Структура и классификация информационных систем
Тема 11 ОСНОВНЫЕ ЭТАПЫ И МЕТОДЫ СОЗДАНИЯ И ОРГАНИЗАЦИИ КОМПЬЮТЕРНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ
Структура и классификация информационных систем
Основные концепции построения информационных систем управления
Жизненный цикл информационной системы
Общие положения по созданию автоматизированных информационных систем
Структура и классификация информационных систем
Все системы согласно [12] можно разделить на две основные категории:
• материальные системы;
• абстрактные системы.
Материальные системы — это совокупность материальных объектов. Среди них выделяют технические, эргатические и смешанные системы. Среди смешанных систем особого внимания заслуживает подкласс эргатехнических систем (систем «человек—машина»), состоящих из человека-оператора — эргатической составляющей — и машины (машин) — технической составляющей. Абстрактные системы представляют собой продукт человеческого мышления — знания, теории, гипотезы [12].
Информационные системы следует относить к категории материальных, учитывая при этом, что продукт труда в данных системах нематериален.
Информационной системой (ИС) будем называть систему, в которой протекают процессы организации, хранения, передачи, преобразования и обработки информации. Основным предметом и продуктом труда в ИС является информация.
Система обработки данных (СОД) — это комплекс взаимосвязанных методов и средств преобразования данных, необходимых пользователю [12].
По степени механизации процедуры преобразования информации СОД можно подразделить на [12]:
• системы ручной обработки (СРОД);
• механизированные (МСОД);
• автоматизированные (АСОД);
• системы автоматической обработки данных (САОД).
Все процедуры работы с данными в СРОД выполняются без применения каких-либо технических средств. В МСОД для выполнения некоторых процедур используются технические средства. В АСОД некоторые совокупности процедур преобразования данных выполняются без участия человека. В САОД все процедуры преобразования данных и переходы между ними выполняются автоматически, человек как звено управления отсутствует. Человек может выполнять лишь функции внешнего наблюдения за работой системы.
Наиболее эффективными в большинстве сложных систем управления являются АСОД, включающие в свой состав компьютеры. АСОД является эффективной, если соответствует следующим принципам [12]:
• интеграция — обрабатываемые данные, однажды введенные в АСОД, многократно используются для решения задач, устраняется дублирование данных и операций их преобразования;
• системность — обработка данных в различных разрезах с целью получения информации, необходимой для принятия решений на всех уровнях и во всех функциональных подсистемах управления;
• комплексность — механизация и автоматизация процедур преобразования данных на всех стадиях техпроцесса АС ОД.
Автоматизированные системы обработки данных также называют автоматизированными системами управления (АСУ).
Автоматизированные системы обработки данных, которые имеют специальное программное обеспечение для анализа семантики информации и гибкой логической ее структуризации, часто называют системами обработки знаний (СОЗ).
ИС можно также классифицировать и по другим признакам [12]:
1) по функциональному назначению:
• производственные ИС;
• коммерческие ИС;
• финансовые ИС;
• логистические ИС;
• маркетинговые ИС и т. д.;
2) по объектам управления:
• ИС автоматизированного проектирования;
• ИС управления технологическими процессами;
• ИС управления предприятием (офисом, фирмой, корпорацией, организацией) и т. п.;
3) по характеру использования результатной информации:
• информационно-поисковые, предназначенные для сбора, хранения и выдачи информации по запросу пользователя;
• информационно-советующие, предлагающие пользователю определенные рекомендации для принятия решений (системы поддержки принятия решений);
• информационно-управляющие, результатная информация которых непосредственно участвует в формировании управляющих воздействий.
Практически все ИС являются одновременно и информационно-вычислительными (ИВС), так как в их состав входят вычислительные машины. Анализ содержания и систематизация функций ИВС, управляющей крупным объектом (корпорацией, фирмой), позволили выделить и определить следующие обобщенные функции [12]:
• вычислительная — своевременная и качественная обработка данных во всех интересующих систему управления аспектах;
• коммуникационная — оперативная передача информации в заданные пункты;
• информирующая — обеспечение быстрого доступа, поиска и выдачи необходимой информации;
• архивирующая — выполнение непрерывного накопления, систематизации, хранения и обновления всей необходимой информации;
• регулирующая — осуществление информационно-управляющего воздействия на объект управления при отклонении параметров его функционирования от запланированных значений;
• оптимизирующая — обеспечение оптимальных плановых расчетов по мере изменения целей, критериев и условий функционирования объекта;
• самоорганизующаяся — гибкое изменение структуры и параметров ИВС для достижения вновь поставленных целей;
• самосовершенствующаяся — накопление и анализ опыта с целью обоснованного отбора лучших методов проектирования, производства и управления;
• исследовательская —- обеспечение выполнения научных исследований корпоративных проблем, процессов создания новой техники и технологий, формирования тематики целевых программ комплексных научных исследований;
• прогнозирующая — выявление основных тенденций, закономерностей и показателей развития объекта и окружающей среды;
• анализирующая — определение основных показателей деятельности объекта;
• синтезирующая — обеспечение автоматизированной разработки нормативов технологической, финансовой и хоз4!ственной деятельности;
• контролирующая — выполнение автоматизированного контроля качества средств производства, выпускаемой продукции и услуг;
• диагностическая — выполнение автоматизированных процедур диагностики состояния объекта управления;
• документирующая — обеспечение формирования необходимых учетно-расчетных, планово-распорядительных, финансовых и других форм документов.
Для реализации перечисленных функций ИС должна включать набор подсистем, показанный на рисунке 1 [12].
Функциональные подсистемы ИС предназначены для реализации и поддержки моделей, методов и алгоритмов получения управляющей информации.
Состав функциональных подсистем зависит от предметной области использования ИС. Каждая из подсистем обеспечивает выполнение комплексов задач и процедур обработки информации, необходимых для эффективного управления объектом.
На рисунке 1 приведен примерный состав этих подсистем для производственных организаций.
1. Подсистема научно-технической подготовки производства отвечает за выполнение научно-исследовательских работ, конструкторскую и технологическую подготовку производства.
2. Подсистема бизнес-планирования выполняет технико-экономическое и оперативно-календарное планирование производства, обеспечивает формирование бизнес-планов.
3. Подсистема оперативного управления предназначена для управления ходом производства, а также выполняет управление материальными потоками, снабжением и сбытом, учетом затрат на производство.
4. Подсистема финансового менеджмента отвечает за формирование финансового плана и портфеля заказов предприятия, анализ результатов его хозяйственной деятельности.
5. Подсистема бухгалтерского учета обеспечивает составление отчетности и учет труда и заработной платы, товарно-материальных ценностей, основных средств, результатов финансовых операций.
Рисунок 1 - Состав основных подсистем ИС
Рассмотрим состав обеспечивающих подсистем ИС [12].
1. Информационное обеспечение представляет собой совокупность реализованных решений по объемам, размещению и формам организации информации, передаваемой в системе управления. Информационное обеспечение — это методы и средства организации информационной базы системы, которые включают системы классификации и кодирования информации, унифицированные системы документов, схемы информационных потоков, методики построения баз данных.
2. Техническое обеспечение представляет собой комплекс технических средств, задействованных в технологическом процессе преобразования информации в системе. В первую очередь это вычислительные машины, периферийное оборудование, аппаратура и каналы передачи данных.
3. Программное обеспечение включает в себя совокупность программ регулярного применения, необходимых для решения функциональных задач и программ, позволяющих наиболее эффективно использовать вычислительную технику, обеспечивая пользователям наибольшие удобства в работе.
4. Математическое обеспечение — совокупность математических методов, моделей и алгоритмов обработки информации, используемых в системе.
5. Лингвистическое обеспечение — совокупность языковых средств, используемых в системе с целью повышения качества ее разработки и облегчения общения человека с машиной.
6. Кадровое обеспечение — состав специалистов, участвующих в создании и работе системы, штатное расписание и функциональные обязанности.
7. Эргономическое обеспечение — совокупность методов и средств, используемых при разработке и функционировании ИС, создающих оптимальные условия для деятельности персонала, для быстрейшего освоения системы.
8. Правовое обеспечение — совокупность правовых норм, регламентирующих создание и функционирование информационной системы, порядок получения, преобразования и использования информации.
9. Организационное обеспечение представляет собой комплекс решений, регламентирующих процессы создания и функционирования как системы в целом, так и ее персонала.
Созданию информационной системы предшествует исследование предметной области и построение модели автоматизируемого объекта — предприятия. Разработаны десятки методологий построения формализованных моделей функционирования предприятия. Их можно разделить на структурные и объектно-ориентированные. Структурные методы имеют наибольшее распространение.
Структурным принято называть такой метод исследования системы или процесса, который начинается с общего обзора объекта исследования, а затем предполагает его последовательную детализацию.
Структурные методы имеют три основные особенности:
• расчленение сложной системы на части, представляемые как «черные ящики», каждый из них выполняет определенную функцию системы управления;
• иерархическое упорядочение выделенных элементов системы с определением взаимосвязей между ними;
• использование графического представления взаимосвязей элементов системы.
Модель, построенная с применением структурных методов, представляет собой иерархический набор диаграмм, графически изображающих выполняемые системой функции и взаимосвязи между ними. Попросту говоря, это рисунки, на которых показан набор прямоугольников, определенным образом связанных между собой. В диаграммы также включается текстовая информация для обеспечения точного определения содержания функций и взаимосвязей. Использование графического представления процессов существенно повышает наглядность модели и облегчает процесс ее восприятия.
В составе методологий структурного анализа к наиболее распространенным можно отнести следующие [36]:
• SADT (Structured Analysis and Design Technique) — технология структурного анализа и проектирования, ее подмножество — стандарт IDEFO;
• DFD (Data Flow Diagrams) — диаграммы потоков данных;
• ERD (Entity-Relationship Diagrams) — диаграммы «сущность — отношение»;
• STD (State Transition Diagrams) — диаграммы переходов состояний.
Ниже кратко рассматривается сущность этих методологий.
Методология IDEF0. Использует четыре основных понятия: функци9нальный блок, интерфейсная дуга, декомпозиция и глоссарий.
Функциональный блок обозначает определенную функцию в рамках рассматриваемой системы и в графическом виде обозначается прямоугольником. Каждая из четырех сторон этого прямоугольника имеет свое значение: левая сторона — вход, верхняя сторона — управление, нижняя сторона — механизм и правая сторона — выход.
Интерфейсная дуга обозначает элемент системы, который обрабатывается функциональным блоком или оказывает некоторое влияние на выполнение блоком своей функции. Графически интерфейсная дуга изображается в виде однонаправленной стрелки. В зависимости от того, к какой из сторон блока примыкает интерфейсная дуга, она носит название входящей, исходящей, управляющей или дуги механизма. Началом и концом каждой дуги могут быть только функциональные блоки, при этом началом может быть только выходная сторона блока, а концом — любые другие. При построении моделей функционирования предприятия входящими и исходящими дугами могут обозначаться финансовые потоки, материальные потоки (товары, сырье и др.), потоки информации (документы, устные распоряжения и др.) и ресурсы (персонал, оборудование и др.). Управляющими дугами обозначаются только объекты, относящиеся к потокам информации, а дугами механизмов — только ресурсы.
Декомпозиция предполагает разбиение сложного процесса (системы) на составные части. Степень детализации процесса определяется разработчиками модели. В итоге общая модель процесса формируется в виде иерархической структуры диаграмм. Модель в нотации IDEFO всегда начинается с представления процесса как единого функционального блока с интерфейсными дугами, исходящими за пределы рассматриваемой области. Полученная диаграмма называется контекст- ной. В пояснительном тексте к такой диаграмме необходимо указать краткое описание цели построения и определить точку зрения.
Цель определяет те области деятельности организации, на которые необходимо обратить внимание в первую очередь (модель, построенная с целью оптимизации процесса реализации товаров и услуг, может существенно отличаться от модели, разработанной с целью повышения эффективности управления персоналом).
Точка зрения определяет направленность и уровень детализации разрабатываемой модели. Ее точная фиксация позволяет упростить модель, исключив детализацию элементов, не являющихся существенными в данном случае (функциональные модели одного и того же предприятия с точки зрения коммерческого директора и, скажем, руководителя службы безопасности будут явно отличаться по направленности их детализации). В процессе декомпозиции функциональные блоки диаграммы верхнего уровня детализируются на диаграмме следующего уровня.
Глоссарием является набор определений и ключевых слов, характеризующий объекты, отображенные на диаграмме. Глоссарий обеспечивает включение в диаграммы. IDEF необходимой дополнительной информации.
Пример структурной диаграммы IDEF0 приведен на рисунке .2.
Рисунок 2 - Фрагмент функциональной модели документооборота
Методология DFD. В данной методологии исследуемый процесс разбивается на подпроцессы и представляется в виде сети, связанной потоками данных. Внешне DFD напоминает SADT, но отличается по набору используемых элементов. В их число входят процессы, потоки данных и хранилища. Хранилище позволяет описать данные, которые будут сохраняться в памяти между процессами. Поэтому считается, что DFD-модели лучше приспособлены для моделирования проектируемых систем автоматизации управления, в то время как методология SADT ориентирована на общие аспекты построения модели системы управления.
Методология ERD используется для построения моделей данных и обеспечивает стандартизованный способ описания данных и определения связей между ними. Основными элементами методологии являются понятия сущность, отношение и связь. Набор сущностей задает базовые типы информации, а отношения указывают, как эти типы данных взаимодействуют между собой. Связи объединяют сущности и отношения.
Методология STD используется для построения моделей, описывающих аспекты функционирования системы, зависящие от времени или реакции на события. Основными элементами STD являются текущее состояние, начальное состояние, переход, условие и действие. С помощью этих понятий описывается поведение системы во времени и в зависимости от наступающих событий. Модель STD представляет собой графическое изображение диаграммы переходов системы из одного состояния в другое. Состояния системы на этой диаграмме отображаются прямоугольниками, а условия и действия — стрелками, объединяющими состояния. STD используется для описания зависящего от времени поведения системы в моделях DFD.
Объектно-ориентированный подход к построению моделей информационных систем отличается от структурного большим уровнем абстракции и основывается на представлении системы в виде совокупности объектов, взаимодействующих между собой путем передачи определенных сообщений. В качестве объектов предметной области могут служить конкретные предметы или абстрагированные сущности. Следует отметить, что объектно-ориентированный подход не противопоставляется структурному, а может служить его дополнением.