Предполагает выявление существующих связей между отдельными элементами данных и сопоставления таких отношений в организованном смысле слова. При проектирования базы данных существует несколько типов: концептуальное проектирование базы данных, логическое проектирование БД, физическое проектирование БД. Наиболее простым, является пожалуй логическое и физическое проектирование базы данных. Концептуальное проектирование баз данных — немного более неоднозначное, поскольку на этом этапе нет никакой прямой работы с . Сам процесс — это исключительно упражнение в выявлении соответствующих данных.
Две основные вещи, которые выявляются в концептуальном проектировании базы данных сущности и связи, то есть данные, являющиеся реальными объектами материального мира и отношений, сеть из связей, соединяющих одно юридическое лицо с другим неопределенное время. Здесь возникает центральное понятие этого типа конструкции: модель сущность-связь. Это не характеристика общей организации и структуры, которые будут присущи логической схеме базы данных; это её предшественник.

Кардинальность отношений являются неотъемлемой частью инфологической модели которая используется при концептуальном проектировании базы данных. Кардинальность может выразиться регулярно, когда предприятие испытывает особые отношения с другим субъектом. В реальной модели они обозначены точками, в которой предприятие на ветвях схемы имеет ссылки с одним или несколькими лицами. Различные “атрибуты”, такие как имена, качество и количество, связанные с сущностями и связями изображены на модели.

Заключительные соображения в развитии модели «сущность-связь» для концептуального проектирования баз данных относятся: назначение каждого наблюдаемого атрибута для конкретного домена и двойная проверка, чтобы убедиться, что всё в этой модели имеет смысл. Просмотрев всё, что влечет за собой поиск и отфильтровать все повторяющиеся данные, убедившись, что все атрибуты, связанные с правильными сущностями и отношениями между ними, подтверждают, что все связи в схеме не логичны. Если соединения не логичны в контексте реального мира, они должны быть логичными, по крайней мере, на абстрактном уровне.

Логическая схема базы данных на концептуальном этапе. Процесс, создающий порядок и последовательность, чтобы эти отношения были ранее сопоставлены и организует их таким образом, чтобы они могли быть использованы для проектирования физической базы данных. Выполнение задач в физические результаты проектирования базы данных происходит в базе данных, которая является функциональной и хорошо структурированной с учётом работы, проделанной при концептуальном проектировании базы данных и с логической структурой базы данных.

При использовании спиральной модели:

- происходит накопление и повторное использование проектных решений, средств проектирования, моделей и прототипов информационной системы и информационной технологии;

- осуществляется ориентация на развитие и модификацию системы и технологии в процессе их проектирования;

- проводится анализ риска и издержек в процессе проектирования систем и технологий.

2.3.2. Концептуальное проектирование

Концепция информационной системы

В предыдущем разделе было показано (рис. 2.3.2), что трудовые и финансовые затраты постепенно растут в первых двух фазах жизненного цикла и резко возрастают в фазе практической реализации информационной системы. Между тем, ошибки, допущенные на первых двух этапах, порождают на последующих этапах трудные, часто неразрешимые проблемы, а также могут серьезно повлиять на стоимость, график работ и, в конечном итоге, на результаты работ в целом. С учетом излагаемых ниже причин имеются основания для выделения их в самостоятельный и специфический вид деятельности – концептуальное проектирование информационных систем. Результатом концептуального проектирования является концепция информационной системы , под которой будем понимать системно взаимосвязанную совокупность структурных решенийS ti S t , реализующих требуемое качество информационного обеспеченияQ t .

Вербально введенное понятие можно описать следующим образом: сущность этой концепции составляет оригинальный, объективный, беспристрастный и исчерпывающий подход. Отправным моментом концепции должны служить конечная продукция или требования к функционированию. На этой основе должна быть определена общая структура "идеальной системы" при минимальном учете преобладающих особенностей фирмы или какой-либо организации, используемых методов и оборудования. Конечная цель заключается в выдаче оптимальной информации, обеспечивающей оптимальное сочетание людей и оборудования, для выполнения тех функций, которые наилучшим образом могут быть осуществлены соответственно самим человеком, использующим оборудование в целях наиболее эффективного выполнения поставленных задач.

Этап концептуального проектирования должен быть определен таким образом, чтобы проектировщик все исходные данные на основе своих знаний, опыта и интуиции смог бы преобразовать в предельно формализованные частные задания на проектирование, в том числе и в задание на проектирование структуры объекта.

Определим задачу концептуального проектирования через его компоненты.

Объектом концептуального проектирования является существующее состояние информационной системы

Sc =(Sc		S c ),
где S c – состояние существующей информационной системы,S c				S с

соответственно организационно-техническое, функциональное и информационное структурные решения.

Субъект концептуального проектирования. По общепринятой в отече-

ственной технической литературе терминологии субъект концептуального проектирования следует именовать "разработчик" или "проектировщик". Однако представляется, что названные термины наилучшим образом отражают содержание детального (физического) проектирования. В части, касающейся разработки концепции информационных систем, более привлекателен современный термин "системный интегратор".

Система целей концептуального проектирования. Основная цель кон-

цептуального проектирования может быть сформулирована следующим образом: определение множества состояний информационной системы S t , реали-

зующих требуемый уровень качества информационного обеспечения Q t .

Концептуальное проектирование информационных систем является многоцелевым (оценка и сравнение отдельных целей в единых универсальных единицах невозможна). Поэтому цель концептуального проектирования представим вектором

				S ti= (S ti	S ti	S ti
		; S ti		– i -ое перспективное решение, соответственно:
где S ti	; S ti

- организационно-техническое (целевое состояние организационной и технической структур);

- процедурное (целевое состояние процедурной структуры);

- информационное (целевое состояние информационной структуры). Практическая активность . Для достижения целей концептуального про-

ектирования системный интегратор должен осуществить ряд системно взаимосвязанных работ, направленных на совершенствование организационнотехнической структуры, структуры информационных процессов и структуры информации. Обозначим эти виды работ:

W i o ={w i o } – работы, направленные на совершенствование организационнотехнической структуры до состоянияS ti ;

W i p ={w i p } – работы, направленные на совершенствование функциональной структуры до состоянияS ti p ;

W i i ={w i i } – работы, направленные на совершенствование информационной структуры до состоянияS ti i .

Задача концептуального проектирования информационных систем.

Структуризация понятия концептуального проектирования и формализация его основных компонентов позволяет сформулировать в организационнотехнических терминах задачу концептуального проектирования информационных систем:

В выражении (3.8) S t – множество целевых в смысле выражения состояний информационной системы, вектор цели концептуального проектирования. За-

данные условия S * включают вектор текущего состояния информационной системыS с и множество допустимых операторовW , переводящих информацион-

ную систему из существующего состояния в целевое. Таким образом, формально задачу концептуального проектирования информационных систем можно представить тройкой вида:

< S с ,W ,S t >.

Подобное представление определяет концептуальное проектирование информационных систем как процесс постановки и решения задачи (3.9).

Современные подходы к концептуальному проектированию информационных систем

Проблема концептуального проектирования информационных систем: состояние и пути решения

В настоящее время наиболее распространен так называемый позадачный подход к совершенствованию информационного обеспечения. Сущность позадачного подхода заключается в эвристическом анализе предметной деятельности в целом или одной из задач организации, на основе которого выделяются отдельные информационные процедуры, удовлетворяющие двум условиям:

- низкое качество информационного обеспечения;

- возможность совершенствования путем разработки и внедрения технических устройств, автоматизации или организационно-правовых решений.

Существующие и перспективные технические и организационные решения, получаемые в результате описанного подхода, позволяют в целом поддерживать на определенном уровне и совершенствовать информационное обеспечение организаций. Однако в силу объективных причин этот подход к настоящему времени во многом себя исчерпал.

Начиная с середины XX века в проектировании информационных систем наметилась общая тенденция – объектами проектирования стали большие и сложные информационные системы. Это привело к резкому росту наукоемкости и средней сложности проектов.

Поэтому при проектировании больших систем стала прослеживаться неработоспособность подходов с неразвитыми или слабо развитыми фазами концептуального проектирования. Внешне это проявляется в появлении объективных трудностей у руководителей организаций и технических служб, принимающих решения по всему комплексу вопросов совершенствования информационного обеспечения. Эти трудности обусловлены тем, что существующие подходы не дают в явном виде ответ о необходимости и достаточности совершенствования информационного обеспечения, в т.ч.:

- рациональных (формальных) критериях и методах оценки существующего качества и требованиях к качеству перспективного информационного обеспечения;

- перечне приоритетных задач деятельности организаций, информационные процессы которых могут быть усовершенствованы на основе структурнопараметрических решений;

- целесообразной последовательности позадачного и попроцедурного совершенствования;

- соотношении организационных, технических, функциональных и информационных решений;

- необходимых финансовых, технических и других ресурсах;

- сроках проведения проектных работ;

- нормативной базе, необходимой для организации информационного обеспечения на основе новых структурных решений.

Кроме этого, для большинства руководителей организаций характерно отсутствие опыта в организации больших проектов вообще и, тем более, в рыночных условиях, когда необходимо:

- изучать конъюнктуру рынка;

- определять реальные цели проектов,

- находить требуемые финансовые и другие ресурсы, исполнителей и т.д. Кроме того, в силу новизны предметной области, отсутствия сколько-

нибудь цельной и апробированной методологии, позволяющей рассматривать процесс концептуального проектирования комплексно, с системных позиций, проблемы совершенствования, модернизации или создания информационных систем возникают и перед сторонними разработчиками в случае привлечения их к проектированию. Это затрудняет совершенствование информационного обеспечения, поскольку разработчику приходится не только выбирать или создавать технические средства, но и решать задачи предметной области, задачи, связанные с научно обоснованным построением структуры, учитывать требования инженерной психологии и эргономики, системные требования и др.

Приведенный перечень наиболее актуальных проблем позволяет считать, что в настоящее время концептуальные решения по совершенствованию информационного обеспечения принимаются в условиях неопределенности на основе эвристик . Как известно, эвристические методы основаны на неформальных, интуитивных соображениях, на опыте решения сходных или аналогичных задач, в том числе другими людьми. Они также не отвечают условиям результативности.

Существует эмпирически установленная зависимость между степенью осознания текущего состояния, а также современных технико-организационных возможностей совершенствования информационного обеспечения и объемом эвристических процедур.

Еще одним скрытым фактором, негативно влияющим на результаты проекта, является архаичность традиционного управленческого цикла, основным недостатком которого является неразвитость обратных связей (регулирования). Контроль результатов проекта осуществляется, по сути, после физической реализации информационной системы на основе субъективной оценки ("хорошо",

"плохо") состояния информационного обеспечения. Процедура согласования технического задания практически не выявляет и не корректирует эвристических ошибок, допущенных на предшествующих этапах, и является в известной мере формальной.

Таким образом, существующее положение в сфере совершенствования информационного обеспечения организаций не позволяет принимать тривиальные решения с гарантированным достижением цели. Поэтому работы в этом направлении проводятся стихийно и не всегда эффективно. В итоге это приводит не только к нарушению сроков осуществления проектов, перерасходу средств, невыполнению требований по показателям конечного результата, но и к появлению в организациях избыточных и часто несовместимых информационных систем с выраженными негативными свойствами: дублированием, отсутствием целостности и согласованности, снижением доступности информации, трудностями ее интеграции.

Особенности проблемы и условия концептуального проектирования информационных систем

Из изложенного следует, что рассмотренные подходы к концептуальному проектированию информационных систем не позволяют системно учитывать особенности сущности и современного состояния проблемы совершенствования информационного обеспечения, а также специфику деятельности организаций. Ниже приводится систематизированный перечень особенностей проблемы концептуального проектирования информационных систем.

Выделяют следующие особенности, определяемые сущностью проблемы совершенствования информационного обеспечения.

1. Рост требований и увеличение компетенции пользователей.

2. Собственная сложность конечных результатов проектной деятельности (проектов).

3. Многоаспектность проблемы, состоящая в наличии различных, часто несогласуемых показателей оценки качества информационного обеспечения. Представляется, что допустимо говорить об отсутствии системы сформулированных, взаимосвязанных показателей качества, а также требований к областям допустимых их значений.

4. Необходимость осуществления предметной деятельности и, следовательно, и информационного обеспечения в условиях неопределенности целей и риска.

5. Необходимость непрерывного решения проблемы совершенствования информационного обеспечения.

6. Необходимость активного участия в проектах персонала организаций, обусловленная тем, что последние являются носителями предметных знаний и конечными пользователями системы.

7. Отсутствие формальных методов решения проблемы.

Особенности, определяемые современным состоянием проблемы.

1. Отсутствие системных разработок ("фрагментарность" решений). До настоящего времени вопросы разработки научно-методологической базы совершенствования информационного обеспечения находятся в начальной стадии.

Недостаточно глубоко прорабатываются системные аспекты, слабо осуществляются: контроль и планирование процессов совершенствования информационного обеспечения на местах; координация технических концепций и предложений; управление качеством информационного обеспечения; анализ существующей и разработка новой организации информационного обеспечения и др.

2. Неустойчивость экономической ситуации, изменчивость законодательства и политики в области экономической деятельности. В результате становится высоким риск инвестиционных проектов, усложняются процессы ценообразования и прогнозирования стоимости проектов.

3. Перманентно существующая организационная перестройка.

4. Динамичность информационных технологий, определяемая достижениями научно-технического прогресса.

4. Ошибки планирования и ценообразования.

5. Неадекватная сложности проблемы организация работ на местах. Количество и качество руководящих материалов, направляемых на места, не соответствует сложности и актуальности проблемы.

6. Ограниченное финансирование работ.

7. Наличие существующих информационных технологий, так или иначе обеспечивающих информационные потребности организаций.

Особенности, определяемые структурой и предметной деятельностью организаций. Совершенствование информационного обеспечения проводится

в специфических условиях: иерархичность, территориальная распределенность организационной структуры и деятельности; многозадачность предметной деятельности; динамичность организационной структуры, условий функционирования и решаемых задач.

Организации состоят из подразделений, специализирующихся на отдельных функциях или задачах. Это представляется естественным, поскольку ведет

к упрощению организационной структуры и использованию сотрудников одной специальности. Такие функциональные подразделения обеспечивают высокую эффективность предметной деятельности, но вместе с тем им свойственны определенные особенности, являющиеся ограничительным фактором при проектировании информационных систем:

1. Неспособность функциональных подразделений организовать эффективную совместную работу и координацию с другими функциональными подразделениями, исполнителем проекта, сторонними организациями. В ряде случаев руководители функциональных подразделений не знают или плохо представляют и не учитывают цели всего проекта. Поэтому часто то, что представляется полезным функциональному руководителю для его подразделения, не представляет интереса или даже вредно для другого подразделения или в целом для организации.

2. Свойственное для крупных организаций соперничество между функциональнымиподразделениямиможетпривестикнеоптимальностипроектныхрешений.

3. Ответственность за взаимоотношения и координацию может быть нечеткой или неопределенной из-за параллелизма или неправильного распределения обязанностей. Это замедляет и усложняет процесс принятия решений и оказывает отрицательное влияние на весь проект.

4. В связи со значительными размерами и организационной сложностью руководству организации или подразделений достаточно сложно уделять необходимое внимание текущим проблемам проекта. Серьезным и часто определяющим фактором является естественная для руководителей некомпетентность в данной сфере.

Специфика предметной деятельности обуславливает специфику информационного обеспечения: коллективное использование территориально распределенных информационных ресурсов; дискретность, разномасштабность, стохастичность протекающих информационных процессов; высокие требования к качеству всех процедур информационного процесса; отсутствие априорной информации о характеристиках информационных процессов, большой объем и разнородность обрабатываемой информации, сложность информационных связей; жесткая организационно-правовая детерминированность информационных процессов и ряд других факторов. Имеют место различные и зачастую противоречащие друг другу информационные потребности пользователей.

Условия концептуального проектирования. Совокупность изложенных особенностей совершенствования информационного обеспечения определяет ряд условий, при наличии которых в жизненном цикле проекта должна присутствовать развитая фаза концептуального проектирования:

1. Информационная система является большой и сложной. Проект представляет собой систему, состоящую из подсистем, которые должны быть объединены в единое функционально связанное целое.

2. Проект является технически сложным.

3. Необходимость финансового контроля на всех стадиях проекта.

4. Наличие ограничений в смете и календарных графиках.

5. Необходимость быстрого реагирования на изменения условий проекта.

6. Привлечение к проекту большого числа функциональных подразделений

и охват значительного числа видов работ.

7. Возможность серьезных изменений в организационной структуре.

8. Необходимость в больших закупках и поставках материалов, оборудования, услуг.

мость быстро-

серьезных

Техническая

в смете и

го реагирова-

изменений

сложность

календарном

негативных

ния на изме-

в структуре

воздействий

нения условий

УСЛОВИЯ НЕОБХОДИМОСТИ ПРОЕКТ

КОНЦЕПТУАЛЬНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ

Рис. 2.3.3. Условия необходимости концептуального проектирования

В силу изложенных обстоятельств (современное состояние и особенности проблемы концептуального проектирования) становится очевидным, что дальнейшее использование общепринятых подходов к концептуальному проектированию становится одной из причин все более существенного снижения качества информационного обеспечения.

Поэтому лицу, принимающему решения по цели совершенствования информационного обеспечения и путям достижения этих целей, необходим набор четких, однородных и взаимосвязанных методов и инструментальных средств, применение которых позволило бы правильно выявить цели совершенствования информационного обеспечения, а затем достичь их.

Другими словами, необходима специальная технология концептуального проектирования, отвечающая следующим требованиям:

- целостность и системность реализуемого данной технологией процесса, который должен включать функционально полный набор компонентов "технологической цепочки";

- высокая степень расчленяемости процесса на стадии (процедуры), что и открывает возможность его технологизации;

- регулярность процесса и однозначность его стадий, что позволяет применять при их описании законы больших чисел и средних величин;

- в результате появляется, с одной стороны, возможность их стандартизации и унификации, а с другой, планирования, учета и организации.

Концептуальное проектирование порой называют техническим . Его основными этапами являются:

1) предварительное проектирование,

2) эскизное (рабочее или техно-рабочее) проектирование,

3) изготовление, испытания и доводка опытного образца системы (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Этапы концептуального проектирования.

Стадия концептуального проектирования начинается с детального анализа первичных данных и уточнения концептуальной модели данных, после чего проектируется архитектура системы . При этом оценивается возможность использования существующих ИС и выбирается соответствующий метод их преобразования. После построения проекта уточняется исходный бизнес-план. Выходными компонентами этой стадии являются концептуальная модель данных, модель архитектуры системы и уточнённый бизнес-план.

В ходе выполнения последующих стадий проектирования предполагается более глубокая и детализированная проработка решений, выработанных на данной стадии. При этом не исключается появление необходимости их существенного изменения. Хотя действующие нормативные документы предусматривают возможность, внесение изменений в проект или программу (концепцию), как правило, это связано с потерями финансовых, материальных и трудовых ресурсов как со стороны “Заказчика”, так и “Разработчика”. Указанные потери могут оказаться весьма значительными, если необходимо вносить весомые изменения в первоначальные проектные решения и чем позже эта потребность возникает. Отсюда следует особая значимость данной стадии проектирования для успешного создания АИС, а также ответственность Разработчиков и Заказчика при выполнении работ и согласовании итогового документа.

На стадии разработки , интеграции и тестирования должна быть создана тестовая БД и тесты. Проводится разработка, прототипирование и тестирование баз данных и приложений в соответствии с проектом. Отлаживаются интерфейсы с существующими системами. Описывается конфигурация текущей версии ПО. На основе результатов тестирования проводится оптимизация БД и приложений. Приложения интегрируются в систему, проводится их тестирование в составе системы и испытания системы. Основными результатами стадии являются готовые приложения, проверенные в составе системы на комплексных тестах, текущее описание конфигурации ПО, скорректированная по результатам испытаний версия системы и эксплуатационная документация на систему.

В результате такого проектирования должна быть получена логическая структура системы (подсистемы, модуля и др.), схемы вводы, вывода, представления, преобразования данных и т.п.

В соответствии с уставными правилами и документацией проекта заключительный этап создания системы предполагает комплексное тестирование всех её компонентов, обучение пользователей, постоянное администрирование и др.

Стадия внедрения включает в себя действия по установке и внедрению баз данных и приложений. Основной результат стадии – готовая к эксплуатации и перенесенная на программно-аппаратную платформу Заказчика версия системы, документация сопровождения и акт приёмочных испытаний по результатам опытной эксплуатации.

На стадии эксплуатации осуществляется постоянный (лучше – автоматический) контроль работоспособности системы (мониторинг) с целью отслеживания состояния объектов, своевременного выявления ошибок и нештатных ситуаций, её развития.

Стадии сопровождения и развития включают процессы и операции, связанные с регистрацией, диагностикой и локализацией ошибок, внесением изменений и тестированием, проведением доработок, тиражированием и распространением новых версий ПО в места его эксплуатации, переносом приложений на новую платформу и масштабированием системы. Стадия развития фактически является повторной итерацией стадии разработки.

Результатом концептуальной стадии проектирования АИС является итоговый документ – “Концептуальный проект”, “Аванпроект”, “Пилотный проект” или “Концепция и программа создания…”. В дальнейшем будут преимущественно использоваться термины “Концептуальный проект” и “Концепция” или “программа создания…”.

Концептуальное проектирование системы характеризуется сжатыми сроками. По этой причине выполнение работ, связанных с ним и предпроектным обследованием объекта могут осуществляться параллельно или перекрываться по времени их выполнения.

При проектировании, в т.ч. при решении проблем автоматизации процессов, обычно изначально принимается один из двух вариантов: создание системы решающей сиюминутные задачи или включающей и перспективные задачи (“на вырост”), учитывающие будущие потребности.

В первом случае можно выбрать недорогое решение и быстро его реализовать. Однако высока вероятность, что достаточно скоро такую систему потребуется в значительной степени модернизировать или заменить.

Во втором случае потребуется более серьёзная проработка требований и технических решений, влекущая за собой увеличение сроков выполнения и стоимости проекта. Но в этом случае возможно на гораздо больший период времени продлить эффективное функционирование созданной таким образом системы. Однако большие инвестиции сопряжены с бóльшими рисками. Поэтому рекомендуется разбивать предстоящие работы на небольшие этапы, реализация которых способна принести конкретный и ощутимый результат, обеспечивающий решение поставленной задачи. В этом случае при минимальных инвестициях можно обеспечить быструю отдачу и создать фундамент дальнейшего развития системы, способствующий, в том числе, изучению полученных результатов, корректировки дальнейших действий и т.п. Таким образом, разработка системы приобретает цикличный характер. И хотя подобный подход несколько более затратный, чем комплексное решение масштабной задачи, он позволяет уменьшить высокие риски, связанные с изменениями требований к разрабатываемой системе.

Не следует упускать из виду, что быстрое развитие науки, техники и технологий приводит к быстрому старению используемых методов и систем, что отрицательно влияет на эффективность их использования. При этом поэтапно вносить изменения в отдельные компоненты системы значительно проще, чем заменять её полностью. Кроме того, обычно требуется обеспечить быстрый возврат инвестиций, что достаточно сложно организовать при внедрении комплексных решений.

Можно выделить три основных вида проектирования объектов и систем по степени их сложности, объёму и ряду других показателей: крупные, средние и малые (мелкие) проекты.

При реализации крупных проектов обычно прибегают к помощи хорошо зарекомендовавших себя крупных компаний-интеграторов, в том числе консалтинговых и внедренческих организаций.

Для реализации средних проектов стараются обойтись своими силами и (или) используют готовые решения, которые стремятся адаптировать под конкретные требования организации-заказчика.

Малые проекты характеризуются использованием готовых решений и, в ряде случаев, адаптацией их под конкретные условия использования.

Проектирование ИС начинается с составления в текстовой и (или) графической форме плана работ. На первом этапе проектирования необходимо выяснить требования пользователей к системе и, на основании этих требований, сформировать макет системы. Предпочтительно осуществлять проектирование модульным методом. Проектирование информационных систем непосредственно связано с их программированием, поэтому значительная часть проектных работ связана с программированием ИС.

Модульное программирование – метод разработки программ, предполагающий разбиение программы на независимые модули. Считается, что модуль должен обладать оптимальными размерами (как правило, целиком помещаться на экране дисплея) и что разделение большой программы на модули облегчает её разработку, отладку и сопровождение.

Программный модуль, объединяющий в себе данные (свойства) и операции над ними (методы), называют объектом.

Объект – абстрактное множество предметов, все предметы которого имеют одни и те же характеристики.

На выбор средств проектирования могут существенно повлиять следующие особенности методов проектирования:

· ориентация на создание уникального или типового проекта;

· итерационный характер процесса проектирования;

· возможность декомпозиции проекта на составные части, разрабатываемые группами исполнителей ограниченной численности с последующей интеграцией составных частей;

· жёсткая дисциплина проектирования и разработки при их коллективном характере;

· необходимость отчуждения проекта от разработчиков и его последующего централизованного сопровождения.

ER-модели
Моделирование предметной области базируется на использовании графических диаграмм, включающих небольшое число разнородных компонентов. В 1976 году Чен (Chen) предложил для проектирования ИС (баз данных) использовать ER-модели (Entity Relationship model – модель «сущность-связь»), представляющие концептуальные модели данных. Они получили широкое распространение в современных CASE-системах, поддерживающих автоматизированное проектирование ИС и обычно используются на этапе информационно-логического моделирования.

ER-модель наглядно изображает структурные блоки информации и логические взаимосвязи между ними. Основными понятиями являются сущность, связь и атрибут (см. Таблицу).

Таблица понятий: сущность, связь и атрибут.

Тип связи указывается индексами «1» или «М» над соответствующей линией. Например, связь «Руководство» имеет тип «один ко многим»: один сотрудник может руководить многими проектами; связь «Участие» имеет тип «многие ко многим»: один сотрудник может участвовать во многих проектах, и в проекте могут участвовать много сотрудников. На рисунке приведен пример ER-диаграммы.

На основе ER-моделей последовательно формируют реляционные БД.

Важным параметром ИС является простота её использования, включающая обеспечение качества проектной документации. При проектировании следует ориентироваться на следующие документы:

ГОСТ 24.602-86 . Автоматизированные системы управления. Состав и содержание работ по стадиям создания. (Введён с 01.01.89.–М.: Изд-во стандартов, 1986.–12 с.).

ГОСТ 34.601-90 . Информационная технология. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии создания (Введён с 29.12.90, 24.601-86. 24.602-86. 1997 г.).

ГОСТ 34.602-89 . Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Техническое задание на создание автоматизированной системы. Введ. 01.01.90.

ГОСТ 34.603-92 . Информационная технология. Виды испытаний автоматизированных систем.

РД 50-640-87 . Системы автоматизированного проектирования. Порядок выполнения работ при создании систем: Инструкция.–М.: Изд-во стандартов, 1987.–28 с. и др.

Главным направлением деятельности Компании «Метод» с момента ее основания и по настоящее время является разработка изобретающих компьютерных программ на основе методов концептуального проектирования технических систем.

Концептуальное проектирование - это отдельный вид проектной деятельности. Её результат - варианты концепций проектируемой технической системы (ТС) как в целом, так и ее отдельных частей.

Концепция ТС имеет различные формы представления, отличающиеся уровнем проработки (конкретности). Это:
Функциональная схема, в которой указан набор элементов ТС, выполняющих ту или иную техническую функцию, и способ их взаимодействия.

Принцип действия , определяющий взаимосвязь между физическими (химическими и т.п.) явлениями, протекающими в ТС на различных этапах ее жизненного цикла.

Принцип изменения , указывающий, как надо изменить материалы, конструкцию, режимы работы и взаимодействие устройства с окружающей средой, чтобы улучшить его характеристики.

Конструктивная схема , которая определяет состав ТС, взаимное расположение и взаимосвязь между ее элементами, особенности их конструктивного исполнения, используемые материалы, оптимальное соотношение параметров элементов и другие существенные признаки. Обычно, для краткости изложения, конструктивная схема ТС представляется в виде отличительной формулы . В ней перечисляются только те конструктивные признаки, которые отличают проектируемую ТС от ее прототипа.

Основной объем задач концептуального проектирования приходится решать на ранних стадиях разработки ТС: при разработке концепт - проекта и эскизном проектировании. Иными словами, тогда, когда определяется облик будущего изделия. Однако, и в дальнейшем, на этапах рабочего проектирования, испытаний, постановки на производство разработчики сталкиваются со сложными техническими проблемами. Их устранение так же требует методов концептуального проектирования.

Место и объем концептуального проектирования как отдельной поисковой процедуры поясняет следующая схема.

Концептуальное проектирование - это важнейшая составляющая процесса создания нового изделия. В конечном итоге, именно число проработанных концепций будущего изделия определяет его новизну и качество , а, следовательно, его конкурентоспособность и объем продаж .

Практическое применение методов концептуального проектирования показало, что они незаменимы при решении таких задач, как:

• разработка новых устройств и технологий;
• повышение качества и снижение издержек производства;
• прогноз развития конкретной области техники;
• получение приоритета в заданной области техники;
• управление знаниями и интеллектуальной собственностью предприятия.

Изобретательство и концептуальное проектирование

Изобретательство и концептуальное проектирование являются родственными видами деятельности, отличающимися, в основном, своим целями.

Изобретательство - это индивидуальная инициативная деятельность. Цель изобретателя состоит в создании изобретения, т.е. технического решения, обладающего мировой новизной . Изобретательство, как вид человеческой деятельности, сродни искусству. Поэтому очень часто создание изобретения несет в себе элемент случайности . Многие замечательные изобретения появляются «ни тогда» и «ни там», как того требует реальное производство. Это одна из главных причин трудностей внедрения изобретения в практику.

Случайный характер изобретательства может задержать развитие техники не на годы, а на тысячелетия! Например, древним грекам были известны все элементарные технические устройства, которые использовал Эдисон в своем фонографе для записи и воспроизведении звука. Они знали о свойствах струн колебаться при дуновении ветра, о колебании мембран барабанов, применяли рычаг для увеличения силы и использовали дощечки, покрытые воском, для записи слов. Однако соединить все эти знания вместе в одном устройстве они не смогли. Кстати, изобретению фонографа Эдисон также обязан счастливому случаю.

В отличие от изобретательства, концептуальное проектирование - это плановая производственная деятельность . Её цель - решить техническую проблему, которая поставлена перед разработчиками, в заданный срок. При этом, обычно, не ставится задача найти принципиально новое техническое решение, т.е. изобретение.

Если техническое решение находится после установленного срока, то, как правило, реализовать его практически не удается. Использование такого решения в текущем проекте невозможно, т.к. упущено время. В следующем проекте аналогичного изделия этому решению также обычно не находится места, т.к. появляются новые требования и новые решения.

Цель концептуального проектирования - обеспечение планомерности решения технической проблемы - достигается за счет применения современных информационных технологий. В отличие от изобретательства, в котором преобладает творческое начало человека, концептуальное проектирование - это, в первую очередь, технология. Именно она позволяет гарантировать нужный результат в установленные сроки.

ТРИЗ и концептуальное проектирование

ТРИЗ - теория решения изобретательских задач - была разработана Альтшулером Г.С. и его учениками в СССР в период 50 - 80-х годов прошлого века. Эта методология успешно развивается и в настоящее время. Методы ТРИЗ используют как отдельные изобретатели, так и консультационные фирмы во многих странах мира.

ТРИЗ и концептуальное проектирование являются родственными методологиями. У них одна и та же цель - плановое, целенаправленное решение технических проблем, но различные методы.

Основной арсенал ТРИЗ - это эвристические методы , состоящие из специальных алгоритмов, инструкций, методических рекомендаций и т.п., которые ориентированы на использование их человеком. Методы ТРИЗ помогают изобретателю проанализировать техническую проблему, придумать решение и расширить область его применения.

Более широкое использование методов ТРИЗ в инженерной практике ограничено необходимостью предварительного обучения . Овладеть этими методами на должном уровне можно только после длительного обучения на специальных курсах у опытного преподавателя.

Соответствующей реакцией на проблему обучения стало создание компьютерных программ, реализующих методы ТРИЗ. Однако, это не позволяет полностью избежать предварительного обучения. В этих программах компьютер используется как вспомогательное средство. С его помощью изобретатель, в основном, регистрирует результаты решения технической проблемы, а также находит подходящие эвристические приемы и технические примеры. При работе с такими компьютерными программами весь объем творческих операций изобретатель должен выполнить сам.

В концептуальном проектировании для решения технических проблем используются формальные методы и большие базы знаний , которые могут быть реализованы только в виде компьютерных программ. Пользователю совсем необязательно знать, какие методы (алгоритмы) применяются в этих программах. Ему достаточно указать техническую проблему, нажать кнопку «Решить» и выбрать лучшее из найденных решений. Таким образом, методы концептуального проектирования позволяют любому инженеру целенаправленно решать технические проблемы без предварительной методической подготовки.

Несмотря на указанные различия, подходы ТРИЗ и концептуальное проектирование не исключают, а дополняют друг друга. Методы ТРИЗ незаменимы при поиске направлений решения технической проблемы. Они помогают инженеру перейти от сложной технической проблемы к типовым изобретательским задачам. После этого можно применить методы концептуального проектирования. Уже сейчас изобретающие программы на основе методов концептуального проектирования могут решать некоторые изобретательские задачи средней степени сложности. Это обеспечивают обширные базы конкретных инженерных знаний и сложные формальные алгоритмы, которые используются в этих программах.

Кроме того, как показывает наш опыт, наилучших результатов при работе с современными изобретающими программами добиваются инженеры, владеющие ТРИЗ.

К этому надо добавить, что полностью формализовать весь процесс решения технических проблем не удастся никогда. Очевидно, что со временем область применения изобретающих компьютерных программ будет расширяться, но они никогда полностью не заменят в этом деле человека. И вызвано это не тем, что еще не решены какие-то математические проблемы или не хватает быстродействия и памяти у существующих компьютеров. Проблема только в одном: компьютер не изобретает, потому что он этого не хочет!

Не много стоит построить небоскреб: знаний и умений - достаточно. Много стоит идея такого здания, которую можно реализовать в любых климатических условиях при возможных тектонических движениях земной коры: знаний и умений - будет явно недостаточно при этих (всего двух!), но кардинально существенных, условиях.

Сомнительно, что человек решится на концептуальное проектирование такой идеи. Есть уникальные технические решения, которые в разных странах мира разные специалисты реализовали в зданиях, мостах, телекоммуникационных сооружениях и других сложных конструкциях. Все это востребовано в конкретном месте для конкретной цели и рассчитано на конкретные условия применения.

Статика и динамика систем

Современное концептуальное проектирование - это статика. Условия применения результатов интеллектуальной деятельности человека - это всегда динамика. Сама человека - это непрерывное развитие (динамика).

Сегодня уровень науки, технологий и знаний слишком мал, чтобы создавать динамичные системы. Если человек проектирует самолет: это, как минимум, мотор и два крыла. Если создает престижный автомобиль, то у авто будет кожаный салон и четыре колеса. О подводных лодках, истребителях и космических кораблях вовсе можно не говорить: инерция и жесткая конструкция делают их уязвимыми для любого динамичного, не обязательно «интеллектуального», снаряда.

Каждая новая техническая система - лучше предыдущей. Она впитывает опыт создания предшественниц, нивелирует допущенные ранее ошибки и просчеты. Со статикой результатов интеллектуальной деятельности человека привыкли мириться: другого выхода нет. Допускать допущенные просчеты в концептуальном проектировании новых технических, социальных и иных систем уже не принято.

Любое проектирование - это спиралевидный динамический процесс, который адаптивно учитывает достигнутые ранее знания и умения, определяет изменения в области применения и ориентируется на обоснованные требования потребителя.

Сбор и анализ информации

Не только человек, но и любое живое существо наблюдает и собирает информацию. Сознательно или подсознательно - не суть важно. Только в результате анализа воспринятых данных и «понимания» их сквозь призму накопленного опыта (знаний и умений) происходит анализ ситуации и принятие решения.

Человек разработал множество методов и инструментальных средств для сбора и анализа информации, но выделять этот процесс как стадию, например, подготовка данных или предварительное проектирование, бессмысленно. Человек сознательно воспринимает информацию и принимает решения, обдумывая текущие цели и задачи. Человек подсознательно выполняет гораздо больше действий и, в конечном итоге, именно подсознание подталкивает сознание к формированию правильного поведения и исполнению конкретного действия.

Сбор и анализ информации - это начало социальной или технической системы. Это сама по себе концепция начала работ. Всегда первичная информация собирается и изучается в контексте поставленной цели и решаемых задач. Всегда вторичная информация отражает все те же поставленные цели и задачи. Каждый новый этап - это концептуальное проектирование на новом витке развития знаний о достигнутом и достигаемом: о цели и решаемых задачах.

Статика и жесткое конструирование

Человек не всегда придает объективное значение своей деятельности. Дело вовсе не в том, что он к этому не стремится, просто часто он ставит перед собой одни цели, но достигает другие. Концептуальное проектирование существовало всегда, но «сознательно» человек к этому отнесся только с появлением компьютерной техники и программирования.

Между тем, ассоциации: «концепция = информационная система» не существует. Во всяком случае: об этом свидетельствует современное положение вещей.

Простой пример. Система электронного документооборота организации. Сколько лет создавались такие системы? Сколько таких систем разработано? Сколько научных конференций - состоялось, копий - сломано, бумаги - исписано? По сей день ни один из результатов «концептуального проектирования» систем документооборота не состоялся как концептуально исполненный.

Жесткие конструкции синтаксиса и семантики языков программирования. Четкое понимание, что формализовать динамику области применения и решаемой задачи человек не в силах: знаний и умений явно недостаточно. Результат: всякая модель формализации области применения и требуемой задачи обращается в статическую конструкцию.

Современный мир виртуальных технологий мало чем отличается от пирамиды Хеопса. Изменить что-либо в созданной информационной системе крайне сложно. Любое изменение чревато существенными затратами стороннего труда (разработчика, программиста, автора): сама информационная система ничего «для себя сделать не может».

Объективные законы физического мира

Естественное концептуальное проектирование, как пример создания идеальной системы, существовало всегда. Есть разница между тем, что человек делает, и что он понимает. Пирамида Хеопса не одинока в своем исполнении. Почти километр «изящных» железобетонных конструкций: небоскреб Бурдж-Халифа в Дубай (ОАЭ) - не единственное высотное сооружение. Аналогичных примеров можно привести множество: естественное концептуальное проектирование свойственно человеку, и человек это демонстрирует параллельно в различных регионах планеты в различных сферах социальной, производственной и духовной практики.

Любая роспись иконы в храме, выполненная на сферической поверхности, но воспринимаемая объемно и, естественно, с любого места в этом храме, создана многократно различными специалистами в различные времена.

Теория решения изобретательских задач (ТРИЗ), одно из заметных достижений прошлого века, была выполнена одним человеком, но привлекла внимание многочисленных специалистов, которые развили и использовали ее в реальной практике.

ТРИЗ - идеальный пример современного концептуального проектирования, начатый одним человеком и развитый множеством людей, но не достигший, объективно возможного, концептуального уровня развития.

ТРИЗ - заметное, но не монументальное достижение. Альтшуллер, Шапиро и тысячи их последователей внесли вклад в теорию, практику и изобретательское дело, но результат «ничтожен»: последователи и правообладатели, фантастические рассказы и статьи о сильном мышлении... в сравнении: Леонардо Да Винчи своими исследованиями полетов птиц и кардинально новой идеей: «не крыло должно махать, но аэроплан должен лететь» - прославился больше и украсил свои многочисленные концептуальные изобретения загадочной Джакондой.

Субъективные положения социального мира

ТРИЗ не строилась на фундаменте технического задания, а ее родоначальник Альтшуллер не руководствовался какими-либо методами выполнения работ. «Мастера» теории решения изобретательских задач и тысячи их учеников довольствовались малым:

1. все искусственные системы развиваются по определенным законам;
2. все системы развиваются, преодолевая противоречия;
3. для одинаковых противоречий, решения проблем могут сильно различаться.

С точки зрения общественного сознания, актуальности и полезности целевая установка ТРИЗ социально значима и имеет реальное практическое применение.

Автоматизировать процесс решения изобретательских задач, исключив из него «элементы случайности: внезапное и непредсказуемое озарение, слепой перебор и отбрасывание вариантов, зависимость от настроения и т. п» (цитата из "Википедии").

ТРИЗ существенно повлияла на общественное сознание и позволила многим тысячам специалистов решить реальные практические задачи. Было создано множество лабораторий изобретающих машин и спроектировано несколько десятков интеллектуальных систем.

Однако теория решения изобретательских задач по сей день ничем не отличается от курса средней или высшей школы, но гораздо слабее организована в методическом плане. Все три базовых постулата концепции ТРИЗ не имеют ровным счетом никакого значения. Ни об одной «изобретающей машине» общественное сознание до сих пор не имеет никакого представления, а идею искусственного интеллекта и возможность создания интеллектуальной системы уже давно не воспринимает всерьез.

Обозначить - не значит использовать: концептуально о базовых постулатах ТРИЗ

Постулат «1»: нет разницы между естественной и искусственной системой, потому. как и то, и другое развивается не по определенным, а по объективным законам. То, что человек не познал или не понимает объективности законов Природы, ровным счетом для этих законов ничего не значит.

Постулат «2»: все системы развиваются, но причем здесь противоречия. Есть задача, есть необходимость ее концептуального проектирования, и есть проблема образования (квалификации) специалистов, задействованных в ее решении.

Постулат «3»: даже на пустом месте, которое обнаружили два квалифицированных специалиста в поисках одного противоречия, они сформулируют два десятка кардинально различных варианта решения.

Так было, есть и будет, пока уровень знаний и умений будет основываться на субъективном мнении, а не на объективных законах Природы.

Цели и задачи проектирования - это всегда важно, но гораздо важнее их концепция. Во всякой области применения развивающаяся естественная система или создаваемая человеком искусственная система есть нечто, обозначаемое целью, и спектр составляющих этого нечто, обозначаемый задачами. Есть требования, которые формулирует потребитель (заказчик), автор идеи.

Концептуальное проектирование (КП) - это динамика развития цели и составляющих ее задач, как способ движения к пониманию сути вещей, явлений и процессов. Человек сначала понимает, что нужно сделать, затем что-то делает и, переосмысливая созданное, пересматривает цель и составляющие ее задачи.

Методы и средства проектирования

Интересная особенность поисковой выдачи по запросу: «методы и средства концептуального проектирования»: 97 % результатов связаны с информационными системами, программированием, базами данных и другими направлениями в области компьютерного дела и информационных технологий; остальные 3 % придутся на «более практичные» сферы социальных и производственных потребностей: авиационные двигатели, производственные процессы, социальные или природоохранные проекты и другое.

Странная особенность человеческого менталитета, когда он приобретает знания и приближается к пониманию объективных законов Природы: ставить свои достижения на первое место, пренебрегать достижениями других людей и считать только свой собственный опыт определяющим критерием познания окружающей среды и влияния на нее.

Концептуальное проектирование: примеры из области разработки программного обеспечения.

1) В настоящее время принято выделять следующие методологии разработки ПО:

• Структурный подход, в основу которого положен принцип алгоритмической де-композиции.
• Объектно-ориентированный подход, который использует объектную декомпозицию.

2) Основными этапами КП являются:

• Предварительное проектирование.
• Эскизное (рабочее или техно-рабочее) проектирование.
• Изготовление, испытания и доводка опытного образца системы.

3) Есть два подхода к КП:

• Первый подход включает формулирование, определение и интеграцию объектов высокого уровня, используемых для построения модели. Основное внимание при этом уделяется интеграции понятий (концепции), представляющих объекты.
• Второй подход - моделирование сущностей. Моделирование и интеграция представлений пользователей в терминах диаграмм сущностей.

Другие определения методов, инструментальных средств, трактовки целей и задач в современном общественном сознании отражены в аналогичном стиле.

Объективный подход к проектированию

Трудно согласиться с авторами разнообразных концептуальных теорий, методик и средств выполнения концептуального проектирования. Во-первых, компьютерное дело - не самое главное в социальной и производственной сфере, хотя имеет огромное значение. Во-вторых, идея формализации - это гарантия статики и жестких конструкций при решении абсолютно любой задачи. В-третьих, при всем надлежащем и уважительном отношении к знаниям и умением признанных авторитетов и специалистов приоритет имеют не их знания и умения, а объективные законы природы.

Наука и практика обязаны теории решения изобретательских задач. Это было на самом деле великое дело: систематизировать физические, химические, социальные и другие достижения, практические решения, изобретения, технологические процессы. Задача сформулировать системы физических эффектов или определить объективные закономерности - воистину актуальна, была всегда, и в современном мире ее актуальность стремительно растет.

Объективный подход в проектировании: ничего жесткого и формального, все процессы и понятия развиваются, непрерывно пересматриваются анализируются и совершенствуются. Говорить о концептуальном проектировании в формальном ключе нельзя. Фиксировать смысл в терминах реляционных или иерархических отношений между предметами или явлениями, значит фиксировать конечный результат.

Суть не в том, что такое цель, задача, средство или метод. В концептуальном контексте важен смысл, а не его формальное обозначение.

Человек и пчела

Менталитет венца Природы - человека по сей день не позволяет ему наделить иное живое существо интеллектом. Человек до сих пор не понимает, что его ровным счетом ничего не значит для объективных законов Природы.

Человек может считать, что действует сознательно и не понимать, что его мозг непрерывно делает что-то бессознательно, чтобы уже через три года ребенок после рождения начал, к примеру, выражать свои потребности словами, а к пяти годам строить пирамиды из кубиков, а к десяти годам мечтать о полетах на Луну или статусе известного композитора.

Концептуальное проектирование своего поведения пчела делает на автомате. Результат - есть польза пчелиной семье, окружающей среде и человеку. Пусть человек считает, что интеллектом пчела не обладает. Это ровным счетом ничего не значит.

Концептуальное проектирование своего поведения делает каждый человек лучше, чем пчела: у него гораздо больше функциональных и интеллектуальных возможностей. Не обязательно быть великим архитектором, конструктором истребителей пятого поколения. Достаточно быть простым преподавателем средней школы и без знания ТРИЗ, на одном дыхании создать концепцию подготовки детей к сложной и интересной жизни в обществе. На благо себе и людям.