Методи моделювання та моделі розробки інформаційних систем

Інформаційні системи (ІС) не виникають самі по собі. Вони створюються в процесі колективної праці фахівців різних предметних областей для окремого (локального) або універсального застосування. У ряді окремих випадків або ж універсальних рішеннях можна адаптувати для застосування в різних організаціях і процесах.

Діяльність, спрямована на створення ІС, називається розробкою ІС. Вона зазвичай здійснюється поетапно з урахуванням можливого життєвого циклу інформаційних продуктів і послуг.

Головна складова життєвого циклу ІС (ЖЦ ІС) існує для формування моделі створення та функціонування ІС.

Для розробки ІС використовую різні моделі і методи. Моделювання ІС може здійснюватися з використанням унікальних і універсальних методів. Так, наприклад, послідовність розробки ІС здійснюється з використанням таких самих методів моделювання, що і використовуються при визначенні ЖЦ ІС.

Розглянемо методи моделювання, що застосовуються при розробці інформаційних систем.

Модель (лат. “Modulus” – міра) – об’єкт-замінник об’єкта-оригіналу, що забезпечує вивчення деяких властивостей останнього; спрощене уявлення системи для її аналізу і передбачення, а також отримання якісних і кількісних результатів, необхідних для прийняття правильного управлінського рішення.

При вирішенні конкретної задачі, коли необхідно виявити певну властивість досліджуваного об’єкта, модель виявляється не тільки корисною, але і часом єдиним інструментом дослідження. Один і той же об’єкт може мати безліч моделей, а різні об’єкти можуть описуватися однією моделлю. Єдина класифікація видів моделей складна в умовах багатозначності поняття “модель” в науці і техніці. Її можна проводити за різними підставами: за характером моделей і об’єктів, що моделюються; за сферами застосування та багато ін.

Моделювання – уявлення об’єкта моделлю для отримання інформації про нього шляхом проведення експериментів з його моделлю.

Під терміном “моделювання” зазвичай розуміють процес створення точного опису системи; метод пізнання, що складається в створенні і дослідженні моделей.

Моделювання полегшує вивчення об’єкта з метою його створення, подальшого перетворення і розвитку. Використовується моделювання для дослідження існуючої системи, коли реальний експеримент проводити недоречно через значні фінансові витрати і трудові ресурси, а також при необхідності проведення аналізу проектованої системи, тобто яка ще фізично не існує в даній організації.

Для формування моделі використовуються:

  • структурна схема об’єкта;
  • структурно-функціональна схема об’єкта;
  • алгоритми функціонування системи;
  • схема розташування технічних засобів на об’єкті;
  • схема зв’язку та ін.

Всі моделі можна розподілити на два великі класи: предметні (матеріальні) і знакові (інформаційні).

Для проектування ІС використовують інформаційні моделі, що представляють об’єкти і процеси в формі рисунків, схем, креслень, таблиць, формул, текстів і т.п.

Інформаційна модель – це модель об’єкта, процесу або явища, в якій представлені інформаційні аспекти модельованого об’єкта, процесу або явища.

Вона є основою розробки моделей ІС.

Для створення описових текстових інформаційних моделей зазвичай використовують природні мови.

Поряд з природними мовами (англійська, українська, російська, і т.д.) розроблені і використовуються формальні мови: системи числення, алгебра висловлювань, мови програмування та ін.

Основна відмінність формальних мов від природних полягає в наявності у формальних мов не тільки жорстко зафіксованого алфавіту, але і суворих правил граматики і синтаксису.

За допомогою формальних мов будують інформаційні моделі певного типу – формально-логічні моделі.

При вивченні нового об’єкта спочатку зазвичай будується його описова модель, потім вона формалізується, тобто виражається з використанням математичних формул, геометричних об’єктів і т.д.

Процес побудови інформаційних моделей за допомогою формальних мов називають формалізацією.

Моделі, побудовані з використанням математичних понять і формул, називають математичними моделями.

Модель повинна враховувати як можна більше число факторів. Однак реалізувати такий стан важко особливо в слабо структурованих системах. Тому найчастіше прагнуть створювати моделі досить простих елементів, з урахуванням їх мікро – і макро зв‘язків. Це дозволяє отримувати доступні для огляду результати. Фрагмент класифікації методів моделювання представлений на рис.

Рис. Класифікація методів моделювання.

 

Зазвичай розрізняють реальне (матеріальне, предметне) і уявне (ідеалізоване, концептуально-методологічне) моделювання.

Концептуально-методологічне моделювання являє собою процес встановлення відповідності реальному об’єкту деякої абстрактної конструкції, що дозволяє отримати характеристики об’єкта. Дана модель, як і будь-яка інша, описує реальний об’єкт лише з деякою мірою наближення до дійсності.

Концептуальне моделювання являє собою структурований процес створення систем, що складається з наступних етапів:

  1. Аналіз,
  2. Проектування,
  3. Програмування,
  4. Тестування,
  5. Впровадження.

Найважливішою формою системного аналізу складних систем є імітаційне моделювання на ЕОМ, що описує процеси функціонування систем у вигляді алгоритмів. Його застосовують у випадках, коли необхідно врахувати велику різноманітність вихідних даних, вивчити протікання процесів в різних умовах. Процес імітації на будь-якому етапі може бути припинений для проведення наукового експерименту на вербальному (описовому) рівні, результати якого після оцінки та обробки можуть бути використані на наступних етапах імітації.

Існує декілька методів і принципів побудови інформаційних систем (автоматизованих ІС), серед яких можна виділити: методи “знизу-вгору” і “зверху-вниз”, принципи “дуалізму”, багатокомпонованості та ін.

Метод “знизу-вгору”

Досвід і методи роботи вітчизняних програмістів сформувалися у великих обчислювальних центрах (ОЦ), основною метою яких було не створення тиражованих продуктів, а виконання завдань конкретної установи. Сучасні керівники часто вдаються до нього, вважаючи, що їм зручно мати своїх фахівців. Розробка програм “знизу-вгору”, що здійснюється кваліфікованими програмістами, дозволяє автоматизувати, як правило, окремі робочі процеси. Такій метод є досить витратний і використовується дуже рідко, особливо на малих і середніх підприємствах.

Метод “зверху-вниз”

Розвиток комерційних та інших сучасних структур стало підставою для формування ринку різних програмних засобів. Найбільший розвиток отримали ІС, орієнтовані на автоматизацію ведення бухгалтерського аналітичного обліку і технологічних процесів. В результаті з’явилися ІС, розроблені сторонніми, як правило, спеціалізованими організаціями та групами фахівців “зверху”, з надією на те, що одна ІС зможе задовольняти потреби багатьох користувачів.

Така ідея обмежила можливості розробників в структурі інформаційних множин БД, у використанні варіантів екранних форм, алгоритмів розрахунку і позбавила можливості принципово розширити коло вирішуваних завдань. Закладені “зверху” жорсткі рамки ( “загальні для всіх”) обмежують можливості ІС. Стало зрозумілим, що для успішної реалізації завдань, повної автоматизації організації, слід змінювати ідеологію побудови автоматизованих інформаційних систем (АІС).

Принципи “дуалізму” і багатокомпонентної

Розвиток систем і підприємств, збільшення числа їх філій і клієнтів, підвищення якості обслуговування, а також інші фактори, викликали істотні зміни в розробці і функціонуванні АІС, в основному тих які базуються на збалансованому поєднанні двох попередніх методів.

Новий підхід орієнтований на спеціалізоване програмне забезпечення (СПЗ), можливість адаптації програмного апарату до практично будь-яких умов та різними вимогами інструктивних матеріалів, а також прийнятим правилам роботи. Окрім того, гнучка система налаштувань СПЗ в АІС при проведенні модернізації одного з компонентів дозволяє не зачіпати центральну частину (ядро) АІС та інші її компоненти, що значно підвищує надійність, тривалість життя ІС і забезпечує найбільш повне виконання необхідних функцій.

Такий підхід ліг в основу “принципу дуалізму“. Його реалізація зажадала побудови АІС нового покоління у вигляді програмних модулів, органічно пов’язаних між собою, але в той же час здатних працювати автономно.

Багатокомпонентна система забезпечує дотримання основоположного принципу побудови АІС – відсутність дублювання введення вихідних даних.

Інформація по проведеним операціям, із застосуванням одного з компонентів системи, може використовуватися будь-яким іншим її компонентом. Модульність побудови АІС нового покоління і принцип одноразового введення дають можливість гнучко варіювати конфігурацією цих систем. Така структура дозволяє включити в АІС нового покоління компоненти створення сховищ даних, розділяючи системи оперативного дії і системи підтримки прийняття рішення.

Окрім цього, одна з переваг принципу багатокомпонентності, що є базовим принципом при створенні АІС нового покоління, складається в можливість поетапного впровадження ІС. На першому етапі впровадження встановлюють або замінюють вже застарілі компоненти ІС, які потребують оновлення ПЗ. На другому етапі відбувається розвиток системи з підключенням нових компонентів і відпрацюванням між компонентних зв’язків. Можливість застосування такої методики впровадження забезпечує її досить просте тиражування та адаптацію до місцевих умов.

Із вище сказаного можна зробити висновок, що автоматизована інформаційна система нового покоління – це багатокомпонентна система з розподіленою базою даних.

Процеси створення моделей носять етапний характер. Основні види моделей, типу це: “каскад” ( “водоспад”), “вир” і “спіраль”.

Каскадна модель ІС складається з послідовно виконаних етапів. Кожен етап повністю закінчується до того, як почнеться наступний. Етапи не перекриваються в часі: наступний етап не починається до тих пір, поки не завершиться попередній. Повернення до попередніх етапів не передбачено або всіляко обмежено. Виправлення помилок відбувається лише на стадії тестування. Результат з’являється тільки в кінці розробки ІС. Критерієм появи результату є відсутність помилок і точну відповідність отриманої ІС первісної її специфікації.

Для цієї моделі характерна автоматизація окремих непов’язаних завдань, що не вимагає виконання інформаційної інтеграції та сумісності, програмного, технічного та організаційного сполучення. В рамках вирішення окремих завдань каскадна модель за термінами розробки та надійності виправдовувала себе. Застосування каскадної моделі до великих і складних проектів, внаслідок великої тривалості процесу проектування і мінливості вимог, за цей час призводить до її практичної не реалізованості.

Поетапна (ітераціонна) модель з проміжним контролем

Ця модель відома як ітераціонна модель або “вир”. У ній, так само, як і в моделі “водоспад” використовується послідовність розташування етапів створення ІС. Але кожен наступний етап має зворотний зв’язок з попередніми етапами. Виправлення помилок відбувається на кожному з етапів, відразу при виявленні проблеми – проміжний контроль. Наступний етап не починається, поки не завершиться попередній. При першому проході по моделі зверху вниз, як тільки виявлена помилка, здійснюється повернення до попередніх етапів (від низу до верху), що викликав помилку. Етапи виявляються розтягнутими в часі. Результат з’являється тільки в кінці розробки ІС, як і в моделі “водоспад”.

спіральна модель

У цій моделі результат з’являється фактично на кожному витку спіралі. Цей проміжний результат аналізується, і виявлені недоліки ІС спонукають проведення наступного витка спіралі. Таким чином послідовно конкретизуються деталі проекту і в результаті вибирається та доводиться до реалізації обґрунтований варіант. Спіраль завершується тоді, коли клієнт і розробник доходять до згоди щодо отриманого результату.

Модель складається з послідовно розташованих етапів (як і “водоспад”) в межах одного витка спіралі. Всередині витка спіралі етапи не мають зворотного зв’язку. Аналіз результату здійснюється в кінці витка і ініціює новий виток спіралі. Виправлення помилок відбувається при тестуванні на кожному витку спіралі. Помилки, які не можуть бути виправлені і вимагають більш глибоких структурних змін, ініціюють новий виток спіралі. Етапи можуть перекриватися в часі в межах одного витка спіралі. Результат з’являється в кінці кожного витка спіралі і піддається детальному аналізу. При переході від витка до витка відбувається накопичення і повторне використання програмних засобів, моделей і прототипів. Процес орієнтований на розвиток і модифікацію ІС в процесі її проектування, на аналіз ризиків і витрат під час проектування.

Основна особливість даного методу полягає в концентрації складності на початкових етапах розробки ІС (аналіз, проектування). Складність і трудомісткість наступних етапів в межах одного витка спіралі відносно невисокі. При цьому методі пропонується спосіб зниження витрат в цілому при розробці ІС (і будь-якого іншого ПЗ) за рахунок запобігання потенційних помилок на етапах її аналізу та проектування. При цьому використовується підхід до організації проектування ІС “зверху-вниз”, коли спочатку визначається склад функціональних підсистем, а потім постановка окремих задач.

Процеси моделювання все частіше здійснюються з використанням спеціальних комп’ютерних програмних засобів, що дозволяють автоматизувати її діяльність.

Автоматизована система моделювання (АСМ) – комп’ютерна система, яка призначена для надання допомоги користувачеві за запитом потрібному йому завданню у вигляді певної математичної схеми, прийнятої в даній системі, вирішити задачу (провести моделювання з отриманої схеми) і проаналізувати результати.

АСМ складається з трьох основних компонентів: функціональне наповнення, мова завдань і системне наповнення.

Функціональне наповнення є сукупністю конструктивних елементів (модулів), з яких складається схема (модель).

Системне наповнення – це набір програм, які відображають специфіку реалізації АСМ і забезпечують власне функціонування системи: трансляцію і виконання завдань, підтримку бази знань і т.п.

Мова завдань (МЗ) функціонує для опису задач, що вводяться в систему.

Отже, із вище сказаного, можна зробити наступний висновок що, зазвичай буває важко, а іноді і неможливо простежити за поведінкою реальних систем в різних умовах а також змінювати ці системи в цілому. Вирішити дану проблему допомагають моделі. Побудувавши модель системи, можна багато разів повертатися до початкового її стану, а також спостерігати за її поведінкою в умовах, що змінюються.

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *