Основи методології проектування ІС 1.1. Життєвий цикл з ІВ

Одним з базових понять методології проектування ІС є поняття життєвого циклу її програмного забезпечення (ЖЦ ПЗ). ЖЦ ПЗ - це безперервний процес, який починається з моменту прийняття рішення про необхідність його створення і закінчується в момент його повного вилучення з експлуатації.

Основним нормативним документом, що регламентує ЖЦ ПЗ, є міжнародний стандарт ISO/IEC 12207 [5] (ISO - International Organization of Standardization - Міжнародна організація по стандартизації, IEC - International Electrotechnical Commission - Міжнародна комісія з електротехніці). Він визначає структуру ЖЦ, що містить процеси, дії і завдання, які повинні бути виконані під час створення ПЗ.

Структура ЖЦ ПЗ за стандартом ISO/IEC 12207 базується на трьох групах процесів:  основні процеси ЖЦ ПЗ (придбання, постачання, розробка,      експлуатація, супровід);  допоміжні процеси, які забезпечують виконання основних      процесів (документування, управління конфігурацією, забезпечення      якості, верифікація, атестація, оцінка, аудит, рішення проблем);  організаційні процеси (управління проектами, створення інфраструктури      проекту, визначення, оцінка та поліпшення самого ЖЦ, навчання).

Розробка включає в себе всі роботи зі створення ПЗ і його компонент відповідно до заданих вимог, включаючи оформлення проектної та експлуатаційної документації, підготовку матеріалів, необхідних для перевірки працездатності та відповідної якості програмних продуктів, матеріалів, необхідних для організації навчання персоналу і т.д. Розробка ПЗ включає в себе, як правило, аналіз, проектування і реалізацію (програмування).

Експлуатація включає в себе роботи з впровадження компонентів ПЗ в експлуатацію, в тому числі конфігурування бази даних і робочих місць користувачів, забезпечення експлуатаційної документації, проведення навчання персоналу і т.д., і безпосередньо експлуатацію, в тому числі локалізацію проблем та усунення причин їх виникнення, модифікацію ПЗ в рамках встановленого регламенту, підготовку пропозицій щодо вдосконалення, розвитку та модернізації системи.

Управління проектом пов'язано з питаннями планування та організації робіт, створення колективів розробників і контролю за строками та якістю виконуваних робіт. Технічне та організаційне забезпечення проекту включає вибір методів та інструментальних засобів для реалізації проекту, визначення методів опису проміжних станів розробки, розробку методів і засобів випробувань ПЗ, навчання персоналу тощо Забезпечення якості проекту пов'язане з проблемами верифікації, перевірки та тестування ПЗ. Верифікація - це процес визначення того, чи відповідає поточний стан розробки, досягнуте на даному етапі, вимогам цього етапу. Перевірка дозволяє оцінити відповідність параметрів розробки з вихідними вимогами. Перевірка частково збігається з тестуванням, яке пов'язане з ідентифікацією відмінностей між дійсними і очікуваними результатами та оцінкою відповідності характеристик ПО початковим вимогам. В процесі реалізації проекту важливе місце займають питання ідентифікації, опису і контролю конфігурації окремих компонентів і всієї системи в цілому.

Управління конфігурацією є одним з допоміжних процесів, які підтримують основні процеси життєвого циклу ПЗ, перш за все процеси розробки та супроводження ПЗ. При створенні проектів складних ІС, що складаються з багатьох компонентів, кожен з яких може мати різновиди чи версії, виникає проблема обліку їх зв'язків і функцій, створення уніфікованої структури і забезпечення розвитку всієї системи. Управління конфігурацією дозволяє організувати, систематично враховувати і контролювати внесення змін до ПЗ на всіх стадіях ЖЦ. Загальні принципи та рекомендації конфігураційного обліку, планування та управління конфігураціями ПЗ відображені в проекті стандарту ISO 12207-2 [5].

Кожен процес характеризується визначеними завданнями і методами їх вирішення, вихідними даними, отриманими на попередньому етапі, і результатами. Результатами аналізу, зокрема, є функціональні моделі, інформаційні моделі та відповідні їм діаграми. ЖЦ ПО носить ітераційний характер: результати чергового етапу часто викликають зміни в проектних рішеннях, вироблених на більш ранніх етапах. Моделі життєвого циклу ПЗ

Стандарт ISO/IEC 12207 не пропонує конкретну модель ЖЦ і методи розробки ПЗ (під моделлю ЖЦ розуміється структура, яка визначає послідовність виконання та взаємозв'язку процесів, дій і завдань, що виконуються на протязі ЖЦ. Модель ЖЦ залежить від специфіки ІВ і специфіки умов, в яких остання створюється і функціонує). Його регламенти є загальними для будь-яких моделей ЖЦ, методологій і технологій розробки. Стандарт ISO/IEC 12207 описує структуру процесів ЖЦ ПЗ, але не конкретизує в деталях, як реалізувати або виконати дії і завдання, включені в ці процеси.

До теперішнього часу найбільшого поширення набули наступні дві основні моделі ЖЦ:  каскадна модель (70-85 р.р.);  галактика модель (86-90 р.р.).

В спочатку існували однорідних ІС кожен додаток являло собою єдине ціле. Для розробки такого типу додатків застосовувався каскадний спосіб. Його основною характеристикою є розбиття всієї розробки на етапи, причому перехід з одного етапу на наступний відбувається тільки після того, як буде повністю завершено роботу на поточному (рис. 1.1). Кожен етап завершується випуском повного комплекту документації, достатньої для того, щоб розробка могла бути продовжена іншою командою розробників.

Позитивні сторони застосування каскадного підходу полягають у наступному [2]:  на кожному етапі формується закінчений набір проектної      документації, який відповідає критеріям повноти та узгодженості;  виконувані в логічній послідовності етапи робіт дозволяють      планувати терміни завершення всіх робіт і відповідні витрати.

Рис. 1.1. Каскадна схема розробки ПЗ

каскадний підхід добре зарекомендував себе при побудові ІС, для яких на самому початку розробки можна досить точно і повно сформулювати всі вимоги, з тим щоб надати розробникам свободу реалізувати їх найкраще з технічної точки зору. У цю категорію потрапляють складні розрахункові системи, системи реального часу та інші подібні завдання. Проте, в процесі використання цього підходу виявився ряд його недоліків, викликаних перш за все тим, що реальний процес створення ПЗ ніколи повністю не вкладався в таку жорстку схему. У процесі створення ПЗ буде виникала потреба у поверненні до попередніх етапах і уточнення або перегляд раніше прийнятих рішень. У результаті реальний процес створення ПЗ брав такий вигляд (рис. 1.2):

Рис. 1.2. Реальний процес розробки ПО з каскадної схемою

Основним недоліком каскадного підходу є суттєве запізнення з отриманням результатів. Узгодження результатів з користувачами здійснюється тільки в точках, що плануються після завершення кожного етапу робіт, вимоги до ІС "заморожені" у вигляді технічного завдання на весь час її створення. Таким чином, користувачі можуть внести свої зауваження тільки після того, як робота над системою буде повністю завершена. У разі неточного викладу вимог або їх зміни протягом тривалого періоду створення ПЗ, користувачі отримують систему, не задовольняє їхнім потребам. Моделі (як функціональні, так і інформаційні) автоматизується об'єкта можуть застаріти одночасно з їх затвердженням.

Для подолання перелічених проблем була запропонована галактика модель ЖЦ [10] (рис. 1.3), що робить наголос на початкові етапи ЖЦ: аналіз і проектування. На цих етапах реалізовуваність технічних рішень перевіряється шляхом створення прототипів. Кожен виток спіралі відповідає створення фрагмента або версії ПЗ, на ньому уточнюються цілі і характеристики проекту, визначається його якість і плануються роботи наступного витка спіралі. Таким чином поглиблюються і послідовно конкретизуються деталі проекту і в результаті вибирається обгрунтований варіант, який доводиться до реалізації.

Розробка ітерації відображає об'єктивно існуючий спіральний цикл створення системи. Неповна завершення робіт на кожному етапі дозволяє переходити на наступний етап, не чекаючи повного завершення роботи на поточному. При ітеративному способі розробки відсутню роботу можна буде виконати на наступній ітерації. Головне ж завдання - якомога швидше надати користувачам системи працездатний продукт, тим самим активізуючи процес уточнення та доповнення вимог.

Основна проблема спірального циклу - визначення моменту переходу на наступний етап. Для її вирішення необхідно ввести тимчасові обмеження на кожен з етапів життєвого циклу. Перехід здійснюється відповідно до плану, навіть якщо не вся запланована робота закінчена. План складається на основі статистичних даних, отриманих у попередніх проектах, і особистого досвіду розробників.

Рис 1.3. Спіральна модель ЖЦ Методології та технології проектування ІС 1.3.1. Загальні вимоги до методології та технології

Методології, технології та інструментальні засоби проектування (CASE-засоби) складають основу проекту будь-ІВ. Методологія реалізується через конкретні технології і підтримують їх стандарти, методики та інструментальні засоби, які забезпечують виконання процесів ЖЦ.

Технологія проектування визначається як сукупність трьох складових:  покрокової процедури, яка визначає послідовність      технологічних операцій проектування (рис. 1.4);  критеріїв і правил, що використовуються для оцінки результатів виконання      технологічних операцій;  нотацій (графічних і текстових засобів), що використовуються для      опису проектованої системи.

Рис. 1.4. Представлення технологічної операції проектування

Технологічні інструкції, що становлять основний зміст технології, повинні складатися з опису послідовності технологічних операцій, умов, залежно від яких виконується та чи інша операція, і описів самих операцій.

Технологія проектування, розробки та супроводження ІС повинна задовольняти наступним загальним вимогам:  технологія повинна підтримувати повний ЖЦ ПЗ;  технологія повинна забезпечувати гарантоване досягнення цілей      розробки ІС з заданим якістю і у встановлений час;  технологія повинна забезпечувати можливість виконання великих      проектів у вигляді підсистем (тобто можливість декомпозиції проекту на      складові частини, які розробляються групами виконавців обмеженою      чисельності з подальшою інтеграцією складових частин). Досвід розробки      великих ІС показує, що для підвищення ефективності робіт необхідно      розбити проект на окремі слабко пов'язані з даними і функцій      підсистеми. Реалізація підсистем повинна виконуватися окремими групами      фахівців. При цьому необхідно забезпечити координацію ведення спільного      проекту і виключити дублювання результатів робіт кожної проектної      групи, що може виникнути в силу наявності загальних даних і функцій;  технологія повинна забезпечувати можливість ведення робіт з      проектування окремих підсистем невеликими групами (3-7 чоловік). Це      обумовлено принципами керованості колективу і підвищення      продуктивності за рахунок мінімізації числа зовнішніх зв'язків;  технологія повинна забезпечувати мінімальний час отримання      працездатною ІВ. Мова йде не про терміни готовності всієї ІС, а про терміни      реалізації окремих підсистем. Реалізація ІС в цілому в короткі терміни      може зажадати залучення великої кількості розробників, при цьому      ефект може виявитися нижче, ніж при реалізації в більш короткі терміни      окремих підсистем меншою кількістю розробників. Практика показує, що      навіть за наявності повністю завершеного проекту, впровадження йде      послідовно по окремих підсистем;  технологія повинна передбачати можливість керування конфігурацією      проекту, ведення версій проекту та його складових, можливість      автоматичного випуску проектної документації та синхронізацію її версій з      версіями проекту;  технологія повинна забезпечувати незалежність виконуваних проектних      рішень від засобів реалізації ІС (систем управління базами даних (СУБД),      операційних систем, мов і систем програмування);  технологія повинна бути підтримана комплексом узгоджених      CASE-засобів, що забезпечують автоматизацію процесів, які виконуються на всіх      стадіях ЖЦ. Загальний підхід до оцінки і вибору CASE-засобів описаний в розділі      4, приклади комплексів CASE-засобів - у підрозділі 5.7.

Реальне застосування будь-якої технології проектування, розробки та супроводження ІС в конкретній організації і конкретному проекті неможливо без вироблення ряду стандартів (правил, угод), які повинні дотримуватися всіма учасниками проекту. До таких стандартами належать наступні:  стандарт проектування;  стандарт оформлення проектної документації;  стандарт для користувача інтерфейсу.

Стандарт проектування повинен встановлювати:  набір необхідних моделей (діаграм) на кожній стадії      проектування і ступінь їх деталізації;  правила фіксації проектних рішень на діаграмах, у тому числі:      правила іменування об'єктів (включаючи угоди за термінологією), набір      атрибутів для всіх об'єктів та правила їх заповнення на кожній стадії,      правила оформлення діаграм, включаючи вимоги до форми та розмірів      об'єктів, і т. д.;  вимоги до конфігурації робочих місць розробників, включаючи налаштування      операційної системи, настройки CASE-засобів, загальні параметри проекту і т.      д.;  механізм забезпечення спільної роботи над проектом, у тому числі:      правила інтеграції підсистем проекту, правила підтримки проекту в      однаковому для всіх розробників стані (регламент обміну проектної      інформацією, механізм фіксації загальних об'єктів і т.д.), правила перевірки      проектних рішень на несуперечність і т. д.

Стандарт оформлення проектної документації повинен встановлювати:  комплектність, склад і структуру документації на кожній стадії      проектування;  вимоги до її оформлення (включаючи вимоги до змісту      розділів, підрозділів, пунктів, таблиць тощо),  правила підготовки, розгляду, погодження та затвердження      документації із зазначенням граничних термінів для кожної стадії;  вимоги до налаштування видавничої системи, яка використовується у      як вбудованого засоби підготовки документації;  вимоги до налаштування CASE-засобів для забезпечення підготовки      документації відповідно до встановлених вимог.

Стандарт інтерфейсу користувача повинен встановлювати:  правила оформлення екранів (шрифти і кольорова палітра), склад і      розташування вікон та елементів керування;  правила використання клавіатури і миші;  правила оформлення текстів допомоги;  перелік стандартних повідомлень;  правила обробки реакції користувача. Методологія RAD

Одним з можливих підходів до розробки ПЗ в рамках спіральної моделі ЖЦ є що отримала останнім часом широкого поширення методологія швидкої розробки додатків RAD (Rapid Application Development). Під цим терміном звичайно розуміється процес розробки ПЗ, що містить 3 елементи:  невелику команду програмістів (від 2 до 10 осіб);  короткий, але ретельно опрацьований виробничий графік (від 2      до 6 міс.);  повторюваний цикл, при якому розробники, у міру того, як      додаток починає набувати форму, запитують і реалізують у продукті      вимоги, отримані через взаємодію з замовником.

Команда розробників повинна являти собою групу професіоналів, маю?? їхній досвід в аналізі, проектування, генерації коду і тестуванні ПЗ з використанням CASE-засобів. Члени колективу повинні також вміти трансформувати в робочі прототипи пропозиції кінцевих користувачів.

Життєвий цикл ПЗ за методологією RAD складається з чотирьох фаз:  фаза аналізу і планування вимог;  фаза проектування;  фаза побудови;  фаза впровадження.

На фазі аналізу і планування вимог користувачі системи визначають функції, які вона повинна виконувати, виділяють найбільш пріоритетні з них, потребують опрацювання в першу чергу, описують інформаційні потреби. Визначення вимог виконується в основному силами користувачів під керівництвом фахівців-розробників. Обмежується масштаб проекту, визначаються часові рамки для кожної з наступних фаз. Крім того, визначається сама можливість реалізації даного проекту у встановлених рамках фінансування, на даних апаратних засобах і т.п. Результатом даної фази повинні бути список і пріоритетність функцій майбутньої ІС, попередні функціональні та інформаційні моделі ІС.

На фазі проектування частина користувачів приймає участь в технічному проектуванні системи під керівництвом фахівців-розробників. CASE-засоби використовуються для швидкого отримання працюють прототипу. Користувачі, які безпосередньо взаємодіючи з ними, уточнюють і доповнюють вимоги до системи, які не були виявлені на попередній фазі. Більш докладно розглядаються процеси системи. Аналізується і, при необхідності, коригується функціональна модель. Кожен процес розглядається детально. При необхідності для кожного елементарного процесу створюється частковий прототип: екран, діалог, звіт, що усуває неясності або неоднозначності. Визначаються вимоги розмежування доступу до даних. На цій же фазі відбувається визначення набору необхідної документації.

Після детального визначення складу процесів оцінюється кількість функціональних елементів системи розробляється і приймається рішення про поділі ІС на підсистеми, які піддаються реалізації однією командою розробників за прийнятний для RAD-проектів час - близько 60 - 90 днів. З використанням CASE-засобів проект розподіляється між різними командами (ділиться функціональна модель). Результатом даної фази повинні бути:  загальна інформаційна модель системи;  функціональні моделі системи в цілому і підсистем, що реалізуються      окремими командами розробників;  точно визначені за допомогою CASE-засоби інтерфейси між      автономно розробляються підсистемами;  побудовані прототипи екранів, звітів, діалогів.

Усі моделі та прототипи повинні бути отримані із застосуванням тих CASE-засобів, які будуть використовуватися в подальшому при побудові системи. Дане вимога викликано тим, що в традиційному підході при передачі інформації про проект з етапу на етап може відбутися фактично неконтрольоване спотворення даних. Застосування єдиної середовища зберігання інформації про проект дозволяє уникнути цієї небезпеки.

На відміну від традиційного підходу, при якому використовувалися специфічні кошти прототипирування, не призначені для побудови реальних додатків, а прототипи викидалися після того, як виконували завдання усунення неясностей у проекті, у підході RAD кожен прототип розвивається в частина майбутньої системи. Таким чином, на наступну фазу передається більш повна і корисна інформація.

На фазі побудови виконується безпосередньо сама швидка розробка програми. На цій фазі розробники виробляють Ітеративний побудова реальної системи на основі отриманих в попередній фазі моделей, а також вимог нефункціонального характеру. Програмний код частково формується за допомогою автоматичних генераторів, які отримують інформацію безпосередньо з репозиторію CASE-засобів. Кінцеві користувачі на цій фазі оцінюють отримані результати і вносять корективи, якщо в процесі розробки система перестає задовольняти визначеним раніше вимогам. Тестування системи здійснюється безпосередньо в процесі розробки.

Після закінчення робіт кожної окремої команди розробників проводиться поступова інтеграція даної частини системи з іншими, формується повний програмний код, що виконується тестування спільної роботи даної частини програми з іншими, а потім тестування системи в цілому. Завершується фізичне проектування системи:  визначається необхідність розподілу даних;  проводиться аналіз використання даних;  виробляється фізичне проектування бази даних;  визначаються вимоги до апаратних ресурсів;  визначаються способи збільшення продуктивності;  завершується розробка документації проекту.

Результатом фази є готова система, що задовольняє всім узгодженим вимогам.

На фазі впровадження проводиться навчання користувачів, організаційні зміни і паралельно з впровадженням нової системи здійснюється робота з існуючою системою (до повного впровадження нової). Так як фаза побудови достатньо нетривала, планування та підготовка до впровадження повинні починатися заздалегідь, як правило, на етапі проектування системи. Наведена схема розробки ІС не є абсолютною. Можливі різні варіанти, залежні, наприклад, від початкових умов, в яких ведеться розробка: розробляється зовсім нова система; вже було проведено обстеження підприємства і існує модель його діяльності; на підприємстві вже існує деяка ІВ, яка може бути використана в якості початкового прототипу або повинна бути інтегрована з розробляється.

Слід, однак, відзначити, що методологія RAD, як і будь-яка інша, не може претендувати на універсальність, вона хороша в першу чергу для відносно невеликих проектів, що розробляються для конкретного замовника. Якщо ж розробляється типова система, яка не є закінченим продуктом, а являє собою комплекс типових компонент, централізовано супроводжуваних, адаптується до програмно-технічним платформ, СУБД, засобів телекомунікації, організаційно-економічних особливостей об'єктів впровадження та інтегруються з існуючими розробками, на перший план виступають такі показники проекту, як керованість і якість, які можуть увійти в суперечність з простотою і швидкістю розробки. Для таких проектів необхідні високий рівень планування і жорстка дисципліна проектування, суворе дотримання заздалегідь розробленим протоколів і інтерфейсів, що знижує швидкість розробки.

Методологія RAD непридатна для побудови складних розрахункових програм, операційних систем або програм управління космічними кораблями, тобто програм, що вимагають написання великого обсягу (сотні тисяч рядків) унікального коду.

Не підходять для розробки за методологією RAD додатки, в яких відсутня яскраво виражена інтерфейсна частина, наочно визначає логіку роботи системи (наприклад, додатки реального часу) і програми, від яких залежить безпека людей (наприклад, управління літаком або атомної електростанцією), так як ітеративний підхід припускає, що перші кілька версій, напевно, не будуть повністю працездатні, що в даному випадку виключається.

Оцінка розміру програм виробляється на основі так званих функціональних елементів (екрани, повідомлення, звіти, файли і т.п.) Подібна метрика не залежить від мови програмування, на якому ведеться розробка. Розмір програми, з якою може бути виконано за методологією RAD, для добре налагодженої середовища розробки ІС з максимальним повторним використанням програмних компонентів, визначається наступним чином:         <1000 функціональних елементів         одна людина              1000-4000 функціональних елементів         одна команда розробників             > 4000 функціональних елементів         4000 функціональних елементів на одну команду розробників     

Як підсумок перерахуємо основні принципи методології RAD:  розробка програм ітерації;  необов'язковість повного завершення робіт на кожному з етапів      життєвого циклу;  обов'язкове залучення користувачів до процесу розробки ІС;  необхідне застосування CASE-засобів, що забезпечують цілісність      проекту;  застосування засобів управління конфігурацією, що полегшують внесення      змін до проекту і супровід готової системи;  необхідне використання генераторів коду;  використання прототипирування, що дозволяє повніше з'ясувати і      задовольнити потреби кінцевого користувача;  тестування і розвиток проекту, які здійснюються одночасно з      розробкою;  ведення розробки нечисленної добре керованої командою      професіоналів;  грамотне керівництво розробкою системи, чітке планування і      контроль виконання робіт. Література  Вендров А.М. Один з підходів до вибору засобів проектування баз      даних і додатків. "СУБД", 1995, № 3.  Зіндера Е.З. Бізнес-реінжиніринг і технології системного      проектування. Навчальний посібник. М., Центр Інформаційних Технологій, 1996        Калянов Г.М. CASE. Структурний системний аналіз (автоматизація та      застосування). М., "Лорі", 1996.  Марка Д.А., МакГоуен К. Методологія структурного аналізу і      проектування. М., "МетаТехнологія", 1993.  Міжнародні стандарти, що підтримують життєвий цикл програмних      коштів. М., МП "Економіка", 1996  Створення інформаційної системи підприємства. "Computer      Direct ", 1996, N2  Шлеер С., Меллор С. Об'єктно-орієнтований аналіз: моделювання      світу в станах. Київ, "Діалектика", 1993.  Barker R. CASE * Method. Entity-Relationship Modelling. Copyright      Oracle Corporation UK Limited, Addison-Wesley Publishing Co., 1990.  Barker R. CASE * Method. Function and Process Modelling. Copyright      Oracle Corporation UK Limited, Addison-Wesley Publishing Co., 1990.  Boehm B.W. A Spiral Model of Software Development and Enhancement.      ACM SIGSOFT Software Engineering Notes, Aug. 1986  Chris Gane, Trish Sarson. Structured System Analysis.      Prentice-Hall, 1979.  Edward Yourdon. Modern Structured Analysis. Prentice-Hall, 1989.  Tom DeMarco. Structured Analysis and System Specification. Yourdon      Press, New York, 1978.  Westmount I-CASE User Manual. Westmount Technology B.V.,      Netherlands, 1994.  Uniface V6.1 Designers 'Guide. Uniface B.V., Netherlands, 1994.  IEEE Std 1348-1995. IEEE Recommended Practice for the Adoption of      CASE Tools.  IEEE Std 1209-1992. IEEE Recommended Practice for the Evaluation      and Selection of CASE Tools.  PVCS Version Manager. User's Guide.  PVCS Tracker. User's Guide.