Методологии проектирования ПО как программные продукты. Методология DATARUN и инструментальное средство SE Companion

Современные методологии и реализующие их технологии поставляются в электронном виде вместе с CASE-средствами и включают библиотеки процессов, шаблонов, методов, моделей и других компонент, предназначенных для построения ПО того класса систем, на который ориентирована методология. Электронные методологии включают также средства, которые должны обеспечивать их адаптацию для конкретных пользователей и развитие методологии по результатам выполнения конкретных проектов.

Процесс адаптации заключается в удалении ненужных процессов, действий ЖЦ и других компонентов методологии, в изменении неподходящих или в добавлении собственных процессов и действий, а также методов, моделей, стандартов и руководств. Настройка методологии может осуществляться также по следующим аспектам: этапы и операции ЖЦ, участники проекта, используемые модели ЖЦ, поддерживаемые концепции и др.

Электронные методологии и технологии (и поддерживающие их CASE-средства) составляют ядро комплекса согласованных инструментальных средств среды разработки ИС.

Методология DATARUN

Одной из наиболее распространенных в мире электронных методологий является методология DATARUN [6,26]. В соответствии с методологией DATARUN ЖЦ ПО разбивается на стадии, которые связываются с результатами выполнения основных процессов, определяемых стандартом ISO 12207. Каждую стадию кроме ее результатов должен завершать план работ на следующую стадию.

Стадия формирования требований и планирования включает в себя действия по определению начальных оценок объема и стоимости проекта. Должны быть сформулированы требования и экономическое обоснование для разработки ИС, функциональные модели (модели бизнес-процессов организации) и исходная концептуальная модель данных, которые дают основу для оценки технической реализуемости проекта. Основными результатами этой стадии должны быть модели деятельности организации (исходные модели процессов и данных организации), требования к системе, включая требования по сопряжению с существующими ИС, исходный бизнес-план.

Стадия концептуального проектирования начинается с детального анализа первичных данных и уточнения концептуальной модели данных, после чего проектируется архитектура системы. Архитектура включает в себя разделение концептуальной модели на обозримые подмодели. 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 уточненный бизнес-план.

На стадии спецификации приложений продолжается процесс создания и детализации проекта. Концептуальная модель данных преобразуется в реляционную модель данных. Определяется структура приложения, необходимые интерфейсы приложения в виде экранов, отчетов и пакетных процессов вместе с логикой их вызова. Модель данных уточняется бизнес-правилами и методами для каждой таблицы. В конце этой стадии принимается окончательное решение о способе реализации приложений. По результатам стадии должен быть построен проект ИС, включающий модели архитектуры ИС, данных, функций, интерфейсов (с внешними системами и с пользователями), требований к разрабатываемым приложениям (модели данных, интерфейсов и функций), требований к доработкам существующих ИС, требований к интеграции приложений, а также сформирован окончательный план создания ИС.

На стадии разработки, интеграции и тестирования должна быть создана тестовая база данных, частные и комплексные 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 базы данных и приложений. Приложения интегрируются в систему, проводится тестирование приложений 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.

Стадия внедрения включает в себя действия по установке и внедрению баз данных и приложений. Основными результатами стадии должны быть готовая к эксплуатации и перенесенная на программно-аппаратную платформу заказчика версия системы, документация сопровождения и акт приемочных испытаний по результатам опытной эксплуатации.

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.

Методология DATARUN опирается на две модели или на два представления:

модель организации; модель ИС.

Методология DATARUN базируется на системном подходе к описанию деятельности организации. Построение моделей начинается с описания процессов, из которых затем извлекаются первичные данные (стабильное подмножество данных, которые организация должна использовать для своей деятельности). Первичные данные описывают продукты или услуги организации, выполняемые операции (транзакции) и потребляемые ресурсы. К первичным относятся данные, которые описывают внешние и внутренние сущности, такие как служащие, клиенты или агентства, а также данные, полученные в результате принятия решений, как например, графики работ, цены на продукты.

Основной принцип DATARUN заключается в том, что первичные данные, если они должным образом организованы в модель данных, становятся основой для проектирования архитектуры ИС. Архитектура ИС будет более стабильной, если она основана на первичных данных, тесно связанных с основными деловыми операциями, определяющими природу бизнеса, а не на традиционной функциональной модели.

Любая ИС (рисунок 3.1) представляет собой набор модулей, исполняемых процессорами и взаимодействующих с базами данных. Базы данных и процессоры могут располагаться централизованно или быть распределенными. События в системе могут инициироваться внешними сущностями, такими как клиенты у банкоматов или временные события (конец месяца или квартала). Все транзакции осуществляются через объекты или модули интерфейса , которые взаимодействуют с одной или более базами данных.

Рис. 3.1. Модель ИС

Подход DATARUN преследует две цели:

определить стабильную структуру, на основе которой будет строиться ИС. Такой структурой является модель данных, полученная из первичных данных, представляющих фундаментальные процессы организации; спроектировать ИС на основании модели данных.

Объекты, формируемые на основании модели данных, являются объектами базы данных, обычно размещаемыми на серверах в среде клиент/сервер. Объекты интерфейса, определенные в архитектуре компьютерной системы, обычно размещаются на клиентской части. Модель данных, являющаяся основой для спецификации совместно используемых объектов базы данных и различных объектов интерфейса, обеспечивает сопровождаемость ИС. На рисунке 3.2 представлена последовательность шагов проектирования ИС.

На рисунке 3.3 определены модели, создаваемые в процессе разработки ИС. Для их создания используется CASE-средство Silverrun, описанное в подразделе 5.1. Silverrun обеспечивает автоматизацию проведения проектных работ в соответствии с методологией DATARUN. Предоставляемая этими средствами среда проектирования дает возможность руководителю проекта контролировать проведение работ, отслеживать выполнение работ, вовремя замечать отклонения от графика. Каждый участник проекта, подключившись к этой среде, может выяснить содержание и сроки выполнения порученной ему работы, детально изучить технику ее выполнения в гипертексте по технологиям, и вызвать инструмент (модуль Silverrun) для реального выполнения работы.

Информационная система создается последовательным построением ряда моделей, начиная с модели бизнес-процессов и заканчивая моделью программы, автоматизирующей эти процессы.

Рис. 3.2. Последовательность шагов проектирования системы

·  BPM (Business Process Model) - модель бизнес-процессов.
PDS (Primary Data Structure) - структура первичных данных.
CDM (Conceptual Data Model) - концептуальная модель данных.
SPM (System Process Model) - модель процессов системы.
ISA (Information System Architecture) - архитектура информационной системы.
ADM (Application Data Model) - модель данных приложения.
IPM (Interface Presentation Model) - модель представления интерфейса.
ISM (Interface Specification Model) - модель спецификации интерфейса.

Рис. 3.3. Модели, создаваемые с помощью подхода DATARUN

Создаваемая ИС должна основываться на функциях, выполняемых организацией. Поэтому первая создаваемая модель - это модель бизнес-процессов, построение которой осуществляется в модуле Silverrun BPM. Для этой модели используется специальная нотация BPM. В процессе анализа и спецификации бизнес-функций выявляются основные информационные объекты, которые документируются как структуры данных, связанные с потоками и хранилищами модели. Источниками для создания структур являются используемые в организации документы, должностные инструкции, описания производственных операций. Эти данные вводятся в том виде, как они существуют в деятельности организации. Нормализация и удаление избыточности производится позже при построении концептуальной модели данных в модуле Silverrun ERX. После создания модели бизнес-процессов информация сохраняется в репозитории проекта.

В процессе обследования работы организации выявляются и документируются структуры первичных данных. Эти структуры заносятся в репозиторий модуля BPM при описании циркулирующих в организации документов, сообщений, данных. В модели бизнес-процессов первичные структуры данных связаны с потоками и хранилищами информации.

На основе структур первичных данных в модуле Silverrun ERX создается концептуальная модель данных (ER-модель). От структур первичных данных концептуальная модель отличается удалением избыточности, стандартизацией наименований понятий и нормализацией. Эти операции в модуле ERX выполняются при помощи встроенной экспертной системы. Цель концептуальной модели данных - описать используемую информацию без деталей возможной реализации в базе данных, но в хорошо структурированном нормализованном виде.

На основе модели бизнес-процессов и концептуальной модели данных проектируется архитектура ИС. Определяются входящие в систему приложения, для каждого приложения специфицируются используемые данные и реализуемые функции. Архитектура ИС создается в модуле Silverrun BPM с использованием специальной нотации ISA. Основное содержание этой модели - структурные компоненты системы и навигация между ними. Концептуальная модель данных разбивается на части, соответствующие входящим в состав системы приложениям.

Перед разработкой приложений должна быть спроектирована структура корпоративной базы данных. DATARUN предполагает использование базы данных, основанной на реляционной модели. Концептуальная модель данных после нормализации переносится в модуль реляционного моделирования Silverrun RDM с помощью специального моста ERX-RDM. Преобразование модели из формата ERX в формат RDM происходит автоматически без вмешательства пользователя. После преобразования форматов получается модель реляционной базы данных. Эта модель детализируется в модуле Silverrun RDM определением физической реализации (типов данных СУБД, ключей, индексов, триггеров, ограничений ссылочной целостности). Правила обработки данных можно задавать как непосредственно на языке программирования СУБД, так и в декларативной форме, не привязанной к реализации. Мосты Silverrun к реляционным СУБД переводят эти декларативные правила на язык требуемой системы, что снижает трудоемкость программирования процедур сервера базы данных, а также позволяет из одной спецификации генерировать приложения для разных СУБД.

С помощью модели системных процессов детально документируется поведение каждого приложения. В модуле BPM создается модель системных процессов, определяющая, каким образом реализуются бизнес-процессы. Эта модель создается отдельно для каждого приложения и тесно связана с моделью данных приложения.

Приложение состоит из интерфейсных объектов (экранных форм, отчетов, процедур обработки данных). Каждый интерфейс системы (экранная форма, отчет, процедура обработки данных) имеет дело с подмножеством базы данных. В модели данных приложения (созданной в модуле RDM) создается подсхема базы данных для каждого интерфейса этого приложения. Уточняются также правила обработки данных, специфичные для каждого интерфейса. Интерфейс работает с данными в ненормализованном виде, поэтому спецификация данных, как ее видит интерфейс, оформляется как отдельная подсхема модели данных интерфейса.

Модель представления интерфейса - это описание внешнего вида интерфейса, как его видит конечный пользователь системы. Это может быть как документ, показывающий внешний вид экрана или структуру отчета, так и сам экран (отчет), созданный с помощью одного из средств визуальной разработки приложений - так называемых языков четвертого поколения (4GL - Fourth Generation Languages). Так как большинство языков 4GL позволяют быстро создавать работающие прототипы приложений, пользователь имеет возможность увидеть работающий прототип системы на ранних стадиях проектирования.

После создания подсхем реляционной модели для приложений проектируется детальная структура каждого приложения в виде схемы навигации экранов, отчетов, процедур пакетной обработки. На данном шаге эта структура детализируется до указания конкретных столбцов и таблиц базы данных, правил их обработки, вида экранных форм и отчетов. Полученная модель детально документирует приложение и непосредственно используется для программирования специфицированных интерфейсов.

Далее, с помощью средств разработки приложений происходит физическое создание системы: приложения программируются и интегрируются в информационную систему.

Инструментальное средство SE Companion

Инструментальное средство SE Companion [27] является средой, в которой реализован электронный вариант методологии DATARUN. Оно позволяет:

создать гипертекстовое описание методологии в виде иерархии описания стадий, этапов и операций разработки; создать гипертекстовое описание всех методов и методик реализации процессов ЖЦ ПО; выделить из гипертекстового описания иерархию процессов ЖЦ ПО для планирования и управления процессом создания ПО (иерархию работ); изменять гипертекстовые описания ЖЦ и методов так, как это необходимо разработчику, иными словами, производить авторизацию методологии и отслеживать эти изменения в иерархии работ, предназначенной для управления проектом; привязать к процессам ЖЦ инструментальные средства поддержки этих процессов и обеспечить вызов инструментальных средств из соответствующих экранов гипертекстового справочника; обеспечить просмотр гипертекстовых экранов описания используемых методов из инструментальных средств; обеспечить поддержку процесса управления разработкой, в частности, за счет взаимодействия со средством планирования работ MS Project, оценивания трудоемкости проекта, отслеживания выполнения работ, создания графиков работ, и др.

Особенно важными являются возможность авторизации методологии и интерактивный доступ любого разработчика к описанию любого метода или процесса в нужный ему момент времени. На современном этапе развития технологии, в условиях быстрого изменения как программных и аппаратных средств, так и задач бизнеса, методология создания, сопровождения и развития ПО не должна быть неизменной; она должна иметь возможность изменяться и настраиваться на новые технологии, методы и инструментальные средства. Современные разработчики больших ИС приобретают одну или несколько методологий поставщика, а затем создают на их основе собственные методологии и технологии, адаптированные к конкретным условиям (см. подраздел 1.3).

В SE Companion исходным документом, описывающим методологию (как процессы ЖЦ, так и все сопутствующие методы и методики), является файл в формате MS Word. Это обеспечивает возможности для описания методологии с любой степенью детализации, проведения разметки для создания гипертекста и авторизации методологии в принятом стандартном формате.

Гипертекстовое описание методологии и технологии создания ПО строится из описания процессов жизненного цикла, методов и методик, и представляет собой единый гипертекстовый документ в формате MS Help. Итоговое гипертекстовое описание получается в результате трансляции исходного документа. Все изменения и дополнения методологии производятся посредством корректировки и, возможно, дополнительной разметки исходного документа.

Описание методологии создания системы обычно состоит из раздела описания процессов ЖЦ и разделов описания методов и методик. В свою очередь, раздел описаний процессов состоит из иерархии описаний стадий, этапов и операций жизненного цикла с обязательным описанием выходных компонентов каждого процесса. Компоненты ПО создаются с применением методик и методов, описываемых в соответствующих разделах.

Минимальная конфигурация аппаратно-программных средств, требуемых SE Companion Authoring Tool:

процессор: i486/33; оперативная память: 4 Mбайт для просмотра гипертекста, 12 Mбайт для авторизации; дисковая память: 20 Mбайт; операционные среды: Microsoft Windows 3.1, Microsoft Windows for Workgroups 3.11, Microsoft Windows NT 3.5, Microsoft Windows 95. CASE-средства. Общая характеристика и классификация

Современные CASE-средства охватывают обширную область поддержки многочисленных технологий проектирования ИС: от простых средств анализа и документирования до полномасштабных средств автоматизации, покрывающих весь жизненный цикл ПО.

Наиболее трудоемкими этапами разработки ИС являются этапы анализа и проектирования, в процессе которых CASE-средства обеспечивают качество принимаемых технических решений и подготовку проектной документации. При этом большую роль играют методы визуального представления информации. Это предполагает построение структурных или иных диаграмм в реальном масштабе времени, использование многообразной цветовой палитры, сквозную проверку синтаксических правил. Графические средства моделирования предметной области позволяют разработчикам в наглядном виде изучать существующую ИС, перестраивать ее в соответствии с поставленными целями и имеющимися ограничениями.

В разряд CASE-средств попадают как относительно дешевые системы для персональных компьютеров с весьма ограниченными возможностями, так и дорогостоящие системы для неоднородных вычислительных платформ и операционных сред. Так, современный рынок программных средств насчитывает около 300 различных CASE-средств, наиболее мощные из которых так или иначе используются практически всеми ведущими западными фирмами.

Обычно к CASE-средствам относят любое программное средство, автоматизирующее ту или иную совокупность процессов жизненного цикла ПО и обладающее следующими основными характерными особенностями:

мощные графические средства для описания и документирования ИС, обеспечивающие удобный интерфейс с разработчиком и развивающие его творческие возможности; интеграция отдельных компонент CASE-средств, обеспечивающая управляемость процессом разработки ИС; использование специальным образом организованного хранилища проектных метаданных (репозитория).

Интегрированное CASE-средство (или комплекс средств, поддерживающих полный ЖЦ ПО) содержит следующие компоненты;

репозиторий, являющийся основой CASE-средства. Он должен обеспечивать хранение версий проекта и его отдельных компонентов, синхронизацию поступления информации от различных разработчиков при групповой разработке, контроль метаданных на полноту и непротиворечивость; графические средства анализа и проектирования, обеспечивающие создание и редактирование иерархически связанных диаграмм (DFD, ERD и др.), образующих модели ИС; средства разработки приложений, включая языки 4GL и генераторы кодов; средства конфигурационного управления; средства документирования; средства тестирования; средства управления проектом; средства реинжиниринга.

Требования к функциям отдельных компонент в виде критериев оценки CASE-средств приведены в разделе 4.2.

Все современные CASE-средства могут быть классифицированы в основном по типам и категориям. Классификация по типам отражает функциональную ориентацию CASE-средств на те или иные процессы ЖЦ. Классификация по категориям определяет степень интегрированности по выполняемым функциям и включает отдельные локальные средства, решающие небольшие автономные задачи (tools), набор частично интегрированных средств, охватывающих большинство этапов жизненного цикла ИС (toolkit) и полностью интегрированные средства, поддерживающие весь ЖЦ ИС и связанные общим репозиторием. Помимо этого, CASE-средства можно классифицировать по следующим признакам:

применяемым методологиям и моделям систем и БД; степени интегрированности с СУБД; доступным платформам.

Классификация по типам в основном совпадает с компонентным составом CASE-средств и включает следующие основные типы:

средства анализа (Upper CASE), предназначенные для построения и анализа моделей предметной области (Design/IDEF (Meta Software), BPwin (Logic Works)); средства анализа и проектирования (Middle CASE), поддерживающие наиболее распространенные методологии проектирования и использующиеся для создания проектных спецификаций (Vantage Team Builder (Cayenne), Designer/2000 (ORACLE), Silverrun (CSA), PRO-IV (McDonnell Douglas), CASE.Аналитик (МакроПроджект)). Выходом таких средств являются спецификации компонентов и интерфейсов системы, архитектуры системы, алгоритмов и структур данных; средства проектирования баз данных, обеспечивающие моделирование данных и генерацию схем баз данных (как правило, на языке SQL) для наиболее распространенных СУБД. К ним относятся ERwin (Logic Works), S-Designor (SDP) и DataBase Designer (ORACLE). Средства проектирования баз данных имеются также в составе CASE-средств Vantage Team Builder, Designer/2000, Silverrun и PRO-IV; средства разработки приложений. К ним относятся средства 4GL (Uniface (Compuware), JAM (JYACC), PowerBuilder (Sybase), Developer/2000 (ORACLE), New Era (Informix), SQL Windows (Gupta), Delphi (Borland) и др.) и генераторы кодов, входящие в состав Vantage Team Builder, PRO-IV и частично - в Silverrun; средства реинжиниринга, обеспечивающие анализ программных кодов и схем баз данных и формирование на их основе различных моделей и проектных спецификаций. Средства анализа схем БД и формирования ERD входят в состав Vantage Team Builder, PRO-IV, Silverrun, Designer/2000, ERwin и S-Designor. В области анализа программных кодов наибольшее распространение получают объектно-ориентированные CASE-средства, обеспечивающие реинжиниринг программ на языке С++ (Rational Rose (Rational Software), Object Team (Cayenne)).

Вспомогательные типы включают:

средства планирования и управления проектом (SE Companion, Microsoft Project и др.); средства конфигурационного управления (PVCS (Intersolv)); средства тестирования (Quality Works (Segue Software)); средства документирования (SoDA (Rational Software)).

На сегодняшний день Российский рынок программного обеспечения располагает следующими наиболее развитыми CASE-средствами:

Vantage Team Builder (Westmount I-CASE); Designer/2000; Silverrun; ERwin+BPwin; S-Designor; CASE.Аналитик.

Описание перечисленных CASE-средств приведено в разделе 5. Кроме того, на рынке постоянно появляются как новые для отечественных пользователей системы (например, CASE /4/0, PRO-IV, System Architect, Visible Analyst Workbench, EasyCASE), так и новые версии и модификации перечисленных систем.

Литература Вендров А.М. Один из подходов к выбору средств проектирования баз данных и приложений. "СУБД", 1995, №3. Зиндер Е.З. Бизнес-реинжиниринг и технологии системного проектирования. Учебное пособие. М., Центр Информационных Технологий, 1996 Калянов Г.Н. CASE. Структурный системный анализ (автоматизация и применение). М., "Лори", 1996. Марка Д.А., МакГоуэн К. Методология структурного анализа и проектирования. М., "МетаТехнология", 1993. Международные стандарты, поддерживающие жизненный цикл программных средств. М., МП "Экономика", 1996 Создание информационной системы предприятия. "Computer Direct", 1996, N2 Шлеер С., Меллор С. Объектно-ориентированный анализ: моделирование мира в состояниях. Киев, "Диалектика", 1993. Barker R. CASE*Method. Entity-Relationship Modelling. Copyright Oracle Corporation UK Limited, Addison-Wesley Publishing Co., 1990. Barker R. CASE*Method. Function and Process Modelling. Copyright Oracle Corporation UK Limited, Addison-Wesley Publishing Co., 1990. Boehm B.W. A Spiral Model of Software Development and Enhancement. ACM SIGSOFT Software Engineering Notes, Aug. 1986 Chris Gane, Trish Sarson. Structured System Analysis. Prentice-Hall, 1979.