2015_Alontseva_Anokhin_Saakyan_Structural_analysis

стая и наиболее общая модель жизненного цикла состоит из пяти этапов: 1) анализ; 2) проектирование; 3) реализация; 4) внедрение; 5) сопровождение. Другую номенклатуру этапов жизненного цикла определяет, например, ГОСТ 34.601-902, устанавливающий восемь стадий создания автоматизированной системы (АС): 1) формирование требований к АС; 2) разработка концепции АС; 3) техническое задание; 4) эскизный проект; 5) технический проект; 6) рабочая документация; 7) ввод в действие; 8) сопровождение АС.

1.4. Обзор методов структурного моделирования

CASE-технология включает в себя четыре составляющие: методологию, метод, нотацию и средство. Методология определяет системные основы исследования или проектирования, такие как критерии для оценки и выбора проекта системы, этапы работы и их последовательность, а также правила распределения и назначения методов. Метод – это систематическая процедура, применяемая для генерации описания системы с использованием соответствующих нотаций. Нотация – это система условных знаков и правил их использования для описания различных категорий моделируемой системы, таких как объектов, процессов, взаимосвязей и т.п. CASEтехнологии обычно основаны на графических нотациях, которые чаще всего представляют собой графы, сети и деревья. Средства – это инструментарий, упорядочивающий и поддерживающий работу аналитиков с выбранными методами и нотациями. Например, средством может быть программа, сочетающая в себе специализированный графический редактор для «рисования» сетей и базу данных для сохранения информации о категориях предметной области.

Все методы структурного анализа базируются на ряде общих принципов, базовыми из которых являются принцип декомпозиции и принцип иерархического упорядочивания. Первый является прин-

ципом решения трудных проблем путем разбиения их на множество меньших независимых задач, легких для понимания и решения. Второй принцип дополняет первый и состоит в том, что понимание

2 ГОСТ 34.601-90. Комплекс стандартов на автоматизированные системы. Автоматизированные системы. Стадии создания

10

проблемы резко облегчается при организации ее частей в древовидные иерархические структуры, т.е. система может быть понята и построена по уровням, каждый из которых добавляет новые детали. Оба принципа могут быть объединены в принцип иерархической декомпозиции.

В зависимости от цели анализа и проектирования все задачи структурного моделирования можно разделить на три группы:

функциональное моделирование – описание функций, которые система должна выполнять;

информационное моделирование – представление объектов предметной области, их свойств и отношений между ними;

моделирование поведения – представление поведения системы во времени.

Для каждой из этих задач в ходе эволюции CASE-технологии сформировались три типа структурных диаграмм, позволяющих описывать бизнес-процессы (табл. 1):

диаграммы, изображающие функции и связи между этими функциями (наиболее популярными в этом классе являются диаграммы потоков данных / работ (Data / Work Flow Diagrams, DFD / WFD) и

методика структурного анализа и проектирования (Structured Analysis and Design Technique, SADT));

		Таблица 1
Основные методы структурного моделирования
Задача	Метод	Пример нотации
Функциональное	SADT	IDEF0
моделирование	DFD	Гейна-Сарсона (Gane / Sarson), Йор-
		дона-Де Марко (Yourdon / DeMarco)
	WFD	IDEF3 (PFDD)
	ARIS	eEPC
	BPML	BPMN
Информационное	ERD	Чена (P. Chen), Баркера (R. Barker),
моделирование		Мартина (J. Martin), IDEF1X, Бахма-
		на (C. Bachman)
Моделирование пове-	STD	CPN, IDEF3 (OSTN)
дения (имитационное
моделирование)

11

диаграммы, моделирующие данные и их взаимосвязи (EntityRelationship Diagrams, ERD);

диаграммы, моделирующих поведение системы (State Transition / State Chart Diagrams, STD).

Формализованное описание, сделанное с помощью перечисленных методов, дает возможность выполнить анализ бизнес-процес- сов, например, с целью их последующей оптимизации. В качестве основных методов проведения такого анализа на практике используются

метод статического анализа потоков данных, состоящий в построении множества маршрутов потоках данных бизнес-процесса с последующим поиском и обнаружением возможных ошибок;

метод функционально-стоимостного анализа, называемый также ABC-анализом (Activity Based Costing); анализ начинается с оценки для каждой функции системы ее стоимости и ресурсоемкости с последующим вариативным расчетом общей стоимости бизнес-про- цесса;

метод динамического функционального анализа на основе сетей Петри различного вида и средств имитационного моделирования, позволяющих получить различные количественные характеристики поведения системы.

Пример CASE-технологии для реорганизации предприятия с последующим созданием АСУ, включающий в себя перечисленные методы и нотации, показан на рис. 3.

Существенное влияние на развитие методов структурного моделирования оказали американские стандарты серии IDEF. Эти стандарты были созданы в рамках программы интегрированной компью-

теризации производства (Integrated Computer Aided Manufacturing, ICAM), реализованной в 1970-х гг. на предприятиях военно-про- мышленного комплекса США. Целью программы было увеличение эффективности и улучшение координации работы промышленных предприятий. Большой масштаб предстоящих работ и гигантские объемы собираемой информации заставили авторов программы создать четкие, детальные и однозначно трактуемые аналитические методики, которые должны были неукоснительно исполняться всеми аналитиками проекта. Только так можно было унифицировать собираемую информацию и обеспечить эффективный информаци-

12

онный обмен между специалистами, занимающимися разными проблемами.

Рис. 3. Пример CASE-технологии реорганизации предприятия и создания АСУ

В результате на свет появилась серия документов под общим названием IDEF (ICAM Definition). Эти документы были настолько четкими и детальными, что они мгновенно приобрели популярность среди аналитиков из самых разных отраслей и практически затмили большинство известных до этого методик.

13

Семейство стандартов IDEF должно было состоять из 16-ти документов. К 1995 г. были полностью разработаны IDEF0–IDEF5 (табл. 2). Именно эти семь стандартов в разных сочетаниях применяются для задач анализа и моделирования информационных систем. Остальные стандарты либо не были доработаны, либо не получили широкого распространения.

			Таблица 2
		Основные стандарты серии IDEF3
	Стандарт
		Назначение	Задача
	IDEF0,
		Функциональное	Описание бизнес-процесса как си-
	IDEF3	моделирование	стемы взаимосвязанных функций
	IDEF1	Информационное
		моделирование
			Описание информационной
	IDEF1X	Моделирование данных
			структуры объектов, идентифика-
		Объектно-ориентирован-
	IDEF4		ция отношений между объектами
		ное описание
	IDEF5	Представление онтологий
	IDEF2	Имитационное модели-	Моделирование поведения сис-
		рование поведения сис-	темы в различных условиях, ана-
		тем	лиз критических режимов работы,
	IDEF3	Описание технологиче-	анализ динамических характери-
		ских процессов	стик бизнес-процессов

Важное место в разработке моделей бизнес-процессов занимает также объектно-ориентированный подход, основанный на объектной декомпозиции предметной области. Система представляется в виде совокупности объектов, которые взаимодействуют между собой путем передачи сообщений.

В качестве объектов предметной области могут рассматриваться конкретные предметы, а также абстрактные или реальные сущности (например, клиент, заказ, предприятие и т.д.). Каждый объект является представителем некоторого класса однотипных объектов, обладающих общими свойствами. Все представители (экземпляры)

3 Полные тексты перечисленных стандартов на английском языке доступны на сайте www.idef.com

14

одного и того же класса имеют один и тот же набор операций и могут реагировать на одни и те же сообщения.

Объекты и классы организуются с использованием следующих принципов.

1.Принцип инкапсуляции декларирует запрещение любого доступа к атрибутам объекта, кроме как через его операции. Любое действие с объектом инициируется внешним сообщением, вызывающим выполнение соответствующей операции.

2.Принцип наследования декларирует создание новых классов от общего к частному. Такие новые классы сохраняют все свойства классов-родителей и при этом содержат дополнительные атрибуты

иоперации, характеризующие их специфику.

3.Принцип полиморфизма декларирует возможность работы с объектом без информации о конкретном классе, экземпляром которого он является. Каждый объект может выбирать операцию на основе типов данных, принимаемых в сообщении, т.е. реагировать индивидуально (одно и то же для различных объектов) на это сообщение.

Таким образом, объектно-ориентированный подход заключается в представлении моделируемого процесса в виде совокупности классов и объектов предметной области. При этом иерархический характер сложного процесса отражается с использованием иерархии классов, а его функционирование рассматривается как взаимодействие объектов.

Объектно-ориентированные методы могут использовать диаграммы «сущность-связь», однако в современной практике больше используются диаграммы классов (Class Diagrams), отражающие иерархию классов и операции каждого из них.

Несмотря на то, что объектный подход является разновидностью структурного анализа, число CASE-средств, поддерживающих объ- ектно-ориентированное моделирование, невелико по сравнению с классическими методами. Это объясняется меньшей наглядностью

ипонятностью объектно-ориентированных моделей для непрофессионалов.

15

Глава 2. Методы функционального моделирования

2.1. Структурная диаграмма в нотации IDEF0

Исторически нотация IDEF0 была далеко не первой методикой структурного моделирования процессов, однако благодаря своей проработанности и высокой степени формализации она стала одной из самых известных и популярных среди аналитиков. Ее основной идеей является иерархическая декомпозиция процесса на отдельные функции4 (activity), рассматриваемые как «черные ящики»5.

Функции изображаются в виде прямоугольников (функциональных блоков), название которых записывается в виде глагола, глагольного оборота (например, подготовить отчет, издать приказ, создать сайт) или, что нежелательно, отглагольного существительного (например, подготовка отчета, издание приказа, создание сайта).

К функциональному блоку могут примыкать стрелки, с помощью которых изображаются объекты или субъекты деятельности. Стрелки, примыкающие к левой стороне функционального блока, – это входные объекты для функции (input). Стрелки, исходящие справа,

– выходные объекты (output), т.е. результаты выполнения функции. Стрелками, входящими сверху, показываются объекты, управляющие реализацией функции (control). Снизу примыкают механизмы (mechanism), т.е. объекты или субъекты, выполняющие или способствующие выполнению функции. Каждая стрелка имеет имя, отражающее название объекта (рис. 4).

Модель в нотации IDEF0 представляет собой функциональную сеть, состоящую из функциональных блоков (вершин сети) и стрелок (направленных дуг), передающих объекты от одной функции к другой. Вся сеть разбита на фрагменты, представляемые в виде отдельных функциональных диаграмм и образующие иерархию.

4Функцию здесь можно трактовать как работу, задачу, действие, операцию – все, что выполняет некоторое преобразование объектов.

5Напомним, что «черным ящиком» называется модель системы, отражающая лишь внешние наблюдаемые признаки ее поведения, такие как входные воздействия и выходные реакции. При этом алгоритмы функционирования системы и ее состояние остаются для исследователя неизвестными.

16

Рис. 4. Нотация структурных диаграмм IDEF0

На верхнем уровне находится диаграмма с одним единственным функциональным блоком. Эта диаграмма называется контекстной, а название блока – это название моделируемого процесса. В примере, показанном на рис. 5, моделируется процесс создания сайта. Входом для этого процесса служит информация о предметной области, которую нужно представить в виде сайта. Требования к сайту и процессу его создания определяются техническим заданием. Кроме того, на создание сайта может серьезно влиять мода, во многом определяющая дизайнерский стиль, способы организации взаимодействия с пользователем и др. Сайт создается группой разработки с использованием определенных средств разработки.

В результате декомпозиции блока «Создать сайт» появляется ди- аграмма-потомок, содержащая пять функциональных блоков6 (нижняя часть рис. 5). Каждый блок может быть декомпозирован до того уровня детализации, который необходим аналитику, чтобы достичь цели моделирования. Декомпозируемый блок называется родительским блоком, содержащая его диаграмма – родительской диаграммой, а порождаемая им диаграмма – диаграммой-потомком.

Диаграммы и блоки имеют уникальные номера, задаваемые в соответствии с рядом правил. Размещение блоков на диаграмме не случайно – оно отражает порядок выполнения функций. В диаграммах IDEF0 этот порядок называется доминированием. Доминирование понимается как влияние, которое один блок оказывает на дру-

6 Каждая диаграмма может содержать от двух до восьми блоков. Это ограничение определяет разумный уровень сложности диаграммы, обеспечивающий удобство восприятия и легкость понимания.

17

гие блоки диаграммы. Наиболее доминирующий блок размещается в верхнем левом углу диаграммы, а наименее доминирующий – в правом нижнем углу, образуя таким образом «ступенчатую» схему.

Рис. 5. Структурная диаграмма «Создание сайта» в нотации IDEF0

18

Дуги на диаграмме могут выполнять две роли: описывать взаимосвязи между функциональными блоками диаграммы и обеспечивать интерфейс диаграммы с другими диаграммами модели и внешней средой.

Дуги, описывающие взаимосвязи между функциональными блоками одной диаграммы, называются внутренними дугами и с обеих сторон присоединены к блокам. Возможны следующие виды взаимосвязей (рис. 6).

связь по входу – выход одного блока становится входом для другого блока с меньшим доминированием;

обратная связь по входу – выход одного блока становится входом для другого блока с большим доминированием;

связь по управлению – выход одного блока непосредственно управляет другим блоком с меньшим доминированием;

обратная связь по управлению – выход одного блока непосредственно управляет другим блоком с большим доминированием;

связь выход-механизм – выход одного блока служит средством (механизмом) для реализации другого блока.

Рис. 6. Виды взаимосвязей между функциональными блоками: 1 – по входу; 2 – обратная связь по входу; 3 – по управлению; 4 – обратная связь по управлению; 5 – выход-механизм

Все перечисленные виды внутренних дуг показаны в примере на рис. 5. Прямые связи по входу и управлению представлены дугами «Версия сайта» и «Дизайн сайта» соответственно. Обратные связи

– это дуги «Замечания и недостатки» и «Версия сайта». Здесь версия сайта возвращается на доработку, содержание которой определяются замечаниями и недостатками, выявленными в ходе приемки

19