Системный анализ и моделирование информационных систем

Министерство науки и высшего образования 
Российской Федерации

Уральский федеральный университет 
имени первого Президента России Б. Н. Ельцина

И. А. Спицина
К. А. Аксенов

СИСтемный АнАлИз 
И моделИровАнИе ИнформАцИонных СИСтем

Учебное пособие

Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета
для студентов вуза, обучающихся
по направлению подготовки
09.04.01 — Информатика и вычислительная техника

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2021

УДК 303.732.4:681.518.001.57(075.8)
ББК 32.973.202я73
           С40
Рецензенты:
кафедра «Шахматное искусство и компьютерная математика» Уральского 
государственного экономического университета (завкафедрой канд. экон. 
наук, доц. Е. Н. Стариков);
канд. техн. наук, доц. С. С. Лаппо (генеральный директор АО «Ведение реестров компаний»).

Научный редактор — проф., д‑р техн. наук Л. Г. Доросинский

 
Спицина, И. А.
С40    Системный анализ и моделирование информационных систем : учебное пособие / И. А. Спицина, К. А. Аксенов ; М‑во науки и высшего образования РФ. — Екатеринбург : Изд‑во Урал. ун‑та, 2021. — 118 с.

ISBN 978‑5‑7996‑3196‑3

В издании рассмотрены этапы разработки информационных систем, начиная 
с планирования ИТ‑проекта. Основное внимание уделено методам системного 
анализа, применяемым в процессе анализа предметной области, проектирования и разработки информационных систем. Описана технология проектирования программного обеспечения с использованием пакета BPsim. Пособие содержит примеры, иллюстрирующие материал. Предназначено для студентов дневной 
и заочной форм обучения.

Библиогр.: 17 назв. Табл. 6. Рис. 84.
УДК 303.732.4:681.518.001.57(075.8)
ББК 32.973.202я73

ISBN 978‑5‑7996‑3196‑3 
© Уральский федеральный

 
     университет, 2021

оглавление

1. Особенности процесса разработки 
информационной системы ........................................................... 5
1.1. Основные понятия курса .................................................... 7
1.2. Этапы проведения системного анализа ............................13

2. Планирование разработки информационной системы ............20
2.1. Технические возможности .................................................20
2.2. Экономические возможности............................................21
2.3. Организационные возможности .......................................22

3. Анализ требований к информационной системе .....................26
3.1. Методы обследования предметной области ......................27
3.2. Методы определения узких мест в модели «как есть» ......30

4. Моделирование процессов .....................................................35
4.1. Метод функционального моделирования SADT (IDEF0) ...36
4.2. Методология IDEF3 ...........................................................38
4.3. Методология DFD ..............................................................43
4.4. Нотация BPMN ..................................................................46

5. Этап проектирования информационной системы ...................48
5.1. Дизайн архитектуры ...........................................................49
5.2. Эксплуатационные требования .........................................51
5.3. Требования к производительности ...................................52
5.4. Требования к безопасности ...............................................54
5.5. Культурные и политические требования ..........................55

6. Разработка пользовательского интерфейса ............................56
6.1. Базовые принципы разработки ПИ ..................................57
6.2. Использование CASE‑средства BPsim.SD  
при проектировании пользовательского интерфейса .............60

Оглавление

7. Описание системы технико-экономического 
проектирования BPsim3 .............................................................67
7.1. Назначение и логическая структура программы ..............67
7.2. Диаграммы и программы BPsim ........................................70
7.2.1. Диаграммы DFD ..............................................................70
7.2.2. Диаграммы прецедентов .................................................74
7.2.3. Подсистема диаграммы классов .....................................78
7.2.4. Диаграмма последовательности (поиска решения) .......88

8. Экспертное оценивание систем ............................................100
8.1. Общая методика проведения экспертного оценивания ...100
8.2. Метод мозгового штурма .................................................106
8.3. Метод Дельфи ...................................................................108
8.4. Метод сценариев ..............................................................110
8.5. Метод морфологического анализа ..................................111
8.6. Экспертные игры .............................................................112
8.7. Применение методов экспертных оценок  
при разработке ИТ‑проектов .................................................113

Библиографический список......................................................115

1. особенности процесса разработки 
информационной системы

С

оздание информационной системы (ИС) — долгосрочный 
сложный процесс, который сопровождается различными проблемами. Они связаны с возможными нарушениями сроков 
или бюджета проекта, с проблемами в команде разработчиков или качества готового программного продукта. Все это может привести к закрытию проекта или разработке информационной системы, которая 
не будет использоваться.
Увеличить вероятность успешного завершения проекта помогут 
фундаментальные концепции, технологии и методы, представленные 
в этом учебном пособии.
Ключевую роль в процессе разработки ИС играет системный аналитик. Для его работы необходимы следующие навыки [1]:
• технические — понимание существующей технической среды 
предприятия, основ новых технологий и способы их применения;
• деловые — понимание, как информационные технологии (ИТ) 
могут быть применены к текущей бизнес‑ситуации, гарантирование того, что их использование поможет решить проблемы бизнеса;
• аналитические — регулярно используются при решении проблем, 
возникающих в ИТ‑проекте, а также связанных с организационным уровнем;
• межличностные — постоянное общение со многими людьми: 
пользователями, менеджерами, программистами, которые имеют разный опыт в разных областях;
• управленческие — управление людьми, с которыми он работает, 
управление рисками и принятие управленческий решений в условиях неопределенности данных;

1. Особенности процесса разработки информационной системы

• этические — этические вопросы при общении с коллегами 
и вопросы, связанные с обладанием конфиденциальной информации.
Жизненный цикл ИС состоит из четырех этапов: планирования, 
анализа, проектирования и реализации. Рассмотрим работу аналитика на каждом этапе.
Этап планирования является самым фундаментальным этапом, 
на котором определяются причины и способы создания ИС. Аналитик должен оценить следующие аспекты:
• технические возможности — можно ли разработать ИС с необходимыми функциями;
• экономические возможности — приведет ли разработка ИС к увеличению дохода предприятия;
• организационные возможности — достаточно ли у предприятия 
ресурсов для использования новой системы.
По окончании данного этапа необходимо подготовить требования 
к системе и технико‑экономическое обоснование, план проекта.
На этапе анализа необходимо определить потенциальных пользователей ИС, ее основные функции, а также где и когда она бу‑
дет использоваться. На данном этапе необходимо провести анализ 
имеющихся ИС, определить показатели, которые следует улучшить, 
и разработать концепцию новой системы. На нем выполняются следующие действия:
• стратегический анализ. Изучение системы «как есть», ее проблем, 
определение путей по проектированию системы «как будет»;
• сбор требований (интервью, опросы, групповые семинары). Анализ полученной информации. Разработка концепции системы. 
Разработка бизнес‑моделей системы, которые показывают, как 
будет использоваться ИС в бизнес‑процессах предприятия;
• разработка требований к системе.
На этапе проектирования выполняются следующие действия:
• определяется стратегия проектирования — самостоятельная разработка, разработка сторонней компанией или покупка существующего программного обеспечения;
• проектирование архитектуры системы и пользовательского интерфейса (основных форм и отчетов);
• проектирование структуры базы данных и служебных файлов;
• проектирование ИС — определение модулей ИС и их функций.

1.1. Основные понятия курса

В результате работы готовят спецификацию системы.
На этапе реализации аналитик разрабатывает план поддержки ИС, 
который включает в себя формальные и неформальные обзоры достоинств и недостатков новой системы.
Краткий обзор этапов разработки показывает, что аналитик принимает активное участие на каждом из них.

1.1. основные понятия курса

Термины «анализ» и «синтез» широко используются в разных науках: математике, химии, философии. В общем случае они определяются следующим образом [2]:
• анализ — прием мышления, связанный с разложением изучаемого объекта на составные части, стороны, тенденции развития 
и способы функционирования для их относительно самостоятельного изучения;
• синтез — противоположная анализу операция, заключающаяся 
в объединении ранее выделенных частей в целое для получения 
знаний о целом путем выявления тех существенных связей и отношений, которые объединяют ранее выделенные в анализе части в одно целое.
При исследовании систем используют, помимо всего, агрегирование и декомпозицию.
Агрегирование — процедура объединения частей в целое.
Декомпозиция — процедура разложения целого на части.
Применение анализа при исследовании системы подразумевает процесс декомпозиции с последующим определением статических и динамических характеристик элементов, рассматриваемых во взаимосвязи с другими элементами систем и окружающей средой.
Цели анализа информационной системы следующие:
• детальное изучение системы для более эффективного использования и принятия решения по ее дальнейшему совершенствованию или замене;
• исследование альтернативных вариантов вновь создаваемой информационной системы в целях выбора наилучшего варианта.

1. Особенности процесса разработки информационной системы

К задачам анализа системы относятся:
• определение объекта анализа;
• структурирование системы;
• определение функциональных особенностей системы;
• исследование информационных характеристик системы;
• определение количественных и качественных показателей системы;
• оценка эффективности системы;
• обобщение и оформление результатов анализа.
Таким образом, при изучении системы можно выбрать одно из двух 
направлений анализа: определение состояния системы, чтобы выявить части, требующие улучшения, и стимулирование изменений или 
исследование альтернативных вариантов вновь создаваемой системы 
для выбора лучшего варианта.
Синтез информационной системы — это процесс создания новой системы путем определения ее рациональных или оптимальных 
свойств и соответствующих показателей [17].
Возможен синтез информационной системы с целью:
• создания новой ИС, которая будет использовать современные 
ИТ‑технологии;
• модернизации существующей ИС для устранения проблем, выявленных при работе, или добавления функций, связанных с появлением новых бизнес‑процессов и требований.
Можно выделить следующие основные задачи синтеза ИС:
• определение структуры и параметров ИС на основе требований 
и ограничений, сформулированных для нее и связанных с условиями функционирования ИС;
• определение способов разработки ИС.
Различают структурный и параметрический синтез и их комбинацию. Синтез представляет собой процесс разработки ИС, удовлетворяющую заданным требованиям.
В начале раздела описаны проблемы, связанные с разработкой ИС. 
Кроме того, тенденции развития современных информационных технологий приводят к росту сложности проектов по созданию ИС. Можно 
выделить следующие особенности крупных современных проектов [3]:
• сложность описания — необходимо реализовать большое количество функций, процессов, которые используют разнообразные 
данные и имеют сложные взаимосвязи друг с другом, для этого 

1.1. Основные понятия курса

требуется скрупулезное моделирование и анализ данных и процессов;
• сложность структуры — наличие большого числа взаимодействующих подсистем, имеющих свои локальные задачи и цели функционирования;
• особенности процессов, которые ограничивают возможность использования различных типовых проектных решений и прикладных систем;
• необходимость интеграции существующих и вновь разрабатываемых ИС;
• неоднородная среда функционирования ИС, использование 
нескольких аппаратных платформ;
• неоднородность отдельных групп разработчиков по уровню квалификации и использованию тех или иных средств разработки;
• существенная временная протяженность проекта, обусловленная, с одной стороны, ограниченными возможностями коллектива разработчиков, и, с другой стороны, масштабами организации‑заказчика и различной степенью готовности отдельных ее 
подразделений к внедрению ИС.
Уменьшить влияние этих особенностей на результаты проектирования можно за счет использования системного анализа и системного подхода.
Системный анализ представляет собой достаточно новую научную 
дисциплину, которая может применяться в любой предметной области. Далее он будет рассматриваться в контексте вопросов разработки информационных систем. При изложении основ анализа и синтеза 
ИС используется понятийно‑содержательный подход, заключающийся во внимании к основным понятиям, идеям, концепциям, которые 
основаны на методологических принципах. Разъяснение материала 
на конкретных примерах позволяет лучше понять суть принципов.
Рассмотрим основные понятия системного анализа [4].
Системный анализ — научная дисциплина, занимающаяся проблемой принятия решения в условиях анализа большого количества 
информации. Из определения следует, что целью системного анализа проблемы является повышение степени обоснованности прини‑
маемого решения, расширение множества вариантов, среди которых 
производится выбор с одновременным указанием способов отбрасывания, заведомо уступающих другим вариантам.

1. Особенности процесса разработки информационной системы

Системный анализ в широком смысле — это методология (совокупность методических приемов) постановки и решения задач построения и исследования систем, тесно связанная с математическим моделированием. В более узком смысле системный анализ — методология 
формализации сложных (трудноформализуемых, плохо структурированных) задач.
Системный подход — исследования, проводимые комплексно, 
с разных сторон изучения предмета или явления. Системный подход предполагает, что все частные задачи, решаемые на уровне подсистем, должны быть увязаны между собой и решаться с позиции целого (принцип системности).
Принципами системного подхода называются положения общего 
характера, являющиеся обобщением работы человека со сложными 
системами (ядро методологии). Известно около двадцати таких принципов, ниже приведем основные [4]:
• принцип конечной цели — абсолютный приоритет конечной 
цели над частными. При анализе системы это поможет выявить 
ее основные свойства, показатели качества и критерии оценки. 
При синтезе системы необходимо каждый раз оценивать достижимость конечной цели;
• принцип единства — совместное рассмотрение системы как целого и как совокупности элементов. При разделении системы 
на части всегда необходимо сохранять представление о ней, как 
о едином целом;
• принцип связности — рассмотрение любой части системы совместно с ее окружением;
• принцип модульного построения — необходимо выделить в системе отдельные модули и рассматривать ее как совокупность модулей. Таким образом можно изучать входные и выходные воздействия системы;
• принцип иерархии — полезно выделить иерархию элементов;
• принцип функциональности — совместное рассмотрение структуры и функций с приоритетом функций над структурой;
• принцип развития — учет изменяемости системы, ее способности к развитию, расширению, замене частей и накоплению информации;
• принцип децентрализации — сочетание в принимаемых решениях централизации и децентрализации;