Применение case-технологии В процессе обучения

 

Ильдус Султанович Ризаев,

кандехн.наук, профессор кафедры автоматизированных систем обработки информации и управления,

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева (КНИТУ-КАИ),

г. Казань, 420111, ул. К.Маркса, 10

rizaev@asu.kstu-kai.ru

 (843)231-00-28, +7(917)851-41-10

 

Алла Леонидовна Осипова,

доцент кафедры автоматизированных систем обработки информации и управления,

Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева (КНИТУ-КАИ),

г. Казань, 420111, ул. К.Маркса, 10

isr4110@mail.ru

 (843)231-00-28, +7(917)851-41-10

 

 

Аннотация

 

Рассматривается методика структурного анализа и проектирования в процессе обучения при выполнении курсовых и дипломных проектов по направлению информационные системы на базе CASE-технологии.

 

Is examined the procedure of structural analysis and design in the process of instruction with the fulfillment of course and diploma projects in the direction information systems on the base of CASE- technology.

 

Ключевые слова

 

Обучение, case-технологии, методология SADT, диаграммы IDEF0, дипломное проектирование

Instruction, case- technology, methodology SADT, diagram IDEF0, the thesis planning

 

 

 

 

Введение

 

На кафедре автоматизированных систем обработки информации и управления при Казанском национальном исследовательском техническом университете (КНИТУ-КАИ) ведется подготовка студентов по двум направлениям 230100 «Информатика и вычислительная техника» и 230400 «Информационные системы и технологии». По завершению обучения выпускникам присваивается  степень «бакалавр». Обучение ведется по программам в соответствии с ГОС-3.

После окончания первой ступени высшего образования   выпускники могут продолжить обучение в магистратуре.

Объектами профессиональной деятельности бакалавров являются: информационные процессы, технологии, системы и сети, их инструментальное (программное, техническое, организационное) обеспечение, способы и методы проектирования, отладки, производства и эксплуатации информационных технологий и систем в самых различных областях.

 Выходными дисциплинами этих направлений являются проектные курсы, интегрирующие комплекс полученных знаний за весь период обучения. В рамках направления 230100 «Информатика и вычислительная техника» таким выходным курсом является дисциплина «Основы проектирования автоматизированных систем». По направлению 230400 «Информационные системы и технологии» выходным курсом является «Методы и средства проектирования информационных систем и технологий». Данный предмет строится на основе ранее полученных знаний в таких дисциплинах, как:

·         Теория информационных процессов и систем;

·         Информационные технологии;

·         Архитектура информационных систем;

·         Технология программирования;

·         Управление данными;

·         Инфокоммуникационные системы и сети и др.

Бакалавр по направлению 230400 «Информационные системы и технологии» должен обладать компетенциями и решать следующие профессиональные задачи:

 

С целью успешного выполнения и  систематизации проектных работ в процессе обучения в рамках курсовых и дипломных проектов студенты, как правило, используют методы CASE-технологии.

 

Особенности проектирования

информационных систем

 

Проектирование информационных систем в отличие от проектирования дискретных физических систем обладает определенными особенностями. Информационные системы в отличии от дискретных категориальных объектов представляет собой некоторое пространство, предназначенное для организации, хранения, и представления информации по запросам. В зависимости от предметной области и объектов проектирования существуют различные классы информационных систем с различными функциональными возможностями. Системы могут быть информационно-справочными, информационно-поисковыми, управляющими. Системы могут быть статичными, динамичными, централизованными, иерархическими, распределенными и т.д. В процессе проектирования информационных систем студентам приходиться применять комплекс полученных ранее знаний: программирование, базы данных, математические модели, графические,  средства мультимедиа и др. Познавательный процесс наиболее полно проявляется на этапах выполнения курсовых и дипломных проектов по информационным системам. Для облегчения и ускорения познавательной деятельности на кафедре для выполнения курсовых и дипломных проектов используется CASE-технология [1].

 

CASE-технологии

 

CASE-технология представляет собой совокупность методологий анализа, проектирования, разработки и сопровождения сложных систем программного обеспечения, поддержанную комплексом взаимоувязанных средств автоматизации. CASE – это инструментарий, автоматизирующий работу системных аналитиков, разработчиков и программистов.

При использовании CASE-технологий изменяются все этапы жизненного цикла программной системы, особенно этапы анализа и проектирования. Все CASE-системы используют графы, диаграммы, таблицы и схемы строго и наглядно представляющие описание проектируемой системы. Описание начинается с ее общего обзора и затем детализируется, приобретая иерархическую структуру со все большим числом уровней.

Существует множество инструментальных систем: BPwin, Modus, CGT, CASE   SERVERRUN и т.д.

Наибольшее распространение получили методологии SADT (Structured Analysis and Design Technique) в стандарте IDEF0 [1,2].

Пакет BPwin позволяет аналитику создавать сложные модели бизнес-процессов при минимальных усилиях. BPwin поддерживает три методологии - IDEF0, IDEF3 и DFD. Каждая из них призвана решать свои специфические задачи. IDEF0 –Function Modeling – методология функционального моделирования и графическая нотация, предназначенная для формализации и описания бизнес-процессов.

Методом структурного анализа и проектирования стремятся преодолеть сложность больших систем путем расчленения их на части («черные ящики») и иерархической организации этих черных ящиков. Модель в BPwin рассматривается как совокупность работ, каждая из которых оперирует с некоторым набором данных. Работы изображаются в виде прямоугольников (блоков), данные - в виде стрелок (дуг).

Основу методологии IDEF0 составляет графический язык описания бизнес-процессов. Модель в IDEF0 представлена совокупностью иерархически упорядоченных и логически связанных диаграмм. Каждая диаграмма располагается на отдельном листе. Можно выделить четыре типа диаграмм:

·          контекстную диаграмму А-0 (в каждой модели может быть только одна контекстная диаграмма);

·          диаграммы декомпозиции (в том числе диаграмма первого уровня декомпозиции А0, раскрывающая контекстную);

·          диаграммы дерева узлов;

·          диаграммы только для экспозиции (FEO).

Контекстная диаграмма является вершиной древовидной структуры диаграмм и представляет собой самое общее описание системы и ее взаимодействия с внешней средой (как правило, здесь описывается основное назначение моделируемого объекта). После описания системы в целом проводится разбиение ее на крупные фрагменты. Этот процесс называется функциональной декомпозицией, а диаграммы, которые описывают каждый фрагмент и взаимодействие фрагментов, называются диаграммами декомпозиции. После декомпозиции контекстной диаграммы (т.е., получения диаграммы А0) проводится декомпозиция каждого блока диаграммы А0 на более мелкие фрагменты и так далее, до достижения нужного уровня подробности описания.

После каждого сеанса декомпозиции проводятся сеансы экспертизы - эксперты предметной области (обычно это интервьюируемые аналитиками сотрудники предприятий) указывают на соответствие реальных бизнес-процессов созданным диаграммам. Найденные несоответствия исправляются, и только после прохождения экспертизы без замечаний можно приступать к следующему сеансу декомпозиции. Так достигается соответствие модели реальным бизнес-процессам на любом и каждом уровне модели. Синтаксис описания системы в целом и каждого ее фрагмента одинаков во всей модели. Диаграмма дерева узлов показывает иерархическую зависимость работ, но не взаимосвязи между работами. Диаграмм деревьев узлов может быть в модели сколько угодно, поскольку дерево может быть построено на произвольную глубину и не обязательно с корня.

Первый этап проектирования - это предпроектное обследование производственно-хозяйственной деятельности и описание существующей информационной технологии организации «как есть». В результате проведенного предпроектного анализа конкретизируются задачи, формулируются цели и обосновывается необходимость разработки информационной системы (ИС).

Методология функционального моделирования IDEF0 является технологией структурного анализа с графическим описанием систем как множества взаимосвязанных между собой функций.

IDEF0 –Function Modeling – методология функционального моделирования и графическая нотация, предназначенная для формализации и описания бизнес-процессов.

Модели состоят из графических диаграмм, текста и глоссария. Графическая диаграмма содержит блоки, стрелки и соединения блоков и стрелок. Блокам соответствуют функции (процессы, процедуры) описываемой системы. Блок снабжается именем и номером блока на диаграмме.

Стрелки соответствует каналу передачи финансов, энергии, материального объекта или информации от источника  к потребителю. Каждая стрелка должна быть поименована. Имеется четыре класса стрелок: входная, выходная, управляющая стрелки и стрелка механизма (рис.1).

 

Рис.1. Исходная модель объекта

 

Входы определяют расходуемые при выполнении функции ресурсы  или преобразуемую функцией входную оперативную  информацию.

Выходы определяют произведенные при выполнении функции результаты (данные, информацию).

Управление определяет предписывающую или ограничивающую информацию (инструкции, законы, руководства, методики и т.п.), сведения о том, при каких условиях, по каким правилам (как, где, когда) выполняется функция.

Механизмы определяют все то, с помощью чего выполняется функция, т. е. осуществляется преобразование входа в выход. К механизмам относят ресурсы, оборудование, персонал выполняющий функцию.

Функции и соответствующие им блоки могут быть разбиты на составные части и представлены в виде более подробных дочерних диаграмм. Процесс декомпозиции продолжается до тех пор, пока объект не будет описан на уровне детализации, необходимой для достижения цели описания (рис.2).

 

Каждая модель должна иметь контекстную диаграмму верхнего уровня (диаграмма A-0), на которой процесс моделирования представлен одним блоком. Стрелки на этой диаграмме отражают связь процесса с окружающей средой. Имя блока совпадает с именем моделируемого процесса.

На этой диаграмме также указывается цель и критерии оценки эффективности  протекания моделируемого процесса.

Каждой диаграмме соответствует поясняющий текст (комментарий, текстовая страница).

 

Рис.2. Декомпозиция функциональных блоков

 

SADT, как и другие методологии проектирования, целесообразно использовать на ранних этапах ЖЦ: для понимания системы до ее воплощения. Это позволит сократить проектные ошибки, сгладить переход от анализа к проектированию. Одно из достоинств диаграмм IDEF0 в том, что они легко отражают такие характеристики как управление, обратная связь и исполнители.

Опыт проведения курсового и дипломного проектирования показал, что студенты успешно усваивают и применяют эту методологию в своих работах.

Ниже приведен пример использования данной технологии при выполнении выпускной работы по созданию информационной системы ИП Серебрякова, магазин «Рыболов».

 

Пример применения CASE-технологии при выполнении выпускной работы

 

Основной деятельностью предприятия является продажа туристического и рыболовного снаряжения. Цель – повышения качества планирования закупок.

Магазин «Рыболов» имеет около 100 поставщиков по всей территории России и РТ. Доставка продукции осуществляется транспортом поставщика.

На территории офиса расположено складское помещение.

Заказ товара можно сделать как письменно, так и по телефону, в этом случае заказ примет оператор. На основании заявок формируются документы на доставку и оплату покупателями. Заявка покупателя должна содержать наименование (ассортимент) и количество товара. Покупатели оплачивают продукцию по безналичному расчёту. Оператор решает вопрос о разрешении отпуска продукции конкретному клиенту, исходя из данных, полученных из бухгалтерии о дебиторской задолженности клиента. Затем оформляют накладную. От оператора расходные накладные поступают начальнику отдела логистики. Начальник отдела логистики определяет маршруты, и формирует путевые листы на транспортные средства принадлежащие компании. Доставку товара осуществляет транспортный цех.

Исходными данными для закупки  являются  заявки от клиентов, складские остатки и отчёты от оператора о движении товара за предыдущий период. Инвентаризация на складе проводится 1 раз в месяц. Необходимо учесть складские остатки с учётом сроков годности продуктов и объёмов закупок. Директор, на основании заявок клиентов, определяет потребность в товаре. Затем, осуществляется выбор поставщика.

После заключения договора с поставщиком, осуществляется поставка товара на склад. Приёмка товара производится по фактическому количеству и качеству поставленного товара путём его осмотра и учёта.  По окончании сдачи - приёмки товара, покупатель подписывает товарно-транспортную накладную. Подписание накладной (приходной) означает принятие товара покупателем по количеству и качеству. На рисунке 3 представлена диаграмма IDEF А-0 «АИС закупок товаров для «ИП Серебряков»». Данная организация реализует закупленный товар. При поступлении товара поступают следующие документы: счет-фактура, приходная накладная.

 


 

Рис. 3. Диаграмма IDEF А-0 «АИС закупок товаров для «ИП Серебряков»»


На рисунке 4 диаграмма IDEF А0 «IDEF А0 АИС закупок товаров для «ИП Серебряков»», представлена внутренняя структура, которая состоит из 2-х основных блоков:  Планирование закупок товаров и Складской учет товаров. Первый блок - планирование закупок. На основании проданных товаров за прошедший период прогнозируется объем продаж по каждому товару, планируются объемы товаров на основании отчетов о нераспределенных остатках на складе и на основании информации о поставщиках выбирается поставщик. Второй блок – складской учет. Поставка товаров производиться на основании плана поставок товаров от поставщиков. Продажа  товаров производиться согласно заказов клиентов, и акту списания товаров с просроченным сроком хранения. На основании данных о товаре составляется акт списания товара (по результатам инвентаризации). А на основании информации о поставщике составляется акт возврата товаров с просроченным сроком хранения поставщику. Из первого блока во второй поступает запрос на предоставление отчёта по акту инвентаризации, после составления акта, со склада, он отправляется на предприятие.

На рисунке 5 диаграмма IDEF0 А1 «Планирование закупок». Планированием занимаются директор и главный бухгалтер. Все полученные за последние недели отчеты анализируются. Отчет о реализации товара за прошедшие периоды используется для прогнозирования объёмов реализации товара.  Отчёт о прогнозировании объёмов реализации товара и отчёт о складских остатках  используются при формировании объема закупок. После того, как сформирован объём закупки, осуществляется выбор поставщиков. На основании  коммерческих предложений от поставщиков формируются заявки на закупку товаров. Расчёты с поставщиками осуществляется по реквизитам поставщика через банк.

На рисунке 6 представлена диаграмма IDEF0 А2 «Складской учет». Приемом и отпуском товара занимается заведующий складом и главный бухгалтер. Вся информация о поступившем товаре и убывшем товаре записывается в журнал складского учёта. Товар, поступающий на склад, может быть как от поставщика, так и от покупателя. Так же если товар, поступивший нам от поставщика, оказывается некачественным, то он возвращается поставщику. На  весь товар, оформляются  документы в виде счет - фактуры и накладных.

 


 

 

Рис. 4. Диаграмма IDEF А0 «IDEF А0 АИС закупок товаров для «ИП Серебряков»»


 

Рис. 5. Диаграмма IDEF0 А1 «Планирование закупок»


 

 

Рис. 6. Диаграмма IDEF0 А2 «Складской учет»


На основании диаграмм IDEFO строится схема документооборота (рис.7).

                      Рис.7. Схема документооборота

 

 

В схеме отражаются источники, приёмники информации, отправители, получатели и документы которыми обмениваются источники и приёмники информации.             Схема документооборота представляет собой схему движения всех документов фирмы и должностных лиц, которые принимают участие в создании этих документов или использовании этих документов по назначению.

 

 

 

На основании созданной схемы документооборота разрабатывается дерево целей (рис. 8).

Целью проектирования автоматизированной информационной системы является повышение прибыли, за счёт повышения качества планирования закупок и продаж, снижения затрат на закупку.

Основной деятельностью ИП Серебряков является реализация атрибутов туризма и рыбалки. Целью этой деятельности является постоянное повышение прибыли от реализации продукции и повышение объема продаж. В связи с этим цель разбивается на логически взаимосвязанные обеспечивающие подцели.

В результате декомпозиции основной цели формулируется несколько подцелей. Они являются обеспечивающими, так как служат для обеспечения основной цели.

Полученное построение дополняется задачами, результатами решения задач, лицами, принимающими решения, формулировками самих решений, исполнителя или элементами управляющего процесса.

Рис. 8. Граф причинно-следственных связей (дерево целей)

 

Данная методология используется на кафедре АСОИУ при проектировании информационных систем (ИС) [4] в рамках выполнения курсового и дипломного проекта. Содержание и степень детализации проектных решений определяется требованиями технического задания проекта.

 

 

 

 

Литература

1.Калянов Г.Н. CASE-технологии. Консалтинг в автоматизации бизнес-процессов. .: Горячая линия-Телеком,2002, 320с.

2.Дэвид Марка, Клемент МакГоуэн. Методология структурного анализа и проектирования SADT. –М. Мета Технология, 2009, 239с.

3.Ross, D.: "Doug Ross Talks about Structured Analysis", IEEE Computer, July 1985, 230с.

4. Ризаев И.С., Сапаркин П.В., Рахал Ясер. Инструментальные средства хранения и обработки пространственных данных. // Международный электронный журнал "Образовательные технологии и общество (Educational Technology & Society)" – 2009. – V 12. – N1. – C. 426–435. – ISSN 1436-4522 URL: http://ifets.org/russion/periodical/ jornal.html