计算机应用
Computer Applications
1999年 第19卷　第8期 Vol.19　No.8 1999



论信息系统的开发与建模
赵瑞雪
　　摘　要　文章分析了系统建模在信息系统开发中的作用和重要性，指出了几种常用模型的不足，提出了一种集成的系统建模观点，即功能建模、行为建模和结构建模，并从系统开发角度增加了系统性能模型，以期对信息系统开发的全过程进行全方位的抽象和支持。
　　关键词　信息系统，系统建模，集成
DISCUSSION ON INFORMATION SYSTEM
DEVELOPMENT AND MODELING
Zhao Ruixue
School of Management and Economics，Beijing 
Institute of Technology，Beijing 100081
　　Abstract　This article analyzes the role and importance of system modeling in the process of information system development ,it points out some deficiencies of traditional modeling methods, and puts forward an integrated system modeling method including function modeling、behavior modeling、structure modeling and performance modeling to support the entire system development.
　　Keywords　Information system, System modeling, Integration
1　信息系统建模技术
　　信息系统建模，一般是指为了系统开发的方便在系统实施前对实际系统的一种抽象，以帮助分析者、设计者及用户清楚地表述抽象概念，互相进行通讯交流。
　　系统建模在信息系统开发中发挥着十分重要的作用，它不仅有助于对问题的理解，更有利与同领域专家交流。通过建立信息系统的模型，我们可以在系统实施前获得该领域的知识，以便对系统的各种资源进行评估和分析，保证系统的质量，减少系统开发费用。
　　传统的系统开发方大都需要系统建模。如常用的结构化方法中以DFD图对系统中数据与结构进行抽象；面向对象方法以对象模型来描述系统的结构特性，并以此为出发点，分析和解释系统。目前的系统建模技术可以分为以下几种：
　　面向功能的模型：该模型主要用于描述系统的各种功能及它们之间的联系，其中主要描述与值的变化有关的系统属性――功能、映射、约束及功能依赖条件等，如数据流图。
　　面向数据的模型：该模型主要描述系统内部各种信息流的数据结构及其属性。如：E-R模型。
　　面向控制的模型（动态模型）：动态模型描述与时间和操作次序有关的系统属性。如状态转移图、Petri 网等。其中由于Petri 网在描述系统行为特性方面的优势，近几年逐步被引入到信息系统的开发领域。
　　面向对象的模型：对象模型描述的是系统的对象的结构，即对象的唯一标识、与其他对象的关系、对象的属性以及对象的操作等。对象模型表示了静态的、结构化的系统的"数据"性质。
　　当然，这些模型并不是绝对的分类，有些模型可能是一种混合模型。如：MERIS就强调处理过程和数据的并重。
　　随着信息系统复杂程度的提高，系统的建设规模越来越大，传统的系统建模方法在系统开发中暴露出的问题越来越多，从而影响和制约着信息系统的开发，主要体现为：
　　. 传统的系统模型都是从不同的侧面对问题领域进行的抽象和描述，因此它们都有其特定的应用领域。例如，应用结构化方法中的DFD图开发实时反应系统就不适用，因为实时反应系统的过程有严格的执行次序；E―R模型不能提供对问题领域中事件的描述；对象模型描述了问题领域现象之间的相互联系和作用，因此，它适合描述系统的静态特性而无法描述系统的动态特性。如果将一种开发模型应用到其不适用的领域不仅会使系统开发变得复杂，而且也影响系统的质量。
　　. 传统系统模型的思想基础是任何系统在建立之前被充分理解，因而比较适合那些一经完成便不需要很大变化的系统，这使系统开发的灵活性大大降低。
　　. 传统方法中的系统模型大多是支持系统建设中软件产品的开发，如：DFD图、E-R图等。随着信息技术发展，信息系统的概念、体系结构及建设方法等都发生了重大变化，网络结构设计、通信线路和设备选择以及信息资源的优化配置等越来越成为系统设计的难点和重点，系统建设风险大、投资高、技术性强，单纯支持应用软件开发的系统模型已经越来越不能适应现代信息系统的建设要求。一种集应用模型、技术模型和物理模型于一体的系统建模方法成为人们追求的目标。
2　信息系统集成模型的提出
　　信息系统建设的关键之一是系统的总体方案设计，很多系统失败就在于分析设计不全面而造成，而良好的系统分析设计来自于对系统各种知识的全面获取。这就要求反应系统的模型全面而准确。但是，对于一个复杂的大系统，很难要求某一个模型或方法能够完美地解决系统开发的全过程的问题，开发者们往往自觉或不自觉地走出一条综合集成的路子。因此，无论从方法论研究或者是实际应用来说，都需要建立一个集成的信息系统模型，以便把各类模型统一到一个体系里，为分析、比较、评价、综合和选用各种模型建立统一的语言，也为发展新的模型提供基础和依据。正如Davis［3］和Flaatten［4］指出：“因为许多问题是在给定的项目中寻求解决方案，因此，理想的开发方法或建模方法应该能够综合各种技术来开发系统的各个部分。”
2.1　一种集成的建模观点
　　任何一个应用系统的组成都包括多方面的因素，都可以从不同的角度(或侧面) 来进行抽象和描述，但是究竟哪些因素重要,哪些因素不重要，应该从什么角度去抽象，完全取决与用户需求和系统建设的目的。
　　为了能够全面反映问题领域不同侧面的特性，系统模型必需具备如下特性：
　　功能特性　功能模型通过对系统各个组成部分的功能说明和解释反映系统的特性（Keuneke 1991,DiManzo 等.1986)，它通过定义系统的目的以及解释如何实现这些目的来描述。功能模型是通过系统的功能及功能之间的联系来代表和反映系统的，建立系统的功能模型的一个最大优点是能够对系统的某个特定部分或细节进行详细分析，从而减少了模型分析的复杂性。功能模型一般只关心系统“做什么”（即对系统的逻辑描述），而不考虑怎么做以及何时做的问题（即系统的物理特性）。功能模型的描述工具主要有：SADT/IDEFO，EXPRESS，DFD，HIPO，GRAFCET，SAGACE等。
　　行为特性　模型的行为特性能够使建模者了解系统的功能是如何实现的。行为模型是通过识别系统各组成部分的行为来代表和反映系统的。通过对系统各个组成部分的行为描述，整个系统的运行可以通过各个组成部分之间的相互作用而产生。该模型的最大好处是可以用来对系统进行仿真。而其最大的缺点就是有些系统的整体行为不能从其组件的行为中进行综合和产生。行为模型的描述工具主要有：Petri网、状态图、状态转移图、决策树和决策表等。
　　结构特性　结构模型通过识别系统的各个组成部分以及它们之间的联系来反映系统的物理结构。其中系统的各个组成部件与特定的系统是相互独立的。通过对系统组成部件及其相互联系的描述，可以了解整个系统的概貌。这种模型的一个优点就是某个系统的某些元素（或部件）可以是另外一个系统中的组成元素（或部件）。结构模型的常用描述工具有：E-R图、语义网络、对象模型、结构树等。


图1
　　系统的功能、结构和行为特性是任何系统都有的，因此描述系统的模型工具和技术必须同时支持这三种模型的建立，才能比较全面地反映一个现实世界的系统。
　　系统的三种模型之间的既有联系，又有一定的独立性，因为它们分别代表了三种不同的建模视图，其关系图可以用如图1所示的E-R模型表示。
　　性能特性　信息系统模型的建立过程就是将用户的需求或目标按照特定的语法结构转换成规范的反映系统各种特性的模型的过程，因此模型的“优”与“劣”，其衡量标准就是看其是否全面、准确地反映了用户的信息需求和建设目标。综观一些信息系统的开发实践，其中一个很重要教训就是当花费了不少人力、物力、财力以及大量时间后建立起来的系统，却发现其运行效果远不及预先的期望和承诺，尽管选用的设备是一流的、应用软件的功能是全面的，系统的整体性能却极差。因此在系统的分析设计过程中，加入对系统的性能分析，不仅可以尽早发现错误，减少失误，而且可以提高系统的质量和档次。
　　为此，需要构造一个能够集成功能、行为、结构和性能特性的集成建模（如图2所示），有效的支持信息系统的开发。


图2　集成模型的组成
　　该集成模型包括四个组成部分，分别代表系统的结构、行为、功能和性能特性，同时也分别代表四种建模视图。其中系统的性能模型描述了整个系统具有的属性以及系统如何很好地完成这些属性指标，如灵活性、吞吐量等。这些属性并不是传统建模方法中的一部分，但它们和系统用户的需求和目标有非常密切的关系，属于系统的整体行为。
　　这种集成的观点对于人们进行分析设计是极为有利的。其优点不仅在于能够分别从系统的结构、行为和功能特性来描述和分析系统，更重要的是它将传统的性能模型与分析设计模型的集成。性能模型与系统的结构、行为和功能模型有非常紧密的联系，它们之间的结合主要是通过对用户的信息需求和系统目标的分析和分解，分别转化为系统模型中的各种参数值（如对象及其属性），这种分解的标准和尺度不同，将决定着所建系统的性能不同。系统的性能优劣与最终用户最密切相关，并将决定着系统的成功与否。
　　总之，模型技术的发展，人们已经开始意识到全面获取系统知识对于准确理解系统的必要性，并且正逐步尝试着运用各种集成技术，从各种不同的角度完成对系统的结构、功能和行为的综合建模。但是，正如我们前面所述，目前为止，还没有一种能够集成系统的结构、功能、行为和性能特性与一体的建模技术，因此本文的提出无论对于方法本身还是对于实际系统的开发都具有重要的参考价值。
3　结束语
　　信息系统建模是多年来困扰信息系统开发的焦点问题，尤其是近年来随着信息系统体系结构的变化，系统开发重心发生了很大转移，迫切需要新的建模技术有效的支持信息系统的开发实践，然而目前的研究进展还比较缓慢，尤其缺乏能够真正解决目前实际开发中存在问题的方法和模型。因此，信息系统开发方法和建模技术的研究仍将是今后研究的焦点问题，并且是一项十分艰巨的任务。
　　传统建模技术的主要不足就是描述视图的单一性以及在系统分析、设计和实施阶段存在模型的转换，导致信息的丢失，从而不能全面描述问题领域的各种现象。尽管信息系统的一些研究者和建设者试图采用将多种开发模型应用到系统的开发实践，如近年来新出现的OMT建模方法，可以支持三种观点的建模，即：功能建模、对象建模和动态建模，在一定程度上弥补了单向模型的不足，但是由于这三种建模技术描述的对象和使用的描述工具不同, 没有统一的标准和规范，使三种模型之间缺乏一致性和可比性，给系统的分析设计带来一定难度。
　　研究运用统一的概念和语言对系统的结构、行为、功能和性能特性进全面描述的集成模型，对于解决目前模型的不足有一定的意义和参考价值。这种集成模型不仅可以代表目前常用的几种建模观点，而且可以从不同的视图反映问题领域的现象，并将大大简化建模的工作环节，使系统分析设计人员可以完整地理解问题领域。
作者简介：王忠群　硕士，讲师。主要研究方向：数据库系统、MIS以及面向对象技术。
作者单位：赵瑞雪　北京理工大学管理与经济学院　北京（100081）
参考文献
　［1］　邹　生,刘永清.管理信息大系统开发过程模型及其形式体系.计算机科学方法 ,1996;23
　［2］　A.BOUTI, D.AIT KADI. Capturing manufacturing systems knowledge using multi-view modeling, COMPUTER INTEGRATED MANUFACTURING,1998;11
　［3］　H.Kilov and J.Ross Information ModelingAn objected Oriented Approach, Prentice―Hall，1994
　［4］　J.Mylopoulos. Conceptual modeling and telos In: P.Loucopoulos and R.Zicari editors conceptual Modeling, Database and Case, New York, John Wikey & Sons, 1992
　［5］　曾华.论信息系统集成的实施.计算机应用，1997；17(2) 
收稿日期:1999-02-08(修改稿)　
