Этапы проведения системного анализа

Министерство образования и науки РФ

ФГБОУ ВПО «Московский государственный машиностроительный университет (МАМИ)»

Чебоксарский политехнический институт (филиал)

кафедра управления и информатики в технических системах

Информационное обеспечение

Систем управления

(конспект лекций)

Содержание теоретического курса  соответствует Государственному образовательному стандарту высшего профессионального образования по направлению подготовки инженеров и бакалавров  по специальности 220201 «Управление и информатика в технических системах» и направлению 220400 «Управление в технических системах».

Дидактическое содержание курса: 

информационное обеспечение, информационные системы, базы данных, системы управления базами данных; жизненный цикл информационной системы; внешнее проектирование, основные этапы проектирования информационных систем, структурная методология, функциональное проектирование SADT – технологии; основные требования к организации диалога и представлению данных; концептуальное, логическое и физическое проектирование баз данных; модель данных «сущности-связи», реляционная система, сетевая и иерархическая модели данных; языки описания данных и языки манипулирования данными в системах управления базами данных; физическая организация данных, методы доступа; многозадачные и многопользовательские информационные системы; расписания и протоколы; защита и секретность данных.

Основные понятия теории систем

Под термином система будем понимать множество элементов, находящихся в отношениях и связях между собой, которое образует определенную целостность, единство.

Множество существующих вне системы элементов, которые оказывают влияние на систему, или, наоборот, на которые воздействует система, называют внешней средой системы.

Если элементы какой-либо системы сами являются системами, то их обычно называют подсистемами данной системы.

Любая система, в свою очередь, может являться элементом другой системы более высокого уровня (надсистемы).

Характеристики  и свойства систем

Природа систем может быть самой разнообразной. Существуют системы материальные, абстрактные (понятия, гипотезы, теории…), социальные, технические, информационные, биологические, педагогические и т.п. Но у всех систем единый набор характеристик, хотя значения самих характеристик разные.

Любая система имеет:

1. Цели создания (существования) системы;

2. Совокупность связей и отношений между частями целого, необходимых для достижения цели (структуру);

3. Внешние связи (с другими системами);

4. Ресурсы, потребляемые системой (входы) - информационные, материальные, энергетические;

5. Продукты, вырабатываемые системой (выходы);

6. Функционирование системы (поведение).

Принято делить системы на сложные и простые. Следует отметить, что понятие сложности системы окончательно еще не сформулировано, Отличительными чертами внутренней сложности организации системы считаются сложность структуры и множество внутренних состояний, потенциально оцениваемых по проявлениям системы, а также сложность управления в системе. Внешняя сложность организации системы характеризуется сложностью взаимоотношений с окружающей средой. Одна и та же система может быть представлена разными структурами в зависимости от стадии познания объектов или процессов, от аспекта их рассмотрения, цели создания. При этом по мере развития исследований или в ходе проектирования структура системы может измениться

Выделим важные  свойства систем:

ü Согласно определению, главным свойством системы является ее целостность, то есть появление таких новых свойств, которых нет у каждой ее части в отдельности.

ü Основное свойство сложных систем – это наличие цели.
Любая система создается для достижения каких-то целей. Большие системы, как правило, многоцелевые. Под влиянием внешних условий и с течением времени цели могут меняться.

ü Каждая система создается в интересах системы более высокого уровня.

ü Важнейшим свойством сложных систем является их способность к управлению и самоуправлению. Управление нужно для более эффективного выполнения целей.

ü Системы могут обмениваться материей, энергией и информацией.

ü Для сложных систем характерна неоднородность частей, например, по составу и функциям.

ü В процессе своей жизни системы проходят 4 значимых этапа: зарождение, развитие, старение, гибель.

Структуры систем

 Структуры систем бывают разной топологии (или же пространственной структуры). Рассмотрим основные топологии структур систем. Соответствующие схемы приведены на рисунках ниже.

Линейная структура:

Иерархическая (древовидная) структура:

Сетевая структура:

Матричная структура (табличная):

Кроме указанных основных типов структур используются и другие, образующиеся с помощью их корректных комбинаций - соединений и вложений.

Например,  «вложение друг в друга» плоскостных матричных структур может привести к более сложной структуре - структуре пространственной матричной (например, вещества кристаллической структуры

Структура типа кристаллической (пространственно-матричной):

Этапы проведения системного анализа

Системный анализ - система понятий, методов и технологий для изучения, описания, реализации систем различной природы и характера, междисциплинарных проблем; это система общих законов, методов, приемов исследования таких систем.

Основы системного анализа заложил русский ученый, философ, экономист и врач Александр Александрович Богданов (1873-1928).

Он предположил, что в вопросах организации различных больших систем в природе, обществе, технике есть много общего, и самые разные системы окружающего мира можно изучать одинаковыми методами.

В основе системного анализа лежит системный подход к изучению объектов, в основе которого лежит рассмотрение любых объектов как систем.

Обобщая исследования ученых в области системного анализа, можно выделить следующие этапы системного анализа различных объектов как систем:

1. формулировка целей, их приоритетов и проблем исследования;

2. определение и уточнение ресурсов исследования;

3. выделение системы (от окружающей среды) с помощью ресурсов;

4. определение и описание подсистем;

5. определение и описание целостности (связей) подсистем и их элементов;

6. анализ взаимосвязей подсистем;

7. построение структуры системы;

8. установление функций системы и её подсистем;

9. согласование целей системы с целями подсистем;

10. анализ (испытание) целостности системы;

11. анализ и оценка системного эффекта.

Системы управления

В 1948 году американский ученый Норберт Винер (1894—1964) сформулировал основные положения новой науки, названной им кибернетикой. Он ввел в рассмотрение новую категорию — «управление».

Совокупность управляющих воздействий, направлен­ных на достижение поставленной цели, называется управлением. Таким образом, управление предполагает, что существует некоторый орган, вырабатывающий управляющие воздействия. Такой управляющий орган принято называть системой управления. Объект управления, на изменение состояния которого направлены управляющие воздействия, называют управляемой системой.

Чтобы цель управления была достигнута, в систему управления должна поступать информация о состоянии управляемой системы. Информация о состоянии управляемой системы позволяет скорректировать управляющие воздействия.

Информационные системы

Информационная система (в контексте управления) представляет собой коммуникационную систему по сбору, передаче, хранению и переработке информации об объекте управления.

Информационная система (ИС), как правило, включает следующие компоненты:

1. функциональные компоненты;

2. компоненты системы обработки данных;

3. организационные компоненты.

Под функциональными компонентами понимается система функций управления – полный набор взаимосвязанных во времени и пространстве работ по управлению, необходимых для достижения поставленных перед управляемой системой.

Системы обработки данных предназначены для информационного обслуживания специалистов системы управления, принимающих управленческие решения. Компонентами этой системы являются: информационное обеспечение, программное обеспечение, техническое обеспечение, правовое обеспечение, лингвистическое обеспечение.

Выделение организационной компоненты обусловлено особой значимостью человеческого фактора.

Жизненный цикл информационной системы состоит из нескольких этапов: анализ, проектирование, реализация, внедрение, сопровождение. Рассмотрим две модели ЖЦ – каскадную и спиральную:

Положительные стороны применения каскадного подхода заключаются в следующем:

ü на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, отвечающий критериям полноты и согласованности;

ü выполняемые в логичной последовательности этапы работ позволяют планировать сроки завершения всех работ и соответствующие затраты.

Однако, в процессе использования каскадного подхода обнаруживается ряд его недостатков, вызванных прежде всего тем, что реальный процесс создания информационной системы никогда полностью не укладывается в такую жесткую схему. В процессе создания системы постоянно возникает потребность в возврате к предыдущим этапам и уточнении или пересмотре ранее принятых решений. Для преодоления перечисленных проблем была предложена спиральная модель жизненного цикла, делающая упор на начальные этапы ЖЦ: анализ и проектирование.

На этих этапах реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов. Каждый виток спирали соответствует созданию фрагмента или версии системы, на нем уточняются цели и характеристики проекта, определяется его качество, и планируются работы следующего витка спирали. Таким образом, углубляются и последовательно конкретизируются детали проекта, и в результате выбирается обоснованный вариант, который доводится до реализации.

Первым видом прототипов является модель системы в графическом виде (ниже будут рассмотрены SADT –модели), доступном для понимания пользователями. Из таких диаграмм становится понятна общая архитектура системы.

Вторым видом прототипов являются макеты экранных форм, позволяющие согласовать поля базы данных и функции конкретных пользователей.

Третьим видом прототипов являются работающие экранные формы, т.е. уже частично запрограммированные. Это позволяет опробовать программу в действии. Как правило, это вызывает новый поток замечаний и предложений.

В соответствии с этапами ЖЦ информационной системы можно выделить несколько категорий специалистов, обеспечивающих этот ЖЦ: системные аналитики, программисты, пользователи-специалисты в конкретной предметной области.