Учебное_пособие_ТИПиС и Глоссарий. Учебное пособие для студентов очной и заочной форм обучения представляет собой подборку материала по курсу Теория информационных систем и процессов

• Название: Учебное пособие для студентов очной и заочной форм обучения представляет собой подборку материала по курсу Теория информационных систем и процессов
• Дата: 29.12.2022
• Размер: 5.1 Mb.
• Имя файла: Учебное_пособие_ТИПиС и Глоссарий.doc
• Тип: Учебное пособие; #869193
• страница: 12 из 44

3.1.2. Стандарт функционального моделирования IDEF0

Стандарт IDEF0 – это способ описания системы в целом как множества взаимозависимых действий, или функций. Наиболее часто IDEF0 применяется как технология исследования и проектирования систем на логическом уровне. По этой причине он, как правило, используется на ранних этапах разработки проекта.

Графический язык IDEF0 прост и гармоничен. В основе IDEF0 лежат четыре основных понятия.

Первым из них является понятие функционального блока. Функциональный блок графически изображается в виде прямоугольника (рис. 3.6) и олицетворяет собой некоторую конкретную функцию в рамках рассматриваемой системы. По требованиям стандарта название каждого функционального блока должно быть сформулировано в глагольном наклонении (например, «производить услуги», а не «производство услуг»). Каждый функциональный блок в рамках единой рассматриваемой системы должен иметь свой уникальный идентификационный номер.

Вторым «китом» методологии IDEF0 является понятие интерфейсной дуги. Также интерфейсные дуги часто называют потоками или стрелками. Интерфейсная дуга отображает элемент системы, который обрабатывается функциональным блоком или оказывает иное влияние на функцию, отображенную данным функциональным блоком. Графическим отображением интерфейсной дуги является однонаправленная стрелка. Каждая интерфейсная дуга должна иметь свое уникальное наименование. По требованию стандарта, наименование должно быть оборотом существительного.

С помощью интерфейсных дуг отображают различные объекты, в той или иной степени определяющие процессы, происходящие в системе. Такими объектами могут быть элементы реального мира (детали, вагоны, сотрудники и т.д.) или потоки данных и информации (документы, данные, инструкции и т.д.).

В зависимости от того, к какой из сторон подходит данная интерфейсная дуга, она носит название «входящей», «исходящей» или «управляющей». Кроме того, «источником» (началом) и «приемником» (концом) каждой функциональной дуги могут быть только функциональные блоки, при этом «источником» может быть только выходная сторона блока, а «приемником» любая из трех оставшихся.



Рис. 3.6. Функциональный блок на IDEF0-диаграмме
Стрелки входа. Вход представляет собой сырье, или информацию, потребляемую или преобразуемую функциональным блоком для производства выхода. Наличие входных стрелок на диаграмме не является обязательным, так как возможно, что некоторые блоки ничего не преобразуют и не изменяют.

Стрелки управления. Стрелки управления отвечают за регулирование того, как и когда выполняется функциональный блок. Управление часто существует в виде правил, инструкций, законов, политики, набора необходимых процедур или стандартов. Влияя на работу блока, оно непосредственно не потребляется и не трансформируется в результате. Управление можно рассматривать как специфический вид входа.

Стрелки выхода.Выход – это продукция или информация, получаемая в результате работы функционального блока. Каждый блок должен иметь, как минимум, один выход.

Стрелки механизма исполнения. Механизмы являются ресурсом, который непосредственно исполняет моделируемое действие. С помощью механизмов исполнения могут моделироваться: ключевой персонал, техника и (или) оборудование. Стрелки механизма исполнения могут отсутствовать в случае, если оказывается, что они не являются необходимыми для достижения поставленной цели моделирования.

Также стрелки могут быть комбинированными.

Стрелка выход – вход применяется, когда один из блоков должен полностью завершить работу перед началом работы другого блока. Так, на рис. 3.7 подготовка приказа должна предшествовать его подписанию.



Рис. 3.7. Комбинация стрелок выход – вход
Стрелка выход – управление отражает ситуацию преобладания одного блока над другим, когда один блок управляет работой другого (рис. 3.8).



Рис. 3.8. Комбинированная стрелка выход – управление
Стрелки выход – механизм исполнения встречаются реже и отражают ситуацию, когда выход одного функционального блока применяется в качестве оборудования для работы другого блока (рис. 3.9).



Рис. 3.9. Комбинированная стрелка выход - механизм исполнения

Также в методологии IDEF0 применяютсяобратные связи.

Обратные связи на вход и на управление применяются в случаях, когда зависимые блоки формируют обратные связи для управляющих ими блоков.

На рис. 3.10 показана стрелка выход – обратная связь на управление.



Рис. 3.10. Комбинированная стрелка выход – обратная связь на управление
Стрелка выход – обратная связь на вход обычно применяется для описания циклов повторной обработки чего-либо (рис. 3.11).


Рис. 3.11. Комбинированная стрелка выход – обратная связь на вход
В технологии IDEF0 выход функционального блока может использоваться в нескольких других блоках. Разрешено как разбиение, так и соединение стрелок. Разбитые на несколько частей стрелки могут иметь наименования, отличающиеся от наименования исходной стрелки (рис. 3.12).


Рис. 3.12. Разбитая на две части и переименованная стрелка
Необходимо отметить, что любой функциональный блок по требованиям стандарта должен иметь, по крайней мере, одну управляющую интерфейсную дугу и одну исходящую. Это и понятно – каждый процесс должен происходить по каким-то правилам (отображаемым управляющей дугой) и должен выдавать некоторый результат (выходящая дуга), иначе его рассмотрение не имеет никакого смысла.

При построении IDEF0-диаграмм важно правильно отделять входящие интерфейсные дуги от управляющих, что часто бывает непросто, так как имеется сходство природы входящих и управляющих интерфейсных дуг. Однако для систем одного класса всегда есть определенные разграничения.

Третьим основным понятием технологии IDEF0 является декомпозиция. Принцип декомпозиции применяется при разбиении сложного процесса на составляющие его функции. При этом уровень детализации процесса определяется непосредственно разработчиком модели. Декомпозиция позволяет постепенно и структурировано представлять модель системы в виде иерархической структуры отдельных диаграмм, что делает ее менее перегруженной и легко усваиваемой.

Модель IDEF0 всегда начинается с представления системы как единого целого – одного функционального блока с интерфейсными дугами, простирающимися за пределы рассматриваемой области. Такая диаграмма с одним функциональным блоком называется контекстной диаграммой, и обозначается идентификатором «А-0».

В пояснительном тексте к контекстной диаграмме должна быть указана цельпостроения диаграммы в виде краткого описания и зафиксирована точка зрения.

Определение и формализация цели разработки IDEF0-модели является крайне важным моментом. Фактически цель определяет соответствующие области в исследуемой системе, на которых необходимо фокусироваться в первую очередь. Например, если мы моделируем деятельность предприятия с целью построения в дальнейшем на базе этой модели информационной системы, то эта модель будет существенно отличаться от той, которую бы мы разрабатывали для того же самого предприятия, но уже с целью оптимизации логистических цепочек.

Точка зрения определяет основное направление развития модели и уровень необходимой детализации. Четкое фиксирование точки зрения позволяет разгрузить модель, отказавшись от детализации и исследования отдельных элементов, не являющихся необходимыми, исходя из выбранной точки зрения на систему. Например, функциональные модели одного и того же предприятия с точек зрения главного технолога и финансового директора будут существенно различаться по направленности их детализации. Это связано с тем, что в конечном итоге, финансового директора не интересуют аспекты обработки сырья на производственных станках, а главному технологу ни к чему прорисованные схемы финансовых потоков. Правильный выбор точки зрения существенно сокращает временные затраты на построение конечной модели.

В процессе декомпозиции, функциональный блок, который в контекстной диаграмме отображает систему как единое целое, подвергается детализации на другой диаграмме. Получившаяся диаграмма второго уровня содержит функциональные блоки, отображающие главные подфункции функционального блока контекстной диаграммы и называется дочерней по отношению к ней (каждый из функциональных блоков, принадлежащих дочерней диаграмме соответственно называется дочерним блоком). В свою очередь, функциональный блок-предок называется родительским блоком по отношению к дочерним блокам, а диаграмма, к которой он принадлежит – родительской диаграммой. Каждая из подфункций дочерней диаграммы может быть далее детализирована путем аналогичной декомпозиции соответствующего ей функционального блока. Важно отметить, что в каждом случае декомпозиции функционального блока все интерфейсные дуги, входящие в данный блок, или исходящие из него фиксируются на дочерней диаграмме. Этим достигается структурная целостность IDEF0-модели.

Часто бывают случаи, когда отдельные интерфейсные дуги не имеет смысла продолжать рассматривать в дочерних диаграммах ниже какого-то определенного уровня в иерархии, или наоборот – отдельные дуги не имеют практического смысла выше какого-то уровня. Например, интерфейсную дугу, изображающую «деталь» на входе в функциональный блок «Обработать на токарном станке» не имеет смысла отражать на диаграммах более высоких уровней – это будет только перегружать диаграммы и делать их сложными для восприятия. С другой стороны, случается необходимость избавиться от отдельных «концептуальных» интерфейсных дуг и не детализировать их глубже некоторого уровня. Для решения подобных задач в технологии IDEF0 предусмотрено понятие туннелирования. Обозначение «туннеля» в виде двух круглых скобок вокруг начала интерфейсной дуги обозначает, что эта дуга не была унаследована от функционального родительского блока и появилась (из «туннеля») только на этой диаграмме (рис. 3.13).


Рис. 3.13. Пример применения туннеля
В свою очередь, такое же обозначение вокруг конца стрелки в непосредственной близи от блока-приёмника означает тот факт, что в дочерней по отношению к этому блоку диаграмме эта дуга отображаться и рассматриваться не будет (рис. 3.14).

Чаще всего бывает, что отдельные объекты и соответствующие им интерфейсные дуги не рассматриваются на некоторых промежуточных уровнях иерархии – в таком случае, они сначала «погружаются в туннель», а затем, при необходимости «возвращаются из туннеля».


Рис. 3.14. Еще один пример применения туннеля

3.1.3. Стандарт информационного моделирования IDEF1

Стандарт IDEF1 (FIPS 184) предназначен для построения информационной модели, отображающей структуру и содержание информационных потоков, необходимых для поддержки функций системы.

Рассмотрим особенности данного стандарта.

Деятельность любого предприятия можно представить как непрерывное изменение состояния физических и интеллектуальных объектов, имеющих отношение к предприятию, таких как сотрудники, средства производства, производимые продукты, идеи, финансы и т.д. Для эффективного менеджмента этим процессом, каждое изменение того или иного объекта должно иметь свое документальное отображение. Этими отображениями служат личные дела сотрудников, отчеты, рекламная продукция, служебные записки и т.д. Их совокупность называется информационной областью предприятия. Движение информации (например, документооборот) и изменение ее называется информационными потоками. Очевидно, что любому бизнес-процессу, а также любому изменению физических объектов должен соответствовать определенный информационный поток. Более того, руководство, при построении планов развития и управлении деятельностью предприятия, (издавая приказы, распоряжения и т.д.), фактически руководствуется информационными потоками и вносит в них изменения, осуществляя информационный менеджмент.

Стандарт IDEF1 был разработан как инструмент анализа взаимосвязей между информационными потоками в рамках коммерческой деятельности предприятия. Целью подобного исследования является структуризация и, при необходимости, дополнение существующей информации, а также обеспечение качественного управления информационными потоками. Необходимость в подобной реорганизации информационной области, как правило, возникает на начальном этапе построения корпоративной информационной системы и методология IDEF1 позволяет наглядно обнаружить слабые места в существующей структуре информационных потоков. Применение IDEF1, как инструмента построения наглядной модели информационной структуры предприятия по принципу «Как должно быть», позволяет решить следующие задачи:

• 
  Выяснить структуру и содержание существующих потоков информации на предприятии.
  
• 
  Определить какие проблемы, выявленные в результате функционального анализа и анализа потребностей, вызваны недостатком управления соответствующей информацией.
  
• 
  Выявить информационные потоки, требующие дополнительного управления для эффективной реализации модели.
  

С помощью IDEF1 происходит изучение существующей информации о различных объектах в области деятельности предприятия. Характерно то, что IDEF1-модель включает в рассмотрение не только автоматизированные компоненты, базы данных и соответствующую им информацию, но также и реальные объекты, такие как сами сотрудники, кабинеты, телефоны и т.д. Назначение методологии IDEF1 состоит в том, чтобы выявить и четко постулировать потребности в информационном менеджменте в рамках деятельности предприятия. В отличие от методов разработки структур баз данных (например, IDEF1X или ERD-диаграмм), IDEF1 является аналитическим методом и используется преимущественно для выполнения следующих действий:

• 
  Определения самой информации и структуры ее потоков, имеющей отношение к деятельности предприятия.
  
• 
  Определения существующих правил и законов, по которым происходит движение информационных потоков, и принципов управления ими.
  
• 
  Выяснения взаимосвязей между существующими информационными потоками в рамках предприятия.
  
• 
  Выявления проблем, возникающих вследствие недостатка качественного информационного менеджмента.
  

Результаты анализа информационных потоков могут быть использованы для стратегического и тактического планирования деятельности предприятия и улучшения информационного менеджмента. Однако основной целью использования методологии IDEF1 все же остается исследование движения потоков информации и принципов управления ими на начальном этапе процесса проектирования корпоративной информационно-аналитической системы, которая будет способствовать более эффективному использованию информационного пространства. Наглядные модели IDEF1 обеспечивают базис для построения мощной и гибкой информационной системы.

Методология IDEF1 позволяет на основе простых графических изображений моделировать информационные взаимосвязи между:

• 
  реальными объектами;
  
• 
  физическими и абстрактными зависимостями, существующими среди реальных объектов;
  
• 
  информацией, относящейся к реальным объектам;
  
• 
  структурой данных, используемой для приобретения, накопления, применения и управления информацией.
  

Одним из основных преимуществ методологии IDEF1 является обеспечение последовательного и строго структурированного процесса анализа информационных потоков. Другим отличительным свойством IDEF1 является широко развитая модульность, позволяющая эффективно выявлять и корректировать неполноту и неточности существующей структуры информации, на всем протяжении этапа моделирования.

При построении информационной модели проектировщик всегда оперирует с двумя основными глобальными областями, каждой из которой соответствует множество характерных объектов. Первой из этих областей является реальный мир, т.е. совокупность физических и интеллектуальных объектов таких, как люди, места, вещи, идеи и т.д., а также все свойства этих объектов и зависимости между ними. Второй же является информационная область. Она включает в себя существующие информационные отображения объектов первой области и их свойств. Информационное отображение, по существу, не является объектом реального мира, однако изменение его, как правило, является следствием некоторого изменения соответствующего ему объекта реального мира. Методология IDEF1 разработана как инструмент для исследования статического соответствия вышеуказанных областей и установления строгих правил и механизмов изменения объектов информационной области при изменении соответствующих им объектов реального мира.

Центральным понятием методологии IDEF1 является понятие сущности. При этом IDEF1 разделяет элементы структуры информационной области, их свойства и взаимосвязи на классы. Класс сущностей представляет собой совокупность информации, накопленной и хранящейся в рамках предприятия и соответствующей определенному объекту или группе объектов реального мира. Основными концептуальными свойствами сущностей в IDEF1 являются:

• 
  Уникальность. Любая сущность может быть однозначно идентифицирована из другой сущности.
  
• 
  Устойчивость. Информация, имеющая отношение к той или иной сущности постоянно накапливается.
  

Каждая сущность имеет своё имя и атрибуты. Атрибуты представляют собой характерные свойства и признаки объектов реального мира, относящихся к определенной сущности. Класс атрибутов представляет собой набор пар, состоящих из имени атрибута и его значения для определенной сущности. Атрибуты, по которым можно однозначно отличить одну сущность от другой называются ключевыми атрибутами. Каждая сущность может характеризоваться несколькими ключевыми атрибутами. Класс взаимосвязей в IDEF1 представляет собой совокупность взаимосвязей между сущностями. Взаимосвязь между двумя отдельными сущностями считается существующей в том случае, если класс атрибутов одной сущности содержит ключевые атрибуты другой сущности. Имя взаимосвязи всегда выражается в глагольной форме. Если же между двумя или несколькими объектами реального мира не существует установленной зависимости, то, с точки зрения IDEF1, между соответствующими им сущностями взаимосвязь также отсутствует. Каждый из вышеописанных классов имеет свое условное графическое отображение.

На рис. 3.15. приведен пример IDEF1-диаграммы. На ней представлены две сущности с именами «Подразделение ресторана» и «Сотрудник» и взаимосвязь между ними с именем «Работает в».

На рис. 3.16 показан пример анализа взаимосвязи информации при принятии заказа клиента официантом в ресторане.



Рис. 3.15. - Пример диаграммы IDEF1.





Рис. 3.16. - Диаграмма IDEF1, показывающая взаимосвязь информации при формировании заказа клиента официантом ресторана.

3.1.4. Стандарт моделирования баз данных IDEF1X

Стандарт IDEF1 является методом изучения и анализа информации, в отличие от очень сходного по терминологии и семантике стандарта IDEF1X (в рамках которого используются ERD-диаграммы), предназначенного для разработки реляционных баз данных. IDEF1X создан на основе совершенствования стандарта IDEF1 с учетом таких требований, как простота для изучения и возможность автоматизации. IDEF1X-диаграммы используются в ряде распространенных CASE-средств (в частности, ERwin, Design/IDEF). В стандарте IDEF1X, кроме того, уточнены основные понятия ERD-диаграмм.

Сущность (Entity) – множество экземпляров реальных или абстрактных объектов (людей, событий, состояний, идей, предметов и др.), обладающих общими атрибутами или характеристиками. Любой объект системы может быть представлен только одной сущностью, которая должна быть уникально идентифицирована. При этом имя сущности должно отражать тип или класс объекта, а не его конкретный экземпляр (например, АЭРОПОРТ, а не ВНУКОВО).

Каждая сущность должна обладать уникальным идентификатором. Каждый экземпляр сущности должен однозначно идентифицироваться и отличаться от всех других экземпляров данного типа сущности. Каждая сущность должна обладать некоторыми свойствами:

• 
  иметь уникальное имя; к одному и тому же имени должна всегда применяться одна и та же интерпретация; одна и та же интерпретация не может применяться к различным именам, если только они не являются псевдонимами;
  
• 
  иметь один или несколько атрибутов, которые либо принадлежат сущности, либо наследуются через связь;
  
• 
  иметь один или несколько атрибутов, которые однозначно идентифицируют каждый экземпляр сущности.
  

Каждая сущность может обладать любым количеством связей с другими сущностями модели.

Связь (Relationship) – поименованная ассоциация между двумя сущностями, значимая для рассматриваемой предметной области. Связь – это ассоциация между сущностями, при которой каждый экземпляр одной сущности ассоциирован с произвольным (в том числе нулевым) количеством экземпляров второй сущности, и наоборот.

Атрибут (Attribute) – любая характеристика сущности, значимая для рассматриваемой предметной области и предназначенная для квалификации, идентификации, классификации, количественной характеристики или выражения состояния сущности. Атрибут представляет тип характеристик или свойств, ассоциированных с множеством реальных или абстрактных объектов (людей, мест, событий, состояний, идей, предметов и т.д.). Экземпляр атрибута – это определенная характеристика отдельного элемента множества. Экземпляр атрибута определяется типом характеристики и ее значением, называемым значением атрибута. На диаграмме «сущность-связь» атрибуты ассоциируются с конкретными сущностями. Таким образом, экземпляр сущности должен обладать единственным определенным значением для ассоциированного атрибута.

Сущность является независимой от идентификаторов или просто независимой, если каждый экземпляр сущности может быть однозначно идентифицирован без определения его отношений с другими сущностями. Сущность называется зависимой от идентификаторов или просто зависимой, если однозначная идентификация экземпляра сущности зависит от его отношения к другой сущности (рис. 3.17, 3.18). Каждой сущности присваиваются уникальные имя и номер, разделяемые косой чертой «/» и помещаемые над блоком.

Рис. 3.17. - Независимые от идентификации сущности.



Рис. 3.18. - Зависимые от идентификации сущности.

Связь может дополнительно определяться с помощью указания степени или мощности (количества экземпляров сущности-потомка, которое может порождать каждый экземпляр сущности-родителя). В IDEF1X могут быть выражены следующие мощности связей:

• 
  каждый экземпляр сущности-родителя может иметь ноль, один или более одного связанного с ним экземпляра сущности-потомка;
  
• 
  каждый экземпляр сущности-родителя должен иметь не менее одного связанного с ним экземпляра сущности-потомка;
  
• 
  каждый экземпляр сущности-родителя должен иметь не более одного связанного с ним экземпляра сущности-потомка;
  
• 
  каждый экземпляр сущности-родителя связан с некоторым фиксированным числом экземпляров сущности-потомка.
  

Если экземпляр сущности-потомка однозначно определяется своей связью с сущностью-родителем, то связь называется идентифицирующей, в противном случае – неидентифицирующей. Связь изображается линией, проводимой между сущностью-родителем и сущностью-потомком, с точкой на конце линии у сущности-потомка (рис. 3.19). Мощность связей может принимать следующие значения: N – ноль, один или более, Z – ноль или один, Р – один или более. По умолчанию мощность связейпринимается равной N.



Рис. 3.19. - Графическое изображение мощности связи.


Идентифицирующая связь между сущностью-родителем и сущностью-потомком изображается сплошной линией. Сущность-потомок в идентифицирующей связи является зависимой от идентификатора сущностью. Сущность-родитель в идентифицирующей связи может быть как независимой, так и зависимой от идентификатора сущностью (это определяется ее связями с другими сущностями).

Пунктирная линия изображает неидентифицирующую связь (рис. 3.20). Сущность-потомок в неидентифицирующей связи будет не зависимой от идентификатора, если она не является также сущностью-потомком в какой-либо идентифицирующей связи.



Рис. 3.20. - Неидентифицирующая связь.


Атрибуты изображаются в виде списка имен внутри блока сущности. Атрибуты, определяющие первичный ключ, размещаются наверху списка и отделяются от других атрибутов горизонтальной чертой (рис. 3.20). Сущности могут иметь также внешние ключи (Foreign Key), которые могут использоваться в качестве части или целого первичного ключа или неключевого атрибута. Для обозначения внешнего ключа внутрь блока сущности помещают имена атрибутов, после которых следуют буквы FK в скобках (рис. 3.20).

3.1.5. Стандарт моделирования сценариев IDEF3.

Стандарт IDEF3 предназначен для документирования технологических процессов, происходящих на предприятии, и предоставляет инструментарий для наглядного исследования и моделирования их сценариев.

Рассмотрим особенности данного стандарта.

Сценарием называется описание последовательности изменений свойств объекта, в рамках рассматриваемого процесса (например, описание последовательности этапов обработки детали в цеху и изменение её свойств после прохождения каждого этапа). Исполнение каждого сценария сопровождается соответствующим документооборотом, который состоит из двух основных потоков: документов, определяющих структуру и последовательность процесса (технологических указаний, описаний стандартов и т.д.), и документов, отображающих ход его выполнения (результатов тестов и экспертиз, отчетов о браке, и т.д.). Для эффективного управления любым процессом, необходимо иметь детальное представление о его сценарии и структуре сопутствующего документооборота. Средства документирования и моделирования IDEF3 позволяют выполнять следующие задачи:

• 
  Документировать имеющиеся данные о технологии процесса, выявленные, скажем, в процессе опроса компетентных сотрудников, ответственных за организацию рассматриваемого процесса.
  
• 
  Определять и анализировать точки влияния потоков сопутствующего документооборота на сценарий технологических процессов.
  
• 
  Определять ситуации, в которых требуется принятие решения, влияющего на жизненный цикл процесса, например изменение конструктивных, технологических или эксплуатационных свойств конечного продукта.
  
• 
  Содействовать принятию оптимальных решений при реорганизации технологических процессов.
  
• 
  Разрабатывать имитационные модели технологических процессов, по принципу «Как будет если...».
  

Существуют два типа диаграмм в стандарте IDEF3, представляющих описание одного и того же сценария технологического процесса в разных ракурсах. Диаграммы относящиеся к первому типу называются диаграммами Описания Последовательности Этапов Процесса (Process Flow Description Diagrams – PFDD), а ко второму – диаграммами Состояния Объекта в Процессе его Трансформации (Object State Transition Network – OSTN).

Предположим, требуется описать процесс окраски детали в производственном цеху на предприятии. С помощью диаграмм PFDD (см. рис. 3.21) документируется последовательность и описание стадий обработки детали в рамках исследуемого технологического процесса. Диаграммы OSTN (см. рис. 3.22) используются для иллюстрации трансформаций детали, которые происходят на каждой стадии обработки.


Рис. 3.21. - Пример диаграммы PFDD.



Рис. 3.22. - Пример диаграммы OSTN.

• 
  На рис. 3.21 изображена диаграмма PFDD, являющаяся графическим отображение сценария обработки детали. В целом, этот процесс состоит непосредственно из самой окраски, производимой на специальном оборудовании и этапа контроля ее качества, который определяет, нужно ли деталь окрасить заново (в случае несоответствия стандартам и выявления брака) или отправить ее на дальнейшую обработку. Прямоугольники на диаграмме PFDD называются функциональными элементами, единицами работы или элементами поведения (Unit of Behavior – UOB) и обозначают событие, стадию процесса или принятие решения. Каждый UOB имеет свое имя, отображаемое в глагольном наклонении и уникальный номер. Стрелки являются отображением перемещения детали между UOB-блоками в ходе процесса. Они бывают следующих видов:
  
• 
  Предшествование – сплошная одинарная стрелка, связывающая UOB в соответствии с последовательностью выполнения работ. Рисуется слева направо или сверху вниз.
  
• 
  Отношение – пунктирная одинарная стрелка, использующаяся для изображения различного вида связей между UOB.
  
• 
  Поток объектов – сплошная стрелка с двумя наконечниками, используемая для описания того факта, что объект, порождаемый одной работой, используется для выполнения другой.
  

Объект, обозначенный J1 – называется перекрестком (junction). Перекрестки используются для отображения логики взаимодействия стрелок (потоков) при слиянии и разветвлении или для отображения множества событий, которые могут или должны быть завершены перед началом следующей работы. Различают перекрестки для слияния (fan-in junction) и разветвления (fan-out junction) стрелок. Все перекрестки в PFDD диаграмме нумеруются, каждый номер имеет префикс «J». Классификация возможных типов перекрестков приведена в таблице 3.1.

Каждый функциональный блок UOB может иметь последовательность декомпозиций, и, следовательно, может быть детализирован с любой необходимой точностью. Под декомпозицией понимается представление каждого UOB с помощью отдельной IDEF3 диаграммы.

Таблица 3.1. Возможные перекрестки в стандарте IDEF3.

Обозначе-ние	Наименова-ние	Слияниестрелок (Fan-in Junction)	Разветвление стрелок (Fan-out Junction)
	Asynchronous AND	Все предшествующие процессы должны быть завершены.	Все следующие процессы должны быть запущены.
	Synchronous AND	Все предшествующие процессы завершены одновременно.	Все следующие процессы запускаются одновременно.
	Asynchronous OR	Один или несколько предшествующих процессов должны быть завершены.	Один или несколько следующих процессов должны быть запущены.
	Synchronous OR	Один или несколько предшествующих процессов завершаются одновременно.	Один или несколько следующих процессов запускаются одновременно.
	XOR Exclusive OR)	Только один предшествующий процесс завершен.	Только один следующий процесс запускается.

Например, можно декомпозировать UOB «Окрасить деталь», представив его отдельным процессом и построив для него свою PFDD диаграмму. При этом эта диаграмма будет называться дочерней, по отношению к изображенной на рисунке, а та, соответственно, родительской. Номера UOB дочерних диаграмм имеют сквозную нумерацию, т.е., если родительский UOB имеет номер «1», то блоки UOB на его декомпозиции будут соответственно иметь номера «1.1», «1.2» и т.д.

Если диаграммы PFDD представляет технологический процесс «c точки зрения наблюдателя», то другой класс диаграмм IDEF3 – OSTN позволяет рассматривать тот же самый процесс «c точки зрения объекта». Состояния объекта (в данном случае детали, см. рис. 3.22) и Изменение состояния являются ключевыми понятиями OSTN-диаграммы. Состояния объекта отображаются окружностями, а их изменения направленными одинарными стрелками. Каждая стрелка имеет ссылку на соответствующий функциональный блок UOB, в результате которого произошло отображаемое ею изменение состояния объекта. Таким образом, OSTN-диаграмма представляет собой аналог STD-диаграммы технологии 3VM.

С точки зрения основного примера, рассматриваемого в данном разделе (ресторана), стандарт IDEF3 является удобным средством анализа и документирования процессов (сценариев) приема гостей в различных ситуациях (например: ресторан «fast food» или вечерний ресторан; обычный обед/ужин, заказанное мероприятие, праздничный ужин, завтрак), а также технологических процессов приготовления различных блюд. На рисунках 3.23 и 3.24 представлен пример сценария приема гостей в вечернем ресторане при обслуживании обычного обеда/ужина (подготовлен с помощью BPwin (IDEF3)).



Рис. 3.23. - Пример PFDD-диаграммы сценария приема гостей в вечернем ресторане.



Рис. 3.24. - Пример OSTN-диаграммы сценария приема гостей в вечернем ресторане.

3.1.6. Стандарт моделирования онтологий IDEF5

Исторически, понятие онтологии появилось в одной из ветвей философии, называемой метафизикой, которая изучает устройство реального мира. Основной характерной чертой онтологического анализа является, в частности, разделение реального мира на составляющие его классы объектов и определение их онтологий, или же совокупности фундаментальных свойств, которые определяют их изменения и поведение. Таким образом, естественная наука представляет собой типичный пример онтологического исследования. Например, атомная физика классифицирует и изучает свойства наиболее фундаментальных объектов реального мира, таких как элементарные частицы, а биология, в свою очередь, описывает характерные свойства живых организмов, населяющих планету.

Однако фундаментальные и естественные науки не обладают достаточным инструментарием для того, чтобы полностью охватить область, представляющую интерес для онтологического исследования. Например, существует большое количество сложных формаций или систем, созданных и поддерживаемых человеком, таких как производственные фабрики, военные базы, коммерческие предприятия и т.д. Эти формации представляют собой совокупность взаимосвязанных между собой объектов и процессов, в которых эти объекты тем или иным образом участвуют. Онтологическое исследование подобных сложных систем позволяет накопить ценную информацию об их работе, результаты анализа которой будут иметь решающее значение при проведении процесса реорганизации существующих и построении новых систем.

Методология IDEF5 обеспечивает наглядное представление данных, полученных в результате обработки онтологических знаний, в простой естественной графической форме.

Рассмотрим особенности данного стандарта.

Онтологический анализ обычно начинается с составления словаря терминов, который используется при обсуждении и исследовании характеристик объектов и процессов, составляющих рассматриваемую систему, а также создания системы точных определений понятий, соответствующих этим терминам. Кроме того, документируются основные логические взаимосвязи между понятиями. Результатом этого анализа является онтология системы или же совокупность терминов, точных определений их понятий и взаимосвязей между ними.

Таким образом, онтология включает в себя термины и правила, согласно которым эти термины могут быть скомбинированы для построения достоверных утверждений о состоянии рассматриваемой системы в некоторый момент времени. Кроме того, на основе этих утверждений, могут быть сделаны соответствующие выводы, позволяющие вносить изменения в систему, для повышения эффективности ее функционирования.

В любой системе существует две основные категории предметов: сами объекты, составляющие систему (физические и интеллектуальные) и взаимосвязи между этими объектами. В терминах онтологии, понятие взаимосвязи однозначно описывает или, другими словами, является точным дескриптором зависимости между объектами системы в реальном мире, а термины – являются, соответственно, точными дескрипторами самих реальных объектов.

При построении онтологии, в первую очередь происходит создание списка или базы данных дескрипторов и с помощью них, если их набор достаточен, создается модель системы. При этом существует огромное количество утверждений, достоверно отображающих состояние системы в различных аспектах, а построенная онтологическим способом модель должна выбирать из них наиболее полезные для эффективного рассмотрения в том или ином контексте. Кроме того, модель помогает описывать поведение объектов и соответствующие изменения взаимосвязей между ними или, другими словами, поведение системы. Таким образом, онтология представляет собой словарь данных, включающий в себя и терминологию, и модель поведения системы.

Процесс построения онтологии, согласно методологии IDEF5 состоит из пяти основных действий:

1. 
   Изучение и систематизирование начальных условий. В рамках этого действия устанавливаются основные цели и контексты проекта по разработке онтологии, а также распределяются роли между членами проекта.
   
2. 
   Сбор и накапливание данных. На этом этапе происходит сбор и накапливание необходимых начальных данных для построения онтологии.
   
3. 
   Анализ данных. Эта стадия заключается в анализе и группировке собранных данных и предназначена для облегчения построения терминологии.
   
4. 
   Начальное развитие онтологии. На этом этапе формируется предварительная онтология, на основе отобранных данных. Создается и документируется словарь терминов. Описываются правила и ограничения, согласно которым на базе введенной терминологии могут быть сформированы достоверные утверждения, описывающие состояние системы.
   
5. 
   Уточнение и утверждение онтологии. Заключительная стадия процесса. Построение модели, которая на основе существующих утверждений, позволяет формировать необходимые новые утверждения.
   

Для поддержания процесса построения онтологий в IDEF5 существуют специальные онтологические языки: схематический язык (Schematic Language – SL) и язык доработок и уточнений (Elaboration Language – EL). SL является наглядным графическим языком, специально предназначенным для изложения компетентными специалистами в рассматриваемой области системы основных данных в форме онтологической информации (рис. 3.25).

Рис. 3.25. - Графические обозначения IDEF5.


Этот несложный язык позволяет естественным образом представлять основную информацию в процессе развития онтологии и дополнять существующие онтологии новыми данными. Язык SL позволяет строить разнообразные типы диаграмм и схем в IDEF5. Основная цель всех этих диаграмм – наглядно и визуально представлять основную онтологическую информацию. EL представляет собой структурированный текстовой язык, который позволяет детально характеризовать элементы онтологии.

Несмотря на кажущееся сходство, семантика и обозначения схематического языка SL существенно отличается от семантики и обозначений других графических языков. Дело в том, что часть элементов графической схемы SL может быть изменена или вовсе не приниматься во внимание языком EL. Причина этого состоит в том, что основной целью применения SL является создание лишь вспомогательной структурированной конструкции онтологии и графические элементы SL не несут достаточной информации для полного представления и анализа системы, тем самым они не предназначены для сохранения на конечном этапе проекта. Тщательный анализ, обеспечение полноты представления структуры данных, полученных в результате онтологического исследования, являются задачей применения языка EL.

Как правило, наиболее важные и заметные зависимости между объектами всегда являются преобладающими, когда конкретные люди высказывают свои знания и мнения, касающиеся той или иной системы. Подобные взаимосвязи явным образом описываются языками IDEF5. Всего существует четыре основных вида схем, которые наглядно используются для накопления информации об онтологии в достаточно прозрачной графической форме.

1. 
   Диаграмма классификации. Диаграмма классификации обеспечивает механизм для логической систематизации знаний, накопленных при изучении системы. Существует два типа таких диаграмм: диаграмма строгой классификации (Description Subsumption – DS) и диаграмма естественной или видовой классификации (Natural Kind Classification – NKC). Основное отличие диаграммы DS заключается в том, что определяющие свойства классов высшего и всех последующих уровней являются необходимым и достаточным признаком принадлежности объекта к тому или иному классу. На рисунке 3.26 приведен пример такой диаграммы, построенной на основе тривиальной возможности классификации многоугольников по количеству углов.
   

Рис. 3.26. - Пример диаграмм IDEF5: строгой классификации (слева), естественной классификации (справа).



Из геометрии известно точное математическое определение многоугольника, суть определяющих свойств родительского класса. Определяющим свойством каждого дочернего класса дополнительно является количество углов в многоугольнике. Очевидно, зная это определяющее свойство для любого многоугольника, можно однозначно отнести его к тому или иному дочернему классу. С помощью диаграмм DS, как правило, классифицируются логические объекты. Диаграммы естественной классификации или же диаграммы NKC, наоборот, не предполагают того, что свойства класса являются необходимым и достаточным признаком для принадлежности к ним тех или иных объектов. В этом виде диаграмм определение свойств класса является более общим. Пример такой диаграммы также приведен на рис. 3.26.

2. 
   Композиционная схема. Композиционные схемы (Composition Schematic) являются механизмом графического представления состава объектов онтологии и фактически представляют собой инструменты онтологического исследования по принципу «Что из чего состоит». В частности, композиционные схемы позволяют наглядно отображать состав объектов, относящихся к тому или иному классу. На рисунке 3.27 изображена композиционная схема шариковой ручки, относящейся к классу шариковых автоматических ручек. В данном случае шариковая ручка является системой, к которой мы применяем методы онтологического исследования.
   

Рис. 3.27. - Пример композиционной схемы.


С помощью композиционной схемы мы наглядно документируем, что авторучка состоит из нижней и верхней трубки, нижняя трубка в свою очередь включает в себя кнопку и фиксирующий механизм, а верхняя трубка включает в себя стержень и пружину.

3. 
   Схема взаимосвязей. Схемы взаимосвязей (Relation Schematic) позволяют разработчикам визуализировать и изучать взаимосвязи между различными классами объектов в системе. В некоторых случаях схемы взаимосвязей используются для отображения зависимостей между самими же классовыми взаимосвязями. Мотивацией для развития подобной возможности послужило то тривиальное правило, что все вновь разработанные концепции всегда базируются на уже существующих и изученных. Это тесно согласуется с теорией, суть которой состоит в том, что изучение любой системы часто происходит от частного к общему, то есть, происходит изыскание и исследование новой частной информации, влияющее на конечные характеристики более общей концепции, к которой эта информация имела прямое отношение. Исходя из этой гипотезы, естественным способом изучения новой или плохо понимаемой взаимосвязи является соотнесение ее с достаточно изученной взаимосвязью.
   
4. 
   Диаграмма состояния объекта. Диаграмма состояния объекта (Object State Schematic) позволяет документировать тот или иной процесс с точки зрения изменения состояния объекта. В происходящих процессах могут произойти два типа изменения объекта: объект может поменять свое состояние или класс. Между этими двумя видами изменений по сути не существует принципиальной разницы: объекты, относящиеся к определенному классу в начальном состоянии в течение процесса могут перейти к дочернему или просто родственному классу. Например, полученная в процессе нагревания теплая вода, уже относится не к классу ВОДА, а к его дочернему классу ТЕПЛАЯ ВОДА. Однако при формальном описании процесса, во избежание путаницы, целесообразно разделять эти виды изменений и для такого разделения используется обозначение следующего вида: «класс: состояние». Например, теплая вода будет описываться следующим образом: «вода: теплая», холодная – «вода: холодная» и так далее. Таким образом, диаграммы состояния в IDEF5 наглядно представляют изменения состояния или класса объекта в течение всего процесса. Пример такой диаграммы приведен на рис. 3.28.
   

Рис. 3.28. - Пример диаграммы состояний.


Суммируя вышеизложенное, отметим, что строение и свойства любой системы могут быть эффективно исследованы и задокументированы при помощи следующих средств: словаря терминов, используемых при описании характеристик объектов и процессов, имеющих отношение к рассматриваемой системе, точных и однозначных определений всех терминов этого словаря и классификации логических взаимосвязей между этими терминами. Набор этих средств, по сути, и является онтологией системы, а стандарт IDEF5 предоставляет структурированную графоаналитическую методологию, с помощью которой можно наглядно и эффективно разрабатывать, поддерживать и изучать эту онтологию.

Например, онтология ресторанного бизнеса может быть представлена с помощью средств, предлагаемых стандартом IDEF5, например, следующим образом. На рисунке 3.29 представлена композиционная схема ресторана. На рисунке 3.30 представлена диаграмма классификации (NKC) видов информации, необходимой для функционирования ресторана.



Рис. 3.29. - Пример композиционной схемы ресторана.


Схема взаимосвязей может быть составлена как для классов представленных в композиционной схеме, так и для классов представленных на диаграмме классификации. Схема взаимосвязей классов информации (см. рис. 3.30) будет подобна диаграмме IDEF1, однако, будет учитывать большее число ее видов.

Диаграмма состояний объекта с точностью до обозначений будет подобна диаграмме OSTN стандарта IDEF3, если в качестве объекта будет выбран посетитель ресторана.

В заключении рассмотрения серии стандартов Icam Definition следует отметить, что упомянутые стандарты представляют собой хорошо структурированную и продуманную аналитическую технологию. Данная серия стандартов аналогична технологии 3VM, однако, является, с одной стороны, более строгой и формализованной, а, с другой стороны, обладающей более широкими возможностями. При этом функционально технология DFD в более формализованном виде и с дополнительными возможностями представлена в стандарте IDEF0 (SADT), технология ERD – в стандарте IDEF1X, технология STD – в стандарте IDEF3 (OSTN-диаграммы). Стандарт же IDEF5 обеспечивает все эти и другие возможности в менее формализованном виде, расширяя, таким образом, сферу применения данной серии стандартов.



Рис. 3.30. - Пример диаграммы классификации (NKC) видов информации, необходимой для работы ресторана.