Технологічні аспекти теорії проектування інформаційних систем

Технологічні аспекти теорії проектування інформаційних систем

(реферат)




План



1. Життєвий цикл інформаційної системи

2. Технологія проектування інформаційної системи

3. Технологічна мережа проектування




1. Життєвий цикл інформаційної системи



Традиційні ОП характеризуються початковим (Сп), цільовим (Сц) і кінцевим (Ск) станами.

Початковим станом ОП є момент виникнення замислу (ідеї) або початку фінансування процесу його проектування (створення).

Цільовий стан ОП настає з початком його функціонування, тобто виконання об'єктом свого призначення — задоволення потреб середовища, для якого він створюється.

Кінцевий стан ОП пов'язується з моментом його елімінації (припинення діяльності ОП у зв'язку з фізичним або моральним старінням), зміни чи перетворення на якісно новий об'єкт.

Життєвий цикл (ЖЦ) ОП — упорядкована сукупність змін його стану між початковим і кінцевим станами.

Уся сукупність змін стану ОП між Сп і Сц відповідає творчій стадії, під час якої здійснюють проектування об'єкта та його втілення (матеріальне, енергетичне, інформаційне), тобто виготовлення ОП.

Сукупність змін його стану між Сц і Ск відповідає стадії експлуатації об'єкта.

Якщо розглядати ІС як ОП, то на відміну від традиційних об'єктів її ЖЦ є впорядкованою сукупністю змін стану ІС між Сп та Сц.

Відсутність кінцевого стану ІС пов'язана з тим, що ОУ (промислове підприємство) має організаційно економічну природу і не підлягає елімінації. Тому ІС є цілеспрямовано розвинутими системами від Сп до Сц.

У ЖЦ ІС виділяють стани: Сп — початковий; Св —стан її виникнення, який відповідає початку функціонування системи; Сц1, ...,Сцn — цільові стани системи.

Сукупність змін стану ІС між Сп та Св відповідає творчій стадії (неавтоматизована система), а зміни її стану між Св і Сц — творчо-експлуатаційній стадії, на якій відбувається послідовне підвищення рівнів розвитку ІС.

Розвиток ІС здійснюється адаптацією кожного її наступного стану до попереднього протягом усього ЖЦ, починаючи від фази неавтоматизованої системи і закінчуючи вищою фазою — кібернетичною системою (експертні системи (ЕС) та ін.).

Адаптивний характер розвитку ІС забезпечується поступовим оновленням системи управління.

Творчо-експлуатаційна стадія ЖЦ ІС включає процеси підтримки, зростання, вдосконалення.

Процес підтримки ЖЦ ІС полягає в забезпеченні безперебійної роботи введених в експлуатацію частин системи і ґрунтується на належному обслуговуванні технічного, інформаційного, математичного та програмного забезпечення (підтримка в актуальному стані БД, якісна підготовка і своєчасне внесення змін у документацію ІС тощо).

Зростання ЖЦ ІС — це збільшення кількості функціонуючих (експлуатованих) структурних одиниць ІС, внаслідок чого зростають функціональна й обчислювальна потужності, ємність пам'яті завдяки введенню додаткових (потужніших) ЕОМ, інформаційна потужність (збільшується обсяг інформації, що зберігається та обробляється) та ін.

Процес удосконалення ЖЦ ІС — процес підвищення якісного рівня ІС — полягає у переході від нижчих фаз розвитку автоматизованих систем до вищих (від ін формаційно-довідкової до порадницької, тобто підготовляє кілька варіантів рішення для самонавчальної системи, яка вибирає найбільш ефективний варіант управлінського рішення).

Отже, протягом усього ЖЦ здійснюється процес проектування ІС, оскільки необхідно розв'язувати задачу узгодження вже існуючих частин ІС з тими, що розробляються.




2. Технологія проектування інформаційної системи



На весь ЖЦ системи поширюється технологія проектування ІС.

Технологія проектування ІС — створення або модернізація її проекту на основі використання методів і засобів проектування.

Основою технології проектування ІС є технологічний процес — пов'язана з розробленням її проекту діяльність колективу спеціалістів, яка має задовольняти потрібні споживчі властивості й умови ефективності при використанні відповідних засобів проектування та виділених ресурсів.

На кожній стадії (етапі) проектування (передпроектне обстеження, створення технічного і робочого проектів, упровадження, модернізація та супровід) існує своя технологія його проведення з відповідними технологічними процесами, що відображають особливості виконання проектних робіт саме на цій стадії.

Через те що у процесі проектування ІС застосовуються різні засоби, технологія проектування має бути формалізована. Доцільно для кожного засобу створювати технологію його використання при проектуванні ІС, побудовану за формалізованим каноном. Тоді розробник ІС може користуватися будь-якими засобами проектування. Основою для формалізації є технологічна операція (ТО) проектування — відносно самостійний фрагмент технологічного процесу, в якому визначено вхід (V), вихід (W), перетворювач (П), ресурси (R) і засоби (S).

Графічна інтерпретація ТО може бути подана так:







Документи (D) — фіксують факти, умови, вимоги, кількісні та якісні параметри.

Параметри (Р) — це характеристика, умови або певні обмеження проектної системи. Наприклад, обсяг фінансування, виділений на проектування системи; календарна доба проектування; площа, виділена під обчислювальний центр (ОЦ); кількість працюючих на ОУ та ін.

Універсум (U) — повний перелік можливих значень певного компонента технічного забезпечення або обсяг знань про нього. Універсум може містити перелік та опис СУБД, перелік та характеристики ТПР тощо.

Програма (G) — програмні рішення з реалізації заданої функції управління або з оброблення даних.

Перетворювач (П) — методика, формалізований або машинний алгоритм перетворення входу ТО на її вихід.

Ресурси (R) — нормовані значення трудових, матеріальних, технічних (машинних) ресурсів, необхідні для виконання перетворювача за допомогою відповідних засобів проектування (S).

Засоби проектування — ТПР, ППП, типові проекти ІС, інструментальні засоби проектування.

Усю сукупність перетворювачів, що визначають зміст відповідних ТО для створення ІС, можна поділити на кілька великих класів: пошук і вибірка інформації, створення універсальних універсумів, управління метаданими, вибір загальносистемних проектних рішень, використання інструментальних засобів проектування, параметризація компонентів ІС, перетворення алгоритмів і програм, проведення контролю, формалізація розрахунку показників.



3. Технологічна мережа проектування



Реальний процес проектування ІС відображається в технологічній мережі проектування.

Технологічна мережа проектування (ТМП) — взаємопов'язана за входом і виходом послідовність ТО проектування, виконання яких має забезпечити створення проекту ІС.

Складанню ТМП передує ознайомлення з економічним ОУ, що дає змогу одержати загальне уявлення про нього, сформулювати основні цілі та задачі проектування, визначити перелік основних комплексів робіт, у тому числі ТО.

Проектування ІС — складний процес роботи багатьох виконавців, що включає багато різноманітних робіт і потребує суворої впорядкованості, певної послідовності та планомірності їх виконання.

Найпоширенішим методом планування й управління розробленням і впровадженням проекту є система планування мереж та управління — СПУ (РЕRТ), за допомогою якої можна отримати уявлення про всю ТМП, що забезпечує найраціональнішу послідовність проектних робіт.

Порядок виконання робіт зі створення ІС подається у вигляді графа мережі, який включає детальний опис проектування і містить багато операцій (робіт).

Збільшений граф мережі за стадіями й етапами проектування дає змогу простежити розвиток системи від початку робіт з її створення до введення в експлуатацію. Його параметри обчислюють на ЕОМ із застосуванням спеціального ППП.

Застосування графіків мереж для організації управління процесом проектування ІС дає змогу визначити його загальну трудомісткість і на основі існуючих нормативів з'ясувати потрібну кількість ресурсів на виконання проектних робіт. Календаризація графіка мережі здійснюється на основі наявності трудових і технічних ресурсів. Для цього розробляють календарний графік для виконавців з урахуванням застосовуваних ними технічних засобів у процесі проектних робіт.

Визначення критичного шляху і резервів за ТО дає змогу контролювати виконання проектних робіт, оперативно керувати процесом проектування, перерозподіляючи роботи між виконавцями-розробниками системи або навпаки (виконавців між роботами) з метою створення проекту ІС у суворо встановлені терміни.

Використання сучасних засобів автоматизації проектування ІС допускає оптимізацію графіка мережі, що значно скорочує терміни створення проекту, знижує витрати праці на його розроблення.

Отже, СПУ для організації процесу проектування ІС вказує на те, що під час роботи з ТМП може бути використаний математичний апарат.

Якщо в ТМП у жодній ТО не застосовуються засоби проектування, тобто всі подані в ній операції виконуються вручну, то таку мережу називають канонічною ТМП, яка відображає процес створення ІС для конкретного ОУ. У ній цей процес подається на найнижчому рівні декомпозиції і є базою для обґрунтування застосування та розроблення різних засобів проектування (ТПР, ППП тощо).

Якщо до канонічної ТМП застосувати метод композиції, виділяючи в ній певні фрагменти, то для кожного з них можна визначити спільні вхід, вихід і синтезувати перетворювач, тобто збільшити ТО. За допомогою таких ТО створюють засоби, які дають змогу автоматизувати виконання проектних робіт у межах виділених фрагментів. Відбувається збільшення ТМП, вона стає коротшою, виникає можливість утворення САПР ІС, що автоматизує весь процес її створення і є узагальненим перетворювачем, на вході якого подано матеріали обстеження об'єкта, вимоги до нової системи управління та ресурси проектування, а на виході формується потрібний проект ІС.

Використовуючи канонічну мережу проектування, можна побудувати ТМП, орієнтовані на певні категорії спеціалістів, керівників, аналітиків, програмістів та ін. У таких мережах докладно описуються ділянки, які їх цікавлять, а інші призначаються для збільшення.

Канонічна мережа проектування може бути основою для порівняння двох і більше альтернативних ТМП. Наприклад, існують дві ТМП ІС для ОУ. З метою вибору кращої порівнюють ресурси (вартісні, трудові) та їх проектування й еквівалентність за здобутим результатом.

Отже, процес проектування ІС можна формально описати за допомогою ТМП. Якщо відомо повний набір ТО, потрібних для створення відповідного проекту, то існує також формалізований алгоритм побудови ТМП.

Серед вихідної множини ТО Т = {Тi} є альтернативні сукупності їх, що ведуть до створення сукупності альтернативних ТМП, з якої слід вибрати конкретну, що відповідала б умовам вартості, трудомісткості та ін.

Приведений нижче сценарій демонструє використання систем CAD/CAM/ САЕ в рамках усього життєвого циклу продукту для досягнення згаданих цілей: підвищення якості (Q), зниження вартості (С) и прискорення відвантаження (D). Цей сценарій може показатися дещо спрощеним на фоні сучасних передових комп’ютерних технологій, однак він ілюструє напрям розвитку техніки. Розглянемо фази розробки и виробництва шафи для аудіосистеми. Життєвий цикл цього продукту буде схожим на життєвий цикл механічної системи чи споруди (будівлі), а значить, наш сценарій буде застосованим і до таких продуктів.

Нехай в технічних вимогах для розробника вказано, що шафа повинна мати чотири полички: одну для програвача компакт-дисків, одну для програвача аудіокасет, одну для радіоприймача и одну для збереження компакт-дисків. Ймовірно, розробник зробить більшість ескізів конструкції, перед тим як прийде до кінцевого варіанту. На даному етапі він може користуватися ароматизованою системою розробки робочих креслень (якщо задача розв’язується в двох вимірах) або системою геометричного моделювання (у випадку трьох вимірів). Концептуальний проект може бути відправлений в відділ маркетингу по електронній почті для отримання відгуку. Взаємодія розробника з відділом маркетингу може проходити і в реальному часі через об’єднання в мережу комп’ютери. При наявності підходящого обладнання подібна взаємодія може бути зручною і продуктивною. Інформація про готовий концептуальний проект зберігається в базі даних. Туди попадають відомості про конфігурації меблів (в нашому випадку — вертикальне зберігання компонентів аудіосистеми один над одним), кількості полиць, розподіленні полиць по компонентам і тому подобні дані. Іншими словами, всі особливості проекту впорядковуються і поміщаються в базу даних з можливістю зчитування і змінювання в будь-який наступний момент.

Наступний крок — визначення розмірів шафи. Його габарити повинні бути вибрані таким чином, щоб на кожну поличку можна було поставити одну з множини, які є ринку моделей аудіотехніки відповідного класу. Значить, потрібно отримати відомості про їх розміри. Ці відомості можна взяти в каталозі чи в базі даних виробників чи постачальників. Доступ до бази даних здійснюється аналогічно доступу до книг і їх змісту при підключені до електронної бібліотеки. Розробник може навіть скопіювати відомості в свою власну базу даних, якщо він планує часто користуватися ними. Накопичення відомостей про проект подібно накопиченню форм і файлів при роботі з текстовими процесорами. Форма конструкції повинна змінюватися у відповідності з отриманими відомостями. Потім розробник повинен вибрати матеріал для шафи. Він може взяти натуральний дуб, сосну, ДСП, або ще щось інше. В нашому випадку вибір здійснюється інтуїтивно або виходячи з досвіду розробника. Хоча у випадку продуктів, які розраховані на роботу в жорстких умовах, наприклад, механічних приладів, розробник обов’язково враховує властивості матеріалів. На цьому етапі також необхідна база даних, тому що в ній можуть бути збережені властивості багатьох матеріалів. Можна скористуватися навіть експертною системою, яка вибере матеріал по властивостям, що зберігаються в базі даних. Інформація про вибраний матеріал також розміщується в базі. Наступний крок — визначення товщини полок, дверець і бічних стінок. В простому випадку, який розглядається, товщина може визначатися головним чином естетичними поглядами. Хоча вона повинна бути по крайній мірі достатньою для того, щоб уникнути прогину під дією встановленої в шафі техніки. В механічних приладах високою точністю і структурах, які розраховані на великі навантаження, такі параметри, як товщина, повинні визначатися точним розрахунком, щоб уникнути деформації. Для розрахунку деформації структур широко використовується метод кінцевих елементів. Метод кінцевих елементів застосовується до аналітичної моделі конструкції. В нашому випадку аналітична модель складається з каркасних сіток, на які розбивається шафа. Перехід до наближення листів може бути виконано автоматично за допомогою алгоритму перетворення до середніх вісей (medial axis transformation — MAT). Елементи оболонки наближення листів також можуть генеруватися автоматично. 

Параметри навантаження, які в цьому випадку є просто вага відповідних пристроїв, які вираховуються з бази даних так само, як і відомості про розміри. Визначаючи залежність прогину полок від їх товщини, розробник може вибрати необхідне значення його параметра і зберегти його в базі даних. Цей процес може бути автоматизований шляхом інтеграції методу кінцевих елементів з процедурою оптимізації. Аналогічним чином можна визначити товщину бічних стінок і дверцят, однак зробити це можна і просто з естетичних міркувань.

Потім розробник вибирає метод збірки полок і бічних стінок. В ідеалі метод також може бути визначений з розрахунку міцності структури в цілому або за допомогою експертної системи, що має відомості про методи збірки.

Після завершення етапів концептуалізації проекту, його аналізу і оптимізації розробник переходить до роботи над проектною документацією, яка описує шафу з точністю до маленьких дрібниць. Креслення окремих деталей (полок, дверцят і бічних стінок) виготовлюються в системі розробки робочих креслень. На цьому етапі розробник може додавати деякі естетичні деталі, наприклад декоративні елементи на дверцятах і бічних стінках. Детальні креслення розміщують в базі даних для використання в процесі виробництва. Виготовлення шафи здійснюється в наступному порядку. Форма кожної деталі наноситься на необробленому матеріалі (в нашому випадку дерево) і вирізається пилою. Кількість відходів можна знизити, розміщуючи деталі на кусках дерева оптимально. Розробник може перевіряти різні варіанти розміщення на екрані комп’ютера до тих пір, поки не буде знайдена конфігурація з мінімальною кількістю відходів. Комп’ютерна програма може допомогти в цій роботі, розраховуючи кількість відходів для кожної конфігурації. Програма більш високого рівня може самостійно визначити найбільш економічне розміщення деталей на заготовці. В будь-якому випадку кінцева конфігурація зберігається в комп’ютері і використовується для розрахунку траєкторії руху пили станка з числовим програмним управлінням. Більш того, програмні засоби дозволяють розробити зажими і кріплення для процедури випилювання, а також запрограмувати системи передачі матеріалу. Ці системи можуть бути як простими конвеєрами, так і складними роботами, що передають необроблений матеріал на розпилку і забираючи готові деталі. Підготовлені деталі повинні бути складені разом. Процес збірки також може виконуватися роботами, які програмуються автоматично на основі опису кінцевого продукту і його деталей, що зберігаються в базі даних. Одночасно проектуються зажими і кріплення для автоматизованої збірки. Потім, робот може бути запрограмований на окраску шафи після збірки. Зажими і кріплення для збірки проектуються або вибираються планувальником процесів, а програмування роботів здійснюються в інтерактивному режимі шляхом переміщення робочого органа робота вручну.

Загальний вигляд отриманого сценарія показаний на рис. 1, з якого видно, яким чином база даних дозволяє інтегрувати системи CAD, CAE і САМ, що і являється кінцевою метою CIM.






Рис. 1. Інтеграція CAD, САМ і САЕ через базу даних