Подходы к проектированию систем управления. Общие сведения, технологии, стандарты, компоненты

Подходы

к проектированию систем управления. Общие сведения, технологии, стандарты, компоненты

М.А. Кряжевских,

магистр кафедры АПП

В.И. Солонец,

к.т.н., доцент кафедры АПП

Главным способом повышения конкурентоспособности изделия или услуги является повышение эффективности процессов его жизненного цикла (ЖЦ).

Согласно международным стандартам качества продукции серии ISO 9000 ЖЦ изделия представляют собой совокупность процессов, выполняемых от момента выявления потребностей общества в определенном продукте до момента удовлетворения этих потребностей и утилизации продукта. Можно выделить одиннадцать этапов ЖЦ продукта (услуги):

• маркетинг и изучение рынка;

• проектирование и разработка продукта;

• планирование и разработка процессов (технологий производства, эксплуатации и т. п.);

• закупки;

• производство или предоставление услуг;

• упаковка и хранение, реализация;

• установка и ввод в эксплуатацию;

• техническая помощь и обслуживание;

• послепродажная деятельность или эксплуатация;

• утилизация и переработка в конце полезного срока службы.

В первую очередь эффективность процессов ЖЦ изделия зависит от эффективности управления ресурсами, используемыми в течение ЖЦ: материальными, финансовыми, кадровыми и информационными.

Основными выгодами, полученными от применения CALS (Continuous Acquisition and Life Cycle Support), являются не только сокращение временных и материальных издержек, но и повышение качества изделия. Пути достижения этих выгод заложены в стратегии CALS: создание единого информационного пространства (ЕИП) для всех участников ЖЦ изделия, включая и потребителя изделия.

Стратегия CALS предусматривает: однократный ввод данных, их хранение в стандартных форматах, стандартизацию интерфейсов и электронный обмен информацией между всеми участниками ЖЦ изделия. Создание ЕИП позволяет преодолеть информационный хаос и коммуникационные барьеры между участниками ЖЦ изделия.

ЕИП предполагает отказ от прямого взаимодействия и передачи данных между участниками ЖЦ. Все коммуникации между ними должны осуществляться через ЕИП, основными свойствами которого являются следующие:

• информация представлена в электронном виде, преимущества которого перед бумажным способом представления информации очевидны: большая эффективность создания, хранения, изменения и доступа к данным;

• ЕИП охватывает всю информацию об изделии, созданную любым участником ЖЦ на любом этапе ЖЦ;

• ЕИП выступает единственным источником данных для любого участника ЖЦ, предоставляя (в соответствии с правами доступа) нужную информацию в нужное время, в нужном виде.

Стратегии CALS реализуются с помощью набора CALS-тех-нологий, которые можно представить в виде трех групп:

• технологии реинжиниринга бизнес-процессов;

• технологии представления данных об изделии в электронном виде;

• технологии интеграции данных об изделии в рамках ЕИП.

Технологии реинжиниринга бизнес-процессов - набор методов реструктуризации функционирования предприятия с целью повышения его эффективности.

Технологии представления данных об изделии в электронном виде являются набором методов для представления в электронном виде данных об изделии. Эти технологии предназначены для автоматизации отдельных процессов ЖЦ изделия, что является из пунктов стратегии CALS по созданию ЕИП. Рассматриваемая группа CALS-техноло-

гий состоит из более или менее известных методов, которые можно расположить по трем группам.

1. Проектирование изделия - технологии автоматизации проектирования изделия, в частности компьютерные системы автоматизированного проектирования (CAD-Computer Aided Design), системы автоматизированной подготовки производства (CAM-Computer Aided Manufacturing), системы инженерных расчетов (CAE-Computer Aided Engineering) и т. п.

2. Производство изделия - технология автоматизации производственных процессов. Сюда относятся следующие типы информационных систем: MRP (Material Requirements Planning - планирование потребностей в материалах), MRPII (Manufacturing Resource Planning -планирование ресурсов производства), ERP (Enterprise Resource Planning -планирование ресурсов предприятия), CSRP (Customer Synchronized Resource Planning - планирование ресурсов, синхронизированное с заказчиком).

3. Поставка и эксплуатация изделия - технологии автоматизации процессов поставки и эксплуатации изделия, которые реализуются в виде следующих систем:

• системы логистической поддержки изделия - для автоматизации обслуживания ремонта изделия на этапе эксплуатации, заказа комплектующих к изделию, поставки изделий и комплектующих к изделию, поставки изделий и комплектующих, в частности, SCM-системы (Supply Chain Management - управление цепочкой поставок);

• системы электронной коммерции - используются как отдельные блоки ERP-систем, а также в виде самостоятельных систем, предназначенных для проведения коммерческих операций в электронном виде. В настоящее время выделяют системы типа B2B (business-to-business: взаимодействие предприятий между собой) и системы типа B2C (business-to-customer: взаимодействие поставщика и покупателя, в том числе интернет-магазины);

• интерактивные электронные технические руководства (ИЭТР) - автоматизированные системы, предоставляющие пользователю эксплуатационную информацию по конкретному изделию, а также возможности по диагностике изделия, поиску и устранению неисправностей, обучению, взаимодействию с поставщиком и т. п.

Технологии интеграции данных - набор методов для интеграции автоматизированных процессов ЖЦ и относящихся к ним данных, представленных в электронном виде, в рамках ЕИП. Они реализуются с помощью класса автоматизированных систем управления данными об изделии (Product Data Management - PDM).

С одной стороны, такие системы выступают в качестве хранилища всех данных об изделии и взаимодействуют с прикладными программами, создающими или использующими данные об изделии.

С другой стороны, PDM - системы должны решать задачу повышения эффективности работы отдельного пользователя. В этом случае они должны выступать в качестве рабочей среды пользователя, предоставляя ему нужные данные в нужное время и в нужной форме.

1. Общие сведения о технологии проектирования ИС

Технологии и инструментальные средства проектирования составляют основу проекта любой ИС. Каждая технология поддерживается конкретными стандартами, методиками и инструментальными средствами, которые обеспечивают выполнение процессов жизненного цикла (ЖЦ) информационной системы.

Для реализации указанных технологий в обязательном порядке используется CASE - технология, которая входит в разряд наиболее стабильных информационных технологий, и которая в явном или неявном виде присутствует в каждой технологии с различными уровнями автоматизации выполняемых действий.

Технология проектирования определяется как совокупность трех составляющих:

• пошаговой процедуры, определяющей последовательность технологических операций проектирования;

• критериев правил, используемых для оценки результатов выполнения технологических операций;

• нотаций (графических и текстовых средств), используемых для описания проектируемой системы.

Технология проектирования, разработки и сопровождения ИС должны удовлетворять следующим требованиям:

• технология должна поддерживать полный жизненный цикл ИС;

• технология должна обеспечивать гарантированное достижение целей разработки ИС с заданным качеством и в установленное время;

• технология должна обеспечивать выполнение крупных проектов в виде подсистем;

• технология должна предусматривать возможность управления конфигурацией проекта, ведение версий проекта, возможность автоматического выпуска проектной документации;

• технология должна обеспечивать независимость выполняемых проектных средств реализации ИС (СУБД, ОС, языков программирования);

• технология должна быть поддержана комплексом согласованных САБЕ - средств, обеспечивающих автоматизацию процессов, выполняющихся на всех стадиях ЖЦ.

Стандарты проектирования должны устанавливать набор необходимых моделей (диаграмм) для каждой стадии проектирования; правила фиксации проектных решений на диаграммах (правила именования объектов, набор атрибутов для объектов и правила их заполнения и т. д.); механизм обеспечения совместной работы над проектом.

2. Технология проектирования на базе комплекса российских стандартов ГОСТ 34 и ГОСТ 53622-2009

В ГОСТе 34.601-90 «Автоматизированные системы. Стадии создания» определяются стадии и этапы создания ИС

1. Формирование требований:

• обследование объекта и обоснование необходимости создания ИС;

• формирование отчета о выполненной работе и заявки на разработку тактико-технического задания.

2. Разработка концепции АС:

• изучение объекта (модель «АБ 1Б» (»Как есть»));

• разработка вариантов концепции ИС и выбор варианта (модели «ТО ВЕ» («Как должно быть»));

• оформление отчета о выполненных работах ( в частности, технико-экономическое обоснование).

3. Техническое задание:

• разработка и утверждение ТЗ.

4. Эскизный проект:

• разработка предварительных проектных решений по системе и ее частям (определяются функции ИС, функции подсистем; состав комплексов задач и интерфейсов; концепция БД, ее укрупненная структура; функции СУБД; состав вычислительной системы; функции и параметры основных аппаратных средств);

• разработка документации на ИС.

5. Технический проект:

• разработка проектных решений по системе и ее частям (разработка общих решений по системе и ее частям, функционально-алгоритмической структуре системы по функциям персонала, спецификаций на программные модули и таблицы БД, организационной структуре, по структуре технических средств, по алгоритмам решаемых задач, применяемым языкам, по организации и ведению информационной базы, по программному обеспечению);

• разработка документации на ИС (полное описание совокупности принятых решений и достаточного для дальнейшего выполнения работ по созданию ИС (ГОСТ 34.201-89)).

6. Рабочая документация:

• разработка программной и эксплуатационной документации на систему и ее части (для обеспечения работы по вводу ИС в эксплуатацию, а также для поддержания уровня эксплуатационных характеристик системы (ГОСТ 34.201-89));

• разработка или адаптация (покупных) программ.

7. Ввод в действие:

• подготовка объекта автоматизации к вводу ИС в действие (организационная подготовка);

• подготовка персонала;

• строительно-монтажные работы;

• пусконаладочные работы (автономная наладка технических и программных средств, загрузка информации в БД; комплексная наладка всех средств системы);

• проведение предварительных испытаний;

• проведение опытной эксплуатации;

• проведение приемочных испытаний.

8. Сопровождение АС:

• выполнение гарантийных обязательств;

• анализ функционирования ИС, ее модификация и выпуск новых версий.

На каждом этапе ЖЦ генерируется определенный набор документов и технических решений. При этом для каждого этапа исходными являются документы и решения, полученные на предыдущем этапе. Каждый этап завершается верификацией созданных документов и решений с целью проверки их соответствия стандартам и ТЗ.

С первого января 2011 г. Введен в действие новый стандарт ГОСТ Р 53622-2009 «Стадии и этапы жизненного цикла, виды и комплектность документов». Он базируется на стандарте ГОСТ 34.601-90, содержит 12 этапов, которые распределены по шести стадиям.

Оба стандарта ориентированы на каскадную модель жизненного цикла, главной особенностью которой является концентрация сложности на начальных этапах ЖЦ при относительно невысокой сложности и трудоемкости последующих этапов. Более того, качество работ, выполненных на начальных этапах, определяет успех разработки в целом.

Для решения проблемы взаимного недопонимания системных аналитиков и представителей заказчика на этапе исследования предметной области и последующем проектировании системы применяют структурные методы, чаще всего структурный анализ.

Структурным анализом принято называть исследование, которое начинается с общего обзора системы и затем детализируется, приобретая иерархическую структуру с увеличивающимся числом уровней (на каждом уровне от трех до семи элементов).

Первый принцип структурного анализа позволяет решение трудных проблем выполнять путем разбиения их на множество более мелких независимых задач, легких для понимания и решения.

Второй принцип (в дополнение к первому) декларирует, что эти независимые задачи должны быть организованы в виде древовидных иерархических структур.

3. Технологии проектирования

3.1. Методология Oracle custom Development Method (CDM) по разработке прикладных ИС под заказ - конкретный материал, детализированный до уровня заготовок проектных документов, рассчитанных на прямое использование в проектах ИС с опорой на инструментарий фирмы Oracle.

Общая структура CDM определяется методологией системной разработки на базе процессов. Процесс - это связанная совокупность задач, отвечающая одной из конкретных целей проекта. Результатом одного процесса является одно или несколько ключевых проектных решений.

Модель ЖЦ методологии Oracle CDM имеет два измерения. Первое измерение связано с тем, какой процесс должен быть выполнен для разработки проекта. Это измерение определяется процессами в рамках CDM. Второе измерение связано с тем, когда должны выполняться процессы в ЖЦ проекта. Это измерение определяется этапами ЖЦ. В методике CDM используются три модели ЖЦ, которые обеспечивают деление продукта на этапы: классическая (Classic), быстрой разработки (Fast Track), облегченной разработки (Lite).

3.2. Методология Microsoft Solutions Framework

Корпорация Microsoft предлагает технологию Microsoft

Solutions Framework (MSF) для управления работой команды разработчиков ИС уровня предприятия. В состав MSF входят три модели: модель команды, модель проектной группы и модель процесса проектирования.

Модель команды отвечает на вопрос: как должна быть построена и структурирована проектная группа, для того чтобы можно было оптимизировать процесс проектирования по срокам, качеству и затратам.

Предлагаются следующие характеристики такой команды: • каждый общается с каждым и каждый делает реальную работу (отрицает иерархический способ структурирования проектной группы);

• общие для всех членов группы цели и планы;

• каждый понимает как проблемы конечного пользователя, так и проблемы разработчика;

• каждый несет ответственность за свою работу, в том числе и перед группой.

Модель проектной группы создана на основе характеристик модели команды. Она определяет основные роли, закрепленные за членами проектной группы.

Выделяют роли в модели проектной группы: менеджер программы, разработчик, тестер, инструктор, логистик и т. д.

Модель процесса проектирования MSF (модель ЖЦ) является спиральной. Весь жизненный цикл проекта протекает в виде последовательности итераций выпуска версий. MSF рекомендует вкладывать в первую версию продукта только базовую функциональность и затем наращивать ее в следующих версиях.

3.3. Методология экстремального программирования

Экстремальные методологии (ЭМ) представляют собой наборы рекомендаций, которые по отдельности выглядят противоречащими здравому смыслу и классическим схемам. Но эти рекомендации, собранные в правильной комбинации, превращаются в эффективно работающий инструмент. Направление развития системы рассматриваются, прежде всего, с точки зрения потенциальных рисков: сложные и сомнительные функциональные возможности откладываются на более позднее выполнение.

Наиболее популярная экстремальная методология - экстремальное программирование (extreme Programming).

Главная идея extreme Programming (XP) заключается в том, что после того, как сформулирована задача, программист готовит тестовый пример, проверяющий базовую функциональность будущей программы. Затем эта функциональность реализуется в виде программы с ориентацией на подготовленный тест. Если проверка с его помощью выполнена успешно, начинается следующая итерация - готовится новый тест, уточняющий и расширяющий требования предыдущего, под новые требования дописывается программный код т. д. Главное в таком цикле разработки - стараться плавно расширять требования тестов, чтобы удавалось быстро создать новое, правильно работающее приложение.

4. Основные компоненты в проектировании ИС

Проектирование охватывает четыре основные области:

• проектирование процессов;

• проектирование объектов данных;

• проектирование программ, экранных форм, отчетов;

• разработка архитектуры ИС.

Главная цель проектирования процессов заключается в определении функциональности ИС - в результате построения функциональной иерархической модели. Для этого с помощью графических моделей переходят от текстового описания деятельности (содержащегося в нормативных документах организации, таких как положения о подразделениях, должностные инструкции, технологические карты производственных процессов) к полному формализованному графическому описанию.

Корректный подход к моделированию: когда диаграмма любого уровня (кроме верхнего) является детализацией объекта какой-либо диаграммы предыдущего уровня:

• процессы верхнего уровня;

• подпроцессы;

• сценарии процессов;

• процедуры;

• функции.

Такой подход поддерживается инструментом AllFusion Process Modeler (BPwin) компании Computer Associates. Детализация (декомпозиция) - это условный прием, позволяющий представить систему в виде, удобном для восприятия и анализа, как для разработчиков, так и для представителей заказчика.

Функции, полученные на нижнем уровне иерархии функциональной модели, представляют собой модули ИС, которые определяют интерфейсы программ: разметку меню, вид окон, горячие клавиши и связанные с ними вызовы. Конечным продуктом проектирования процессов является набор спецификаций модулей системы.

Проектирование объектов данных заключается в формировании базы данных логического и физического уровней. Проектировщики в качестве исходной информации получают результаты анализа документооборота в построенной функциональной модели. Полученная в процессе анализа информационная модель сначала преобразуется в логическую, а затем в физическую модель данных. Конечным продуктом проектирования объектов данных является схема базы данных.

При этом проектирование процессов продолжается параллельно с проектированием схемы базы данных, поскольку часть бизнес-логики (программных модулей) обычно реализуется в базе данных (ограничения, триггеры, хранимые процедуры).

Проектирование программ, экранных форм, отчетов производится на основе спецификаций (описания) всех модулей ИС, таблиц базы данных и элементов пользовательского интерфейса.

Разработка архитектуры ИС включает в себя выбор конкретной среды или технологии, а именно: топологии сети, конфигура-

ции аппаратных средств, используемой архитектуры (файл-сервер или клиент-сервер), параллельной обработки, распределенной обработки данных и т. п.

Выводы

Рассмотренный подход в проектировании ИС, называемый каноническим или оригинальным, предполагает разработку системы от постановки задачи до ввода в эксплуатацию. В полиграфии также используют этот подход при проектировании автоматизированной системы управления производством (АСУПП).

Например, ASystem - это специализированная полиграфическая система. Это не доработка бухгалтерской системы и не локализация универсальной ERP-системы. ASystem изначально проектировалась с учетом особенностей производственных процессов полиграфического предприятия.

HIFLEX MIS - высокотехнологичная, быстродействующая система, которая моделирует и поддерживает все бизнес-процессы на полиграфическом предприятии. HIFLEX MIS - наиболее полная по функциональному содержанию система управления, разработанная специально для полиграфической отрасли.

EPHAS - полиграфическая система, которая полностью соответствует требованиям успешного предприятия: оперативное управление, прозрачная структура затрат, гибкая, масштабируемая, легко и быстро настраиваемая управленческая модель.