Применение объектно-ориентированного подхода при проектировании информационной системы (Методы и средства создания информационной системы)

Содержание:

Введение

Объектно-ориентированная технология развивается в различных областях вычислительной техники как средство решения проблем, связанных со сложностью создаваемых систем. Объектный подход применяется не только в программировании, но также в проектировании интерфейса, баз данных, баз знаний, компьютерной архитектуры и даже систем управления.

Смысл такого широкого подхода заключается в том, что он позволяет применить объектную ориентацию для решения всего круга проблем, связанных со сложными системами.

Учитывая, что система управления является сложной системой, можем применить объектно - ориентированную технологию для исследования и проектирования таких систем. В основе объектно - ориентированного проектирования лежит представление о том, что систему необходимо проектировать как совокупность взаимодействующих друг с другом объектов, рассматривая каждый объект как экземпляр определенного класса, причем классы образуют иерархию [1].

Повышение интереса разработчиков к этой методологии обусловлено тем, что методы структурного анализа и проектирования не обеспечивают дальнейшего снижения трудоемкости разработки. Объектно-ориентированный подход наиболее естественно отвечает реальному процессу разработки систем и не только программных, который является итеративным и может потребовать внести изменения в уже разработанные и настроенные компоненты системы. Составными частями объектно ориентированной методологии (ООМ) являются: объектно-ориентированный анализ; объектно-ориентированное проектирование; объектно-ориентированное программирование.

Объектно-ориентированный анализ. На объектный подход повлияли предыдущие этапы развития программных средств. Традиционные приемы структурного анализа основаны на потоках данных в системе. Объектно-ориентированный анализ (ООА) направлен на создание моделей, более близких к реальности, с использованием объектно-ориентированного подхода. Это методология, при которой требования формируются на основе понятий классов и объектов, представляющих словарь предметной области [2]. На результатах ООА формируются модели, в которых основывается объектно-ориентированное проектирование. Объектно-ориентированное проектирование в свою очередь создает основу для окончательной реализации системы с использованием методологии объектно-ориентированного программирования.

Главными преимуществами ООМ по сравнению со структурными методами являются:

- возможность преодолеть ограничения, связанные со сложностью разрабатываемых систем; использования на стадии анализа моделей близких к реальности;

- применение при анализе и проектировании как информационных систем, так и систем реального времени и аппаратно-программных комплексов;

- обеспечение возможности повторного использования разработанного программного обеспечения, что позволяет существенно сократить сроки и снизить затраты на разработку каждой последующей системы; поддержка итеративного, а не лавинообразного, как в структурном подходе, процесса проектирования;

- естественная работа с разнородной информацией, используется в мультимедийных системах;

- создание более открытых систем;

- полное использование описательных возможностей объектно-ориентированных языков программирования.

1. Методы и средства создания информационной системы

Применение эффективных методов и средств создания информационной системы, правильное построение технологии ее создания позволяют существенно снизить затраты и сократить сроки разработки, обеспечивая качественное создание системы обработки данных, которые соответствуют требованиям пользователей. При создании ИС используют целый комплекс методов и средств ее разработки.

При создании информационной системы используют целый комплекс методов и средств.

Методом создания информационной системы является поддержка соответствующими средствами проектирования способ ее создания.

Средства создания информационной системы - это типовые проектные решения, пакеты прикладных программ, типовые проекты или инструментальные средства проектирования информационной системы.

В ходе разработки информационной системы и ее структуры используют два метода: «сверху - вниз» и «снизу - вверх» или локальный и системный подходы к созданию информационной системы.

Существует две группы методов создания информационных систем: ориентированные на данные и ориентированные на процедуры.

Первые - придают особого значения процесса декомпозиции структуре в создании архитектуры программы. Вторые - делают основной акцент на данных.

Наиболее распространенные методологии, ориентированные на обработку: модульное программирование, метод функциональной декомпозиции, метод проектирования потока данных или структур данных, метод НИРО.

При таком подходе сложная система разделяется на несколько частей, одновременно создаваемых различными программистами. Каждый модуль реализует единственную функцию. Размер модуля невелик, поэтому тестирование может управляться и может быть проведено очень тщательно. После кодирования и тестирования всех модулей происходит их интеграция и тестируется вся система. Во время сопровождения тестируется и настраивается только тот модуль, который плохо работает. Очевидные преимущества в облегчении написания и тестирования программ, уменьшается стоимость их сопровождения.

Функциональная декомпозиция базируется на стратегии типа «разделяй - управляй», где критерием декомпозиции системы концепция сокрытия информации. При использовании этого критерия каждый модуль характеризуется субъективным решением проектировщика. Только некоторая информация об этом модуль необходимо другим модулям, связи между модулями организуются с помощью хорошо определенных интерфейсов. Другой важной идеей является проектирование программной системы в виде набора виртуальных машин, вместо традиционного подхода, в ходе которого используются блок-схемы. Преимущество функциональной декомпозиции в ее применимости. Недостатки - непредвиденность и изменчивость.

Методы проектирования с использованием потока данных используют поток данных как движущую силу процесса проектирования программы. При этом используются различные функции отображения, которые превращают поток информации на структуру программы.

Структурное проектирование состоит из концепции структурного проектирования, генеральной линии композиционного проектирования и детализации проекта, критерия степени, приемов анализа проекта. Подход заключается в отображении потока данных проблем в структуру программы с использованием некоторых приемов анализа проекта. Процедура такова:

1) идентифицируется поток данных и отображается граф потока данных;

2) идентифицируются входные, центральные и выходные преобразовательные элементы;

3) формируется иерархическая структура программы, которая использует эти элементы;

4) детализируется и оптимизируется структура программы, сформулирована на третьем шаге.

Такой подход применяется, когда отсутствуют ярко выраженные структуры данных.

Технология структурного анализа проекта SАDТ основана на структурном анализе. SА - графический язык, используемый для ясного выражения иерархических и функциональных связей между любыми объектами и действиями. Структура системы, представлена ​​графически выделяет интерфейсы между компонентами структурно, модульное и иерархически. SADT - включает процедуры планирования управления разработкой и управление конфигурацией, средства организации работающих специалистов в бригады и связи между ними. SADT успешно применяется в различных сферах. Метод особенно эффективен на ранних и поздних стадиях развития системы и менее эффективен при детализации. В то же время, позволяя каждому проектировщику создавать независимые диаграммы, можно получить дополнительные трудности в процессе их нет.

НИРО (Иерархия плюс Вход Обработка, Выход) - метод иерархических диаграмм, развитый фирмой IBM. Основные характеристики:

1) способность оказывать связь между входящими / исходящими данными и процессом обработки;

2) возможность декомпозировать систему иерархически, без применения чрезмерно мелкие детали;

3) использование трех элементов - входа, обработки, выхода. Обработка (процесс) специфицируется как центральный блок диаграммы и соединений с элементами, составляющими вход и выход.

Основная процедура проектирования с использованием НИРО:

1) начать с самого высокого уровня абстракции;

2) идентифицировать вход, обработку и выход;

3) соединить каждый элемент входа и выхода из соответствующей обработки;

4) документировать каждый элемент системы, используя НИРО диаграммы;

5) детализировать диаграмму, используя шаги И-4.

В методологиях ориентированных на данные выделяются компоненты проекта, основанные на данных. Это так называемая объектно-ориентированная методология проектирования и методология проектирования концептуальных баз данных. Поскольку обе технологии относятся к методу формализации спецификаций, сначала рассмотрим концепцию методов формальных спецификаций.

Программы могут быть построены методически (систематически) вы-ходя из формальных спецификаций на данные, а какими они работают. Основываясь на формальных спецификациях, можно разработать приемы автоматического программирования и доказательства правильности программ. Особое внимание уделяется абстракциям данных.

Объектно-ориентированная методология проектирования основана на концепциях сокрытие информации и абстрактных типов данных. Такой подход рассматривает все ресурсы (данные, модули и системы), выступающие в качестве объектов. Каждый объект содержит некоторую структуру данных (или тип данных), обрамленную набором процедур, которые знают, как манипулировать с этими данными. Используя эту методологию, разработчик может создать свой собственный абстрактный тип и отразить проблемную сфера в эти созданные им абстракции вместо традиционного отображения проблемной сферы в предусмотренные структуры, управляют и структуры данных языка реализации. Подобный подход рекламируется как более натуральный, чем методологии, ориентированные на обработку (на процесс), через возможность создавать в процессе проектирования различные виды абстракции типов данных. На этом пути разработчик может сконцентрироваться на проектные системы, не волнуясь о деталях информационных объектов, которые используются в системе,

Основные действия, которые реализуются методологии:

1) определить проблему;

2) развить неформальную стратегию, представляет собой общую последовательность шагов, которая удовлетворяет требования к системе;

3) формализовать стратегию;

а) идентифицировать объекты и их атрибуты;

б) идентифицировать операции над объектами;

в) установить интерфейсы;

г) реализовать операции.

Методология, основанная на проектировании концептуальных баз данных, относится к классу методологий, ориентированных на данные, и призвана дать проектировщику методические указания в процессе трансформации спецификаций в концептуальную схему базы данных. Этот подход ставит целью установить унифицированную концептуальную модель с богатым семантичным значением и использовать концепцию абстракций данных для упрощения проектирования. В действительности это разновидность представления знаний, который простирается от проблем реального мира к коду, который выполняет ЭВМ. Процесс проектирования рассматривается как процесс построения модели. Известны методы конструирования концептуальной модели, основанные на приемах обобщения / спецификации. Предполагается, что проектант начинает с определения наиболее общих, натурально возникающих классов объектов и событий проблемной сферы. Далее детали программной системы вводятся последовательными итерациями описание подклассов уже поданных классов и спецификаций взаимодействий в этих классах.

Предварительно рассмотренные методы работают на модульном уровне. Метод, который используется на кодовом уровне проектирования, известный под названием "Структурное программирование". Метод основан на предположении, что код в модуле легче читается, пишется и сопровождается, если он сконструирован из фиксированного набора базовых структур, не исключают оператор. Доказано, что любая сложная система может быть представлена ​​с использованием трех базовых структур: следования, итерация и выбор. Структурное программирование охватывает четыре тесно связанные проблемы: методологию программирования, нотацию, корректность, верификацию. Практика показала, что структурное программирование само собой не слишком эффективное при проектировании больших систем. Для достижения максимальной надежности и стоимости следует объединить приемы структурного программирования методологии проектирования архитектуры, включая бригаду главного программиста, проектирование сверху - вниз, библиотеки, поддерживает процесс развития проекта и т. д.

Данные создаются, хранятся и сопровождаются с помощью программного обеспечения. Процессы слева создают и модифицируют данные, справа - используют их в ответах на запросы, в процессе поиска необходимых данных, анализа и принятия решений. Данные могут представлять многие системы данных.

Вторая предпосылка - типы данных не меняются.

Объект - это то, о чем мы сохраняем данные. Например: работающие, заказчики, оборудования. Типы объектов не изменяются в течение срока существования производства, за исключением одиночных дополнений новых типов объектов. Типы атрибутов, которые мы сохраняем для этих объектов, также изменяются редко. Значение данных меняются постоянно, но их структура очень редко, если данные были хорошо спроектированы.

Третья предпосылка - каждое производство является динамичным, а следовательно, процедуры обработки данных меняются быстро и часто. Желательно, чтобы системные аналитики и конечные пользователи могли их часто менять, максимально приспосабливая к конкретным требованиям.

Вывод: основные типы данных относительно стабильны; процедуры обработки данных быстро меняются; программы, процессы, сети и аппаратура ЭВМ также меняются. Поэтому методы, ориентированные на данные, если их правильно использовать, имеют успех там, где методы, ориентированные на процедуры, его не имеют. Когда необходимую инфраструктуру данных определено, то можно быстро получить результаты, пользуясь высокоуровневыми языками баз данных или другими. Поэтому важно первый шаг из триады модель - алгоритм - программа, то есть создание модели объекта и построение стратегического плана или структуры данных (будем рассматривать в других темах).

Методы создания информационной системы можем классифицировать по степени автоматизации проектных работ: оригинальный, типичный, автоматизирован.

С помощью оригинального (индивидуального, немашинного, единичного) метода создаются индивидуальные проектные решения, специфичные для каждого отдельного объекта. Преимущества его в том, что в результате получаем оригинальный проект, который в полной мере отражает все особенности соответствующего объекта. Но есть и недостатки: высокая трудоемкость и большие сроки проектирования информационной системы, низкий показатель функциональной надежности, плохая модернизированность и сопровождение информационных системы. Продолжительность устойчивого функционирования составляет около года, а потом нужно модернизировать проектные решения.

Методы типового проектирования предполагают разделение системы, которую создаем, на много составляющих компонентов (функций, алгоритмов и т.п.) и создания для каждого из них законченного проектного решения, которое затем с некоторыми модификациями, если они нужны, будут использованы при проектировании информационной системы . В зависимости от уровня декомпозиции системы делят на:

- элементный - использование типовых проектных решений;

- компонентный - использование пакетов прикладных программ;

- объектный - использование типовых проектов информационной системы.

Суть элементного проектирования заключается в том, что декомпозиция информационной системы выполняется на уровне задач и отдельных проектных решений по информационному, технического, программного и других видов обеспечения. Для каждого такого элемента создаются типовые проектные решения.

Преимущества:

- модульный принцип построения;

- упрощения документирования, поскольку оформлено в виде проектной документации.

Недостатки:

- значительное снижение трудоемкости (на 30%) по сравнению с оригинальным;

- длительные сроки разработки информационной системы;

- низкая функциональная надежность (до двух лет);

- плохая модернизированность; отсутствие средств автоматизированного ведения библиотеки ТПР, комплексирования и информационная согласованность ТПР.

Данным методом были разработаны ТПР АСУП (СССР), PROSPRO i BICEPS (США).

Суть компонентного проектирования заключается в более высокой интеграции типовых элементов на уровне функций.

Преимущества:

- построение средств проектирования;

- возможность использования одних и тех же компонентов для различных объектов;

- наличие опробованных программных средств.

Недостатки:

- отсутствие средств модернизации и сопровождения информационных системы, функционирующей;

- отсутствие автоматизированной системы комплектования компонентов; недостаточность средств, обеспечивающих функциональную надежность до трех лет;

- высокая трудоемкость проектирования по сравнению с элементным сокращением на 25%.

Этим методом были разработаны ИСУВ (информационная система управления производством) (СССР), SOSP (ГДР), PICS I COPICS (США).

Суть объектного проектирования заключается в том, что типичным элементом выступает система управления объектом в целом, то есть создается типовой проект информационной системы для обобщенного объекта с некоторого класса объектов управления.

Преимущества:

- проектирование информационной системы сводится к подготовки и внедрение типового проекта;

- трудоемкость по сравнению с элементным сокращается в 2 - 3 раза.

Недостатки:

- количество объектов, для которых может быть эффективно использован соответствующий проект незначительно, и поэтому требуется большое количество типовых проектов;

- низкий уровень адаптации и функционально неустойчивые, слабые средства модернизации и сопровождения;

- очень высокие требования к квалификации разработчиков;

- разработанный типовой проект быстро морально устаревает вследствие изменения методов хозяйствования и совершенствования КТС.

Этим методом были разработаны «Кунцево», «Барнаул», «Сигма», LAMBDA (Италия), MARS 3 (США).

Основные положения метода автоматизированного проектирования (САПР) еще окончательно не установлено, но есть незначительный опыт. Суть САПР ИС заключается в возможности построения и поддержки в системе проектирования некоторой глобальной информационной модели объекта управления. Модель включает в формализованном виде описание совокупностей информационных компонентов и отношений между ними, включая их связи и алгоритмические взаимодействия.

Преимущества:

- наличие актуальной модели объекта;

- комплексный охват проектирования средствами, включенными в САПР;

- возможность интерактивного взаимодействия с ЭВМ на всех этапах проектирования и функционирования системы;

- снижение трудоемкости проектирования в 2 - 10 раз по сравнению с ППП; достаточно высокий уровень функциональной и адаптивной надежности.

Недостатки:

- отработана общая теория САПР ИС;

- малый опыт практического использования САПР ИС;

- сложность эксплуатации САПР ИС;

- высокая стоимость разработки САПР ИС.

Этим методом были разработаны САПР МАРС, Ариус и др.

Средства создания ИС делятся на инструментальные и объектные.

Инструментальные средства создания ИС ориентированы непосредственно на процесс проектирования и предназначены для повышения производительности труда разработчика (например, документатор программ, генератор программ и т.п.).

Объектные средства создания ИС также снижают трудоемкость проектных работ, но главным результатом их применения являются проектные решения (например, ППП, ТП).

Ряд средств можно отнести к той или иной группе; кроме того, они могут дублировать друг друга, поэтому одной из задач, которую мы решаем при планировании работ по созданию информационной системы, правильный выбор средств проектирования применительно к конкретным условиям применения.

Средства создания ИС должны:

- комплексно охватывать процесс создания ИС;

- быть совместимыми;

- быть легкими в освоении и простыми в использовании;

- быть универсальными в своем классе;

- иметь возможность организовать процесс проектирования в режиме интерактивного взаимодействия разработчика с ЭВМ;

- позволять создавать адаптивные ИС;

- быть экономически эффективными.

Средства создания ИС рассмотрим в рамках методов создания ИС.

Для оригинального метода характерны:

- стандартные средства операционных систем;

- процедуры, реализующие типовые процессы обработки данных;

- отдельные инструментальные средства создания ИС.

Для типичного метода характерно, что и для предыдущего, а также типичные компоненты, оформленные в виде типовых проектных решений, пакетов прикладных программ и типовых ИС.

Для автоматизированного проектирования характерны: стандартные средства операционных систем, взаимосвязанный комплекс инструментальных средств создания ИС, средства модернизации ИС, функционирует.

Для конкретной реализации процессов проектирования ИС проектировщик использует различные методы.

Методы проектирования ИС - разные способы их создания, поддерживаемых соответствующими средствами проектирования.

Все методы проектирования ИС классифицируют:

- за выполнением технологического (производственного) процесса проектирования - методы анализа, синтеза, декомпозиции, формализации и моделирования;

- по степени автоматизации проектных работ (оригинальное, типичное и автоматизированное проектирование);

- по организации процессов проектирования - различные организационные методы.

Методы выполнения технологических процессов проектирования.

В научном смысле процесс проектирования является важным объектом исследования. Среди методов научных исследований широко используют анализ и синтез, особенно на предпроектной стадии, для изучения ИС и системы управления предприятия, познания сущности функциональных задач и структуры управления.

В процессе проектирования ИС на всех стадиях и этапах применяется метод декомпозиции по двум направлениям:

- декомпозиция данных, то есть расчленения их на простые компоненты с выявлением взаимосвязей между ними (входные и выходные данные, а также данные, хранящиеся в БД);

- декомпозиция процессов (поскольку процесс является логически завершенной последовательностью действий, которая выполняется в предметной области с группой данных, его декомпозиция предусматривает подведение итогов, вид контроля, модификацию, генерацию отчетов). Декомпозиция процессов позволяет разработать профиль транзакции - графическое представление всех процессов обработки определенной совокупности данных (например, входящего или главного, файла). Транзакция разрабатывается при проектировании системы.

Применение методов формализации и моделирования связано с использованием экономико-математических моделей, а также вычислительных алгоритмов.

Методы, характеризующие степень автоматизации проектных работ. Оригинальное (индивидуальное) проектирование предполагает, что все виды проектных работ ориентировано на создание индивидуальных проектов для конкретных предприятий с учетом их специфических особенностей. Однако в его процессе тоже используют стандартные средства ОС, процедуры типовых процессов обработки данных, отдельные инструментальные средства проектирования.

Типовое проектирование в зависимости от уровня декомпозиции проектируемой ИС на отдельные компоненты предусматривает применение элементного, объектного методов проектирования.

По элементного метода проектирования декомпозиция осуществляется на уровне задач и отдельных проектных решений на основе информационного, программного, математического и технического обеспечения. Для каждого компонента (элемента) создаются ТПР, например ТПР-задача, ТПР-техника, ТПР-персонал.

При применении подсистемного метода проектирования декомпозиция выполняется на уровне подсистем, выступают типичными элементами. При этом достигаются функциональная полнота подсистемы, минимизация внешних информационных связей, параметрическая настраиваемость решения задач подсистемы, альтернативность схем в пределах значений входных параметров.

Для каждой подсистемы создается проектное решение. Средствами подсистемного проектирования является ППП.

Объектное проектирование предусматривает создание типового проекта ИС для обобщенного объекта, выделенного из группы объектов как эталон. При этом группа однотипных объектов может быть небольшой (например, для часовых заводов).

Автоматизированное проектирование - это создание проектов ИС на основе САПР, основанные на глобальной информационной модели ОУ (модельное проектирование). Модель должна содержать формализованное описание информационных компонентов и отношений между ними, включая их связи алгоритмический взаимодействие.

При таком проектирования используют стандартные средства ОС, САПР, взаимосвязанный комплекс инструментальных средств проектирования; средства модернизации функционирующей ИС.

Организационные методы проектирования. Эти методы охватывают вопросы, касающиеся последовательности создания проекта, подбора специалистов на каждом этапе, обеспечение качественного документирования проекта, контроля проектирования, организации коллективов разработчиков ИС, информирование участников проектирования о состоянии разработки проекта, обеспечение выполнения программных и информационных интерфейсов.

К этой группе относится метод «сверху вниз» (нисходящее проектирование), где формализация процесса проектирования осуществляется в виде графа-дерева, а проектирование можно начинать с любой задачи и вести параллельно для нескольких.

Проектную документацию можно создавать одновременно с принятием проектных решений (например, с разработкой программ), И при этом сохраняется их полное соответствие.

Применение метода «сверху вниз» можно рассмотреть на примере функциональной подсистемы бухгалтерского учета, охватывающая различные комплексы задач, задачи, подзадачи, процедуры и др.

Модульный метод проектирования связан с созданием программного и информационного обеспечения из множества относительно независимых модулей. Модули имеют информационные взаимосвязи, которые определяются таким образом, что каждый модуль не имеет информации о внутреннем содержании других модулей, кроме той, которая содержится в спецификациях интерфейса.

Оптимальный модульный синтез имеет следующие преимущества:

- упрощаются разработка и настройка ПО;

- упрощается дальнейшая модификация системы (модульные программы можно улучшить простой заменой отдельных модулей, которые функционально эквивалентны, но имеют лучшие системные характеристики);

- улучшаются управляющие программы;

- обеспечивается возможность применения технических средств;

- улучшается использование возможностей программистов.

Однако применение оптимального модульного синтеза связано с изменением традиционной методологии проектирования, увеличением трудоемкости анализа собранного материала на этапе предпроектного обследования, с появлением дополнительной работы по анализу большого количества альтернатив, разбивкой существующей системы на подсистемы (задачи). Возрастает трудоемкость разработки интерфейса и согласования модулей.

Разбивка программного и информационного обеспечения ИС на отдельные модули и их дальнейшее сопряжения является самым тяжелым и слабо формализованным процессом, так как распределение и сопряжения связанные с планированием и организацией работы программистов и аналитиков (поставщиков задач).

Структурный метод предполагает наличие программ, динамично налаживаются на структуры массивов информационного фонда системы. При этом описание массивов следует формализовать, а их сохранение и поддержание в адекватном состоянии должны быть организованы в системе информационного фонда. Этот метод используют при создании БД, он направлен на обеспечение логической и физической независимости данных.

Метод «на основе математической модели» предусматривает для решения задачи выбор и разработка экономико-математической модели, включающей создание алгоритма решения и составления приложения.

Метод непрерывности развития системы заключается в том, что после создания ИС в процессе ее функционирования появляются новые, меняются действующие задачи управления, возникает необходимость внести изменения в систему. При проектировании ИС в логику приложений должны быть заложены также как организация данных во вторичной памяти ЭВМ, так и методы доступа к ним, обеспечивает физическую независимость задач и позволяет автоматизировать внесение изменений.

Методы проектирования ИС способствуют повышению качества создаваемых проектов, росту производительности труда всех специалистов-разработчиков проекта, снижению стоимостных и трудовых затрат на проектирование, сокращению сроков выполнения проектных работ, упрощению внедрения, сопровождения и модернизации функционирующей ИС.

При организации процесса проектирования, автоматизации выполнения проектных работ применяют следующие средства:

- технические - образуют локальную вычислительную сеть (ЛВС) процесса проектирования;

- языковые - используются для формального описания задач и обеспечивают различные способы отображения информационных входов, выходов и алгоритмов их преобразования.

При проектировании ИС используют процедурные (ФОРТРАН, Паскаль, ПЛ-1 и т.д.) и Непроцедурные (Пролог, ЛИСП и др.) Языка. Языковые средства высокого уровня непроцедурный типа применяют как формальные средства для обеспечения однозначности и возможности анализа ИС. Например, на предпроектной стадии для анализа результатов обследования ИС используют языковые средства, основанные на аппарате теории отношений для спецификации структурных свойств и алгоритмических связей компонентов ИС.

Для отображения семантики первичных информационных совокупностей показателей эффективным является аппарат теории фреймов.

Фрейм - это структура данных для представления знаний в конкретной предметной области. Подобно записи, фрейм состоит из отдельных полей, заполненных смысловыми понятиями предметной области. Поля фрейма связаны между собой отношениями, реализованными, как правило, в виде отдельных процедур. Например, для представления знаний о витую пружину в САПР машиностроения используется фрейм «ПРУЖИНА». Поля этого фрейма - диаметр и шаг намотки пружины, диаметр проволоки, количество витков, свойства материала проволоки и др.

Отношениями в этом фрейме является уравнение, составляющих математическую модель пружины.

При разработке ПО большое значение имеет выбор языка, поскольку от нее во многом зависит характеристик создаваемой системы:

- успешность и скорость внедрения;

- простота эксплуатации и проектированию программы;

- эффективность функционирования сложного программного комплекса.

Программные средства делятся на локальные и комплексные. Первые применяются для автоматизации отдельных проектных работ и могут использоваться при проектировании независимо друг от друга. К ним относятся:

1. Генераторы программ, предназначенные для реализации типовых программ обработки данных.

2. Автономные ППП.

3. Системы программирования: трансляторы, интерпретаторы, генераторы ППП, макрогенераторы и др.

Транслятор - это программа, переводит текст, записанный на входном языке, на объектный язык.

Интерпретатор - речевой процессор, в котором анализ исходной программы и ее выполнения смещены во времени.

Генераторы ППП предназначены для автоматизированного конструирования программ решения задач с более или менее узких классов.

Макрогенераторы характеризуются наличием базового языка и средств макрорасширения для введения в язык новых объектов и операторов. Они позволяют записывать в более компактном виде то, что может быть представлено средствами базового языка.

4. СУБД - специализированная система программирования с двумя входными языках: на языке описания данных (МОД) и языком манипулирования данными (ММД).

5. Системы телеобработки, предназначенные для обеспечения интерактивного взаимодействия пользователей (здесь - разработчиков проекта) и ЭВМ. Функционируют они на основе применения ППП.

6. Инструментальные средства проектирования - совокупность взаимосвязанных специальных программных средств, предназначенных для инструментальной поддержки отдельных элементов процесса создания проекта ИС (например, интегрированный ППП Clarion).

7. Отдельные элементы комплексных средств - система программирования МОД, к которым относятся:

- файловая система (ФС), оперирующей совокупностями неструктурированной и неинтерпретованной информации на уровне ОС. Она предназначена для обмена данными в рабочих программах на уровне отдельных записей, образуя файлы, связанные с решением задач по поиску записей в файлах (то есть установления адресов их размещения в физических блоках), а также минимизации обмена благодаря буферизации файлов и независимости размеров логических записей, физических блоков и др .;

- система управления данными (СУД), что оперирует данными, которые изымаются из записей; поэтому файлы содержат информации об основных структурные единицы, которые составляют записи. Суд является надстройкой над ФС и определяет способ сохранения файлов, их организацию и доступ к ним;

- СУБД.

8. Средства ОС вычислительного комплекса (системное ПО), предназначенные для расширения функциональных возможностей ЭВМ, автоматизации планирования очередности выполнения вычислительных работ, контроля и управления процессами обработки данных, а также для автоматизации работы программистов.

Комплексные средства являются основой элементного, подсистемные, объектного и автоматизированного методов проектирования. К ним относят: ТПР, комплексы ППП общесистемного (или методоориентованого) и функционального назначений; типовые проекты АСУ; САПР.

Комплексные средства позволяют автоматизировать процесс создания проекта ИС в целом или разработки отдельных ее подсистем, комплексов.

2. Технология создания информационной системы

Технологии проектирования информационной системы является совокупность методов и средств создания ИС, используемых организационных приемов и технических средств, ориентированных на создание или модернизацию проекта ИС.

Основой технологии создания ИС является технологический процесс, под которым понимаем деятельность коллектива специалистов, направленную на разработку проекта информационной системы, который удовлетворяет необходимые потребительские качества, при использовании соответствующих средств проектирования и выделенных ресурсов.

Технологический процесс определяет действия, их последовательность, исполнителей, средства и ресурсы, необходимые для выполнения этих действий. Технология создания информационной системы должно распространяться на весь жизненный цикл соответствующей системы.

Технологический процесс делится на отдельные стадии, этапы или составные части.

1. По стадиям и этапам создания системы, которые заканчиваются составлением конкретной проектной документации. Сам процесс создания может быть расторгнут во времени или выполняться другим коллективом. На каждом из этих этапов существует своя технология его осуществления с соответствующими технологическими операциями, которые учитывают особенности выполнения работ на данном этапе.

2. Технологические процессы проектирования отдельных составных частей системы: компоненты, функции, комплексы задач, задачи, процессы, программы или по отдельным видам обеспечения системы.

Технология создания информационной системы должна формироваться несмотря на то, что средств проектирования много, их количество постоянно увеличивается и для каждого из них нужно создавать свою технологию применения. Большое количество различных технологических процессов создания информационной системы обусловлена ​​многообразием средств и методов проектирования, спецификой экономических объектов, квалификационному составу и уровню профессиональной подготовки проектных коллективов, ориентацией на различные комплексы технических средств. Поэтому технологический процесс нужно разделить на технологические операции (модули), под которыми понимаем самостоятельную часть технологического процесса, в которой определены вход, выход, преобразователь, ресурсы и средства.

Входом и выходом могут быть документы, параметры, данные или знания о технологическую операцию или объект. Преобразователь - это методика, формализованный алгоритм или машинный алгоритм преобразования входа технологической операции в ее выход. Преобразователи могут быть ручные, человеко-машинные и автоматические (машинные). Ресурсы - это нормированное значение трудовых, материальных, финансовых и технических ресурсов.

3. Особенности метода объектного проектирования

Объектно-ориентированное проектирование - это методология проектирования, соединяющая в себе процесс объектной декомпозиции и приемы представления логической и физической, а также статической и динамической моделей проектируемой системы. UML реализует объектно-ориентированный подход к разработке сложных систем следующими средствами:

1) программная система представляется в виде множества самостоятельных сущностей, взаимодействующих друг с другом.

2) класс - это группа сущностей, обладающих подобными свойствами, а именно, данными и поведением;

3) Данные правила определяют способ взаимодействия с окружением, и скрывают детали реализации, то есть - данные и методы инкапсулированные в объекте,

4) при поведением объекта в UML понимаются любые правила взаимодействия объекта с внешним миром и с данным самого объекта;

5) процесс разделения сущностей на классы и построение общей классификации осуществляются с помощью механизма наследования и полиморфизма;

6) наследование - это отношение, определяет уровень иерархии конкретного класса в дереве классов, и говорит о том, что потомки конкретного класса является разновидностью класса-родителя;

7) полиморфизм - касается переопределения поведения объектов. В UML для описания полиморфизма вводятся понятия операции и метода.

8) для удобства иерархического представления больших систем класса можно объединять в группы или использовать модульный подход при проектировании.

В процессе разработки система представляется в виде объединения нескольких проекций, каждая из которых описывает определенный аспект разрабатываемой системы, а вместе они определяют систему во всей ее полноте.

Эти проекции представляются в UML следующими диаграммами:

1) диаграммы классов;

2) диаграммы вариантов использования. Диаграммы взаимодействия делятся на диаграммы последовательности и кооперативные диаграммы.

3).диаграммы последовательности;

4) кооперативные диаграммы;

5) диаграммы состояний;

6) диаграммы деятельностей;

7) диаграммы реализации;

8) компонентные диаграммы;

9) диаграммы размещения.

Диаграммы вариантов использования является графическим представлением взаимодействия пользователя и компьютерной системы, в нашем случае компьютерной модели.

В диаграмме вариантов использования значимыми являются следующие связи:

1) коммуникация;

2) расширения;

3) использования.

При объектном проектировании все объекты разбиваются на классы в зависимости от их особенностей: отношение к материальному производству, структуры управления, типа и характера производства и тому подобное.

Затем для каждого класса создается типичная ИС, которая без значительных изменений внедряется на всех объектах этого класса.

Однако каждый объект имеет свои специфические особенности, обусловленные рядом объективных и субъективных факторов, которые невозможно учесть при первичной классификации объекта.

Поэтому чаще всего создается проект ИС для базового эталонного объекта, где осуществляются мероприятия по улучшению документооборота, организационной и функциональной структуры, системы классификации и кодирования информации, методик расчета экономических показателей и тому подобное. Экономические информационные системы других объектов приводятся в соответствие к системам эталонного объекта. Для эталонного объекта, а затем для других объектов разрабатывается и внедряется проект ИС.

Основной сферой применения этого метода стали непромышленные объекты: банки, склады, торговля, медицина и т. д., То есть те объекты, где организация информационной среды типична и постоянна.

Объектно-ориентированное проектирование – это методология проектирования, соединяющая в себе процесс объектной декомпозиции и приемы представление как логической и физической, так и статической и динамической моделей системы, проецируется [2]. В этом определении содержатся две важные части:

1) объектно-ориентированное проектирование ведет к объектно-ориентированной декомпозиции;

2) используется многообразие приемов представления моделей, отражающих логическую (Структуры классов и объектов) и физическую (архитектура модулей и процессов) структуру системы.

Именно поддержка объектно-ориентированной декомпозиции отличает объектно-ориентированное проектирование от структурного проектирования.

Объектно-ориентированное программирование. Объектно-ориентированное программирование – это методология программирования, основанная на представлении программы в виде совокупности объектов, каждый из которых является реализацией определенного класса, а классы образуют иерархию на принципах наследования [3].

В этом определении можно выделить три части:

1) объектно-ориентированное программирование использует в качестве элементов конструкции объекта, а не алгоритмы;

2) каждый объект является реализацией определенного класса;

3) классы организованы иерархически.

Принципы объектного подхода. Объектная модель, которая является концептуальной базой объектно ориентированной методологии, имеет четыре главных элемента: абстрагирование; ограничения доступа или инкапсуляция; модульность; иерархия.

Без любого из этих элементов модель не будет объектно-ориентированной. Кроме главных являются три дополнительных элемента: типизация; параллелизм; хранения или устойчивость (сохранение).

Называя их дополнительными мы имеем в виду, что они полезны в объектной модели, но не обязательны.

Аппарат абстракции - удобный инструмент для борьбы со сложностью реальных систем. Создавая понятие в интересах любой задачи, мы отвлекаемся (абстрагируемся от несущественных характеристик конкретных объектов, определяя только существенные характеристики.

Абстракция выделяет существенные характеристики некоторого объекта, отличающие его от всех других видов объектов и, таким образом, четко определяет его концептуальные границы.

Инкапсуляция - это процесс отделения друг от друга элементов объекта, определяющих его строение и поведение. Инкапсуляция служит для того, чтобы изолировать контрактные обязательства абстракции от их реализации.

Абстракция и инкапсуляция дополняют друг друга: абстрагирование направлено на наблюдаемое поведение объекта, а инкапсуляция занимается внутренним строением.

Чаще всего инкапсуляция выполняется с помощью сокрытия информации, то есть маскировкой всех внутренних деталей, не влияющих на внешнее поведение. Обычно скрываются и внутренняя структура объекта, и реализация его методов. Инкапсуляция скрывает детали реализации объекта.

Модульность - это свойство системы, связанная с возможностью декомпозиции на ряд внутренне, но слабо связанных между собой модулей.

В традиционном структурном проектировании модульность - это искусство раскладывать подпрограммы по группам так, чтобы в одну группу попадали подпрограммы, которые используют друг друга или переменные вместе. В объектно-ориентированном программировании ситуация несколько иная: необходимо физически разделить классы и объекты, которые составляют логическую структуру проекта.

4. Объектно-ориентированное проектирование ИС

Отличительной чертой современных ИС является их сложность, что растет. Это условлено развитием технических средств, которые позволяют реализовать все большее количество информационных функций в составе одной ИС. Организация ИС на сетях ЭВМ, распределенные базы данных, интерактивный графический интерфейс пользователя, безбумажный документооборот - эти и многие другие аспекты реализации ИС значительно усложнят процесс ее проектирования. Второй недостаток связан с тем, что проект, сведен к стадии внедрения, уже начинает стареть и требует модификации. Это неизбежное следствие изменения инструментария ИС и изменений в самом объекте управления или окружающей его среде. Итак, задача адаптации программного обеспечения и технологических процессов обработки информации в ИС. Модификация сложных программных комплексов, реализованных на основе процедурных языков программирования, представляет собой трудно решаемую проблему задачи адаптации ИС.

Ответом на проблему растущей сложности в ИС стало появление объектно-ориентированного подхода. В сетях объектного подхода выделяют:

- объектно-ориентированное программирование (ООР),

- объектно-ориентированное проектирование (00П),

- объектно-ориентированный анализ (ООА).

Теоретической основой этих методов и их концептуальным базисом является теория систем и системный анализ. Объектная технология принципиально отличается от всех ранее существовавших технологий проектирования. Рассмотрим основные понятия и положения объектно-ориентированной технологии проектирования.

С некоторой долей упрощения можно считать, что конечной целью проектирования ИС является создание комплекса программ, реализующих заданные функции системы. Основной целью разработки программы является перевод задачи с языка проблемной сферы на язык компьютера.

Традиционный подход к проектированию состоит в последовательном построении ряда моделей (информационная модель, описание структур файлов справочник документов, экономико-математическая модель, схема алгоритму), последней из которых является модель языке реализации (программа).

Особенностью этого подхода является то, что предметная область отображается в заранее определенные управляющие структуры и структуры данных.

Язык проблемной сферы - это набор понятий, с помощью которых мо гут быть описана исходная задача. В то же время любой язык компьютера подает исходную задачу в виде совокупности данных и процедур их преобразования.

Таким образом, идеальная гипотетическая язык программирования должна представлять алгоритм решения задачи на основе понятийного аппарата заданной проблемной сферы. Выход видится в использовании универсальной метаязыка для всех предметных областей - языка теории систем и системного анализа. Основные понятия этого языка: объект, класс объектов, атрибут (свойство), процесс, функция, метод, структура и т. д. На этом и базируется ключевая идея ООР - создание языковых средств, которые на основе абстрактных типов данных позволяют специфицировать новые классы программных объектов, адекватных объектам конкретной проблемной сферы.

Объектные программы состоят из готовых компонентов-объектов. ЭТИ объекты могут отвечать:

- объектам или процессам реального мира (деталь, документ, клиент)

- абстрактное понятие (экран, таблица, графический элемент и т. д.).

В традиционных программах данные отделены от процедур и методов, в объектных - данные и процедуры объединяются в объекте.

Пример. Объект - «клиент». Все, что известно пользователю о клиенте, включается в этот объект. Действия с клиентом реализуются как методы (функции) для данного объекта также входят в описание объекта.

Таким образом, основа ООП - формирование из простых объектов, состоящих из данных и набора функций, более сложных, способных моделировать объекты проблемной сферы.

Проведенный обзор позволяет сделать интересный вывод: объектно-ориентированная технология стирает границу между «чистым» проектировщиком (системным аналитиком) и «чистым» программистом. Появляется новый тип разработчика - проектировщик-программист, способный самостоятельно поставить, спроектировать задачу и реализовать ее в виде объектно - ориентированной программы.

Принципиальное отличие методов программирования и методов проектирования заключается в том, что методы программирования ориентированы на эффективное использование механизмов языка программирования, а методы проектирования направлены на эффективное и правильное структурирование сложных систем.

Объектно-ориентированное проектирование - это методология проектирования, которая сочетает в себе процесс объектной декомпозиции и приемы представления как логической и физической, так и динамической моделей системы проектируемого.

Модели, на которых базируется объектно-ориентированное проектирование, формируются в результате объектно-ориентированного анализа.

Объектно-ориентированный анализ - это методология, направленная на создание моделей с использованием объектно-ориентированного подхода на основе понятий классов и объектов, составляющих словарь проблемной сферы.

Первым и главным приемом решения сложных задач в ООП является абстрагирование. Абстрагирования концентрирует внимание на внешние особенности объекта и позволяет отделить существенные особенности поведения от деталей их осуществления.

Абстракция - это такие существенные характеристики некоторого объекта, которые отличают его от всех других видов объектов и таким образом, четко отделяют особенности данного объекта с позиции дальнейшего рассмотрения и анализа.

Абстракции сущности объектов соответствуют словаре проблемной сферы. Описание поведения объекта связано с понятиями операции и протокола. Объект может осуществлять действия над другим объектом. Протокол отображает все действия, которыми объект может подлежать сам и которыми может влиять на другие объекты.

Структура локальной памяти объекта и реализация методов может быть (должно быть) скрыта от внешнего наблюдателя, то есть любого Другого объекта. Это свойство классов объектов имеет названия "скрытые данные", "ограничение доступа», «инкапсуляция свойств».

Пример. Плановый отдел разрабатывает план выпуска изделий для цеха. Такой план является частью словаря проблемной сферы, поэтому он может быть реализован в виде абстракции. С точки зрения интерфейса объекта плана необходимо обеспечить возможность задания отдельных показателей плана и его выполнения. Поэтому можно ввести объект, который обеспечивает интерфейс «человек - компьютер» и ручную смену плана. Кроме того, может быть введен объект - исполнитель плана, который имеет возможность читать данные о плане. Введенные объекты взаимодействуют для обеспечения общей цели. Исходя из этого, определяются и предел каждого объекта абстракции, и протоколы их связи.

Модель проблемной сферы, как правило, настолько важна, что требуют такой классификации объектов, которая отражала общность и различие их свойств. Обнаруженные родословной связи между классами объектов фиксируются с помощью объявления отношение типа класс - подкласс. Такие проектные процедуры порождают иерархические структуры с абстракции.

Основными видами иерархических структур являются:

- структура классов (иерархия по номенклатуре)

- структура объектов (иерархия по составу).

Подкласс обычно называют порождением, или производным классом.

Класс, стоит выше иерархию, называют базовым классом объектов.

Рожденный класс следует все свойства базового класса - структура частной памяти и методы. Такое отношение между рожденным и базовым классам называют простым подражанием.

Кроме подражания, производный класс может получать свои дополнительные свойства.

При традиционном цикле разработки ИС (Анализ, Проектирование, Программирование, Тестирование Составление) имеет место лавинообразное нарастание сложности. Недостатки традиционной схемы можно сформулировать в виде следующих положений:

- непригодность для разработки сложных программных систем, состоящих из большого количества автономных модулей;

- несовместимость с перспективными методами разработки - возможности автоматического программирования, трансформации программ и продвижение средств, основанных на базах знаний.

Цикл разработки ИС с использованием объектно-ориентированного подхода характеризуется итеративным движением с возможностью многократных возвращений на предыдущие стадии.

По сравнению с традиционными методами объектная технология имеет следующие преимущества:

- позволяет разработчикам собирать новые приложения из готовых модулей;

- позволяет пользователям и разработчикам оперировать в программе теми же процессами, с которыми им приходится иметь дело на уровне обычных практических понятий и терминов;

- поддерживает богатый набор форм представления информации для средств multimedia;

- поддерживает повторное использование отдельных составляющих программного обеспечения;

- позволяет создать более открытые системы.

Выводы

Объектно-ориентированная технология позволяет применить объектную ориентацию для решения всего круга проблем, связанных с системами управления. В основе объектно ориентированного проектирования лежит представление о том, что система управления необходимо проектировать как совокупность взаимодействующих друг с другом объектов. составной частью объектно-ориентированной методологии является объектно-ориентированный анализ, направленный на создание моделей, более близких к реальности, с использованием объектно-ориентированного подхода.

Список использованной литературы

1. Хотяшов Э. Н. Проектирование МОЭЫ. - М .: Финансы и статистика, 2017.

2. Симанаускас Л. Ю., Бразайтис С. И. Основы проектирования МОД. - М .: Финансы и статистика, 2012.

3. Мамиконов А. Г. Проектирование АСУ. - М .: Высш. шк., 2017.-303 с.

4. АСУ на промышленном предприятии: методы создания. Справочник С. Б. Михалев, Р. С. Седегов, А. С. Гринберг и др. - М .: Энергоиздат, 2016.

5. Мартин Дж. Планирование развития автоматизированных систем. - М .: Финансы и статистика, 2014.

6. ГОСТ 6.01.1-87. Единая система классификации и кодирования технико-экономической информации. Основные положения. - М .: Изд-во стандартов, 2017.

7. Коутс Р., Влейминк И. Интерфейс «человек - компьютер» / Пер. с англ. - М .: Мир, 2010. - 501 с.

8. Проектирование пользовательского интерфейса на персональных компьютерах. Стандарт фирмы IBM. - Вильнюс: DBS Ltd, 2012. - 186 c.

9. Пономаренко В.С., Пушкарь А.И., Коваленко Ю.И. Проектирование автоматизированных экономических информационных систем: К .: ИЗМН, 2016. - 312с.

10. Буч Г. Объектно-ориентированное проектирование с примерами применения: пер. с англ. / Г. Буч. - М .: Конкорд, 2012. - 519 с.

11. Молчанов А.А. Моделирование и проектирование сложных систем / А.А. Молчанов. - М .: Высшая школа, 2018. - 359 с.

12. Шлеер С. Объектно-ориентированный анализ: моделирование мира в состояниях: пер. с англ. / С. Шлеер, С. Меллор. - М .: Диалектика, 2013. - 240 с.