ЖИЗНЕННЫЙ ЦИКЛ ИНФОРМАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Методология проектирования информационных систем описывает процесс создания и сопровождения систем в виде жизненного цикла (ЖЦ) информационной системы, представляя его как некоторую последовательность стадий и выполняемых на них процессов.

Жизненный цикл информационной системы можно представить как ряд событий, происходящих с системой в процессе её создания и использования. Модель жизненного цикла отражает различные состояния системы, начиная с момента возникновения необходимости в данной информационной системе и заканчивая моментом её полного выхода из употребления. Модель жизненного цикла - структура, содержащая процессы, действия и задачи, которые осуществляются в ходе разработки, функционирования и сопровождения программного продукта в течение всей жизни системы, от определения требований до завершения её использования.

Существуют три стратегии конструирования информационных систем:

- однократный проход - линейная последовательность этапов конструирования;

- инкрементная стратегия. В начале процесса определяются все пользовательские и системные требования, оставшаяся часть конструирования выполняется в виде последовательности версий. Первая версия реализует часть запланированных возможностей, следующая версия реализует дополнительные возможности и т. д., пока не будет получена полная система;

- эволюционная стратегия. Система также строится в виде последовательности версий, но в начале процесса определены не все требования. Требования уточняются в результате разработки версий.

Каждой из этих стратегий соответствует модель жизненного цикла информационной системы.

В настоящее время используются следующие модели жизненного цикла.

1. Каскадная модель предусматривает последовательное выполнение всех этапов проекта в строго фиксированном порядке. Переход на следующий этап означает полное завершение работ на предыдущем этапе.

2. Поэтапная модель с промежуточным контролем. Разработка информационной системы ведётся итерациями с циклами обратной связи между этапами. Межэтапные корректировки позволяют учитывать реально существующее взаимовлияние результатов разработки на различных этапах; время жизни каждого из этапов растягивается на весь период разработки.

3. Спиральная модель. На каждом витке спирали выполняется создание очередной версии продукта, уточняются требования проекта, определяется его качество и планируются работы следующего витка. Особое внимание уделяется начальным этапам разработки - анализу и проектированию, где реализуемость тех или иных технических решений проверяется и обосновывается посредством создания прототипов (макетирования).

Старейшей парадигмой процесса проектирования информационных систем является классический жизненный цикл (автор Уинстон Ройс, 1970 г.). Очень часто классический жизненный цикл называют каскадной или водопадной моделью, подчёркивая, что разработка рассматривается как последовательность этапов, причём переход на следующий, иерархически нижний, этап происходит только после полного завершения работ на текущем этапе (рис. 4).

Охарактеризуем содержание основных этапов.

Подразумевается, что разработка начинается на уровне анализа требований и проходит через проектирование, реализацию, тестирование и ввод системы в действие.

Рис. 4. Каскадная модель ЖЦ информационной системы

Разработка требований задаёт роль каждого элемента в автоматизированной системе, взаимодействие элементов друг с другом. В ходе планирования проекта определяются объём проектных работ и их риск, необходимые трудозатраты, формируются рабочие задачи и план-график работ.

Все определения документируются в спецификации анализа. Здесь же завершается решение задачи планирования проекта.

Проектирование состоит в создании представлений:

- архитектуры информационной системы;

- модульной структуры информационной системы;

- алгоритмической структуры программного обеспечения;

- структуры данных;

- входного и выходного интерфейса (входных и выходных форм данных).

Реализация состоит в переводе результатов проектирования в текст на языке программирования.

Тестирование - выполнение программы для выявления дефектов в функциях, логике и форме реализации программного продукта.

Классический жизненный цикл имеет достоинства и недостатки.

Достоинства классического жизненного цикла: даёт план и временной график по всем этапам проекта, упорядочивает ход конструирования.

Недостатки классического жизненного цикла:

1) реальные проекты часто требуют отклонения от стандартной последовательности шагов;

2) цикл основан на точной формулировке исходных требований к информационной системе (реально в начале проекта требования заказчика определены лишь частично);

3) результаты проекта доступны заказчику только в конце работы.

Поэтапная модель с промежуточным контролем (1980 - 1985 гг.) - итерационная модель разработки с циклами обратной связи между этапами (рис. 5).

Рис. 5. Поэтапная модель с промежуточным контролем

Преимущество такой модели заключается в том, что межэтапные корректировки обеспечивают меньшую трудоёмкость по сравнению с каскадной моделью, с другой стороны, время жизни каждого этапа растягивается на весь период разработки.

Спиральная модель - классический пример применения эволюционной стратегии конструирования.

Как показано на рис. 6, модель определяет четыре действия, представляемые четырьмя квадрантами спирали.

1. Планирование - определение целей, вариантов и ограничений.

2. Анализ риска - анализ вариантов и распознавание/выбор риска.

3. Конструирование - разработка продукта следующего уровня.

4. Оценивание - оценка заказчиком текущих результатов конструирования.

Рис. 6. Спиральная модель

Интегрирующий аспект спиральной модели очевиден при учёте радиального измерения спирали. С каждой итерацией по спирали (продвижением от центра к периферии) строятся всё более полные версии информационной системы.

В первом витке спирали определяются начальные цели, варианты и ограничения, распознаётся и анализируется риск. Если анализ риска показывает неопределённость требований, на помощь разработчику и заказчику приходит макетирование (используемое в квадранте конструирования). Для дальнейшего определения проблемных и уточнённых требований может быть использовано моделирование. Заказчик оценивает инженерную (конструкторскую) работу и вносит предложения по модификации (квадрант оценки заказчиком). Следующая фаза планирования и анализа риска базируется на предложениях заказчика. В каждом цикле по спирали результаты анализа риска формируются в виде «продолжать - не продолжать». Если риск слишком велик, проект может быть остановлен.

В большинстве случаев движение по спирали продолжается, с каждым шагом продвигая разработчиков к более общей модели системы.

В каждом цикле по спирали требуется конструирование (нижний правый квадрант), которое может быть реализовано классическим жизненным циклом или макетированием.

Достоинства спиральной модели:

1) наиболее реально (в виде эволюции) отображает разработку информационной системы;

2) позволяет явно учитывать риск на каждом витке эволюции разработки;

3) включает шаг системного подхода в итерационную структуру разработки;

4) использует моделирование для уменьшения риска и совершенствования информационной системы.

Недостатки спиральной модели:

1) новизна (отсутствует достаточная статистика эффективности модели);

2) повышенные требования к заказчику;

3) трудности контроля и управления временем разработки.

Каждая из стадий создания системы предусматривает выполнение определённого объёма работ, которые представляются в виде процессов ЖЦ. Процесс определяется как совокупность взаимосвязанных действий, преобразующих входные данные в выходные. Описание каждого процесса включает в себя перечень решаемых задач, исходных данных и результатов.

Существует целый ряд стандартов, регламентирующих ЖЦ информационной системы, а в некоторых случаях и процессы разработки.

Значительный вклад в теорию проектирования и разработки информационных систем внесла компания IBM, предложив ещё в середине 1970-х гг. методологию BSP (Business System Planning - методология организационного планирования). Метод структурирования информации с использованием матриц пересечения бизнес-процессов, функциональных подразделений, функций систем обработки данных (информационных систем), информационных объектов, документов и баз данных, предложенный в BSP, используется сегодня не только в информационно-технических проектах, но и проектах по реинжинирингу бизнес-процессов, изменению организационной структуры. Важнейшие шаги процесса BSP, их последовательность (получить поддержку высшего руководства, определить процессы предприятия, определить классы данных, провести интервью, обработать и организовать данные интервью) можно встретить практически во всех формальных методиках, а также в проектах, реализуемых на практике.

Среди наиболее известных стандартов можно выделить следующие:

- ГОСТ 34.601-90 - распространяется на автоматизированные системы и устанавливает стадии и этапы их создания.

- ISO/IEC 12207:1995 - стандарт на процессы и организацию жизненного цикла. Распространяется на все виды заказного программного обеспечения. Стандарт не содержит описания фаз, стадий и этапов;

- Custom Development Method (CDM, методика Oracle) по разработке прикладных информационных систем - технологический материал, детализированный до уровня заготовок проектных документов, рассчитанных на использование в проектах с применением Oracle. Применяется CDM для классической модели ЖЦ (предусмотрены все работы/задачи и этапы), а также для технологий «быстрой разработки» или «облегчённого подхода», рекомендуемых в случае малых проектов.

- Rational Unified Process (RUP) - предлагает итеративную модель разработки, включающую четыре фазы: начало, исследование, построение и внедрение. Каждая фаза может быть разбита на этапы (итерации), в результате которых выпускается версия для внутреннего или внешнего использования. Прохождение через четыре основные фазы называется циклом разработки, каждый цикл завершается генерацией версии системы. Если после этого работа над проектом не прекращается, то полученный продукт продолжает развиваться и снова проходит те же фазы;

- Microsoft Solution Framework (MSF) - сходна с RUP, также включает четыре фазы: анализ, проектирование, разработка, стабилизация, является итерационной, предполагает использование объектно-ориентированного моделирования. MSF в

сравнении с RUP в большей степени ориентирована на разработку бизнес-приложений;

- Extreme Programming (XP). Экстремальное программирование (самая новая среди рассматриваемых методологий) сформировалось в 1996 г. В основе методологии командная работа, эффективная коммуникация между заказчиком и исполнителем в течение всего проекта по разработке информационных систем, а разработка ведётся с использованием последовательно дорабатываемых прототипов.

Стадии и этапы работы описаны в стандарте ГОСТ 34.601-90, отражают каноническое проектирование информационных систем и ориентированы на использование каскадной модели жизненного цикла.

Стадии и этапы создания информационной системы, выполняемые организациями-участниками, прописываются в договорах и технических заданиях на выполнение работ.

Стадия 1. Формирование требований к информационной системе:

- обследование объекта и обоснование необходимости создания информационной системы;

- формирование требований пользователей;

- оформление отчёта о выполненной работе и тактико-технического задания на разработку.

Стадия 2. Разработка концепции информационной системы:

- изучение объекта автоматизации;

- проведение необходимых научно-исследовательских работ;

- разработка вариантов концепции, удовлетворяющих требованиям пользователей;

- оформление отчёта и утверждение концепции.

Стадия 3. Техническое задание:

- разработка и утверждение технического задания на создание информационной системы.

Стадия 4. Эскизный проект:

- разработка предварительных проектных решений по системе и её частям;

- разработка эскизной документации на информационную систему и её части.

Стадия 5. Технический проект:

- разработка проектных решений по системе и её частям;

- разработка документации на информационную систему и её части;

- разработка и оформление документации на поставку комплектующих изделий;

- разработка заданий на проектирование в смежных частях проекта.

Стадия 6. Рабочая документация:

- разработка рабочей документации на информационную систему и её части;

- разработка и адаптация программ.

Стадия 7. Ввод в действие:

- подготовка объекта автоматизации;

- подготовка персонала;

- комплектация информационной системы поставляемыми изделиями (программными и техническими средствами, программно-техническими комплексами, информационными изделиями);

- строительно-монтажные работы;

- пусконаладочные работы;

- проведение предварительных испытаний;

- проведение опытной эксплуатации;

- проведение приёмочных испытаний.

Стадия 8. Сопровождение информационной системы:

- выполнение работ в соответствии с гарантийными обязательствами;

- послегарантийное обслуживание.

В соответствии с базовым международным стандартом ISO/IEC 12207 все процессы ЖЦ делятся на три группы.

1. Основные процессы:

- приобретение;

- поставка;

- разработка;

- эксплуатация;

- сопровождение.

2. Вспомогательные процессы:

- документирование;

- управление конфигурацией;

- обеспечение качества;

- разрешение проблем;

- аудит;

- аттестация;

- совместная оценка;

- верификация.

3. Организационные процессы:

- создание инфраструктуры;

- управление;

- обучение;

- усовершенствование.

Позднее был разработан и в 2002 г. опубликован стандарт на процессы жизненного цикла систем (ISO/IEC 15288 System life cycle processes). К разработке стандарта были привлечены специалисты различных областей: системной инженерии, программирования, управления качеством, человеческими ресурсами, безопасностью и пр. Был учтён практический опыт создания систем в правительственных, коммерческих, военных и академических организациях. Стандарт применим для широкого класса систем, но его основное предназначение - поддержка создания компьютеризированных систем.

Согласно стандарту ISO/IEC 15288 в структуру ЖЦ следует включать следующие группы процессов.

1. Договорные процессы:

- приобретение (внутренние решения или решения внешнего поставщика);

- поставка (внутренние решения или решения внешнего поставщика).

2. Процессы предприятия:

- управление окружающей средой предприятия;

- инвестиционное управление;

- управление ЖЦ информационной системы;

- управление ресурсами;

- управление качеством.

3. Проектные процессы:

- планирование проекта;

- оценка проекта;

- контроль проекта;

- управление рисками;

- управление конфигурацией;

- управление информационными потоками;

- принятие решений.

4. Технические процессы:

- определение требований;

- анализ требований;

- разработка архитектуры;

- внедрение;

- интеграция;

- верификация;

- переход;

- аттестация;

- эксплуатация;

- сопровождение;

- утилизация.

5. Специальные процессы:

- определение и установка взаимосвязей исходя из задач и целей.

1.3.