Лекции по "Информационным системам в экобиотехнологии"

Отже, до рівнів ЖЦ відносяться:

• програмне забезпечення - проектна діяльність з розробки і розгортання програмних систем;
• програмна система - включає розробку, розгортання, підтримку і супровід;
• інформаційні технології - вся діяльність ІТ-відділу;
• організація/бізнес - охоплює діяльність організації в цілому.

Стандарт ISO/IEC 12207 описує 17 процесів ЖЦ, розподілених за групами процесів:

Основні процеси життєвого  циклу - Primary Processes

• замовлення - Acqusition;
• поставка - Supply;
• розробка - Development;
• експлуатація - Operation;
• супровід - Maintenance

S Допоміжні процеси  життєвого циклу - Supporting Processes

• документування - Documentation;
• управління конфігурацією - Configuration Management;
• верифікація - Verification;
• атестація - Validation;
• сумісний аналіз - Joint Review;
• рішення проблем - Problem Resolution.

Організаційні процеси  життєвого циклу - Organizational Processes

• управління - Management;
• створення інфраструктури - Infrastructure;
• вдосконалення - Improvement;
• навчання - Training.

Найбільш часто використовують наступні моделі життєвого циклу:

Каскадна (або послідовна) модель. Передбачає строго послідовне в часі і однократне виконання всіх фаз проекту з детальним попереднім плануванням і визначеними вимогами.

Перехід від одного етапу до іншого відбувається лише при умові повного  завершення робіт на попередньому етапі. Кожен етап завершується випуском документації, достатньої для того, щоб обробка  могла бути продовжена іншою командою розробників.

Послідовна модель характеризується жорсткою структурою, що ускладнює  її застосування на практиці. Проте, більшість  ІТ-розробників використовують саме каскадну модель.

Еволюційна (ітераційна) модель. Дозволяє знизити ступень невизначеності із завершенням кожної ітерації циклу. Тестування продукту можна починати вже на ранніх стадіях життєвого циклу.

Спіральна модель. На відміну від каскадної, передбачає ітераційний процес розробки інформаційної системи. Кожна ітерація є завершеним циклом розробки кінцевого продукту. На кожному витку (ітерації) спіралі створюється фрагмент або версія програмного продукту, уточнюється кінцева ціль і характеристики проекту, визначається його якість, плануються роботи для наступного витка.

Використання спіральної моделі дозволяє здійснювати перехід на наступний етап виконання проекту, не дочекавшись повного завершення робіт на попередньому - недороблену роботу можна буде завершити на наступній ітерації. Головна мета кожної ітерації - якнайшвидше створити працездатний продукт, який можна показати замовнику.

Основна проблема спіральної моделі - визначення моменту переходу на наступний етап.

3. Особливості проектування інформаційних систем

Сучасні великі проекти ІС характеризуються, як правило наступними особливостями:

• складність опису (велика кількість функцій, процесів, елементів даних і складні взаємозв'язки між ними), що вимагає ретельного моделювання й аналізу даних і процесів
• наявність сукупності компонентів (підсистем), що знаходяться у тісній взаємодії, виконують певні локальні задачі і цілі функціонування (наприклад додатків, пов'язаних з обробкою трансакцій і рішенням регламентних задач, додатків аналітичної обробки (підтримки прийняття рішень));
• відсутність прямих аналогів, що обмежує можливість використання типових проектних рішень і прикладних систем;
• необхідність узгодження існуючих додатків з новими розробками;
• функціонування в неоднорідному середовищі на декількох апаратних платформах;
• різнорідність рівня кваліфікації і сформованих традицій використання певних наборів інструментальних засобів у групах розробників;
• істотна тривалість проекту - обумовлена, з одного боку, обмеженими можливостями колективу розробників; з іншого боку, масштабами організації-замовника і різним ступенем готовності окремих її підрозділів до впровадження ІС.

У 70-х і 80-х роках при розробці ІС досить широко застосовувалася структурна методологія, але вручну вкрай важко  розробити і графічно представити  строгі формальні специфікації системи, перевірити їх на повноту і несуперечливість, і тим більше змінити.

Традиційні підходи до побудови сучасних інформаційних систем базуються  на ідеї того, що на початку проекту  складно визначити весь обсяг  даних і які аналітичні задачі будуть розв'язуватись кінцевими  користувачами. Тому, наприклад, методологія Oracle DWM FT (Datawarehouse Method Fast Track - метод створення сховищ даних "високошвидкісна траса") виходить з припущення, що розробники впродовж цілого життєвого циклу інформаційної системи будуть визначати і аналізувати вимоги до сховища даних. Заснована на DSDM (Dynamic System Development Method - метод розробки динамічних систем) ця методологія реалізує підхід RAD (Rapid Application Development - швидка розробка аплікацій).

Згідно DSDM і Oracle DWM FT, цикл проектування проходить через створення  ряду прототипів до тих пір, поки не будуть задоволені вимоги кінцевих користувачів. Для того, щоби цей цикл не став нескінченним, розробка поділяється на 120-денні часові відрізки (timebox), за які можливо виконати чітко визначений сталий набір вимог (за аналогією із ящиком для іграшок toybox, в який неможливо помістити додаткові іграшки, якщо не витягнути деякі з тих, що там вже є).

 Методологія RAD охоплює всі  етапи життєвого циклу інформаційних  систем.

Основні принципи RAD полягають в наступному:

• використовується спіральна модель розробки;
• повне завершення робіт на кожному етапі життєвого циклу не є обов'язковим;
• застосування CASE-засобів і засобів швидкої розробки додатків;
• тестування і розвиток проекту здійснюється одночасно з розробкою.

Засоби RAD дають можливість реалізувати нову технологію створення інформаційних систем: об'єкти формуються як деякі діючі моделі (прототипи), функціонування яких узгоджується з користувачем, а потім розробник може переходити до остаточного формування додатків, не втрачаючи з виду загальної картини проектованої системи.

Серед основних засобів методології RAD слід назвати об'єктно-орієнтоване (візуальне) програмування. Перевага його в тому, що воно оперує стандартними інтерфейсними об'єктами. До першої групи таких об'єктів можна віднести списки, вікна, тексти, які можна легко зв'язати з базами даних і відобразити на екрані монітора. Друга група об'єктів є стандартними елементами керування - кнопки, перемикачі, прапорці, меню, за допомогою яких здійснюється керування даними.

Метод RAD добре зарекомендував себе при створенні невеликих аплікацій. Проте, сьогодні найперспективнішим є бізнес-орієнтований підхід, що базується на BSC (Balanced Scorecard - система збалансованих показників).

Підхід BSC із самого початку визначає бізнес-аспекти аналізованих даних, що дозволяє проектувати інформаційно-аналітичну систему зверху-вниз паралельно із впровадженням на підприємстві MBO (Management objectives - управління, засноване на досягненні меті).

Сучасні засоби візуальної розробки додатків можуть бути розділені на дві групи - універсальні і спеціальні. Серед універсальних систем програмування найбільш популярними є Java і C++. Серед спеціалізованих слід виділити Oracle та MySQL.

Ручне проектування може застосовуватись  для розробки відносно невеликих баз даних. Але, якщо база містить десятки і сотні різноманітних таблиць, то виникають складності з організацією даних, зокрема встановленням зв'язків між таблицями. Для полегшення цього завдання за останні десятиліття у сфері технічних засобів програмування сформувався новий напрям CASE-технології (Computer-Aided Software/System Engineering - система автоматизованої розробки програм).

4. CASE-технології та CASE-засоби  проектування

Під терміном CASE-засоби розуміють програмні засоби, що підтримують процеси створення і супроводу ІС, включаючи аналіз і формулювання вимог, проектування прикладного ПЗ (додатків) і баз даних, генерацію коду, тестування, документування, забезпечення якості, конфігураційне керування і керування проектом, а також інші процеси. CASE-засоби разом із системним ПЗ і технічними засобами утворюють повне середовище розробки ІС.

Появі CASE-технологій сприяли такі фактори, як:

• розробка і впровадження мов високого рівня,
• підготовка аналітиків і програмістів за концепцією модульного і структурного програмування;
• широке впровадження і постійний ріст продуктивності комп'ютерів, що дозволило автоматизувати більшість етапів проектування;
• впровадження мережевої технології, що надала можливість об'єднання зусиль окремих виконавців у єдиний процес проектування шляхом використання розподіленої бази даних, яка містить необхідну інформацію про проект.

CASE-технологія являє собою методологію проектування ІС, а також набір інструментальних засобів, що дозволяють у наочній формі моделювати предметну область, аналізувати цю модель на всіх етапах розробки і

Засіб XTG Data Modeller (XTGDM) є CASE-засобом для  структурного моделювання даних  та розробки баз даних.

Він здатний моделювати як прості структури даних, так і складні  інформаційні системи. Це представляється важливим, якщо досягнуто моменту, коли модель даних є настільки складною, що простих засобів - ручки і паперу є недостатньо.

Підтримуються наступні платформи  баз даних: InterBase/Firebird; MySQL; Centura SQLBase; Microsoft SQL Server; Microsoft Access; Oracle.

Дисципліна «Інформаційні системи  в екобіотехнології»

Модуль №1. Інформаційні системи  у сфері екобіотехнологій

Лекція 1.7. Оптимізація  процесу проектування екобіотехнологічних  виробництв із застосуванням системи  автоматизації проектування

План

1. Принципи розробки елементів  системи автоматизації проектування  САПР.

2. Типові технологічні та апаратурні  схеми в Microsoft Visio.

1. Принципи розробки  елементів системи автоматизації  проектування САПР

Серед інформаційних технологій системи автоматизації проектування (САПР) займають особливе місце. Програмні комплекти САПР відносяться до числа найбільш складних сучасних програмних систем, заснованих на операційних системах Unix, Windows-NT, мовах програмування С, C + +, Java та інших, сучасних CASE-технологіях, реляційних і об'єктно-орієнтованих системах управління базами даних (СУБД) і системах обміну даними в комп'ютерних середовищах. Математичне забезпечення САПР відрізняється безліччю і різноманітністю використовуваних методів обчислювальної математики, статистики, математичного програмування, дискретної математики, штучного інтелекту.

Використання САПР необхідно для  підвищення ефективності праці інженерів; скорочення трудомісткості проектування і планування; скорочення термінів проектування; скорочення собівартості проектування і виготовлення; підвищення якості і техніко-економічного рівня результатів проектування.

В даний час в світі існують  різні елементи біотехнологічних САПР, але з причини своєї конфіденційності вони залишаються недоступними для пересічного проектувальника. Загальнодоступним можна вважати лише інформаційне забезпечення, розміщене у всесвітній павутині, що містить відомості в області біотехнології (Medline, Science Citation Index) і спеціалізовані біотехнологічні бази даних (БД) (Derwent Biotechnology Abstracts, BioBusiness, Cell).

Створення елементів САПР на основі бази даних технологій біотехнологічних продуктів в Microsoft Access і каталогу типових технологічних та апаратурних схем в Microsoft Visio пояснюється легкодоступностью і поширеністю даних пакетів.

БД структурована у вигляді  класифікації продуктів біотехнології  за їх походженням (мікробні, рослинні та тваринні), біотехнологій виробництва  і продуцента (бактерії, гриби, дріжджі, клітини рослин і тварин). Каталог  типових схем складається з стандартних блоків для побудови технологічної (передферментаційні процеси, біосинтез, виділення, очищення та упаковка готового продукту) і апаратурної (обладнання, трубопроводи, арматура та ін) схем.

Вибір ферментаторів для біотехнологічних схем залежить від таких кількісних критеріїв і параметрів, які дають змогу досягти певних техніко-економічних показників процесу, але при цьому вони не завжди є оптимальними для досягнення максимальних результатів. Існуючі методи розрахунку і прогнозування змін технологічних параметрів ферментації досі залишаються недосконалими. Роботи з удосконалення обчислювальних алгоритмів з метою оптимізації періодичних процесів мікробного синтезу з нелінійної кінетикою росту мікроорганізмів ще ведуться.

Тому, один із шляхів вирішення даної проблеми полягає у створенні і реалізації алгоритму розрахунку глобального критерію оптимізації з метою вибору ферментатора для проведення періодичного процесу мікробного синтезу з використанням програмного продукту MathCAD. На основі розрахункового критерію оптимізації проводиться вибір ферментатора з оптимальними характеристиками з заданої сукупності можливих біореакторів, представлених у створених БД.

В якості глобального критерію оптимізації  був використаний адитивний техніко-економічний критерій:

  - що враховує витрати на  використаний субстрат та інші  компоненти живильного середовища;