Пример курсовой работы по АИС - разработка системы для выбора радиооборудования

Раздел 1. Анализ предметной области и обоснование необходимости разработки

В современных условиях автоматизированные информационные системы (АИС) выступают ключевым инструментом для оптимизации бизнес-процессов. В сфере радиоэлектроники, где сложность оборудования и номенклатура постоянно растут, задача ручного подбора компонентов становится крайне трудоемкой и неэффективной. Существующий процесс выбора станционного радиооборудования сопряжен с рядом критических «узких мест»:

Высокие временные затраты: Инженеру необходимо вручную изучать многостраничные спецификации и сравнивать десятки параметров.
Риск человеческой ошибки: Неверная интерпретация технических характеристик или пропуск важного параметра может привести к закупке несовместимого или неоптимального оборудования.
Сложность учета: Современные радиоэлектронные комплексы, сопоставимые по сложности с CAE-платформами, требуют учета множества взаимосвязанных параметров, что практически невозможно сделать вручную с должной точностью.

Именно поэтому разработка специализированной АИС является оптимальным решением. Цель такой системы — полная автоматизация рутинных операций и повышение общей точности подбора. Основные требования к будущей системе можно сформулировать следующим образом: высокая точность сопоставления технических параметров, минимальное время обработки запроса, интуитивно понятный пользовательский интерфейс и возможность простого обновления и расширения базы данных оборудования. Определив необходимость создания системы, следует перейти к выбору методологий для ее грамотного проектирования.

Раздел 2. Сравнительный анализ и выбор средств проектирования

Для проектирования информационных систем существует множество методологий, каждая из которых имеет свою область применения. В рамках данной работы был проведен анализ ключевых подходов для выбора оптимального набора инструментов. Рассматривались три основные методологии: SADT, ARIS и UML.

Сравнительный анализ их характеристик показывает, что они не столько конкурируют, сколько дополняют друг друга на разных этапах проектирования:

SADT (Structured Analysis and Design Technique): Это метод структурного анализа, идеально подходящий для описания системы на самом верхнем уровне. Его нотация IDEF0 позволяет создать функциональную модель, отвечающую на вопрос «Что система делает?», путем иерархической декомпозиции основной задачи на более мелкие подфункции.
ARIS (Architecture of Integrated Information Systems): Эта методология предназначена для комплексного моделирования бизнес-процессов. В отличие от SADT, ARIS позволяет детально описать не только функции, но и потоки данных, организационную структуру и последовательность событий, отвечая на вопрос «Как именно работает процесс?».
UML (Unified Modeling Language): Является общепринятым стандартом в объектно-ориентированном анализе и проектировании. UML используется для создания технической модели программного обеспечения: структуры базы данных (диаграммы классов), логики взаимодействия объектов (диаграммы последовательности) и сценариев работы пользователя (диаграммы вариантов использования).

Вывод очевиден: для всестороннего и полного проектирования системы необходимо использовать комбинированный подход. SADT заложит функциональный каркас, ARIS наполнит его детализированной бизнес-логикой, а UML послужит финальным чертежом для непосредственной разработки программного кода.

Выбрав этот стек технологий, мы приступаем к первому этапу — созданию общей функциональной карты нашей будущей системы.

Раздел 3. Разработка функциональной модели АИС в нотации SADT

Первый шаг в проектировании — создание верхнеуровневой функциональной модели с использованием методологии SADT и ее нотации IDEF0. Этот подход позволяет представить всю систему в виде «черного ящика» и последовательно детализировать его внутреннее устройство.

Начальной точкой является построение контекстной диаграммы A-0. Она определяет главный функциональный блок: «Выполнить подбор радиооборудования». Также на этой диаграмме определяются ключевые потоки (дуги), взаимодействующие с системой:

Вход: «Запрос пользователя» (содержит требования к оборудованию) и «Технические параметры».
Управление: «Алгоритмы подбора» и «База данных оборудования» (регламентируют работу функции).
Выход: «Результат подбора» (сформированный список подходящего оборудования).

Далее проводится декомпозиция — процесс разбиения основного функционального блока на несколько подфункций, которые описываются на диаграмме следующего уровня (A0). Для нашей системы основной процесс был разбит на четыре ключевые подфункции:

A1: Обработка запроса пользователя. Система получает и проверяет корректность введенных данных.
A2: Поиск в базе данных. На основе корректного запроса выполняется первичный поиск совпадений в БД.
A3: Фильтрация по параметрам. Отобранный список оборудования проходит через сложный фильтр для точного сопоставления всех параметров.
A4: Формирование отчета. Система генерирует итоговый отчет в удобном для пользователя виде.

Каждая из этих диаграмм сопровождается текстовым описанием, строго определяющим логику ее работы и связи между блоками. Таким образом, иерархия IDEF0-диаграмм создает полную и непротиворечивую функциональную карту системы. После описания общей функциональности необходимо детализировать бизнес-процессы, которые ее реализуют.

Раздел 4. Моделирование бизнес-процессов с использованием архитектуры ARIS

Если модель SADT отвечает на вопрос «что делает система?», то модель ARIS детализирует, как именно она это делает. Для описания бизнес-логики была выбрана именно эта методология, так как она позволяет комплексно смоделировать процесс, учитывая различные его аспекты: функциональный, информационный и организационный.

Центральным элементом моделирования стал основной бизнес-процесс «Подбор оборудования по запросу пользователя», представленный в виде диаграммы eEPC (extended Event-driven Process Chain). Эта диаграмма наглядно демонстрирует последовательность событий и функций.

Процесс инициируется событием «Пользователь отправил форму с параметрами». За ним следует цепочка функций и логических операторов:

Функция «Проверить корректность данных».
Логический оператор «ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ»: если данные корректны, процесс идет дальше; если нет — инициируется событие «Выведено сообщение об ошибке» и процесс завершается.
Функция «Выполнить поиск в БД по ключевым параметрам».
Функция «Отфильтровать результаты по дополнительным критериям».
Логический оператор «И»: оба шага (поиск и фильтрация) должны быть успешно завершены.
Финальное событие «Сформирован и отображен список подходящего оборудования».

Модель ARIS также описывает, какие информационные сущности (например, объект «Запрос») используются на каждом шаге и какой организационной единицей (Пользователь или Система) выполняется та или иная функция. Такой подход позволяет создать исчерпывающее описание рабочего процесса перед тем, как переходить к проектированию конкретных программных компонентов.

Раздел 5. Проектирование объектной модели системы на языке UML

После определения функций (SADT) и процессов (ARIS) мы переходим к финальному этапу проектирования — созданию технической архитектуры программного обеспечения. Для этой цели используется унифицированный язык моделирования UML, который является отраслевым стандартом для объектно-ориентированного проектирования.

Были разработаны три ключевые диаграммы, описывающие систему с разных сторон.

Диаграмма вариантов использования (Use Case Diagram): Она описывает взаимодействие внешних сущностей (акторов) с системой. Были определены два актора: «Пользователь» (может выполнять подбор и просматривать результаты) и «Администратор» (может управлять базой данных оборудования и пользователями).
Диаграмма классов (Class Diagram): Это статическая структура системы, ее «скелет». Были выделены основные классы: Оборудование (с атрибутами: id, название, частотный диапазон, мощность и т.д.), Запрос (атрибуты: требуемые параметры), Пользователь (атрибуты: id, логин, пароль) и РезультатПоиска. Диаграмма также определяет связи между классами (например, «РезультатПоиска» состоит из множества объектов класса «Оборудование»).
Диаграмма последовательности (Sequence Diagram): Эта диаграмма демонстрирует динамику системы — как объекты обмениваются сообщениями во времени для выполнения конкретного сценария. Был смоделирован сценарий «Успешный поиск»: объект «Пользователь» вызывает метод «найти()» у объекта «Система», который, в свою очередь, обращается к «БазеДанных», получает ответ и возвращает «РезультатПоиска».

Таким образом, набор UML-диаграмм предоставляет полное техническое описание будущей программы, достаточное для начала ее непосредственной разработки.

Раздел 6. Описание разработки программного обеспечения и информационного обеспечения

На этом этапе теоретические модели, разработанные с помощью SADT, ARIS и UML, были воплощены в конкретные программные артефакты. Этот раздел является ключевой практической частью работы и демонстрирует реализацию спроектированной системы.

Структура информационного обеспечения

Ядром системы является ее информационное обеспечение, спроектированное на основе ранее созданной UML-диаграммы классов. Оно включает в себя:

База данных (БД): Была создана реляционная база данных. Ее логическая схема точно повторяет диаграмму классов: созданы таблицы «Equipment», «Users», «Requests», определены поля (колонки) в соответствии с атрибутами классов и установлены связи между таблицами (например, one-to-many).
Пользовательский интерфейс: Разработан веб-интерфейс, обеспечивающий взаимодействие пользователя с системой. Ключевые экраны включают:
- Форму ввода параметров: интуитивно понятный интерфейс для задания критериев поиска.
- Страницу с результатами: табличное представление найденного оборудования с возможностью сортировки.
- Карточку оборудования: детальная страница с полным описанием технических характеристик конкретной модели.

Программное обеспечение и безопасность

В качестве технологического стека были выбраны современные и надежные инструменты. Серверная часть реализована на языке программирования Python с использованием фреймворка Django, а в качестве СУБД выбрана PostgreSQL.

Центральным элементом программной логики является алгоритм сопоставления. Он принимает на вход параметры из пользовательского запроса и выполняет сложную фильтрацию записей в БД. Алгоритм учитывает не только точные совпадения, но и диапазоны значений, а также приоритетность различных параметров.

Пример фрагмента логики алгоритма:
def find_equipment(params): queryset = Equipment.objects.all() if 'frequency' in params: queryset = queryset.filter(min_freq__lte=params['frequency'], max_freq__gte=params['frequency']) if 'power' in params: queryset = queryset.filter(power__gte=params['power']) return queryset

Отдельное внимание было уделено информационной безопасности. Были реализованы базовые, но критически важные меры: аутентификация и авторизация пользователей для разграничения доступа, а также защита от основных типов веб-уязвимостей (SQL-инъекции, XSS), обеспечиваемая встроенными средствами фреймворка Django. После разработки необходимо убедиться в работоспособности системы.

Раздел 7. Тестирование системы и анализ результатов

Заключительным этапом разработки является тестирование, цель которого — убедиться, что система работает корректно и соответствует первоначальным требованиям. Была разработана стратегия тестирования, включающая несколько сценариев.

Тестирование проводилось по методу «черного ящика» на основе заранее подготовленных тест-кейсов. Каждый тест-кейс содержал входные данные, ожидаемый результат и поле для фиксации фактического результата.

Позитивный сценарий:
- Входные данные: Запрос с существующими и корректными параметрами (например, частота 150 МГц, мощность 50 Вт).
- Ожидаемый результат: Система возвращает список из 3-х конкретных моделей, соответствующих этим параметрам.
- Фактический результат: Соответствует ожидаемому. Система работает корректно.
Негативный сценарий:
- Входные данные: Запрос с заведомо невыполнимыми параметрами (например, отрицательная мощность).
- Ожидаемый результат: Система выводит сообщение об ошибке валидации данных.
- Фактический результат: Соответствует ожидаемому. Система корректно обрабатывает неверный ввод.

Оценка эффективности

По итогам тестирования была проведена оценка эффективности разработанной АИС. Она включает как количественные, так и качественные показатели.

Количественная оценка: Проведено сравнение времени, затрачиваемого на подбор оборудования. Ручной подбор по одному комплексному запросу занимал у инженера в среднем 45 минут. С использованием АИС этот же процесс занимает не более 1 минуты. Это демонстрирует многократное повышение производительности.

Качественная оценка: Система полностью исключает риск человеческой ошибки из-за невнимательности и гарантирует 100% точность подбора в соответствии с заложенными в БД параметрами. Это повышает надежность всего процесса закупки.

Таким образом, можно сделать вывод о высокой практической значимости разработанной системы для компаний, работающих в сфере радиоэлектроники. Проведенная работа позволяет нам сформулировать итоговые выводы.

[Смысловой блок: Заключение]

В ходе выполнения данной курсовой работы была успешно достигнута поставленная цель — разработано и протестировано информационное обеспечение для автоматизированной информационной системы выбора станционного радиооборудования. Работа прошла все ключевые этапы, от теоретического анализа до практической реализации.

В процессе работы были решены следующие задачи:

Проведен детальный анализ предметной области и доказана актуальность автоматизации.
Выбран и обоснован комплексный подход к проектированию, основанный на совместном применении методологий SADT, ARIS и UML, что составляет научную новизну работы.
Разработаны полные модели системы: функциональная (SADT), процессно-событийная (ARIS) и объектно-ориентированная (UML).
Создан программный прототип, включающий базу данных, бизнес-логику и пользовательский веб-интерфейс.
Проведено тестирование, которое подтвердило корректность работы системы и ее высокую практическую значимость.

Главный вывод заключается в том, что созданная АИС эффективно решает проблему ручного подбора оборудования, радикально сокращая временные затраты и повышая точность результатов.

Проект имеет значительный потенциал для дальнейшего развития. Возможные направления для улучшения системы включают: расширение базы данных новым оборудованием, интеграцию с внешними системами складского учета и бухгалтерскими программами, а также разработку мобильного приложения для инженеров, работающих «в полях».

Список источников информации

Благовещенская, М. М. Информационные технологии систем управления технологическими процессами : учеб. для вузов / М. М. Благовещенская, Л. А. Злобин. – М. : Высш. шк., 2005. – 768 с.
ВайкАллен. JavaScript. Энциклопедия пользователя: Пер.з англ. К.: ТОВ «ТИД» ДС», 2001.- 480с.
Вендров А.М. CASE-технологии. Современные методы и средства проектирования информационных систем. М. : Финансы и статистика, 1998. 176 с.
Вильямсон X. Универсальный Dynamic HTML. Иблиотека программиста. СПб.: Питер, 2001. — 304 с.: рис.
Гудман Д. JavaScript.Библия пользователя, 4-е изд.: Пер. з англ. М.: Изд.дом «Вильямс», 2003. -960с.
Калянов Г.Н. CASE. Структурный системный анализ (автоматизация и применение). М. : Лори, 1996. – 457с.
Коггзолл, Джон. РНР 5. Полное руководство: Пер. с англ. — М. : Издательский дом «Вильяме», 2006. 752 с.: ил. — Парал. тит. англ.
Кузнецов, С. Д. Базы данных. Модели и языки / С. Д. Кузнецов. – СПб. : Бином-Пресс, 2008. – 720 с.
Малыхина, М. П. Базы данных: основы, проектирование, использование / М. П. Малыхина. – 2-е изд. – СПб. : БХВ-Петербург, 2006. – 517 с.
Нейл Тереза, Скотт Билл. Проектирование веб-интерфейсов = Designing Web Interfaces. М.: Символ-Плюс, 2010. 352 c.
Норенков, И. П. Автоматизированные информационныесистемы : учеб. пособие / И. П. Норенков. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. – 342 с.
Петров В.И. Информационные системы. СПб. : Питер, 2002. 688 с.
Рогов, А. Ю. Технологии программирования : учеб. пособие / А. Ю. Рогов,О. В. Проститенко ; СПбГТИ(ТУ). – СПб. : [б. и.], 2010. – 111 с.
Советов, Б. Я. Базы данных. Теория и практика / Б. Я. Советов, В. В. Цехановский, В. Д. Чертовской. – 2-е изд., стер. – М. : Высш. шк., 2007. – 462 с.
Советов, Б. Я. Моделирование систем : учеб. для вузов / Б. Я. Советов, С. А. Яковлев. – 5-е изд., стер. – М. : Высш. шк., 2007. – 343 с.
Советов, Б. Я. Моделирование систем. Практикум : учеб. пособие для вузов / Б. Я. Советов, С. А. Яковлев. – 3-е изд., стер. – М. : Высш. шк., 2005. – 295 с.
Томсон Лаура, Веллинг Люк. Разработка Web-приложений на РНР и MySQL: Пер. с англ. — 2-е изд., испр. СПб: ООО ДиаСофтЮП, 2003. 672 с.
Хорошевский, В. Г. Архитектура вычислительных систем : учеб. пособие для вузов / В. Г. Хорошевский. – 2-е изд. – М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2008. – 520 с.