Структурный подход к моделированию систем

1. Структурный подход к моделированию систем

Методология функционального моделирования
IDEF0

2. Сущность структурного подхода к моделированию систем

Система разбивается на функциональные подсистемы,
которые, в свою очередь, делятся на подфункции,
подфункции – на задачи и т.д. до конкретных процедур
Функция 1
Система
Функция 2
…
…
…
Подфункция 1
Задача 1
Подфункция 2
Задача 2
…
Задача n
…
…
Подфункция n
Функция n
…
…
…
…

3. Базовые принципы структурного подхода

принцип «Разделяй и властвуй»
принцип иерархического упорядочивания
принцип абстрагирования
принцип непротиворечивости
принцип структурирования данных

4. Методология структурного анализа и проектирования

70-е гг. ХХ века – методология SADT
Предложена Дугласом Россом (Douglas Ross)
Основная идея данной методологии – построение
древовидной иерархической модели предприятия.
В начале 1990-х на основе SADT принят стандарт
моделирования бизнес-процессов IDEF0, являющийся
одним из 14 стандартов линейки IDEF – Integration Definition
for Functional Modeling (в данном курсе будут рассмотрены
некоторые из них, в частности, IDEF0, IDEF1X, IDEF3)
Положения методологии зафиксированы в разработанном в
США стандарте IDEF0 (В России – РД IDEF0 – 2000)

5.

Семейство стандартов IDEF
Стандарты IDEF предназначены для разработки бизнес-моделей и
представляют собой набор спецификаций языка описания бизнеспроцессов.
IDEF-методика создавалась в США в рамках программы
компьютеризации промышленности ICAM – Integrated Computer Aided
Manufacturing. Название стандарта расшифровывается как Icam
DEFinition.

6.

Семейство стандартов IDEF
К семейству IDEF относятся следующие стандарты:
IDEF0 – методология функционального моделирования
IDEF1 – методология моделирования информационных потоков
IDEF1X – методология построения реляционных структур
IDEF2 – методология динамического моделирования развития
систем
IDEF3 – методология документирования процессов в системе
IDEF4 – методология построения объектно-ориентированных систем
IDEF5 – методология онтологического описания сложных систем

7. Методология IDEF0

В основе IDEF0-методологии лежат 4 основных понятия:
1) функциональный блок;
2) интерфейсная дуга (стрелка);
3) декомпозиция;
4) глоссарий.

8. Функциональный блок

Олицетворяет некоторую конкретную функцию или работу в рамках
рассматриваемой системы
РД IDEF0 – 2000: прямоугольник, содержащий имя и номер и используемый
для описания функции
Каждая сторона
функционального
блока имеет свое
вход
назначение
управление
выход
Управлять
предприятием
А0
Наименование
осуществляется
оборотом глагола
или
существительного
механизм
Каждый блок в
рамках единой
системы имеет
уникальный номер

9. Интерфейсная дуга

Интерфейсная дуга отображает элемент системы, который
обрабатывается функциональным блоком или оказывает
иное влияние на функцию, отображаемую
функциональным блоком.
Графически изображается в виде однонаправленной
стрелки.
Каждая дуга должна иметь свое уникальное название,
сформулированное оборотом существительного (должно
отвечать на вопросы кто?, что?). Примеры: информация,
разработчик, документ, обработанная заявка.
В зависимости от того, к какой стороне блока она подходит,
интерфейсная дуга будет являться входящей, выходящей,
управления, механизма.

10. Интерфейсная дуга

Ресурсы,
перерабатываемые
системой
управление
вход
Регулирует работу
системы, управляет
(нормативная
документация и т.п.)
выход
Функциональный
блок
А0
Ресурсы, необходимые для
проведения работы
(человеческие ресурсы,
оборудование, ИС).
механизм
Результат работы
системы,
переработанные
ресурсы, продукт
деятельности
Стрелки входа может не быть. Остальные интерфейсные дуги обязательны.

11. Контекстная функция

Функциональная модель имеет иерархическую структуру.
Контекстная функция – функция верхнего уровня модели.
Контекстная функция несет имя основного действия выполняемого системой.
Изображается на отдельной диаграмме, называемой контекстной.
Контекстная
функция

12. Контекстная диаграмма

На контекстной диаграмме указываются связи системы с внешним
миром.
Граничные
связи

13. Потоки на контекстной диаграмме

Потоки делятся на:
входные (то, что перерабатывается системой),
выходные (результат работы системы),
управления (регламентирующая и управляющая информации или правила)
механизма (ресурсы выполняющие работы).
Система преобразует входные потоки в выходные с учетом управления и с использованием
механизмов.

14. Диаграмма IDEF0 и ее элементы

Диаграмма IDEF0 формируется из двух типов элементов:
прямоугольники, обозначающие функциональные блоки
стрелки, обозначающие информационные и материальные потоки.
Стрелки
Функциональный
блок

15. Диаграмма IDEF0 и ее элементы

Связи
управления
Входящие
связи
Выходящие
связи
Связи
механизмов

16. Изображение функции

Изображается прямоугольником.
Обозначает действие выполняемое над «входом» и выдающее в результате
«выход».
Имя функции состоит из:
глагола, определяющего действие функции;
существительного определяющего объект или цель действия.
Действие
Объект
действия
Префикс
номера
Уникальный номер
функционального
блока

17. Расположение блоков на диаграмме

Блок А1 доминирует над блоком А2
Блок А2 доминирует над блоком А3

18. Декомпозиция

Принцип декомпозиции применяется при разбиении
сложных процессов на составляющие его функции. При
этом уровень детализации определяется непосредственно
разработчиком модели.
Модель IDEF0 всегда начинается с рассмотрения системы как
единого целого, т.е. одного функционального блока с
интерфейсными дугами, простирающимися за пределы
рассматриваемой области. Такая диаграмма называется
контекстной, она обозначается идентификатором А-0.
Для определения границ системы на контекстной диаграмме
обязательно должны быть цель и точка зрения.

19. Цель моделирования

Цель моделирования должна отвечать на
следующие вопросы:
Почему процесс должен быть замоделирован?
Что должна показывать модель?
Что может получить читатель?
Примеры целей: «Идентифицировать слабые
стороны процесса сбора данных», «Определить
ответственность сотрудников для написания
должностных инструкций» и т.п.

20. Точка зрения

Точка зрения – позиция, с которой будет строиться
модель. В качестве точки зрения берется взгляд
человека, который видит систему в нужном для
моделирования аспекте.
Как правило, выбирается точка зрения человека,
ответственного за выполнение моделируемой
работы.
Между целью и точкой зрения должно быть
жесткое соответствие.

21. Декомпозиция

Контекстная
диаграмма
А0
Цель:
Т.зрения:
А-0
Декомпозиция
контекстной
диаграммы
А1
А2
А3
А0
А11
А31
А12
А32
А13
А1
Декомпозиция блока А1
А33
А3
Декомпозиция блока А3

22. Декомпозиция

А0
А11
А1
А2
А12
А13
А0 ____________
А1____________
А11___________
А12___________
А13___________
А2____________
А3____________
А3
Дерево узлов
Индекс узлов

23. Нумерация работ и диаграмм

Номер
функционального
блока на
контекстной
диаграмме
Формат номера
блока:
1. Префикс
2. Номер
родительской
работы
3. Собственный
порядковый
номер
Номер контекстной
диаграммы
А0
Цель:
Т.зрения:
А-0
Диаграммы
декомпозиции
имеют номер
декомпозируемого
блока
А1
А2
А3
А0
А11
А31
А12
А32
А13
А1
А33
А3

24. Декомпозиция

Диаграммы декомпозиции содержат
вложенное поуровневое описание
функций модели.

25. Нумерация функций и диаграмм

Все функциональные блоки должны быть пронумерованы.
Номер состоит из префикса и одной или нескольких цифр.
Обычно используется префикс «А», но допустимо использовать префикс любой длины.
Контекстная функция всегда именуется А0.
Функция А0 декомпозируется в функции А1, А2, А3 и т.д.
Функция А2 декомпозируется в функции А21, А22, А23 и т.д. Каждый уровень декомпозиции
добавляет один разряд в номер функционального блока.

26. Основные правила построения диаграмм

1. На одной диаграмме рекомендуется рисовать от 3 до 6
блоков. Иначе диаграмма будет плохо читаемой.
2. Функциональные блоки должны располагаться слева
направо сверху вниз в порядке доминирования.
3. Следует избегать излишнего пересечения стрелок.

27. Основные правила построения диаграмм

4. Выход одного блока может являться входом (управлением)
для другого. Могут быть и обратные связи по входу и
управлению.
Связь по управлению
Связь по входу

28. Основные правила построения диаграмм

Обратная связь по входу,
как правило, используется
для описания циклов.
а) обратная связь по входу
б) обратная связь по управлению
в) обратная связь по механизму
Обратная связь по
управлению – выход
нижестоящей работы
передается на управление
вышестоящей
Обратная связь по
механизму – выход
нижестоящей работы
создает ресурсы,
выполняющие
вышестоящую работу

29. Основные правила построения диаграмм

5. Стрелки могут быть сливающимися и
разветвляющимися
Слияние стрелок
Разветвление стрелок

30. Граничные стрелки

Стрелки на контекстной диаграмме служат для описания
взаимодействия системы с окружающим миром. Они могут
начинаться у границы диаграммы и заканчиваться у
функционального блока и наоборот. Такие стрелки называются
граничными [8]. Граничные стрелки помечаются с помощью
ICOM-меток (Input, Control, Output, Mechanism)
ICOM-метки
C1
I1
O1
I2
O2
ICOM-метки
M1

31. Миграция связей

ICOM-код
При декомпозиции связи
автоматически продолжаются на
следующем уровене

32. Тоннельные стрелки

Иногда необходимо отобразить граничные стрелки, которые
значимы на данном уровне и не значимы на родительской
диаграмме. Например, некоторые данные используются
только на данном уровне и не используются на других. Без
использования механизма тоннелирования малозначимая
стрелка появится на всех уровнях модели, что затруднит
чтение диаграмм.

33. Роль стрелок

Показывают взаимодействие функций со внешним миром и между собой.
Могут обозначать вещи, места, людей, события и понятия.

34. Обозначение стрелок

Стрелки могут быть только однонаправленными.
Именуются существительными.
Подписи соединяются со стрелками с помощью специального элемента - тильды.
Тильда
Наименование
стрелки

35. Применение стрелок

В литературе часто встречается термин ICOM (Input/Control/Output/Mechanism), обозначающий
четыре основных типа стрелок:
вход;
управление;
выход;
механизм.
Механизм и управление не видоизменяются в процессе выполнения функции.
Если какой либо поток данных преобразуются функцией, то характер этих изменений должен быть
отражен в названии потоков на входе и выходе.

36. Входные стрелки

Вход (Input) – материальный или информационный поток который потребляется
или преобразовывается функцией чтобы произвести результат работы на выходе.
Входит в левую грань блока.
Присутствие не обязательно.
Если какой либо поток данных преобразуются функцией, то характер этих
изменений должен быть отражен в названии потоков на входе и выходе.

37. Управление

Управление (Control) – содержит неизменяемые объекты:
правила;
инструкции;
стандарты в соответствии с которыми выполняется функция.
Присутствие обязательно.
Изображается как входящая в верхнюю грань блока.

38. Выход

Выход (Output) – результат работы функции.
Присутствие выходов обязательно.
Изображается как выходящая из правой грани.

39. Механизм

Механизм (Mechanism) – неизменяемые ресурсы выполняющие работу
функции, например организационные единицы предприятия, отдельные
работники, машины и механизмы, вычислительные системы и
программные средства.
Присутствие обязательно.
Изображается как входящая в нижнюю грань.

40. Граничные связи

Граничные стрелки начинаются от границ диаграммы и заканчиваются у функции
или наоборот.
Связывают функции диаграммы с внешним миром.
Определяются на родительской диаграмме
Для идентификации граничных стрелок используются ICOM-коды.
ICOM-код

41. Внутренние связи

Внутренние связи не касаются границ диаграммы.
Разделяются на виды:
Выход-вход.
Выход-управление.
Выход-механизм.
Обратная связь по входу.
Обратная связь по управлению.

42. Выход-вход

Описывает последовательность обработки потока объектов.
Выход-вход

43. Выход-управление

Предшествующая функция управляет выполнением последующей функции.
Выход-управление

44. Выход-механизм

Одна функция выбирает или создает ресурс, который будет являться
исполнительным механизмом другой функции.
Выход-механизм

45. Обратная связь по входу

Выход функции направляется на вход предыдущей.
Используется для описания возможности повторной обработки потока объектов
или для описания циклических действий над потоком.
Обратная связь по
входу

46. Обратная связь по управлению

Выход функции направляется на управление одной из предыдущих функций.
Например, она может описывать обратную связь, регулирующую
производственные процессы, что может повлиять на качество выпускаемого
изделия.
Обратная
связь по
управлению

47. Слияние стрелок

§ Функция производит объекты, которые используется в нескольких других
функциях.
§ Объекты, полученные в результате работы нескольких функций,
объединяются в один общий поток.
Случай когда какой либо
однотипный результат
получается от двух различных
функций. Достаточно отметить
только общую часть стрелки.
Два различных выхода
сливаются в один общий.
Должны быть отмечены каждая
ветвь и общий участок связи.

48. Разветвление

Поток разветвляясь сохраняет
первоначальное содержание.
Подпись необходима только
для общей части стрелки.
Поток ответвляется от общего
потока, неся в себе часть
объектов (чертежи).
Подписываются общая стрелка
и ответвления.
Если ответвление не
подписано, то оно несет в себе
общий поток объектов.

49. Разветвление

Разделение общего потока
на несколько независимых
потоков.
Обозначается общая часть
стрелки и каждое
ответвление.
Ошибка - не именованы
общая часть стрелки и
какая либо из ветвей.

50. Применение туннелей

Применяются когда:
хотят чтобы стрелка используемая только
начиная с какого либо уровня не
присутствовала на всех промежуточных
уровнях декомпозиции. Это помогает
освободить промежуточные диаграммы от
неиспользуемых стрелок.
необходимо скрыть граничную стрелку на
диаграмме декомпозиции.

51. Глоссарий и FEO-страница

Для каждого из элементов в IDEF0 существует стандарт,
подразумевающий создание и поддержку набора
соответствующих определений, ключевых слов,
повествований, изложений и т.д, которые характеризуют
объект, отраженный данным элементом. Этот набор –
глоссарий, являющийся описанием сущности данного
элемента.
FEO-диаграмма (For Exposition Only) – это диаграмма, которая
поясняет особо интересные и тонкие аспекты диаграмм.
Эти диаграммы не ограничены синтаксисом IDEF0. В них
может быть текстовая, графическая информация, схемы,
альтернативная точка зрения на процесс и т.п.

52. Мастерская страница (каркас диаграммы)

Стандартный бланк для диаграмм (облегчает
подшивку и копирование)
Разделен на 3 основные части:
1) поле рабочей информации (для отслеживания
диаграммы в процессе моделирования)
2) поле сообщений (область рисования диаграммы)
3) поле идентификации (идентификация диаграммы и ее
позиционирование в иерархии)

53. Мастерская страница

USED AT:
AUTHOR: FIO
DATE: 27. 02.2009
WORKING
PROJECT: model1
REV:
DRAFT
27. 02.2009
READER
DATE CONTEXT:
TOP
RECOMMENDED
NOTES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
PUBLICATION
Статусы проекта:
Поле рабочей информации
Сведения оСведения о
1) Рабочая версия – диаграмма
с
родительской
читателяхна стадиии датеработе
Сведения о модели: большим числом измененийэкспертах
разработки
экспертизы
-автор;
2) Эскиз имеет меньше изменений и
свидетельствует о достижении
-название проекта;
некоторого согласия ряда читателей
Поле сообщений
-замечания;
3) Рекомендовано
– сопутствующие
тексты утверждены
-дата создания и пересмотра.
4) Публикация – материал может
печататься.
Номер
диаграммы
Название диаграммы
(совпадает с названием
родительской работы)
Поле идентификации
NODE:
TITLE:
A-0
Уникальный
номер версии
диаграммы
NUMBER:

54. Пример модели процесса постройки садового домика

1. Строим контекстную диаграмму.
Проект дома
Материалы
Построить дом
Дом
Строители
Цель: Определить действия, необходимые для постройки дачного домика
Точка зрения: владельца дачного участка

55. Пример модели процесса постройки садового домика

2. Декомпозируем контекстную диаграмму
Проект дома
Материалы
Заложить
фундамент
Фундамент
Стены
Возвести
стены
Крыша
Положить
крышу
Выполнить
отделку
Каменщики
Плотники
Строители
Кровельщики
Мастера по
отделке
Дом

56. Пример модели, построенной с использованием CASE-средства BPWin

USED AT: AUTHOR: Шилина М.А.
PROJECT: Постройка дома
DATE: 27.02.2009
REV: 27.02.2009
WORKING
DRAFT
RECOMMENDED
PUBLICATION
NOTES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
READER
DATE CONTEXT:
TOP
Проект дома
Материалы
Дом
Построить
дом
A0
Цель: определить действ ия, необходимые
для постройки дачного домика
Строители
Точка зрения: Владельца дачного у частка
NODE:
TITLE:
A-0
Построить дом
NUMBER:

57. Пример модели, построенной с использованием CASE-средства BPWin

USED AT: AUTHOR: Шилина М.А.
PROJECT: Постройка дома
DATE: 27.02.2009
REV: 10.03.2010
WORKING
DRAFT
RECOMMENDED
PUBLICATION
C1
Проект дома
NOTES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Материалы
I1
Заложить
фу ндамент
A1
READER
DATE CONTEXT:
A-0
Фу ндамент
Возв ести
стены
Стены
A2
Положить
крышу
Крыша
A3
Выполнить
отделочные
работы
A4
Каменщики
Кров ельщики
Плотники
M1
NODE:
TITLE:
A0
Мастера
по отделке
Строители
Построить дом
NUMBER:
Дом
O1

58. Дерево узлов

USED AT: AUTHOR: Шилина М.А.
PROJECT: Постройка дома
DATE: 27.02.2009
REV: 27.02.2009
NOTES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
WORKING
DRAFT
RECOMMENDED
PUBLICATION
READER
DATE CONTEXT:
TOP
A-0
Построить
дом
A0
Заложить
фу ндамент
Возв ести
стены
Положить
крышу
A1
A2
A3
NODE:
TITLE:
A0
Выполнить
отделочные
работы
A4
Построить дом
NUMBER:

59. FEO-страница

USED AT: AUTHOR: Шилина М.А.
PROJECT: Постройка дома
DATE: 27.02.2009
REV: 27.02.2009
NOTES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
WORKING
DRAFT
RECOMMENDED
PUBLICATION
READER
DATE CONTEXT:
A-0
Проект дома
Материалы
Фу ндамент
Заложить
фу ндамент
A0.1
Стены
Возв ести
стены
A0.2
Положить
крышу
A0.3
Крыша
Выполнить
отделочные
работы
A0.4
Каменщики
Плотники
Кров ельщики
Мастера
по отделке
Строители
NODE:
TITLE:
A0F
Построить дом
NUMBER:
Дом

60. Методика построения модели

1.
Определение предмета моделирования
2.
Определение цели и точки зрения
3.
Создание контекстной функции
Цель: Внедрение электронного
документооборота
Точка зрения: Команда по внедрению

61. 4. Определение основных граничных ICOM

Цель любой функции - получение какого-либо результата.
Следовательно нужно начать с определения выходов функций.
Далее в следующей последовательности:
определение входов;
определение управления;
определение механизмов.
3
2
1
4
Цель: Внедрение электронного
документооборота
Точка зрения: Команда по внедрению

62. 5. Декомпозиция

AUTHOR:
PROJECT:
USED AT:
DATE: 28.10.2002
REV:
NOTES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Конструкторская
документация
x
WORKING
DRAFT
RECOMMENDED
PUBLICATION
READER
Производственная
программа
Нормативные
документы
C1
C2
DATE
CONT EXT :
A-0
I1
Расцеховка
Технологические
процессы
I2
O1
A1
Состав
изделий
I3
Карточки
технологических
процессов
A2
O2
ТЗ на разработку
технологической
документации
Разрешения
технологические
I4
O3
A3
M1
Цех, ХМО, ОГТ, ЕОТД
NODE:
A0
TITLE:
Разрабатывать, согласовывать и утверждать технологическую документацию
NUMBER:
P. 2

63. 6. Построение основных функций диаграммы верхнего уровня

AUTHOR:
PROJECT:
USED AT:
DATE: 28.10.2002
REV:
NOTES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Конструкторская
документация
x
WORKING
DRAFT
RECOMMENDED
PUBLICATION
READER
Производственная
программа
Нормативные
документы
C1
C2
DATE
CONT EXT :
A-0
I1
Разрабатывать
технологическую
документацию
Расцеховка
I2
Технологические
процессы
O1
A1
Утверждать
технологическую
документацию
Состав
изделий
I3
Карточки
технологических
процессов
A2
O2
ТЗ на разработку
технологической
документации
Ставить на учет
технологическую
документацию
I4
Разрешения
технологические
O3
A3
M1
Цех, ХМО, ОГТ, ЕОТД
NODE:
A0
TITLE:
Разрабатывать, согласовывать и утверждать технологическую документацию
NUMBER:
P. 2

64. 7. Построение основных связей на диаграмме верхнего уровня

3
2
1
4

65. Определение Выходов

Нужно отразить все возможные варианты связанные с результатами работы функции.
Действие некоторых функций может заканчиваться неудачно.
Выходы должны отражать любое развитие событий.
Отрицательные результаты часто используются при создании стрелок обратной связи и
должны быть рассмотрены для каждой функции.
Полезно включить в модель сомнительные или неясные стрелки, обозначенные знаком
вопроса, чтобы потом обсудить их с экспертом.

66. Определение Входов

Входы - объекты из которых получаются объекты на выходе.
При работе с материальными объектами они преобразуются в выходное изделие или
уничтожаются в результате действия функции.
Информационный объект может остаться нетронутым.

67. Определение Управления

Управление принимает форму:
правил;
стандартов;
рекомендаций;
инструкций.
Управление - «неизменная» форма входа.
Если возникает затруднение с определением характера связи между входом и управлением,
то следует выбирать управление

68. Определение Механизмов

Механизм включает в себя:
людей;
машины и механизмы;
вычислительные системы.
любые материальные ресурсы силами или с помощью которых выполняются действия
функции.

69. 8. Декомпозиция блоков диаграммы верхнего уровня

AUTHOR:
PROJECT:
USED AT:
DATE: 28.10.2002
REV:
NOTES: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Конструкторская
документация
C1
x
WORKING
DRAFT
RECOMMENDED
PUBLICATION
READER
DATE
Производственная
программа
C2
CONT EXT :
Нормативные A0
документы
I1
Состав
изделий
I2
A11
O1
Разработанная
технологическая
документация
A12
I3
ТЗ на разработку
технологической
документации
A13
I4
Замечания по
технологической
документации
A14
A15
M1
Цех, ХМО
NODE:
A1
TITLE:
Разрабатывать технологическую документацию
NUMBER:
P. 3

70. Резюме