信息系统体系结构的总体框架

信息系统体系结构的总体框架

彭雁虹， 李怀祖

摘要　 探讨了信息系统体系结构（Information System Architecture, ISA）的研究背景和开发实践情况，针对Architecture一词的词义、一般组成和实现Architecture必须考虑的因素，对ISA的概念进行界定，确定ISA的一般原理，并就ISA的总体框架进行研究.
关键词　 信息系统体系结构; 体系结构; 总体框架

Study on the Framework of
Information System Architecture

PENG Yanhong1 ， LI Huaizu2
(1. Management School of FuZhou University, Fuzhou 350002; 2. Management School of Xi'an Jiaotong University, Xi'an 710049)

Abstract 　 Based on the application of architecture in architectural engineering, the meaning of architecture, its components and the factors which must be considered in the realization of the architecture are analyzed in this paper. In combination with the application of architecture in computer area, the concept and general principle of ISA are proposed, and finally the framework of ISA is put forward.
Keywords 　 information system architecture; architecture; framework

1　1　信息系统体系结构(ISA)的研究背景
　　 在辅助企业经营管理领域，计算机的应用不算太成功. 总结信息系统研制和应用中的经验教训，认为它们达不到预期效果的主要原因是：信息系统的规划和设计缺乏企业战略规划的指导，信息技术应用、信息系统开发忽视了与组织结构、人员、知识结构等的关系，并且开发出的信息系统缺乏柔性，难以适应企业重组(BPR)的需要. 近年来，国外有学者提出了企业信息体系(Enterprises Information Architecture)的新概念^［2］ ，认为它能帮助企业建立响应全球化、分散化、政府规章、JIT以及多种计算平台和应用的系统. 也有人建议为企业建立信息技术总体结构的构想，有文献称之为信息系统体系结构(Information Systems Architecture),或直接称为信息技术体系结构(Information Technology Architecture)、信息技术构想(Information Technology Vision)^［3～5］ .
　　信息系统体系结构（简称ISA）是近年来出现的新的研究领域，没有众所公认的定义. 我国学者王众托认为，它“比一般的计算机体系结构、计算机网络体系结构、软件体系结构的意义更广泛而且更深远. 它是指对企业整个信息技术应用按照企业发展远景所制订的总体发展规划，分步实施方法和策略，带有思想、观念和哲理性”^［1］ .
　　虽然关于ISA的理论研究才刚刚起步，还很不成熟，但是，在国外的开发实践中，已或多或少地采用了建立信息系统体系结构的思想，并进行了一些有益的尝 试，如美国联邦通信委员会(FCC)采纳过包括处理器、网络、服务与标准四个方面的被称为SUMURU的体系结构，IBM公司在某些地区采用了包括应用、 数据、网络和支持系统的体系结构，它们主要是关于硬件、软件、网络等技术方面的规划，过于侧重技术方面^［1］ . 另外国外有些大型企业，如美国花旗银行、USAA保险公司等，由于其信息系统的规模大、复杂程度高，也在尝试为信息系统建立体系结构，来改善信息系统的总体性能，提高企业竞争力^［6］ . 这种尝试为人们提供了经验与教训，也促使人们对ISA领域进行更深入的研究.

2　关于Architecture在计算机领域中的使用
　　Architecture一词最早用于建筑行业，英文解释是：①art and science of building，②design or style of building(s). 它表达了两种含义：一、建筑物的结构、构造方式、建筑式样、建筑风格；二、建筑物本身，即具体的一座建筑物. 后来，Architecture一词应用到其它行业. 它通常指：任何事物的结构(the structure of anything)，结构指各个组成部分的搭配和排列.
　　在计算机领域中，Architecture得到了广泛的应用：
　　^． “计算机系统结构”（Computer Architecture）：指的是组成计算机硬件的电子元件，这些元件之间的联结方式，以及这些联结方式对于计算机用途所起的作用.
　　^． “网络体系结构”（Network Architecture）：指的是构成网络的计算机节点，节点间的联结方式，以及网络支持的数据交换方式.
　　^． “数据体系结构”（Data Architecture）：指的是企业信息处理中的重要的数据实体，数据实体间的关系，以及产生这些关系的可能性.
　　^． “软件体系结构”（Software Architecture）：指的是软件系统及软件成分的组织结构、约束和关系，是对系统的组成、系统结构及系统如何工作的较为宏观的描述.
　　从以上关于计算机领域Architecture的定义可以看出，Architecture一词在计算机领域中的基本含义是：Architecture由相互影响、相互关联的一组成分组成，由于组成成分的不同和连接关系的不同而构成不同的Architecture结果. Architecture具有以下特点：
　　1) 最终形式上的多样性：由Architecture组成成分的不同选择与组合、和它们之间不同的连接方式，可以产生Architecture最终形式上和风格上的多样性. 这些不同形式与风格的Architecture，其具体组成成分可能是一样的. 因此，用同样的组成成分根据不同的要求产生不同的结果，这可以认为是一种适应性，
　　2) 具有层次性和传递性：Architecture的构成成分可以随着设计与实施的深入而逐步细化，从概念设计的抽象成分到逻辑实现的逻辑成分，再到具体实施中的具体成分，具有层次上的可分解性. Architecture的框架、规则、原则、模型、标准和指南都可以从最抽象的概念层，传递到较为具体的逻辑层，再到最现实的物理实现层.
　　3) 强调创造力与应用科学的结合：Architecture强调人的创造力，一个成功的Architecture必须是创造力与应用科学的完美结合. 在同样的基本构成成分下，只有充分发挥人的创造力，才能创造出各种形式、各种风格、满足各种要求的Architecture.

3　ISA的定义和基本原理
　　在信息系统中使用体系结构一词，将不如计算机体系结构，网络体系结构和数据体系结构那么显而易见. 这是因为信息系统是基于计算机、通讯网络等现代化工具和手段，服务于信息处理的人机系统^［7］ ，不仅包括了计算机、网络和数据等，并且还包含了大量人的因素，因此对ISA的研究比计算机体系结构、网络体系结构、数据体系结构要复杂得多.
　　ISA指的是在全面考虑企业的战略、业务、组织、管理和技术的基础上，着重研究企业信息系统的组成成分及组成成分之间的关系，建立起多维度分层次的、集成的开放式体系结构，并为企业提供具有一定柔性的信息系统，及灵活有效的实现方法.
　　对于每个具体的企业，其管理方式、运作模式、组织形式、机构大小、工作习惯、经营策略都各不相同，反映在信息系统的建设上，为硬软件产品的选择、系统环境的构造、用户界面的形式、数据库的要求、及程序的编制都不一样. 并且随着社会的变革、企业的发展、技术的进步，不仅要求信息系统具有较强的适应性，即在环境变化的情况下，系统的变化能达到最小，而且要求信息系统具有对自身进行改进、扩充和完善的能力，同时不影响企业的正常运转，对企业不造成风险. 软件工程在软件开发方法学、软件工具与软件工程环境，以及软件工程管理方法学上都取得了很大进展，极大地提高了软件的生产率与可靠性，实现了软件产品的优质高产. 但是，对信息系统柔性化需求没有实质性的改变.
　　一个事物对环境的变化具有适应能力，意味着该事物能根据环境变化进行适当的改变，这种改变可能是局部的、表面的，也可能是全局的、本质性的. 事物改变自己的程度与环境的变化程度、及环境变化对事物产生的压力程度有关. 事物之所以具有适应能力，是因为该事物中存在着一些基本部分，无论外界环境怎样变化，这些基本部分始终不变，另外还存在一些可随环境变化而变化的部分. 对于不同的事物，不变的部分和变化的部分所占的比例是不同的.
　　因此本文作者认为Architecture包含两个基本部分：构成成分和构成成分之间的关系. 在外界环境方式变化时Architecture中构成成分和关系有些可能是不变的，有些则可能要产生很大的变化. 在信息系统中，析出相对稳定的构成成分与关系，并在相对稳定部分的支持下，对相对变化较多的部分进行重新组织，以满足变化的要求，就能够使得信息系统对环境的变化具有一定的适应能力，即具有一定的柔性. 这就是ISA的基本原理.

4　ISA的总体框架
　　信息系统体系结构应该是充满艺术和科学的体系结构. 从对Architecture的一般分析、计算机领域中Architecture的使用状况及企业对于信息系统的要求来看，单一的、片面的模型不足以描述ISA的全部，ISA模型应该是多维度，分层次、高度集成化的模型.
　　要在企业中建立一个有效集成的ISA，必须考虑企业中的四个方面：战略系统、业务系统、应用系统和信息基础设施. 信息系统体系结构的总体框架为(图1)：

图1　信息系统体系结构的总体框架

　　信息系统体系结构由四个部分组成，它们是：战略系统、业务系统、应用系统和信息基础设施. 这四个部分相互关联，并构成与管理金字塔相一致的层次. 战略系统处在第一层，其功能与战略管理层次的功能相似，一方面向业务系统提出重组的要求. 另一方面向应用系统提出集成的要求；业务系统和应用系统同在第二层，属于战术管理层，业务系统在业务处理流程的优化上对企业进行管理控制和业务控制，应用 系统则为这种控制提供计算机实现的手段，并提高企业的运行效率；信息基础设施处在第三层，是企业实现信息化的基础部分，相当于运行管理层，它在为应用系统 和战略系统提供数据上的支持的同时，也为企业的业务系统实现重组提供一个有效的、灵活响应的技术上和管理上的支持平台.

4.1　战略系统
　　战略系统是指企业中与战略制定、高层决策有关的管理活动和计算机辅助系统.
　　在ISA中战略系统由两个部分组成，一部分为以计算机为基础的高层决策支持系统，另一部分为企业的战略规划体系. 一个是计算机系统，一个为人工系统.
　　在ISA中设立战略系统有两重含义：一、它表示信息系统对企业高层管理者的决策支持能力；二、它表示企业战略规划对信息系统建设的影响和要求.
　　图2中将企业战略规划分成长期规划和短期规划两种，其中长期规划相对来说，比较稳定，如调整产品结构，在2000年其市场占有率达到20%；短期规划一般是根据长期规划的目的而制定，相对来说，容易根据环境、企业运作情况而改变，如决定新产品的类型.

图2　ISA中的战略系统

4.2　业务系统
　　业务系统是指企业中完成一定业务功能的各部分（物质、能量、信息和人）组成的系统. 企业中有许多业务系统，如：生产系统、销售系统、采购系统、人事系统、会计系统等. 每个业务系统由一些业务过程来完成该业务系统的功能，例如会计系统，包括应付帐款、应收帐款、开发票、审计等业务过程. 业务过程可以分解成一系列逻辑上相互依赖的业务活动，业务活动的完成有先后次序. 每个业务活动都有执行的角色，并处理相关数据.
　　企业业务过程重组是以业务流程为中心，打破企业的职能部门分工，对现有的业务过程进行改进或重新组织，以求在生产效率、成本、质量、交货期等方面取得明显改善，提高企业的市场竞争力. 据估计，企业业务过程重组可使企业的经济效率提高70～80%^［1］ .

图3　完成一个业务过程涉及到的方面

　　对业务过程所涉及到的各个方面进行分析，可以发现业务过程中相对稳定和相对易变的部分（图3）. BPR所进行的是业务活动的删减、业务活动执行次序的调整、和执行角色职责的改变，BPR很少涉及到业务活动所处理的数据.
　　业务系统作为一个组成成分在ISA中的作用是：对企业现有业务系统、业务过程和业务活动进行建模，并在企业战略的指导下，采用BPR的原理和方法进行 业务过程优化重组，并对重组后的业务领域、业务过程和业务活动进行建模，从而确定出相对稳定的数据，以此相对稳定的数据为基础，进行企业应用系统的开发和 信息基础设施的建设.
4.3　应用系统
　　应用系统即应用软件系统，指信息系统中的应用软件部分. 软件按其与计算机硬件和用户的关系，可以分为系统软件、支持性软件和应用软件. 它们具有层次性关系.
　　对于企业信息系统中的应用软件（应用系统），一般按完成的功能可分为：事务处理系统TPS、管理信息系统MIS、决策支持系统DSS、专家系统ES、 办公自动化系统OAS、计算机辅助设计/计算机辅助工艺设计/计算机辅助制造CAD/CAPP/CAM、制造资源计划系统MRPⅡ等. 对于其中的MIS、MRPⅡ又可按所处理的业务，再细分为子系统：生产控制子系统、销售管理子系统、采购管理子系统、库存管理子系统、运输管理子系统、财 务管理子系统、人事管理子系统、设备管理子系统等.
　　无论哪个层次上的应用系统，从Architecture的角度来看，都包含两个基本组成部分：一、内部功能实现部分；二、外部界面部分. 这两个基本部分由更为具体的组成成分及组成成分之间的关系构成. 界面部分是应用系统中相对变化较多的部分，主要由用户对界面形式要求的变化引起. 功能实现部分中，相对来说，处理的数据变化较小，而程序的算法和控制结构的变化较多，主要由用户对应用系统功能需求的变化和对界面形式要求的变化引起.

图4　应用系统的基本组成

4.4　信息基础设施
　　企业信息基础设施（Enterprises Information Infrastruture，EII）是指根据企业当前业务和可预见的发展趋势，及对信息采集、处理、存储和流通的要求，构筑由信息设备、通信网络、数据库、系统软件和支持性软件等组成的环境^［8］ . 本文认为企业信息基础设施由三部分组成：技术基础设施、信息资源设施和管理基础设施. 技术基础设施由计算机、网络、系统软件、支持性软件、数据交换协议等组成；信息资源设施由数据与信息本身、数据交换的形式与标准、信息处理方法等组成；管理基础设施指企业中信息系统部门的组织结构、信息资源设施管理人员的分工、企业信息基础设施的管理方法与规章制度等.

图5　企业信息基础设施的基本组成

　　技术基础设施由于技术的发展和企业系统需求的变化，在信息系统的设计、开发和维护中，面临的变化因素较多，并且由于实现技术的多样性，完成同一功能有多种实现方式. 信息资源设施在系统建设中的相对变化较小，无论企业完成何种功能，业务流程如何变化，都要对数据和信息进行处理，它们中的大部分不随业务改变而改变. 企业为了适应环境的变化和满足竞争的需要，尤其在我国向市场经济转轨的阶段，我国经济政策的出台或改变，将在很大程度上造成企业规章制度、管理方法、人员分工以及组织结构的改变，因此总的说来，管理基础设施相对变化较多.
　　上面只是对信息基础设施中的三个基本组成部分的相对稳定与相对变化程度的笼统说明，在技术基础设施、信息资源设施、管理基础设施中都有相对稳定的部分和相对易变的部分，不能一概而论.