Методы и средства проектирования информационных систем

В статье рассмотрены общие подходы к проектированию информационных систем, проведено концептуальное моделирование на примере системы управления производством многокристального модуля. Рассмотрена целесообразность применения структурно-функционального и объектно-ориентированного подхода. Как итог моделирования получена диаграмма классов, позволяющая перейти к физической реализации системы.

General approaches to the design of information systems have been considered, conceptual modeling has been performed using the example of multichip module production control system. The feasibility of structural-functional and object-oriented approaches has been considered. As a result of simulation the class diagram has been obtained that makes possible the proceeding to the physical implementation of the system.

Возрастание числа сущностей и связей в информационных системах (ИС) приводит к необходимости постоянного пересмотра методов и средств проектирования ИС, основанных на CASE-технологиях. В настоящее время в рамках проектирования сложных высоконагруженных систем используется спиральная модель разработки жизненного цикла программного обеспечения, поскольку классическая каскадная модель не удовлетворяет современным требованиям к проектированию ИС. В спиральной модели сочетаются преимущества как нисходящей, так и восходящей концепции разработки системы, при этом прототипы могут быть получены на каждой стадии проектирования.

Методы проектирования ИС разнообразны, при этом среди специалистов наблюдается определённое непонимание целесообразности и границ использования каждого из методов. В частности, речь идёт об областях применения структурно-функционального и объектно-ориентированного моделирования, что и предлагается рассмотреть в настоящей статье.

1 Общие подходы кпроектированию ИС.

Основные этапы проектирования ИС представлены в табл. 1.

Таблица 1

Проектирование системы на всех этапах разработки должно быть привязано к процессу (технологическому, бизнес-процессу), особенно на этапе разработки концептуальной модели. Соотношение между различными этапами разработки и методами проектирования ИС представлено на рис. 1.

Рис. 1. Этапы и методы проектирования ИС

Наиболее критичным этапом создания ИС является этап разработки концептуальной модели. До появления формализованных методов проектирования процесс разработки часто основывался на произвольных предположениях [1]. Системный аналитик должен был изучить проблемы клиента, сформулировать задачу в понятной для специалиста (но не всегда для клиента) форме и передать полученные данные программистам. Нередко аналитик неправильно понимал клиента, а модель, составленная аналитиком, оказывалась неочевидной для программистов, вследствие чего создавалась программа, не решающая задачу клиента.

С появлением большого числа методов концептуального моделирования появилась проблема выбора и обоснованного использования того или иного средства. Из рис. 1 видно, что на первом этапе разработки могут использоваться два основных класса методов проектирования ИС: структурно-функциональное и объектно-ориентированное моделирование. Рассмотрим применение данных методов проектирования в разработке ИС для высокотехнологичного электронного компонента «многокристальный модуль» (МКМ), представляющего собой несколько полупроводниковых кристаллов в одном корпусе.

2 Структурно-функциональное моделирование ИС.

Основная идея структурного подхода заключается в декомпозиции, т. е. разбиении системы на функциональные подсистемы. Структурный подход применим при проектировании ИС, где требуется получить представление о технологическом процессе (ТП) производства изделия. Декомпозиция системы до атомарного уровня (элементарной операции) может нарушить принцип абстрагирования, т. е. выделения существенных и отвлечения от несущественных аспектов системы.

Для получения необходимой информации о ТП производства рассматриваемого объекта создадим структурно-функциональную модель «как есть» в нотации графического моделирования IDEF0. На верхнем уровне система представляет собой контекстную диаграмму (рис. 2).

На вход поступает пластина с кристаллами и корпус будущей микросхемы, на выходе получают готовое изделие или брак. В качестве документа управления выступает маршрутная карта ТП изготовления МКМ, в качестве механизмов — оборудование и оснастка, а также персонал участка сборки.

Первый уровень декомпозиции технологического процесса изготовления многокристального модуля показан на рис. 3.

Рис. 3. Первый уровень декомпозиции ТП изготовления МКМ

Поскольку на первом уровне декомпозиции уже определяются 4 класса действий (изготовление кристаллов ИМС из пластины, установка кристаллов в корпус, герметизация микросхемы, выходной контроль), проводить последующую декомпозицию в форматах IDEF0 или IDEF3 нецелесообразно и следует переходить к объектно-ориентированному моделированию. Дальнейшую структурно-функциональную декомпозицию можно изобразить в виде дерева узлов (рис. 4), дающего представление об атрибутах выделенных классов действий.

Рис. 4. Дерево узлов ТП изготовления МКМ

3 Объектно-ориентированное моделирование ИС.

Объектно-ориентированный подход предполагает оперирование «объектом», обладающим некоторыми атрибутами и способным выполнять определённые операции. При этом повышается унификация разработки и ее пригодность для повторного использования. ИС строится на основе стабильных промежуточных описаний, что упрощает внесение изменений [2].

Вначале удобно представить систему в виде модели вариантов использования (рис. 5). В числе прецедентов отразим будущие классы, выявленные в ходе функционального моделирования. В проектируемую ИС входит экспертная система (ЭС), способная заменить технолога-эксперта во время синтеза технологического процесса.

Полученная диаграмма даёт необходимую информацию для дальнейшего проектирования диаграммы классов (рис. 6).

Рис. 6. Диаграмма классов ТП изготовления МКМ

Диаграмма классов отражает структуру базы данных, необходимую для создания физической модели и развёртывания ИС управления ТП изготовления МКМ.

Заключение.

В данной работе для проектирования ИС управления производством МКМ были использованы средства как структурно-функционального, так и объектно-ориентированного моделирования. С помощью нотации IDEF0 была проведена декомпозиция до первого уровня, дальнейшая декомпозиция была представлена в виде дерева узлов. На основе данных, полученных при функциональном подходе, были построены объектные диаграммы вариантов использования и классов технологических процессов изготовления МКМ. Полученная модель является достаточной для перехода к физической реализации системы управления.

Литература:

1. Гамма Э., Хелм Р. Приемы объектно-ориентированного проектирования. Паттерны проектирования. М.: Изд-во Питер, 2016. – 366 с.
2. Рамбо Д., Блаха М. UML 2.0. Объектно-ориентированное моделирование и разработка. М.: Изд-во Питер, 2007. – 544 с.
3. Федоров Ю. Н. Справочник инженера по АСУТП: проектирование и разработка. М.: Изд-во Инфра-Инженерия, 2008 г. – 928 с.
4. Фаулер М. Архитектура корпоративных программных приложений. М.: Изд-во Вильямс, 2006. – 544 с.
5. Иванова Г. С. Технология программирования: учебник для вузов — 3-е изд., перераб. и доп. — М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. — 334 с.
6. Маклаков С. В. Создание информационных систем с AllFusion Modeling Suite. М.: Изд-во Диалог-МИФИ, 2005. – 432 с.
7. Власов А. И., Лыткин С. Л., Яковлев В. Л. Краткое практическое руководство по языку PL/SQL. — М.: Изд-во Машиностроение — 2000. 64 с.