быть выполнена совершенно различными методами (с использованием реляционной или объектной СУБД, на базе файлового, SQL- или терминального сервера и т.п.). Однако именно наличие адекватной информационной модели является необходимым условием для успешного создания ИС.

Предпроектная стадия, включающая проведение необходимых исследований, работ по формированию структуры ИС и получении, в конечном счете, технического задания на проектирование, может проходить по двум принципиально различным вариантам.

Классический фундаментальный подход. Он связан с проведением исследований по вскрытию законов, на основе которых функционирует исследуемая система обработки информации и управления. Далее, вследствие выявленных фундаментальных законов строится формальная модель, связывающая входы, выходы системы, влияние внешних воздействий на нее. Таким образом получаем формально-математическое представление системы, которое и может в дальнейшем служить основой для функционального, инфологического и рабочего проектирования ИС.

Второй подход, достаточно часто применяемый при построении автоматизированной системы обработки информации и управления (АСОИУ), включает в себя проведение информационного обследования объекта (предметной области), выявление основных информационных потоков, построения, как правило, имитационной модели функционирования объекта и далее выход также на инфологическое и рабочее проектирование.

Первый подход в большей степени гарантирует получение высококачественной разработки, но требует больших интеллектуальных и финансовых затрат. Второй подход обеспечивает меньшие, на первый взгляд, затраты, но вероятнее всего за счет неудачных и малоэффективных решений общие затраты при реализации работ по второму варианту могут быть и значительно больше, чем в первом случае.

Структурным анализом SADT (Structured Analysis and Design Technique) принято называть метод исследования системы с помощью ее графического модельного представления [45], которое начинается с общего обзора и последующей детализации в иерархическую структуру со все большим числом уровней. Для таких методов характерны: разбиение на уровни абстракции с ограничением числа элементов на каждом из уровней (обычно от 2 до 6); 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.

Анализ является первым этапом создания АСОИУ, на котором требования заказчика уточняются, формализуются и документируются. Фактически на этом этапе дается ответ на вопрос: «Что должна делать будущая система?» Именно здесь лежит ключ к успеху всего проекта.

Структурный анализ начинается с исследования того, как организована система управления предприятием, с обследования функциональной и информационной структур системы управления. По результатам обследования аналитик на первой стадии анализа строит обобщенную логическую модель исходной предметной области, отображающую ее функциональную структуру, особенности основной деятельности и информационное пространство, в котором эта деятельность осуществляется. Используя специальную терминологию, можно сказать, что аналитик строит модель «как есть».

Вторая стадия работы, к которой привлекаются заинтересованные представители заказчика, а при необходимости — и независимые эксперты, состоит в анализе модели «как есть», выявлении ее недостатков и узких мест, определении путей совершенствования системы управления на основе выделенных критериев качества.

Третья стадия анализа, содержащая элементы проектирования, — создание усовершенствованной обобщенной логической модели, отображающей реорганизованную предметную область или ее часть, которая подлежит автоматизации. Эту модель можно назвать моделью «как надо», т.е. здесь происходит формализация системы.

Главными недостатками любого варианта функционально-модульного подхода является однонаправленность информационных потоков и недостаточная обратная связь. В случае изменения требований к системе это приводит к полному перепроектированию, поэтому ошибки, наложенные на ранних этапах, сильно отражаются на продолжительности и стоимости разработки. Другой важной проблемой является неоднородность информационных ресурсов, используемых в большинстве ИС.

Наряду со структурным подходом существует и более мощный подход, называемый объектно-ориентированным (ООП). Эта методология создана для проектирования больших и сложных систем и имеет ряд преимуществ перед структурным подходом.

Основные понятия, используемые при декомпозиции предметной области на основе ООП, — это объект, класс, экземпляр, атрибут, связь между объектами, связь между атрибутами. Цель разработки объектной модели — описать объекты, составляющие в совокупности проектируемую систему, а также выявить и указать различные зависимости между объектами. Декомпозиция проблемы на объекты — творческий, плохо формализуемый процесс.

В объектной модели должны быть отражены те понятия и объекты реального мира, которые важны для разрабатываемой системы. В этой модели отражается прежде всего прагматика разрабатываемой системы, что выражается в использовании терминологии прикладной области, связанной с использованием разрабатываемой системы.

При выделении информационных объектов можно проследить следующую последовательность действий:

• • формирование классов, на которые можно разбить данные, подлежащие хранению;
• • присвоение уникального имени каждому классу объектов;
• • выделение информационных объектов путем анализа информационных потоков, документальных источников и интервьюирования участников информационного взаимодействия;
• • присвоение уникального имени каждому объекту данных и проверка их синтактики и семантики;
• • определение набора характеристик каждого объекта и формирование на этой основе состава атрибутов;
• • присвоение уникальных имен выбранным атрибутам;
• • задание ограничений на объекты и их атрибуты — количественные ограничения (диапазон изменения: максимальное (минимальное) значение и др.), ограничение целостности (неизменности состояния объекта в рассматриваемом интервале времени).

В процессе отражения между состояниями взаимодействующих объектов возникает определенная связь. Информация как результат отражения одного объекта другим выявляет степень соответствия их состояний.

Выделяют три типа связи (рис. 9.2): связь «один к одному» (1:1), связь «один ко многим» (1 :М), связь «многие ко многим» (M:N).

Рис. 9.2. Типы связей между объектами

Связь «один к одному» (1:1) отображает однозначную зависимость между объектами (больной Иванов лежит на койке 73 — на койке 73 лежит больной Иванов; студент Петров имеет зачетную книжку № 131056 — зачетная книжка № 131056 принадлежит студенту Петрову).

Связь «один ко многим» (1:М) или «многие к одному» (М:1) отображает неоднозначную зависимость одного объекта по отношению к другому (больной Иванов лежит в палате № 6 — в палате № 6 лежат больные Иванов, Петров, Сидоров, Михайлов; студент Петров учится в группе № 131 — в группе №131 учатся студенты Петров, Максимов, Коробкин, Ильин, Круглова и др.).

Связь «многие ко многим» (M:N) отображает неоднозначную зависимость объектов по отношению друг к другу (больной Иванов лечится у врачей Соколова, Воробьева, Воронова — врач Соколов лечит больных Иванова, Петрова, Сидорова; студент Петров посещает лекции профессоров Яшина, Васильева, Волкова — профессор Яшин читает лекции студентам Петрову, Максимову, Коробкину, Ильину, Кругловой и др.).

Выделение этих связей является крайне важным, так как связи 1 :М и M:N имеют внутреннюю неопределенность, что влияет на операции поиска и модификации (изменения) данных. Для преодоления неопределенности на этапе реализации логической модели требуется вводить избыточную информацию.

Заключительной фазой анализа предметной области является проектирование определенной информационной структуры в виде концептуальной модели. Для построения концептуальной модели используются операции агрегации и обобщения.

Агрегация основана на объединении информационных объектов в один на основе семантических связей между объектами. Например, самолет типа X перевозит груз из пункта отправления А в пункт назначения В. Используя агрегацию, создаем информационный объект РЕЙС с атрибутами «тип самолета», «пункт отправления», «пункт назначения», «рейс самолета».

Обобщение основано на объединении родственных информационных объектов в родовой объект. Например, объекты АВТОМОБИЛЬ, САМОЛЕТ, КОРАБЛЬ, ВЕЛОСИПЕД, МОТОЦИКЛ объединяем в объект ТРАНСПОРТНОЕ СРЕДСТВО. Одним из атрибутов этого объекта будет атрибут «тип транспортного средства».

Этап концептуального проектирования является специфическим, так как здесь требуется одновременно знание особенностей предметной области и методологии проектирования. Характерным является использование различных моделей (модели «сущность — связь», бинарных моделей данных, семантических сетей, инфологических моделей данных и др.). Отрицательным моментом выступает неадекватность получаемых результатов как при использовании различных моделей, так и в рамках коллектива исполнителей.

Объектная модель имеет четыре главных элемента: абстрагирование, инкапсуляция, модульность, иерархия. Эти элементы являются главными в том смысле, что без любого из них модель не будет объектно-ориентированной. Кроме главных, есть еще три дополнительных элемента: типизация, параллелизм, сохраняемость.

Абстракция выделяет существенные характеристики некоторого объекта, отличающие его от всех других видов объектов, и таким образом четко определяет его концептуальные границы с точки зрения наблюдателя. Инкапсуляция — это процесс отделения друг от друга элементов объекта, определяющих его устройство и поведение; инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать контрактные обязательства абстракции от их реализации. Модульность — это свойство системы, которая была разложена на внутренне связные, но слабо связанные между собой модули. Иерархия — это упорядочение абстракций, расположение их по уровням. Типизация — это способ защититься от использования объектов одного класса вместо другого, или, по крайней мере, управлять таким использованием. Параллелизм — это свойство, отличающее активные объекты от пассивных. Сохраняемость — способность объекта существовать во времени, переживая породивший его процесс, и (или) в пространстве, перемещаясь из своего первоначального адресного пространства.