Структурный системный анализ. Функциональная модель, конкретизация требований с использованием функциональной модели IDEF0

SADT (аббревиатура Structured Analysis and Design Technique - методология структурного анализа и проектирования) - это методология, разработанная Дугласом Т. Россом, специально для того, чтобы облегчить описание и понимание искусственных систем.

Метод структурного анализа предназначен для проведения работ по изучению и проектированию систем и включает рекомендации по методике проведения работ, средства документирования результатов и организационные формы обеспечения качества.

Методология SADT основана на понятиях функционального моделирования. SADT отражает такие системные характеристики, как управление, обратная связь и исполнители.

Успех SADT заключается в том, что SADT является полной методологией для описания систем, основанной на концепциях системного моделирования.

Системный подход требует построения комплекса моделей и алгоритмов, как можно более полно описывающие технологические и организационные процессы работы аглофабрики, а структуры алгоритмического и программного обеспечения разрабатываются в направлении «сверху-вниз», от общего к частному. Таким образом, метод предполагает последовательную детализацию изучаемой или проектируемой системы «сверху-вниз». На каждом уровне представлено разложение анализируемого объекта, более детализированное, но полностью эквивалентное предшествующему уровню. Рассматривается не только система, но и окружающая ее среда, также подвергающаяся последовательной детализации вместе с системой. Предлагается способ графического и текстового описания структурированной системы в виде набора схем и пояснений к ним. Такой набор схем, называемый моделью системы, обычно отражает систему только с какой-либо точки зрения. Для полного описания системы составляется несколько моделей, между которыми устанавливаются взаимосвязи.

Таким образом, SADT упрощает процесс разработки сложных систем за счет использования алгоритмов как готовых строительных блоков и поддерживает методы структурного программирования.

Функциональные требования исследуются и формулируются в процессе разработки функциональной модели

Анализ функций дает возможность систематизировать знания о темпах и направлении развития системы, сформулировать функциональные требования к системе, а также взаимосвязях функций.

Функция – это предметно-ориентированное задание или действие, выполняемое над объектом, в результате которого достигается одна или несколько целей, стоящих перед компанией.

Традиционно техническое задание – это описание системы на естественном языке. Строгое формальное математическое описание не подходит, так как техническое задание должно быть в форме, понятной и заказчикам программной системы и членам команды разработчиков. С другой стороны, литературное описание в свободной форме также неприемлемо из-за неоднозначности и неполноты. Поэтому в большинстве случаев используется промежуточный подход: упорядоченное описание на естественном языке, построенное по какому-то методу, позволяющему систематически и с достаточной степенью детализации описать задачу.

Наиболее часто применяемым методом описания функциональных требований является метод функционального моделирования.

Функциональная модель (ФМ) является структурированным изображениемфункций проектируемой организационно-технической системы, а также информации, поддерживающей выполнение этих функций. На этапе проектирования ФМ используется для разработки требований, а затем для создания системы, удовлетворяющей этим требованиям. Она может быть использована также для анализа существующих систем и механизмов реализации этих функций. При этом оценивается распределение функций между подразделениями, взаимодействие подразделений, распределение ответственности, существующая система стимулирования, документооборот, достоверность получаемой информации, порядок принятия решений и эффективность функционирования системы управления.

В процессе декомпозиции выявляются задачи, обеспечивающие достижение поставленных целей.

Объявление уровня задач требует указания трех параметров: исполнителей, ресурсов и срока исполнения. Определение количества, квалификации, уровня управления позволяет спроектировать организационную структуру предприятия. На основе функциональной модели дается стоимостная оценка задач с использованием технологии ABC (Activity Based Costing). Декомпозиция может осуществляться по различным критериям: функциям управления, периодичности, функциональным областям. Например, из решения задачи декомпозиции функции, обеспечивающей требуемое качество товарной продукции, следует, что она реализуется только при сочетании управления ресурсами на относительно длительных интервалах времени (сутки, неделя), управления технологическим режимом на коротких интервалах времени (внутри смены) и управления надежностью технологического комплекса.

Чем больше критериев используется, тем более полезными будут практические рекомендации по изменению организационной структуры предприятия.

Государственным стандартом России для построения ФМ является методология IDEF0.

Технология работы с ФМ предусматривает:

1) постоянное рецензирование экспертами развивающейся модели, что обеспечивает необходимый уровень соответствия модели конкретному моделируемому объекту (если модель отражает состояние “как есть”) или предполагаемому (состояние “как должно быть”) в том понимании, которое соответствует мнению экспертов;

2) периодическое обсуждение диаграмм, частей модели и модели в целом на техническом совете, решение которого (оформленное в виде протокола) позволяет автору продолжить уточняющее моделирование или закончить его ввиду достаточности детализации и приемлемости модели.

IDEF0 предполагает работу по следующей формальной схеме:

– анализ существующего положения дел с целью построения модели “как есть”, фиксирующей существующее состояние;

– концептуализация с целью получения предварительной модели “как будет” (предполагаемое состояние);

– разложение общей функции на отдельные функции до тех пор, пока полностью не станет ясно, как ее выполнить (разложение производится от 3 до 6 отдельных функций на каждом иерархическом уровне);

– модернизация – то, что нужно внести в систему нового.

Такая методология позволяет на этапе проектирования обнаружить недостатки системы и избежать их при реализации проекта. Перед началом этих действий следует определить направленность разрабатываемой модели. Границы модели определяются посредством описания внешних интерфейсов. На функциональных и информационных моделях все стрелки, выходящие извне, - внешние интерфейсы.

Каждый блок описывает: слева – входной поток, справа – выходной, сверху – управление, снизу – механизм реализации и текущие операции, подлежащие анализу. Вверху – технология и правила анализа.

На стадии модернизации появляется модель, с которой можно работать и проводить какие-то вычислительные эксперименты с использованием имитации.

Концепция IDEF0 реализуется с использованием пакетов IDEF0 (CASE-средств) - для создания функциональной модели, т. е. структурированного изображения функций производственной системы, а также информации и объектов, связывающих эти функции.

Построение ФМ в нотации IDEF0 осуществляется с использованием диаграмм, текста и глоссария, взаимосвязанных друг с другом. При этом текст не дублирует диаграммы, а комментирует и поясняет их смысл. Глоссарий необходим для того, чтобы зафиксировать смысл тех понятий, которые использованы в модели.

На уровне А0 представляется общая функция реализуемой системы, которая раскрывается (т. е. производится ее декомпозиция) на нижних иерархических уровнях. При этом сложный объект декомпозируется в структуру, тождественную модели принятия решений.

На уровне IDEF0 входы и выходы - не потоки событий, а ограничения, т. е. выходная информация может быть получена при выполнении данной функции, если присутствует соответствующая входная информация.

Интерфейсные дуги, соединяющие прямоугольники, показывают, когда и каким образом выполняется данная операция.

В результате применения методологии IDEF0 появляется модель, состоящая из диаграмм, фрагментов текста и глоссария, которые имеют ссылки друг на друга. В функциональной модели технологическая или информационная операция изображаются в виде блока, а интерфейсы входа/выхода “в/из” блока представляются дугами. Интерфейсные дуги показывают, когда и каким образом операции выполняются и как управляются. Функциональная модель строится с учетом иерархии выполняемых функций. На каждом уровне иерархии выделяется не более трех-шести функций, т. е. реализуется принцип последовательной детализации выполняемых функций. Связность интерфейса диаграмм обеспечивается нумерацией узлов и блоков.

Методология имеет компьютерную поддержку в виде CASE средств. Важно подчеркнуть что обсуждаемая методология относится к так называемым открытым стандартом, в отличии от корпоративных ARIS, ORACLE.

Структурный системный анализ как практический метод служит инструментом человеческого разума для анализа ситуаций тысячелетия. Научный подход в этой области сложился сравнительно недавно. В настоящее время под этим термином понимается «метод исследования системы, который начинается с ее общего обзора и затем детализируется, приобретая иерархическую структуру со все большим числом уровней». Два базовых принципа заложены в этом определении, а именно: принцип «разделяй и властвуй» и принцип так называемого «иерархического упорядочивания». Понимание этих принципов, знание предметной области и общей логики научного анализа вполне достаточно для решения прикладных задач.

Основополагающие идеи, лежащие в понимании термина системный структурный анализ:

1) Идея разбиения исследуемого процесса на функциональные блоки – подпроцессы исходя из ряда принципов, например «определенности» (выход каждого блока должен быть ясно понимаем независимо от сложности происходящего процесса), «единственности» и т.д.

2) Идея иерархии, означающая возможность детализации (декомпозиции) любых нужных нам процессов.

Идея использования графической нотации с возможностью «текстового» разъясняющего дополнения

Построение функциональной модели в нотации IDEF0 поддерживается CASE-средствами: KBSI Inc. AI0 WIN 7, Meta Software Corp. WorkFlow Modeler (бывший Design/IDEF), Ориентсофт IDEF0 EM Tool, AllFusion ProcessModeler (бывший BPWin) и другими.

Построение ФМ в нотации IDEF0 осуществляется с использованием диаграмм, текста и глоссария, взаимосвязанных друг с другом. При этом текст не дублирует диаграммы, а комментирует и поясняет их смысл. Глоссарий необходим для того, чтобы зафиксировать смысл тех понятий, которые использованы в модели.

На уровне А0 представляется общая функция реализуемой системы, которая раскрывается (т. е. производится ее декомпозиция) на нижних иерархических уровнях. При этом сложный объект декомпозируется в структуру, тождественную модели принятия решений.

На уровне IDEF0 входы и выходы - не потоки событий, а ограничения, т. е. выходная информация может быть получена при выполнении данной функции, если присутствует соответствующая входная информация.

Интерфейсные дуги, соединяющие прямоугольники, показывают, когда и каким образом выполняется данная операция.

В результате применения методологии IDEF0 появляется модель, состоящая из диаграмм, фрагментов текста и глоссария, которые имеют ссылки друг на друга. В функциональной модели технологическая или информационная операция изображаются в виде блока, а интерфейсы входа/выхода “в/из” блока представляются дугами. Интерфейсные дуги показывают, когда и каким образом операции выполняются и как управляются. Функциональная модель строится с учетом иерархии выполняемых функций. На каждом уровне иерархии выделяется не более трех-шести функций, т. е. реализуется принцип последовательной детализации выполняемых функций. Связность интерфейса диаграмм обеспечивается нумерацией узлов и блоков.