Жизненный цикл информационных систем

Под жизненным циклом системы обычно понимается непрерывный процесс, который начинается с момента принятия решения о необходимости создания системы и заканчивается в момент ее полного изъятия из эксплуатации.

Современные сети разрабатываются на основе стандартов, что позволяет обеспечить, во-первых, их высокую эффективность и, во-вторых, возможность их взаимодействия между собой.

Вообще говоря, все стандарты на информационные системы (как и на любые системы вообще) можно разбить на следующие два основных класса:

• — Функциональные стандарты, определяющие порядок функционирования системы в интересах достижения цели, поставленной перед нею ее создателями.
• — Стандарты жизненного цикла, определяющие то, как создается, развертывается, применяется и ликвидируется система.

Модели, определяемые стандартами этих двух классов, конечно же взаимосвязаны, однако решают совершенно разные задачи и характеризуются принципиально различными подходами к их построению.

Поясним это на примере. Наиболее полной функциональной моделью системы является сама система, однако «биография» самой системы ни в коем случае не может рассматриваться в качестве модели ее жизненного цикла. Куда ближе к модели жизненного цикла информационной системы является описание жизни живого существа, начиная с момента зачатия.

Таким образом, жизненный цикл информационной системы охватывает все стадии и этапы ее создания, сопровождения и развития:

• ? предпроектный анализ (включая формирование функциональной и информационной моделей объекта, для которого предназначена информационная система);
• ? проектирование системы (включая разработку технического задания, эскизного и технического проектов);
• ? разработку системы (в том числе программирование и тестирование прикладных программ на основании проектных спецификаций подсистем, выделенных на стадии проектирования);
• ? интеграцию и сборку системы, проведение ее испытаний;
• ? эксплуатацию системы и ее сопровождение;
• ? развитие системы.

Продолжительность жизненного цикла современных информационных систем составляет около 10 лет, что значительно превышает сроки морального и физического старения технических и системных программных средств, используемых при построении системы. Поэтому в течение жизненного цикла системы проводится модернизация ее технико-программной базы. При этом прикладное программное обеспечение системы должно быть сохранено и перенесено на обновляемые аппаратно-программные платформы.

Эти проблемы привели к тому, что подавляющее большинство проектов информационных систем внедряется с нарушениями качества, сроков или сметы.

Почти треть проектов информационных систем прекращают свое существование, оставшись незавершенными. По данным, публикуемым Standish Group, в 1996 году 84% проектов информационных систем не были завершены в установленные сроки, в 1998 году сократилась до 74%, однако и в 2000;м общий объем «хронической незавершенки» не опустился ниже 50%.

Главной причиной такого положения является то, что уровень технологии анализа и проектирования систем, методов и средств управления проектами не соответствует сложности создаваемых систем, которая постоянно возрастает в связи с усложнением и быстрыми изменениями бизнеса.

Из мировой практики известно, что затраты на сопровождение прикладного программного обеспечения информационных систем составляют не менее 70% его совокупной стоимости на протяжении жизненного цикла. Поэтому крайне важно еще на проектной стадии предусмотреть необходимые методы и средства сопровождения прикладного программного обеспечения, включая методы конфигурационного управления.

В России создание и испытания автоматизированных систем, к которым относятся и информационные системы, регламентированы рядом ГОСТов, прежде всего серии 34. Однако отдельные положения этих ГОСТов уже устарели, а ряд этапов жизненного цикла информационных систем предоставлены недостаточно полно. Поэтому более целесообразно рассматривать в качестве определяющего документа международный стандарт ISO/IEC 12 207. Данный стандарт определяет структуру жизненного цикла, содержащую процессы, которые должны быть выполнены во время создания программного обеспечения информационной системы.

Эти процессы подразделяются на три группы: основные (приобретение, поставка, разработка, эксплуатация и сопровождение), вспомогательные (документирование, управление конфигурацией, обеспечение качества, верификация, аттестация, оценка, аудит и решение проблем) и организационные (управление проектами, создание инфраструктуры проекта, определение, оценка и улучшение самого жизненного цикла, обучение).

Каскадная и спиральная модели.

Однако стандарт ISO/IEC 12 207 не предлагает конкретной модели жизненного цикла и методов разработки, его рекомендации являются общими для любых моделей жизненного цикла. Под моделью обычно понимается структура, определяющая последовательность выполнения и взаимосвязи процессов, действий и задач на протяжении жизненного цикла. Из существующих в настоящее время моделей наиболее распространены две: каскадная и спиральная. Они принципиально различаются самим подходом к информационной системе и ее программному обеспечению. Суть различий в том, что в каскадной модели информационная система является однородной и ее программное обеспечение определяется как единое (с ней) целое. Данный подход характерен для более ранних информационных систем (каскадный метод применяется с 1970 года), а также для систем, для которых в самом начале разработки можно достаточно точно и полно сформулировать все требования. При выполнении этих условий каскадный метод позволяет достичь хороших результатов.

Суть каскадного метода (рис. 1) заключается в разбиении всей разработки на этапы, причем переход от предыдущего этапа к последующему осуществляется только после полного завершения работ предыдущего этапа. Соответственно на каждом этапе формируется законченный набор проектной документации, достаточной для того, чтобы разработка могла быть продолжена другой группой разработчиков. Другим положительным моментом каскадной модели является возможность планирования сроков завершения работ и затрат на их выполнение. Однако у каскадной модели есть один существенный недостаток — очень сложно уложить реальный процесс создания программного обеспечения в такую жесткую схему и поэтому постоянно возникает необходимость возврата к предыдущим этапам с целью уточнения и пересмотра ранее принятых решений. Результатом такого конфликта стало появление модели с промежуточным контролем (рис. 2), которую представляют или как самостоятельную модель, или как вариант каскадной модели. Эта модель характеризуется межэтапными корректировками, удлиняющими период разработки изделия, но повышающими надежность.

Однако и каскадная модель, и модель с промежуточным контролем обладают серьезным недостатком — запаздыванием с получением результатов. Данное обстоятельство объясняется тем, что согласование результатов возможно только после завершения каждого этапа работ. На время же проведения каждого этапа требования жестко задаются в виде технического задания. Так что существует опасность, что из-за неточного изложения требований или их изменения за длительное время создания программного обеспечения конечный продукт окажется невостребованным. Для преодоления этого недостатка и была создана спиральная модель, ориентированная на активную работу с пользователями и представляющая разрабатываемую информационную систему как постоянно корректируемую во время разработки. В спиральной модели (рис. 3) основной упор делается на этапы анализа и проектирования, на которых реализуемость технических решений проверяется путем создания прототипов. Спиральная модель позволяет начинать работу над следующим этапом, не дожидаясь завершения предыдущего. Спиральная модель имеет целью как можно раньше ознакомить пользователей с работоспособным продуктом, корректируя при необходимости требования к разрабатываемому продукту и каждый «виток» спирали означает создание фрагмента или версии. Основная проблема спирального цикла — определение момента перехода на следующий этап, и возможным ее решением является принудительное ограничение по времени для каждого из этапа жизненного цикла. Наиболее полно достоинства такой модели проявляются при обслуживании программных средств.

Сравнивая эти модели, можно сказать, что каскадная модель более универсальна, т. е. она применима к производству разных изделий, будь то отбойный молоток или графический редактор. Для разных изделий просто будут изменяться количество и название этапов модели. Спиральная же модель более ориентирована именно на информационные системы, особенно на программные продукты, поэтому при разработке информационных систем и их программного обеспечения она предпочтительнее каскадной.

Следующим шагом в вопросе поддержания жизненного цикла информационной системы, как, впрочем, и любого другого изделия, является его автоматизация. Однако автоматизация различных процессов, связанных с разработкой, производством и эксплуатацией как изделий промышленности, так и информационных систем наиболее эффективна в том случае, когда она охватывает все этапы жизненного цикла изделия. При этом необходимо преодоление следующих проблем: наличие множества различных систем, ориентированных на решение конкретных задач, относящихся к разным этапам жизненного цикла, приводит к трудностям обмена данными между смежными системами; участие в поддержке жизненного цикла изделия нескольких предприятий требует эффективного обмена информацией об изделии между партнерами; сложность изделия, наличие множества его модификаций, заимствование, стандартизация, унификация, требуют поддержки многоуровневых многовариантных сборочных моделей. Эти проблемы могут быть преодолены путем реализации концепции CALS.

CALS.

Аббревиатура CALS расшифровывается как Continuous Acquisition and Life cycle Support — непрерывная информационная поддержка жизненного цикла продукта. Встречается также другой перевод, менее схожий с исходным названием, но более близкий по смыслу: обеспечение неразрывной связи между производством и прочими этапами жизненного цикла изделия. Данная технология, разработанная в 80-х годах в Министерстве обороны США, распространилась по всему миру и охватила практически все сферы мировой экономики. Она предназначена для повышения эффективности и качества бизнес-процессов, выполняемых на протяжении всего жизненного цикла продукта, за счет применения безбумажных технологий. Началом создания системы CALS-технологий явилась разработка системы стандартов описания процессов на всех этапах жизненного цикла продукции.

В международных стандартах серии ISO 9004 (управление качеством продукции) введено понятие «жизненный цикл изделия». Данное понятие включает в себя следующие этапы жизненного цикла изделия: маркетинг, поиск и изучение рынка; проектирование и/или разработка технических требований к создаваемой продукции; материально-техническое снабжение; подготовка и разработка технологических процессов; производство; контроль, проведение испытаний и обследований; упаковка и хранение; реализация и/или распределение продукции; монтаж, эксплуатация; техническая помощь в обслуживании; утилизация после завершения использования продукции.

Для развития методологии CALS в США были созданы Управляющая промышленная группа по вопросам CALS (ISG) и ее исполнительный консультативный комитет. В настоящий момент в мире действует более 25 национальных организаций (комитетов или советов по развитию CALS), в том числе в США, Японии, Канаде, Великобритании, Германии, Швеции, Норвегии, Австралии и других странах, а также в НАТО.

Основные усилия этих и подобных организаций были направлены на создание разного уровня нормативной документации. За последние несколько лет разработаны следующие документы: ISO 10 303 (Industrial automation systems and integration — Product data representation and exchange), ISO 13 584 (Part Library), Def Stan 00−60 (Integrated Logistic Support), MIL-STD-2549 (Configuration Management. Data Interface), MIL-HDBK-61 (Configuration Management. Guidance), AECMA Specification 2000M (International Specification for Materiel Management Integrated Data Processing for Military Equipment), AECMA Specification 1000D (International Specification for Technical Data Publications, Utilising a Common Source Data Base) и т. д.

Стандарты CALS.

Стандарты, разработанные ISO для CALS-технологий, можно разбить на три группы: представление информации о продукте, представление текстовой и графической информации и общего назначения. К первой группе относятся: ISO/IEC 10 303 Standard for the Exchange of Product Model Data (STEP) и ISO 13 584 Industrial Automation — Parts Library.

Во вторую группу входят: ISO 8879 Information Processing — Text and Office System — Standard Generalized Markup Language (SGML); ISO/IEC 10 179 Document Style Semantics and Specification Language (DSSSL); ISO/IEC IS 10 744 Information Technology — Hypermedia/Time Based Document Structuring Language (HyTime); ISO/IEC 8632 Information Processing Systems — Computer Graphics — Metafile; ISO/IEC 10 918 Coding of Digital Continuous Tone Still Picture Images (JPEG); ISO 11 172 MPEG2 Motion Picture Experts Group (MPEG); Coding of Motion Pictures and associated Audio for Digital Storage Media и ISO/IECS 13 522 Information Technology — Coding of Multimedia and Hypermedia Information (MHEG).

Третья группа: ISO 11 179 Information Technology — Basic Data Element Attributes; ISO 3166 Information Processing — Country Name Representations; ISO 31 Information Processing Representation of Quantities and Units; ISO 4217 Information Processing — Currencies and Funds; ISO 639 Information Processing Coded Representation of Names of Languages и ISO 8601 Information Processing — Date/Time Representations.

Кроме международных стандартов, разработанных ISO, стандарты CALS широко представлены стандартами с индексами MIL и FIPS, которые лишний раз подчеркивают приоритетность разработки технологии CALS Соединенными Штатами и их военным ведомством изначально (самая многочисленная группа стандартов CALS имеет индекс MIL — стандартный индекс для документов, разработанных в МО США). Аббревиатура FIPS означает федеральный стандарт обработки информации (Federal Information Processing Standard).

Стандарты CALS военного ведомства США, имеющие индекс MIL, также можно разбить на три группы: общих принципов электронного обмена и управления данными; представления текстовой и графической информации; электронных технических руководств.

Стандарты FIPS не так многочисленны, как ISO и MIL, и делятся всего на две группы: описания процессов и безопасности информации.

Госстандарт РФ готовит набор ГОСТов, отражающих, в частности, требования CALS-ориентированных стандартов серии ISO 10 303 (Системы автоматизации производства и их интеграция; представление данных об изделии и обмен этими данными). Однако внедрение CALS-подхода в России имеет специфические сложности: часто для использования CALS-решений требуется предварительное проведение реинжиниринга бизнес-процессов; невысок уровень компьютеризации предприятий; отсутствует нормативная база; не хватает специалистов; нет рынка CALS-продуктов и услуг; нет денег на внедрение CALS технологий.

Понятно, что первоочередной задачей для развития CALS-технологий в России является создание соответствующей нормативной базы. Поэтому Госстандартом России и Минэкономики России было принято решение о совместном финансировании разработки ряда первоочередных стандартов, которые открывают путь к внедрению CALS-технологий в отечественной промышленности. В настоящее время уже утверждены первые стандарты в области CALS. Создан и уже действует Технический комитет № 431 при Госстандарте России, организованный на базе научно-исследовательского центра CALS, основная задача которого — разработка стандартов в области CALS.

К настоящему времени приняты следующие стандарты серии «Системы автоматизации производства и их интеграция»:

ГОСТ Р ИСО 10 303−1-99. Методы описания. Общий обзор и основополагающие принципы;

ГОСТ Р ИСО 10 303−21−99. Представление и обмен данными об изделии. Методы реализации. Текстовый обменный файл;

ГОСТ Р ИСО 10 303−41−99. Представление и обмен данными об изделии. Интегрированные родовые ресурсы. Принципы описания продукта.

Перспективность внедрения технологии CALS не вызывает сомнений. Другое дело, что на пути ее внедрения приходится преодолевать различные трудности. И если в странах «развитого капитализма» данные проблемы часто ограничиваются неверным восприятием обывателями самой технологии (живучим оказался стереотип о принадлежности CALS военному ведомству), то препятствия к продвижению этой перспективной технологии на российских просторах значительно более серьезны. Тем более обидно, что теоретические положения по описанию жизненного цикла изделий в отечественной науке разработаны достаточно давно.

Процесс внедрения технологий в России не стоит на месте. Так, 24 октября 2000 года Министерство промышленности, науки и технологий России и научно-исследовательский центр CALS-технологий «Прикладная логистика», при содействии и участии Госстандарта России и государственной компании «Росвооружение», провело II научно-техническую конференцию «CALS-технологии — ключ к обеспечению успеха предприятий на внутреннем и внешнем рынках». На конференции присутствовало более 300 участников, представлявших 125 предприятий и организаций из 35 регионов России.

Эксплуатация информационных систем.

Модели жизненного цикла информационных систем предназначены для использования прежде всего создателями, разработчиками таких систем. Поэтому нужно понять, в какой мере эти модели могут быть полезны для тех, кто реально занят эксплуатацией информационных систем.

Тут встает вопрос — а в качестве кого по отношению к информационной системе (например, корпоративной сети предприятия) выступают те, кто работает на предприятии и занят ее эксплуатацией — системные администраторы, менеджеры, пользователи и т. д. В развитой современной корпорации специалисты по информационным технологиям принимают самое непосредственное участие в формировании сетевого решения — выборе архитектуры, оптимизации топологии, настройке сетевого программного обеспечения и конечно же модернизации сети. Другими словами, сотрудники предприятия по отношению к сети выступают в качестве одних из ее создателей. Следовательно, модель жизненного цикла информационной системы, хотят они этого или нет, становится их рабочим инструментом.

Предпочтительной моделью жизненного цикла для корпоративной сети является спиральная модель. В данном конкретном случае она интерпретируется следующим образом: специалисты, занятые эксплуатацией сети, постоянно разрабатывают новую версию своей сети, проходя в такой работе на каждом витке спирали стандартные этапы и не дожидаясь, когда эффективность системы опустится ниже заданного порога или система не сможет удовлетворять постоянно растущим требованиям предприятия. Применение же при этом CALS-технологий оказывается особенно полезным для сетей средних и крупных корпораций как эффективного и автоматизированного средства реализации выбранной модели жизненного цикла.

Использование международных стандартов жизненного цикла в этой работе позволяет значительно сэкономить усилия, время и материальные ресурсы. И в этом главное достоинство использования таких моделей жизненного цикла, апробированных многократно и повсеместно.

Эффективность реализации CALS.

Основная задача, решаемая путем применения CALS-технологий, — экономия времени и средств при одновременном повышении качества. Так, в США применение CALS-технологий сопровождается следующими типовыми показателями.

• ? В процессах проектирования и инженерных расчетах: сокращение времени проектирования на 50%; снижение затрат на изучение выполнимости проектов на 15−40%.
• ? В процессах организации поставок: уменьшение количества ошибок при передаче данных на 98%; сокращение времени поиска и извлечения данных на 40%; сокращение времени планирования на 70%; сокращение стоимости информации на 15−60%.
• ? В производственных процессах: сокращение производственных затрат на 15−60%; повышение показателей качества на 80%;
• ? в процессах эксплуатационной поддержки изделий: сокращение времени на изменения технической документации на 30%; сокращение времени планирования поддержки на 70%; снижение стоимости технической документации на 10−50%.